Матрикс в клетке. Внеклеточный матрикс. Что нового мы узнали о внеклеточном матриксе за последний год

НАУКА

Теория межклеточного матрикса

Все мы знаем, что человеческий организм состоит из клеток, но мало кто задумывается о том, что их количество составляет примерно 20% от всего организма. Остальные 80% состоят из “межклеточного матрикса” . Что такое “межклеточный матрикс”? Как его можно увидеть?

Наиболее наглядным примером межклеточного матрикса в человеческом организме является костная ткань.

Клеточная основа костной ткани это - Остеобласт. Это клетки размером 5-7 микрон, которые строят костную ткань. Количество их еще меньше по массе, чем 20%. Человеческая кость состоит из кристаллов гидроксиапатита, коллагена(тип I) и т.д. Все остальное - это межклеточный матрикс.

Теория старения человека

Даже если клетки будут на 100% здоровыми, в старости разрушение межклеточного матрикса происходит в первую очередь. Как результат, кожа становится дряблой, межклеточный матрикс разрушается, кожа “повисает”, и мы видим все признаки старения кожи невооруженным глазом. То же самое мы можем видеть и на примере костей. Люди болеют не от того, что клетки ведут себя “не так”. От остеопороза кости становятся хрупкими, в первую очередь, по причине разрушения межклеточного матрикса.

Те же проблемы возникают при облысении. В человеческом волосе нет клеток, наоборот - волосы состоят из продуктов жизнедеятельности клеток, а это - межклеточный матрикс в чистом виде. Когда разрушается межклеточный матрикс - наши волосы выпадают.

В ПОЛЬЗУ ЭТОЙ ТЕОРИИ ГОВОРЯТ СЛЕДУЮЩИЕ ФАКТЫ:

Возьмем восстановление структуры в качестве примера, или процесс регенерации.

Например, человек порезался. Восстановление клеток идет примерно с одинаковой скоростью, что у ребенка, что у пожилого человека. Разница в скорости зарастания ран исчисляется процентами, но никак не на порядок. У пожилых людей раны зарастают так же быстро, с соизмеримой скоростью, что и у молодых. Если у молодого человека неглубокий порез затягивается в течение недели, то у пожилого - 8-10 дней. Разница не является кардинальной, клетки делятся и регенерируются примерно с одинаковой скоростью на протяжении всей жизни человека, если он здоров. Это говорит о том, что клетки в порядке, и с возрастом они не теряют своей способности к регенерации, к делению.

Долгие годы для ведущих ученых мира было большой загадкой - как происходит питание клеток на самом деле? Всем давно понятно, что все питательные вещества проникают в клетки с кровью по кровеносным сосудам, по капиллярам. А дальше как? Если вы возьмете микроскоп и посмотрите на ваши клетки - вы обнаружите, что капилляры не подходят к каждой клетке вашего организма, а снабжает кислородом и питательными веществами очень большие группы клеток. Что дальше?

Межклеточный матрикс имеет очень сложное строение. В межклеточном матриксе образуются пути для транспортировки полезных веществ и вывода отработанных продуктов, причем эти пути не всегда существуют, а в зависимости от времени суток, состояния человека могут образовываться в виде “туннелей”, шоссе и т.д. Они могут образовываться на одном и том же месте. Это как аналогия полос с реверсивным движением на дорогах, когда люди едут в одном направлении утром и в противоположном вечером.

СТРУКТУРА МЕЖКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА ДО КОНЦА НЕ ИЗВЕСТНА.

Но совершенно четко доказано: межклеточный матрикс состоит из нескольких основных компонентов. В научном сообществе общепринято, что основной составляющей межклеточного матрикса является - гиалуроновая кислота. Поэтому она сейчас очень модна, повсеместно применяется в косметических кремах, БАДах и тд. Кроме того, в него входит коллаген или аморфный белок, хондроитин, в частности, хондроитин-сульфат, которого особенно много в суставах. И кроме этого последние исследования показывают, что наиболее важным элементом является кремнезем. Он образует первичную структуру, которая состоит из соединений кремния (SiO2). Очень напоминает строки из Библии, когда «Бог создал человека из глины», а глина как мы знаем, состоит из кремнезема, оксида кремния.

Хотя количества кремния в тканях человеческого организма не большое (всего 2%), но он играет огромную роль. Несмотря на то, что кремния очень много в природе - это основной элемент в земной коре, биодоступного кремния очень мало. Обычный кремнезем (песок, пыль, земля) очень химически инертное вещество, которое не вступает в химические реакции. Вроде бы его много, а взять его организму практически негде.

