matris i buren. extracellulär matris. Vad vi har lärt oss om den extracellulära matrisen under det senaste året

VETENSKAPEN

Teori om extracellulär matris

Vi vet alla att människokroppen består av celler, men få människor tror att deras antal är ungefär 20% av hela kroppen. Resterande 80% består av "intercellulär matris". Vad är en "intercellulär matris"? Hur kan du se det?

Det mest uppenbara exemplet på den intercellulära matrisen i människokroppen är benvävnad.

Den cellulära basen för benvävnad är osteoblasten. Dessa är celler 5-7 mikron stora som bygger benvävnad. Deras antal är ännu mindre i vikt än 20%. Mänskligt ben består av kristaller av hydroxiapatit, kollagen (typ I), etc. Allt annat är den intercellulära matrisen.

Teori om mänskligt åldrande

Även om cellerna är 100 % friska sker förstörelsen av den extracellulära matrisen i hög ålder i första hand. Som ett resultat blir huden sladdrig, den extracellulära matrisen förstörs, huden "hänger" och vi ser alla tecken på hudens åldrande med blotta ögat. Vi kan se samma sak i exemplet med ben. Människor blir inte sjuka för att cellerna beter sig "fel". Från osteoporos blir benen sköra, främst på grund av förstörelsen av den intercellulära matrisen.

Samma problem uppstår med skallighet. Det finns inga celler i människohåret, tvärtom - håret består av produkterna av cellernas vitala aktivitet, och detta är den intercellulära matrisen i sin renaste form. När den intercellulära matrisen förstörs, faller vårt hår av.

FÖLJANDE FAKTA SÄGER TILL DENNA TEORI:

Låt oss ta strukturåterställning som ett exempel, eller regenereringsprocessen.

Till exempel skar en person sig själv. Cellregenerering fortskrider i ungefär samma takt som hos ett barn som hos en äldre person. Skillnaden i sårläkningshastigheten beräknas i procent, men inte i en storleksordning. Hos äldre människor läker sår lika snabbt, med en proportionell hastighet, som hos unga. Om en ung person har ett grunt skärsår som läker inom en vecka, tar det för en äldre person 8-10 dagar. Skillnaden är inte kardinal, celler delar sig och regenereras i ungefär samma takt under en persons liv, om han är frisk. Detta tyder på att cellerna är i ordning, och med åldern förlorar de inte sin förmåga att regenerera, att dela sig.

Under många år var det ett stort mysterium för de ledande forskarna i världen – hur går egentligen cellernas näring till? Alla har länge förstått att alla näringsämnen kommer in i cellerna med blod genom blodkärlen, genom kapillärerna. Och hur då? Om du tar ett mikroskop och tittar på dina celler kommer du att upptäcka att kapillärer inte passar alla celler i din kropp, utan tillför syre och näringsämnen till mycket stora grupper av celler. Vad kommer härnäst?

Den intercellulära matrisen har en mycket komplex struktur. I den intercellulära matrisen bildas vägar för att transportera användbara ämnen och ta bort avfallsprodukter, och dessa vägar finns inte alltid, och beroende på tid på dygnet kan mänskliga tillstånd bildas i form av "tunnlar", motorvägar etc. De kan bildas på samma ställe. Det är som analogin med körfält med omvänd trafik på vägarna, när folk kör åt ena hållet på morgonen och i motsatt riktning på kvällen.

STRUKTUREN AV DEN INTERCELLULÄRA MATRIXEN ÄR INTE HELT KÄND.

Men det är tydligt bevisat att den extracellulära matrisen består av flera huvudkomponenter. Det är allmänt accepterat i det vetenskapliga samfundet att huvudkomponenten i den extracellulära matrisen är hyaluronsyra. Därför är det nu mycket på modet, det används ofta i kosmetiska krämer, kosttillskott, etc. Dessutom innehåller det kollagen eller amorft protein, kondroitin, i synnerhet kondroitinsulfat, som är särskilt rikligt i lederna. Och förutom detta visar nyare forskning att det viktigaste elementet är kiseldioxid. Den bildar en primär struktur, som består av kiselföreningar (SiO2). Det påminner mycket om raderna från Bibeln, när "Gud skapade människan av lera", och lera består som vi vet av kiseldioxid, kiseloxid.

