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Die extrazellulare Matrix Extrazellularmatrix Interzellularsubstanz EZM englisch extracellular matrix ECM ist der Gewebeanteil vor allem im Bindegewebe der zwischen den Zellen im sogenannten Interzellularraum liegt Die extrazellulare Matrix setzt sich aus diversen Komponenten zusammen die in zwei grosse Gruppen eingeteilt werden Grundsubstanz und Fasern Das Verhaltnis der Grundsubstanz zum Faseranteil schwankt je nach Lokalisation ebenso wie der Anteil der extrazellularen Matrix am Gewebe insgesamt bedingt durch dessen jeweilige Funktion Bei Pflanzenzellen spricht man nicht von einer extrazellularen Matrix auch wenn bei diesen ebenfalls ein substanzerfullter Interzellularraum vorliegt Inhaltsverzeichnis 1 Grundsatzliches 2 Funktionen 3 Umbau 4 Bestandteile 4 1 Fasern 4 1 1 Familie der Kollagene 4 1 2 Kollagenfasern 4 1 3 Retikulare Fasern 4 1 4 Elastische Fasern 4 2 Grundsubstanz 4 2 1 Glykosaminoglykane und Proteoglykane 4 2 2 Adhasionsproteine 5 LiteraturGrundsatzliches BearbeitenZunachst schrieb man vereinfacht gesehen den Hauptkomponenten der extrazellularen Matrix lediglich eine Funktion als Leim daraus Kollagen oder als gewebeinterner Wasserspeicher Mucopolysaccharide Proteoglykane zu Die EZM umfasst nach heutiger Sicht die Gesamtheit der Makromolekule die sich ausserhalb der Plasmamembran von Zellen in Geweben und Organen befinden So dient die EZM oberflachlich betrachtet primar als eine Fixierungsmoglichkeit fur die in ihr eingebetteten Zellen aller Gewebetiere Zwischen Zellen und EZM herrscht aber stets eine wechselseitige Interaktion Die EZM ist nicht statisch sondern muss auf molekularer Ebene als im Fliessgleichgewicht verstanden werden Die Komponenten der EZM werden von Zellen synthetisiert und sezerniert teilweise erst extrazellular uber weitere Bindungen fixiert und schliesslich extrazellular oder nach Endozytose intrazellular abgebaut Daruber hinaus wird durch die Bindung an bestimmte Komponenten der EZM durch Zellrezeptoren die Expression von Genen in den Zellen reguliert Zelladhasion Zellmigration Zellproliferation sowie der Aufbau Umbau und Abbau von Gewebe resultieren damit ebenso aus der wechselseitigen Beeinflussung die EZM und Zellen widerfahrt So konnen z B Molekule die als strukturgebende Proteine vorliegen unter anderen Bedingungen Botenstoffe darstellen Im Rahmen der Gordon Konferenz fur Proteoglykane von 1998 wurde eine treffende Charakterisierung dieser Eigenschaften von EZM Komponenten gepragt Sie wurden als demiurg nach Platon der Weltbaumeister handelt selbst in und durch den logos bezeichnet Funktionen BearbeitenMakroskopische Beispiele sind die mineralisierte Matrix des Knochens die druckelastische Substanz des Knorpels oder die straffen Fasern der Sehnen mikroskopisch ist die EZM im gesamten Korper allgegenwartig fast jedes Gewebe wird durch EZM zusammengehalten so ist zum Beispiel jede Muskelfaser oder jede Fettzelle von retikularen Fasern umsponnen das Epithel auf jeder Korperoberflache sitzt auf einer Basallamina die auch Teil der EZM ist Aus den Eigenschaften der EZM resultieren unter anderem folgende Funktionen oder Wechselwirkungen in verschiedenen Geweben und Organen Formgebung von Geweben und Organen Wassergehalt der Gewebe Elastizitat der Gewebe Zugfestigkeit und Stabilitat der Knochen Sehnen und Bander Zytokinreservoir Signaltransduktion in Geweben Verankerung und Polaritatsvorgabe fur Zellen Beeinflussung von Wundheilungsprozessen Filterleistung der Niere aufgrund ihrer speziellen BasalmembranenUmbau BearbeitenDer Abbau und Umbau der EZM geschieht vornehmlich durch Matrix Metalloproteinasen MMP von denen bislang uber 20 identifiziert wurden Diese zinkhaltigen Enzyme werden entweder in die EZM durch entsprechende Zellen sezerniert oder befinden sich an den Zellmembranen MT MMP membrane type MMP wobei das katalytische Zentrum des Enzyms in den extrazellularen Raum ragt Diese Enzyme konnen als zunachst inaktive Prakursor vorliegen die mittels Abspaltung eines Peptides in das aktive Enzym umgewandelt werden Zymogenaktivierung Verschiedene MMPs haben hierbei auch eine