Extracellulaire matrix (ECM) verwijst naar alle endogene stoffen die zich buiten de cellen in de intercellulaire ruimte bevinden. ECM is erg belangrijk voor de sterkte en vormgeving van weefsels en als drager voor bloed en lymfatisch schepen en zenuwvezels. De intercellulaire ruimte vertegenwoordigt een complexe verzameling van een grote verscheidenheid aan macromoleculen die behoren tot de vloeibare of gelachtige grondsubstantie of tot de vezels.
Wat is de extracellulaire matrix?
Alle endogene stoffen die zich buiten de cellen in de intercellulaire ruimte bevinden, maken deel uit van de extracellulaire matrix (ECM). De ECM wordt ook wel extracellulaire matrix of intercellulaire substantie genoemd. In de ECM zijn in principe stoffen te onderscheiden die ofwel tot de basisstof behoren, ofwel aan verschillende vezels kunnen worden toegeschreven. Afhankelijk van de taak en het weefsel varieert de samenstelling van de ECM sterk. De stoffen die de groep vezels vormen, omvatten een verscheidenheid aan collageenachtige, reticulaire en elastische vezels, die elk verschillende taken vervullen en hun deel van de ECM vormen in een heel andere samenstelling, afhankelijk van het type weefsel. De amorfe grondsubstantie van de ECM vult alle restruimten als vloeistof of als gel, afhankelijk van de structuur van de intercellulaire ruimte en het vezelgedeelte van de ECM. De samenstelling van de gemalen substantie is ook sterk gedifferentieerd, afhankelijk van de taken. Een groot deel van de DCM wordt gevormd uit glycosaminoglycanen, met een lange keten polysacchariden die meestal aan zijn gebonden eiwitten in de vorm van proteoglycanen, met uitzondering van hyaluronzuur Ze voeren bijvoorbeeld tal van taken uit bij de vorming, afbraak en hermodellering van weefsels. In deze context zogenaamde adhesie eiwitten moet ook worden vermeld, die, als onderdeel van de EZM, contact maken met receptoren van de cellen in complexe processen.
Anatomie en structuur
De anatomische structuur van de ECM is zeer heterogeen en hangt af van de taken die de ECM moet uitvoeren in het overeenkomstige lichaamsgebied. Het vezelige deel van de ECM is voornamelijk samengesteld uit collageen eiwitten, waarvan er 27 bekend zijn, die elk verschillen in hun eiwitsamenstelling en ook variëren in hun fysiologische en mechanische eigenschappen. In wezen worden collagenen gekenmerkt door hun treksterkte sterkte. Collageen vezels met een diameter van 2 tot 20 micrometer zijn samengesteld uit vele, 130 nanometer dikke collageenvezels. Ook belangrijk zijn de reticulaire vezels, die microscopisch kleine netten of roosters vormen om capillairen, zenuwvezels, vetcellen en gladde spiercellen te huisvesten. in tegenstelling tot collageen vezels, die bestand zijn tegen scheuren en niet kunnen worden uitgerekt, elastische vezels, die zijn gemaakt van het eiwit elastine, hebben de unieke eigenschap dat ze omkeerbaar zijn stretching Een groot deel van de basissubstantie wordt gevormd door glycosaminoglycanen - meestal in de vorm van proteoglycanen, glycanen gebonden aan eiwitten, waarvan de belangrijkste functie is om de noodzakelijke verbindingen tussen individuele eiwitten te creëren. Bijvoorbeeld de kraakbeen inhoud van gewrichten bestaat uit glycosaminoglycanen en glycoproteïnen. In tegenstelling tot collagenen, de kraakbeen de substantie van de voegvlakken wordt niet gekenmerkt door trek sterkte, maar door hoge druksterkte. De hyaluronzuur in ECM heeft een extreem hoge water-vasthoudend vermogen en draagt beslissend bij aan het water evenwicht van de weefsels.
Functie en taken
De extracellulaire matrix vervult niet alleen fysieke functies in termen van trek- of druksterkte, maar grijpt ook in bij metabole processen. Door een grote verscheidenheid aan collageenvezels neemt de ECM de primaire verantwoordelijkheid voor het vormgeven van organen en houdt het de organen op de beoogde plaats in het lichaam. Door middel van andere collagenen biedt de ECM treksterkte aan iedereen pezen en ligamenten en driedimensionale sterkte tot botten Het biedt ook de compressie- en slijtvastheid van het kraakbeen op de wrijvingsoppervlakken van de gewrichten Trek-, druk- en schuifsterkte zijn echter niet de enige taken van de ECM; het is ook verantwoordelijk voor het verzekeren van de nodige elasticiteit in de weefsels, zodat bepaalde organen hun omtrek kunnen vergroten en verkleinen zonder onomkeerbare schade. Een andere belangrijke taak is het activeren van de eigen herstelmechanismen van het lichaam door het vrijkomen van cytokinen, die de proliferatie en differentiatie van cellen beïnvloeden. De ECM houdt daarom een voorraad cytokinen aan die naar behoefte kunnen worden geactiveerd - bijvoorbeeld om te herstellen verwondingen. Signaaltransductie is ook een van de taken van de extracellulaire matrix. Dit verwijst naar het vrijkomen van zogenaamde secundaire boodschappersubstanties, waarvan de "boodschap" het celbinnenland bereikt via gespecialiseerde receptoren en de cel activeert om zich op een bepaalde manier te gedragen of om bepaalde metabolische processen op gang te brengen. Evenzo behoort de bepaling van de polariteit, dwz de organisatie en oriëntatie van cellen in een basaal en een apicaal uiteinde, tot de reikwijdte van de extracellulaire matrix.
Ziekten
De bijna onberekenbare verscheidenheid aan functies en taken van de extracellulaire matrix suggereert al dat ziektegerelateerde of door ziekte geïnduceerde disfuncties kunnen optreden met milde tot ernstige effecten. Als veroorzaker en startpunt van veel chronische ziekten tot aan kwaadaardige en levensbedreigende processen worden verstoringen van de basisregulatie toegewezen, die wordt georganiseerd door de ECM. Veel processen van ziekteprogressie, die verband houden met de basisregulatie van de ECM via de afgifte van cytokinen, zijn nog niet voldoende begrepen. In veel gevallen is een overbelasting van basale membranen van de aangetaste organen met eiwitten geïdentificeerd als de veroorzakende factor. Deze processen spelen bijvoorbeeld een belangrijke rol bij de ontwikkeling en progressie van verwijde cardiomyopathie, die zich manifesteert door symptomatische hartvergroting met tegelijkertijd verminderde pompfunctie. Naast verworven disfuncties van de ECM zijn ook genetisch bepaalde functionele anomalieën van de extracellulaire matrix bekend, die zich meestal manifesteren in een gebrekkige synthese van bepaalde collagenen. Het defecte collageen synthese leidt tot de respectieve bekende ziektepatronen in de aangetaste organen, zoals in de zeldzame broze botziekte (osteogenese imperfecta Vanwege een genetische afwijking, osteogenese imperfecta levert defect collageen voor botvorming. Als gevolg hiervan is het botten zijn extreem broos en misvormingen van de botten en wervelkolom en andere symptomen treden meestal op.