Многоклеточного организма способны синтезировать в межклеточную среду различные вещества, формирующие межклеточный матрикс, выполняющий различные функции. Матрикс:

1) разделяет группы клеток, препятствуя контакту между ними;

2) служит средой для миграции клеток;

3) может индуцировать дифференцировку клеток.

В состав внеклеточного матрикса входят три основных компонента: коллаген, протеогликаны и гликопротеины. Консистенция внеклеточного матрикса зависит от соотношения коллагена и протеогликанов (преобладание коллагена создает жесткость). Также в состав внеклеточного матрикса входит множество других компонентов: - фибрин, эластин, фибронектины, ламинины и нидогены; минералы, такие, как гидроксилапатит; жидкости - лимфа, плазма крови, содержащая свободные антигены. Внеклеточный матрикс составляет большую часть соединительных тканей, чем окружаемые им клетки, и определяет физические свойства ткани, например, кальцинированный матрикс костей и матрикс зубов; прозрачный матрикс роговицы; канатообразный матрикс сухожилий, выдерживающий огромные силы натяжения. Внеклеточный матрикс также принимает участие в регулировании поведения контактирующих с ним клеток: их развития, миграции, воспроизведения, формы, функционирования. В промежутке между эпителиальными и соединительными тканями матрикс образует базальную - тонкую, но жесткую подстилку, играющую важную роль в контролировании клеточного поведения. Вайнберг (R. A. Weinberg, 1989) высказал предположение, что окружающая нормальная ткань сдерживает рост опухолевых клеток, как бы нормализуя их и не давая проявляться неконтролируемому росту. Такими «нормализующими» факторами, согласно Вайнбергу, могут быть взаимодействие клетки с внеклеточным матриксом, межклеточные связи через щелевые контакты и выделяемые нормальными клетками цитокины. Нормальное микроокружение является тем первым барьером, который должен преодолеть трансформированный клон прежде, чем превратиться в автономно растущую опухоль.

Знания о составе, свойствах и функционировании внеклеточного матрикса очень важны для разработки новых лекарств на основе , поскольку первыми барьерами, которые необходимо им преодолеть на пути до клетки-мишени, является кровь и внеклеточный матрикс. Структурные элементы матрикса (например, коллаген) как правило имеют наноразмерную организацию и используются в подходах. Так, коллагеновые матрицы с контролируемой укладкой наноразмерных волокон могут быть использованы для культивирования клеток и создания имплантатов.

Авторы

• Народицкий Борис Савельевич
• Нестеренко Людмила Николаевна

Источники

1. Матрикс // Информационно-справочный ресурс по биологии. -www.cellbiol.ru/book/kletka/matriks
2. ВКМ (матрикс внеклеточный, ECM) // База знаний по биологии человека. -

Остеокласты

Остеоциты

Остеобласты

КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ

ФункциИ костной ткани

ЛЕКЦИЯ №

Тема: Биохимия костной ткани

Факультеты: стоматологический.

Костная ткань является разновидностью соединительной ткани с высокой минерализацией межклеточного вещества.

1. Формообразующая

2. Опорная (фиксация мышц, внутренних органов)

3. Защитная (грудная клетка, череп и т.д.)

4. Запасающая (депо минеральных веществ: кальция, магния, фосфора, натрия и т.д.).

5. Регуляция КОС (при ацидозе отдает Na + , Ca 3 (PO 4) 2)

В организме человека выделяют 2 типа костной ткани: ретикулофиброзная (губчатое костное вещество) и пластинчатая (компактное костное вещество). Из них образованы различные виды костей: трубча­тые, губчатые и т. п.

Как и любая ткань, костная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.

В костной тканивыделяются 2 типа клеток мезенхимального происхождения.

1 тип:

а) стволовые остеогенные клетки;

б) полустволовые стромальные клетки;

в) остеобласты (из них образуются остеоциты);

г) остеоциты;

2 тип:

а) стволовые кроветворные клетки;

б) полустволовые кроветворные клетки (из них образуются миелоидные клетки, макрофаги);

в) унипотентная колонеообразующая моноцитарная клетка (из нее образуется монобласт → промоноцит → моноцит → остеокласт);

Молодые, не делящиеся клетки, создающие костную ткань. Имеют различную форму: кубическую, пирамидальную, угловатую. Содержат 1 ядро. В цитоплазме хорошо развиты широховатая ЭПС, митохондрии и комплекс Гольджи. В клетке много РНК, высокая активность щелочной фосфатазы, активен биосинтез белка (коллагена, протеогликаны, ферменты).

Встречаются только в глубоких слоях надкостницы и в местах регенерации костной ткани. Покрывают всю поверхность развивающейся костной балки.