unterschiedliche Substratspezifitat Die MMPs besitzen vielfaltige biologische Bedeutungen so ist zum Beispiel bekannt dass Tumorgewebe die MMP 2 MMP 9 und MMP 14 sezernieren besonders zur Metastasierung neigen da die exprimierten MMPs den Abbau von Basalmembranen und den Aufbau tumoreigener Blutgefasse unterstutzen Korrespondierend zu den MMPs existieren Gewebeinhibitoren der Metalloproteinasen engl Tissue Inhibitors of Metalloproteinases TIMP Diese Proteine hemmen die Aktivitat der MMPs sterisch durch spezifische Bindung an deren katalytische Zentren Dadurch kann der Ab und Umbau des Gewebes durch MMPs moduliert werden Bislang sind vier verschiedene TIMPs bekannt Sie werden als losliche Proteine in die EZM durch entsprechende Zellen sezerniert TIMP 3 bildet hier eine Ausnahme Dieses Protein wird in der EZM vornehmlich an Heparansulfat Proteoglykane gebunden und dauerhaft in der EZM sequestriert z B in der Bruch Membran des Auges Bestandteile BearbeitenDie EZM besteht aus faserigen Bestandteilen Fasern und Flussigkeit mit den darin gelosten Substanzen Grundsubstanz Den mengenmassig grossten Anteil stellen dabei neben Wasser verschiedene Glykoproteine und Polysaccharide Daneben kommen Nahrstoffe z B Aminosauren Glukose Gewebshormone sowie Elektrolyte vor Die vorherrschende Proteinfamilie ist die der Kollagene die verschiedene Arten von Fasern bilden und in fast jedem Gewebe vorhanden sind Elastische Fasern werden aus den Proteinen Fibrillin und Elastin gebildet Zudem gibt es eine grosse Vielfalt an Adhasionsmatrixproteinen die die Zellen mit der EZM verbinden Die zweite grosse Gruppe stellen die Kohlenhydrate dar und zwar besonders Glykosaminoglykane langkettige Polysaccharide ganz bestimmter Einzelbausteine Die Glykosaminoglykane assoziieren sich mit Proteinen und bilden noch grossere Makromolekule die Proteoglykane Aus der Vielfalt und den Interaktionen von Proteinen Glykosaminoglykanen und Proteoglykanen ergeben sich die Eigenschaften der EZM Speziell im Knochen enthalt die EZM anorganische Bestandteile die Hydroxylapatitkristalle die dem Knochen seine Druckfestigkeit verleihen Fasern Bearbeiten Familie der Kollagene Bearbeiten Hauptartikel Kollagen 27 verschiedene Proteine aus der Proteinfamilie der Kollagene sind bekannt Kollagen I bis Kollagen XXVII Sie lassen sich nach der Art unterscheiden wie sie sich untereinander oder mit anderen Komponenten assoziieren In der folgenden Zusammenstellung sind einige Mitglieder der Kollagenfamilie aufgefuhrt Die Kollagene I bis IV sind weit verbreitet die aus ihnen gebildeten Strukturen werden weiter unten besprochen Fibrillare Kollagene Kollagene des Typs I II III V und XINetzbildende Kollagene Kollagene des Typs IV Basalmembran VIII und XFibrillenassoziierte Kollagene FACIT Kollagene des Typs IX XII und XIVPerlenschnurartige Kollagene Kollagen Typ VIVerankerungsfibrillen Kollagen Typ VIIKollagene mit Transmembrandomanen Kollagene des Typs XIII und XVIIDabei ist die Nomenklatur in einem Punkt missverstandlich Nur die Fasern aus Kollagen I bezeichnet man als Kollagenfasern andere Strukturen z B retikulare Fasern sind zwar auch aus einem Protein aus der Familie der Kollagene aufgebaut in diesem Beispiel Kollagen III werden aber nicht als Kollagenfasern bezeichnet Kollagen IV bildet zusammen mit den Lamininen Entactin und dem Proteoglykan Perlecan Basalmembranen Kollagenfasern Bearbeiten Kollagenfasern verleihen dem Gewebe Zugfestigkeit Die 2 20 µm dicken Fasern bestehen aus Kollagenfibrillen Durchmesser bis 130 nm die wiederum aus Molekulen des Kollagen I aufgebaut sind Die Kollagenfasern sind in ihrer Langsrichtung zugfest sie lassen sich so gut wie nicht dehnen Jedes entsprechend auf Zug beanspruchte Bindegewebe enthalt Kollagenfasern die in Richtung der Belastung ausgerichtet sind Ist ein Gewebe in jede Richtung beansprucht liegen die Fasern geflechtartig vor Dermis Sklera Kornea Muskelfaszien Dura mater Stratum fibrosum der Gelenkkapseln bei Beanspruchung in nur eine Richtung sind die Fasern parallel ausgerichtet besonders Sehnen Bander und auch im Knochen und im Dentin Zahnbein sorgen Kollagenfasern fur die Zugfestigkeit