Även om mängden kisel i människokroppens vävnader inte är stor (endast 2%), men det spelar en stor roll. Trots att det finns mycket kisel i naturen – det är huvudelementet i jordskorpan, finns det väldigt lite biotillgängligt kisel. Vanlig kiseldioxid (sand, damm, jord) är ett mycket kemiskt inert ämne som inte går in i kemiska reaktioner. Det verkar vara mycket av det, men det finns praktiskt taget ingenstans för kroppen att ta det.

En flercellig organism är kapabel att syntetisera olika ämnen i den intercellulära miljön som bildar en intercellulär matris som utför olika funktioner. Matris:

1) separerar grupper av celler, förhindrar kontakt mellan dem;

2) fungerar som ett medium för cellmigrering;

3) kan inducera celldifferentiering.

Den extracellulära matrisen består av tre huvudkomponenter: kollagen, proteoglykaner och glykoproteiner. Konsistensen av den extracellulära matrisen beror på förhållandet mellan kollagen och proteoglykaner (övervikten av kollagen skapar stelhet). Sammansättningen av den extracellulära matrisen inkluderar också många andra komponenter: - fibrin, elastin, fibronektiner, lamininer och nidogener; mineraler såsom hydroxiapatit; vätskor - lymfa, blodplasma som innehåller fria antigener. Den extracellulära matrisen utgör mer av bindväven än cellerna som omger den och bestämmer vävnadens fysiska egenskaper, såsom den förkalkade matrisen av ben och tandmatrisen; transparent matris av hornhinnan; en repliknande senmatris som tål enorma dragkrafter. Den extracellulära matrisen deltar också i att reglera beteendet hos celler i kontakt med den: deras utveckling, migration, reproduktion, form och funktion. I gapet mellan epitel- och bindväven bildar matrisen en basal, tunn men stel kull som spelar en viktig roll för att kontrollera cellulärt beteende. Weinberg (R.A. Weinberg, 1989) föreslog att den omgivande normala vävnaden hämmar tillväxten av tumörceller, som om man normaliserar dem och förhindrar okontrollerad tillväxt från att manifestera sig. Sådana "normaliserande" faktorer, enligt Weinberg, kan vara cellens interaktion med den extracellulära matrisen, intercellulära kopplingar genom gap junctions och cytokiner som utsöndras av normala celler. Den normala mikromiljön är den första barriären som en transformerad klon måste övervinna innan den blir en autonomt växande tumör.

Kunskap om den extracellulära matrisens sammansättning, egenskaper och funktion är mycket viktig för utvecklingen av nya läkemedel baserade på , eftersom de första barriärerna som de behöver övervinna på vägen till målcellen är blod och extracellulär matris. De strukturella elementen i matrisen (till exempel kollagen) har vanligtvis en organisation i nanoskala och används i tillvägagångssätt. Till exempel kan kollagenmatriser med kontrollerad packning av fibrer i nanostorlek användas för cellodling och implantatskapande.

Författare

Naroditsky Boris Savelievich
Nesterenko Ludmila Nikolaevna

Källor

Matris // Informations- och referensresurs i biologi. -www.cellbiol.ru/book/kletka/matriks
ECM (extracellulär matris, ECM) // Kunskapsbas för humanbiologi. -

osteoklaster

Osteocyter

osteoblaster

BENCELLER

BENFUNKTIONER

FÖRELÄSNING #

Ämne: Biokemi av benvävnad

Fakulteten: Dental.

Benär en typ av bindväv med hög mineralisering av det intercellulära ämnet.

1. Formning

2. Stöd (fixering av muskler, inre organ)

3. Skyddande (bröst, skalle, etc.)

4. Lagring (depå av mineraler: kalcium, magnesium, fosfor, natrium, etc.).

5. Reglering av CBS (avger Na +, Ca 3 (PO 4) 2 vid acidos)

I människokroppen särskiljs 2 typer av benvävnad: retikulofibrös (svampig bensubstans) och lamellär (kompakt bensubstans). Olika typer av ben bildas av dem: rörformiga, svampiga, etc.

Som vilket tyg som helst ben består av celler och extracellulär matris.

I benvävnad särskiljs 2 typer av celler av mesenkymalt ursprung.

