MATRICEA EXTRACELULARA

Matricea extracelulara poate fi denumita ca totalitatea moleculelor secretate de celule si imobilizate in spatiul extracelular. Matricea extracelulara este o structura dinamica, fiind un adevarat organit celular localizat in afara celulei.

Variatiile cantitative ale componentelor matriciale si modul lor de organizare realizeaza o diversivitate de tipuri, fiecare dintre ele fiind adaptata la necesitatile functionale ale tesutului respectiv. Astfel, matricea poate fi calcifiata realizand structura dura a osului sau a dintelui, poate constitui matricea transparenta a corneei sau poate adopta o structura impletita ce confera elasticitate tendoanelor.

In general ea indeplineste roluri multiple:

stabilizeaza structura fizica a tesuturilor

rol de lubrefiere, amortizare a socurilor mecanice si asigurarea elasticitatii tesuturilor si organelor

rol in adezivitatea celulara

influenteaza forma celulei, proliferarea, migrarea si dezvoltarea acesteia in evolutia embrio-fetala

rol metabolic

prezenta matricei confera protectie celulei fata de o serie de agenti patogeni, deoarece componentele matricei sunt mult mai complexe si stabile decat lipidele si proteinele ce edifica plasmalema.

Componentele matricei    extracelulare

Matricea extracelulara este alcatuita din 3 tipuri principale de macromolecule:

Glicozaaminoglicanii

Sunt numiti asa deoarece sunt alcatuiti din unitati dizaharidice repetitive cu una sau mai multe molecule aminoglucidice (ex. N-acetilglucozamina, N-acetilgalactozamina). Aceste unitati sunt organizate in lanturi lungi neramificate, iar moleculele aminoglucidice sunt de obicei sulfatate. Gruparile sulfat sau carboxil confera GAGs sarcini electrice negative ceea ce va atrage osmotic activ cationi.

Au fost identificate 4 tipuri de GAGs pe baza reziduurilor glucidice si alte caracteristici cum ar fi numarul de grupari sulfat dintr-o unitate dizaharidica. Cele 4 tipuri sunt:

Acidul hialuronic

Condroitin sulfatul si dermatan sulfatul

Heparan sulfatul si heparina

Keratan sulfatul

Proteoglicanii

GAGs cu exceptia acidului hialuronic se leaga covalent la proteine formand proteoglicanii (PG).

Deci PG sunt formati din miez proteic sintetizat in reticulul endoplasmatic rugos si numeroase lanturi de GAGs ce se adauga in aparatul Golgi.

Principalii proteoglicani din matrice sunt: agrecan (localizat in cartilaj), betaglican (localizat la nivelul suprafetei celulare si in matrice), decorina (larg raspandita in tesutul conjunctiv), perlecan (la nivelul membranei bazale), serglicina (localizata in veziculele secretorii din glucide) si sindecan I (localizat la suprafata fibroblastelor si a celulelor epiteliale).

Functiile PG

sunt polianioni ce tind sa se agrege in prezenta cationilor divalenti. Aceasta agregare determina o vascozitate mai mare utila matricei extracelulare ce inconjura articulatiile.

actioneaza ca un filtru molecular moleculele mari ale proteinelor si agentii bacterieni nu pot penetra prin acest mediu vascos.

pot lega molecule semnal (ex. factori de crestere - factorii de crestere fibroblastici sunt orientati catre receptorii lor de catre PG).

au rol in formarea aparatului de filtrare renal si actioneaza ca filtru molecular la nivelul membranei bazale glomerulare.

Colagenul: este una din cele mai abundente proteine gasite in tesuturile animale, fiind responsabil de integritatea tesuturilor osoase, cartilaginoase, piele si tendoane. Din punct de vedere molecular colagenul are cateva caracteristici distincte: contine 2 tipuri mai rare de aminoacizi hidroxilizina si hidroxiprolina, lanturi scurte de oligozaharide compuse numai din glucoza si galactoza, se poate plia si realiza legaturi incrucisate pentru a edifica forma fibrilara sau de retea.

Au fost identificate mai mult de 10 isotipuri de colagen din care primele 5 sunt mai bine caracterizate in ceea ce priveste structura si localizarea.

Tipul I: primul descoperit si prezent in proportia cea mai mare (90% din colagenul tesuturilor umane), predomina in tesuturile rigide si contine cantitati mici de hidroxilizina si carbohidrati.

Tipul II: este singurul tip prezent in cartilajul hialin si impreuna cu tipul I si in alte tesuturi avand cantitati mari de hidroxilizina si carbohidrati.

Tipul III: este deobicei asociat cu tipul I fiind sintetizat de fibroblastele care sintetizeaza si tipul I.

Tipul IV: este prezent la nivelul laminei bazale si difera de celalalte tipuri prin prezenta 3-hidroxiprolinei, manozei si acidului sialic. Nu poate forma fibre lungi dar este flexibil si formeaza o structura in forma de retea.