Glasknochenkrankheit Retikulare Fasern Bearbeiten Retikulare Fasern bestehen aus dunnen Bundeln 1 µm aus Fibrillen eines Kollagens das dunnere Fibrillen als das Kollagen I bildet namlich das Kollagen III Diese Bundel bilden mikroskopische Netze oder Gitter Retikulare Fasern sind weit verbreitet sie bilden Netze unter vielen Basallaminae so um alle Kapillaren Muskelfasern periphere Nervenfasern Fettzellen und jede Zelle der glatten Muskulatur Bestimmende Komponente der EZM sind sie im retikularen Bindegewebe Elastische Fasern Bearbeiten Elastische Fasern besitzen eine ausserordentliche Eigenschaft namlich reversible Dehnbarkeit Sie sind aus dunnen Fibrillen des Proteins Fibrillin und daran ausgerichtet einer amorphen Substanz aus dem Protein Elastin aufgebaut Eine Faser hat ungefahr einen Durchmesser von 2 µm Elastische Fasern sind immer mit Kollagenfasern vergesellschaftet um nicht selbst uberdehnt zu werden und umgekehrt um die Kollagenfasern wieder in die ursprungliche Lage zuruckzubringen Speziell kommen elastische Fasern im elastischen Bindegewebe und im elastischen Knorpel vor aber auch je nach Grad der benotigten Elastizitat in vielen anderen Geweben Grundsubstanz Bearbeiten Die Grundsubstanz ist der ungeformte Teil der extrazellularen Matrix Sie fullt den im histologischen Schnittbild leer erscheinenden Raum zwischen den Fasern aus Sie ist sehr heterogen zusammengesetzt Glykosaminoglykane und Proteoglykane Bearbeiten Glykosaminoglykane GAGs langkettige Polysaccharide aus Disaccharideinheiten bestimmter Zucker sind in der EZM in grossen Mengen vorhanden Hierbei sind zu nennen Hyaluronsaure Heparansulfat Dermatansulfat Chondroitinsulfat und Keratansulfat Bis auf die Hyaluronsaure sind alle GAGs an Proteine gebunden und bilden so Proteoglykane Besonders im Knorpel wird die Rolle von Proteoglykanen und GAGs fur die Fahigkeiten der EZM deutlich Sie konnen viel Wasser binden und sind so fur die Eigenschaften der jeweiligen EZM wichtig Proteoglykane haben einen massgeblichen Einfluss auf die Selbstassemblierung der Kollagene Fibrillogenese Daruber hinaus vermitteln Proteoglykane oft die Wechselwirkungen zwischen anderen Matrixproteinen Letztlich bleibt anzumerken dass die Proteoglykane auch Botenstoffe und andere Proteine verschiedener Funktionalitat z B TGF Beta TIMP 3 etc in der EZM und der perizellularen Matrix binden konnen Damit uben sie einen grossen Einfluss auf das Verhalten von Zellen aus und sind involviert in Aufbau Abbau und Umbau von Geweben z B Wundheilung Angiogenese Arteriosklerose Fibrose Disseminierung von Tumorzellen bei Metastasenbildung etc Adhasionsproteine Bearbeiten So gut wie alle Zellen besitzen Rezeptoren mit der sie mit der EZM in Kontakt treten Oft werden dabei verschiedene Adhasionsproteine Adapterproteine oder andere adhasive Proteine benutzt die selbst Bestandteil der EZM sind und zum einen mit anderen Bestandteilen der Matrix zum anderen mit den Zellrezeptoren interagieren Es handelt sich dabei um eine grosse Vielfalt an Glykoproteinen als Beispiel sei die Proteinfamilie der Laminine genannt als weitere bekannte Beispiele die Glykoproteine Vitronektin und Fibronektin Haufig verwendete Rezeptoren die fur die Zelladhasion von grosser Bedeutung sind stellen die Integrine dar Hierbei erkennen bei den meisten Integrinen alpha und beta Untereinheiten des Integrins gemeinsam eine entsprechende Aminosaure Bindungssequenz im Proteinanteil der EZM Komponenten Wohl die bekannteste Erkennungssequenz die auf Matrixproteinen durch die Integrine zur Zellbindung genutzt wird ist die RGD Sequenz Arginin Glycin Aspartat Daruber hinaus ist eine Vielzahl von Zellbindungssequenzen in der EZM identifiziert worden Ebenso konnten auch diverse Alpha und Beta Integrine die weitere spezifische Zellbindungen an EZM Komponenten vermitteln beschrieben werden Literatur BearbeitenShirley Ayad Ray Boot Handford Martin J Humphries Karl E Kadler C Adrian Shuttleworth The Extracellular Matrix FactsBook 2nd edition Academic Press London u a 1998 ISBN 0 12 068911 1 S 3 ff Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Extrazellulare Matrix amp oldid 216187570