Преобладающие клетки костной ткани, образуются из остеобластов. Не способны к делению, имеют отросчатую форму, крупное ядро в центре клетки, содержат мало органелл, не имеют центриолей. Располагаются в лакунах, вырабатывают компоненты межклеточного вещества.

Гигантские многоядерные клетки гематогенной природы. В клетке выделяют 2 зоны. В клетке много вакуолей, митохондрий, лизосом. Немного рибосом, слабо развит шероховатый ЭПС.

Активность остеокластов регулируются Т-лимфоцитами через цитокины. Остеокласты способны разрушать обызвествленный хрящ или кость. Они выделяют в межклеточную жидкость СО 2 и карбоангидразу. Н 2 О + СО 2 = Н 2 СО 3 Накопление кислот приводит разрушение кальциевых солей и органической матрицы.

В состав межклеточного матрикса костной ткани входят органические и неорганические вещества. В компактной кости неорганический компонент составляет 70% массы кости, органический компонент - 20% массы кости, вода – 10% массы кости. При этом по объе­му на неорганический компонент приходится только около ¼ кости; остальную часть занимает органический компонент и вода.

В губчатой костной ткани неорганический компонент составляет 33-40% массы кости, органический компонент - 50% массы кости, вода – 10% массы кости.

Органический компоненткостной ткани состоит в основном (90-95%) из коллагеновых волокон (коллаген 1 типа), которые содержат много оксипролина, лизина, фосфата, связанного с серином, и мало гидроксилизина.

Органический компонент костной ткани содержит незначительное количество протеогликанов и ГАГ. Основным представителем является хондроитин-4-сульфат, немного хондроитин-6-сульфата, кератансульфата, гиалуроновой кислоты.

В костной ткани находятся неколлагеновые структурные белки остеокальцин, остеонектин, остеоронтин и др. Остеонектин является посредником кальцификации, он связывает кальций и фосфор с коллагеном. Пептид (49АК), содержащий 3 остатка γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты. В синтезе этого пептида участвует витамин К, он обеспечивает карбоксилирование глутаминовой кислоты.

В косной ткани содержатся ферменты: щелочная фосфатаза (много в растущих костях), кислая фосфатаза (мало), коллагеназа, пирофосфатаза. Фосфотазы выделяют фосфат из органических соединений. Пирофосфатаза разрушает пирофосфат, который является ингибитором кальцификации.

Также органический компонент представлен различными органическими кислотами фумаровой, яблочной, молочной и т.д. Присутствуют липиды.

Минеральный компонент костной ткани взрослого человека состоит глав­ным образом из гидроксиапатита (приблизительный состав Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2), кроме того, он включает фосфаты кальция (Са 3 (РО 4) 2), магния (Mg 3 (РО 4) 2), карбонаты, фториды, гидроксиды, цитраты (1%) и т.д. В состав костей входит большая часть Mg 2+ , около четверти Na + и небольшая часть К + , содержа­щихся в организме. У детей раннего возраста в минеральном компоненте костной ткани преобладает аморфный фосфат кальция (Са 3 (РО 4) 2), он является лабильным резервом кальция и фосфора.

Кри­сталлы гидроксиапатита имеют форму пластинок или палочек толщиной около 8-15Å, шириной 20-40Å, длиной 200-400Å. В кристаллической решетке гидроксиапатита Са 2+ может замещаться другими двухвалентными катионами. В растущую кристал­лическую решетку гидроксиапатита могут внедряться ионы тяжелых металлов: свинец, радий, уран и тяжелые элементы, образующиеся при рас­паде урана, например стронций.

Анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на большой поверхности, образуемой малень­кими кристаллами либо растворяются в гидратной оболочке кри­сталлической решетки. Ионы Na + адсорбируются на поверхности кристаллов.

Между собой кри­сталлы гидроксиапатита связываются через Са 2+ с помощью остатков γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты пептида (49 АК).

Вследствие кристаллической структуры образованной органическими и неорганическими компонентами модуль упругости кости сходен с бетоном.

Введение

Главными тканями позвоночных являются нервная, мышечная, эпителиальная и соединительная. Клетки в тканях находятся в контакте с большим количеством внеклеточных макромолекул, объединенных в понятие внеклеточный матрикс. В некоторых тканях клетки взаимодействуют при помощи прямых контактов между собой.

Эпителиальная и соединительная ткани являются полярными, если судить по типу взаимоотношений клеток и матрикса. В соединительных тканях значительную часть объема занимает внеклеточное пространство, заполненное молекулами внеклеточного матрикса. Межклеточное вещество соединительной ткани определяет основные её свойства.