Celelalte isotipuri de colagen reprezinta componente minore ale a anumitor matrici extracelulare fiecare avand o serie de caracteristici distinctive.

Fibronectina (Fn) a fost initial descoperita ca proteina a plasmei sanguine ce determina celulele in cultura sa adere la un substrat colagenic.

Este o molecula mare, cu doua lanturi identice de aproximativ 2500 aminoacizi, grupati in cateva domenii repetitive, fiecare domeniu avand roluri diferite in functia de realizare a legaturilor celula - matrice. Exista un domeniu de legare a colagenului, doua domenii de legare a PG si o secventa care se leaga la receptorul membranar fibronectinic. Aceste domenii sunt alcatuite la randul lor din module mici, cel mai cunoscut fiind modulul fibronectinic repetitiv tip III ce apare de cel putin 15 ori in fiecare domeniu.

Receptorul pentru fibronectina este un membru al familiei integrinelor, fiind o proteina membranara integrala ce se gaseste in plasmalema unui numar mare de celule (ex. muschi, neuroni, fibroblaste, etc.). Secventa peptidica de legare la acest receptor este arginina - glicina - aspartat (RDG) situata la nivelul unuia din domeniile fibronectinei.

Fibronectina este importanta nu numai pentru aderarea celulelor la matrice, dar si pentru directionarea migrarii celulare la embrionii de vertebrate.

Laminina este o molecula a adezivitatii specifica laminei bazale. Ca si fibronectina, laminina este o molecula mare ce contine o serie de domenii functionale in cele trei lanturi polipeptidice mentinute impreuna prin punti disulfidice si aranjate in forma de cruce asimetrica. Domeniile functionale sunt:

pentru legarea la colagenul IV;

legarea la heparan sulfat;

legarea la entactina;

doua sau mai multe domenii pentru legarea la proteinele receptor de la nivelul plasmalemei.

Laminina este una din primele proteine ale matricei extracelulare sintetizate in timpul dezvoltarii embrionare: in perioada timpurie a dezvoltarii embrio-fetale lamina bazala contine doar putin colagen de tip IV, fiind alcatuita in special dintr-o retea de laminina.

Membrana bazala: reprezinta suportul flexibil al matricei extracelulare specializate care se afla la baza straturilor sau tubilor formati din celule epiteliale. Membranele bazale inconjoara de asemenea celule musculare individuale, celule adipoase si celule Schwann (care se dispun in jurul axonilor neuronolor periferici pentru a forma mielina). Deci, membrana bazala separa celulele epiteliale de tesutul conjunctiv subadiacent sau inconjurator. La nivelul glomerului renal si al alveolei pulmonare, membrana bazala se interpune intre 2 straturi celulare, functionand ca un filtru selectiv. Totusi membranele bazale au roluri si mai complexe: determina polaritatea celulara, influenteaza metabolismul celular, organizeaza proteinele in membranele plasmatice adiacente, induc diferentierea celulara si sunt cai de comunicare specifice pentru migrarea celulara.

Membrana bazala este sintetizata de catre celulele care se sprijina pe ea. La microscopul electronic ea apare constituita din 2 straturi: lamina lucida sau rara, adiacenta al membranei bazale a celulelor epiteliale si lamina densa, situata imediat sub lamina lucida. In anumite cazuri se distinge un al treilea strat, ce contine fibrile de colagen, numit lamina fibroticularis sau sublamina densa. Unii autori folosesc notiunea de membrana bazala pentru a denumi ansamblul celor 3 straturi, vizibil in microscopia optica. Alti autori utilizeaza alternativ termenii de lamina si membrana bazala. In membrana bazala a unor epitelii pluristratificate, cum ar fi epidermul, lamina densa este fixata la tesutul conjunctiv subiacent prin fibrile ancorante, formate din colagen VII.

Desi compozitia membranei bazale variaza de la un tesut la altul si chiar dintr-o regiune la alta a membranei, principalele ei componente sunt: colagenul de tip IV, proteoglicanul heparan sulfat (perlecanul), laminina si entactina.

Functiile membranei bazale:

1) Rolul de bariera selectiva a membranei bazale: in glomerulul renal, o membranabazala de o grosime neobisnuita actioneaza ca un filtru molecular, impiedicand trecerea macromoleculelordin sange in urina. Se pare ca proteoglicanul heparan sulfat are un rol important in aceasta functie: daca lanturile GAG sunt indepartate cu enzime specifice, dispar proprietatile filtrante ale membranei bazale. De asemenea, membrana bazala poate actiona ca o bariera selectiva si in cazul celulelor in miscare.

2) Rolul membranei bazale in regenerarea tisulara: s-a observat ca are un rol important in regenerarea tisulara dupa lezare. Cand sunt lezate tesuturi ca muschii, nervii si epiteliile, membrana bazala supravietuieste si formeaza un suport pe care pot migra celulele regenerate.

3) Rolul membranei bazale in migrarea celulelor embrionare: probabil ca membrana bazala are un rol important in ghidajul celulelor care migreaza in timpul dezvoltarii embrionare.