В эпителии клетки занимают большую часть объема ткани, образуя плотные слои. Их внеклеточный матрикс беден и представляет собой тонкую основу, называемую базальной мембраной. Она располагается на границе между эпителием и соединительной тканью и играет большую роль в контроле жизнедеятельности клеток. Через цитоплазму каждой эпителиальной клетки проходят тонкие внутриклеточные филаменты. Эти филаменты прямо или опосредованно соединяются с трансмембранными белками в плазматической мембране и, таким образом, образуют специфические соединения между клетками и подлежащей мембраной.

Биомедицинское значение внеклеточного матрикса

• Продвижение клеток во время эмбриогенеза зависит от молекул матрикса
• Острые и хронические воспаления разворачиваются в тканях при активном посредничестве молекул матрикса
• Проблема метастазирования опухолевых клеток тесно связана с внеклеточным матриксом.
• Наиболее распространенные заболевания - ревматоидный артрит, остеоартрит, атеросклероз - протекают с участием молекул внеклеточного матрикса.
• Широкий спектр коллагеновых заболеваний связан с генетическими нарушениями обмена молекул матрикса
• Дефекты лизосомных гидролаз приводят к тяжелым последствиям (мукополисахаридозы).
• Старение и проблемы косметики тесно связаны с возможностями влияния на обмен молекул матрикса.

В большинстве органов молекулы матрикса образуются клетками, называемыми фибробластами или клетками этого семейства (хондробласты в хряще и остеобласты в костной ткани). Их называют постоянными клетками. К этому типу клеток относят также макрофаги (гистиоциты), тканевые базофилы (тучные клетки, лаброциты, гепариноциты), адипоциты (липоциты), мезенхимные клетки, перициты.

На молекулярный состав межклеточного вещества оказывают влияние и транзиторные клетки. Эти клетки мигрируют в соединительную ткань из крови в ответ на специфический стимул. К ним относятся лимфоциты, плазматические клетки, эозинофилы, нейтрофилы, базофилы и др.

В состав межклеточного матрикса входят 3 основных класса белковых молекул:

• протеогликаны (ПГ ) - представлены белками, соединенными с полисахаридами - гликозаминогликанами (ГАГ)
• фибриллярные белки двух функциональных типов: преимущественно структурные (семейства коллагена и эластина) и преимущественно адгезивные (семейства фибронектина или ламинина).

Все названные белки относятся к группе белково-углеводных комплексов.

Называют неклеточные структуры ткани. Внеклеточный матрикс составляет основу соединительной ткани , и образуется её клетками. Обеспечивает механическую поддержку тканей.

Основные компоненты внеклеточного матрикса - гликопротеины , протеогликаны и гиалуроновая кислота . Коллаген является превалирующим гликопротеином внеклеточного матрикса у большинства животных. В состав внеклеточного матрикса входит множество других компонентов: белки фибрин , эластин , а также фибронектины , ламинины, и нидогены ; минералы, такие как гидроксилапатит; жидкости - плазма крови и сыворотка, содержащие свободные антигены .

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Межклеточный матрикс" в других словарях:

Матрикс - все актуальные промокоды на скидку Матрикс в категории Парикмахерские принадлежности и косметика для волос

Термин матрикс, внеклеточный Термин на английском matrix extracellular Синонимы Аббревиатуры Связанные термины биологические нанообъекты, биосовместимые покрытия, клетка, протеом, протеомика Определение В биологии внеклеточные структуры ткани.… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Это ткань живого организма, не отвечающая непосредственно за работу какого либо органа или системы органов, но играющая вспомогательную роль во всех органах, составляя 60 90 % от их массы. Выполняет опорную, защитную и трофическую функции.… … Википедия

Соединительная ткань это ткань живого организма, не относящаяся к собственным функциям каких либо органов, но присутствующая на вспомогательных ролях во всех них, составляя 60 90 % их массы. Выполняет опорную, защитную и трофическую функции.… … Википедия

Это статья о неакадемическом направлении исследований. Пожалуйста, отредактируйте статью так, чтобы это было ясно как из её первых предложений, так и из последующего текста. Подробности в статье и на странице обсуждения … Википедия

- (кератоз) это патологическое состояние кожи невоспалительного характера, характеризующееся значительным утолщением рогового слоя или задержкой его нормального отторжения. Может быть наследственным, приобретенным и симптоматическим. Даже у… … Википедия

Схематическая структура плазмодесмы. 1 клеточная стенка 2 плазмолемма 3 десмотубула 4 эндоплазматический ретикулум 5 белки плазмодесмы Плазмодесмы (от греч … Википедия