1 typ:

a) osteogena stamceller;

b) semi-stam-stromaceller;

c) osteoblaster (av vilka osteocyter bildas);

d) osteocyter;

2 typ:

a) hematopoetiska stamceller;

b) halvstamhematopoietiska celler (de bildar myeloidceller, makrofager);

c) unipotent kolonibildande monocytisk cell (monoblast → promonocyt → monocyt → osteoklast bildas av den);

Unga, icke-delande celler som skapar benvävnad. De har en annan form: kubisk, pyramidformad, kantig. Innehåller 1 kärna. I cytoplasman är en bred ER, mitokondrier och Golgi-komplexet välutvecklade. Det finns mycket RNA i cellen, hög aktivitet av alkaliskt fosfatas, proteinbiosyntesen är aktiv (kollagen, proteoglykaner, enzymer).

De finns endast i de djupa lagren av periosteum och på platser för benvävnadsregenerering. Täck hela ytan av den utvecklande benstrålen.

De dominerande benvävnadscellerna bildas från osteoblaster. De är inte kapabla till delning, har en processform, en stor kärna i mitten av cellen, innehåller få organeller och har inte centrioler. De är belägna i lakuner, producerar komponenter av den intercellulära substansen.

Jätte multinukleära hematogena celler. Det finns 2 zoner i cellen. Det finns många vakuoler, mitokondrier och lysosomer i cellen. Få ribosomer, dåligt utvecklad grov ER.

Osteoklastaktivitet regleras av T-lymfocyter genom cytokiner. Osteoklaster kan förstöra förkalkat brosk eller ben. De utsöndrar CO 2 och kolsyraanhydras i den intercellulära vätskan. H 2 O + CO 2 \u003d H 2 CO 3 Ansamlingen av syror leder till förstörelsen av kalciumsalter och den organiska matrisen.

Sammansättningen av den intercellulära matrisen av benvävnad inkluderar organiska och oorganiska ämnen. I ett kompakt ben är den oorganiska komponenten 70 % av benmassan, den organiska komponenten 20 % av benmassan och vatten 10 % av benmassan. Samtidigt utgör volymen av den oorganiska komponenten endast cirka ¼ av benet; resten upptas av den organiska komponenten och vatten.

I svampig benvävnad utgör den oorganiska komponenten 33-40% av benmassan, den organiska komponenten - 50% av benmassan, vatten - 10% av benmassan.

Organisk komponent i benvävnad består huvudsakligen (90-95%) av kollagenfibrer (kollagen typ 1), som innehåller mycket hydroxiprolin, lysin, fosfat associerat med serin och lite hydroxilysin.

Den organiska komponenten i benvävnad innehåller en liten mängd proteoglykaner och GAG. Huvudrepresentanten är kondroitin-4-sulfat, lite kondroitin-6-sulfat, keratansulfat, hyaluronsyra.

I benvävnaden finns icke-kollagen strukturella proteiner osteocalcin, osteonektin, osteorontin, etc. Osteonectin är en förkalkningsmediator, det binder kalcium och fosfor till kollagen. Peptid (49AK) innehållande 3 rester av y-karboxyglutaminsyra. Vitamin K är involverat i syntesen av denna peptid, det säkerställer karboxyleringen av glutaminsyra.

Benvävnaden innehåller enzymer: alkaliskt fosfatas (många i växande ben), surt fosfatas (lite), kollagenas, pyrofosfatas. Fosfotaser frigör fosfat från organiska föreningar. Pyrofosfatas förstör pyrofosfat, som är en hämmare av förkalkning.

Den organiska komponenten representeras också av olika organiska syror, fumarsyra, äppelsyra, mjölksyra, etc. Lipider är närvarande.

Mineralkomponenten i benvävnad en vuxen består huvudsakligen av hydroxiapatit (ungefärlig sammansättning Ca 10 (RO 4) 6 (OH) 2), dessutom inkluderar den kalciumfosfater (Ca 3 (RO 4) 2), magnesium (Mg 3 (RO 4) 2), karbonater, fluorider, hydroxider, citrater (1%), etc. Benens sammansättning inkluderar det mesta av Mg 2+, ungefär en fjärdedel av Na + och en liten del av K + som finns i kroppen. Hos små barn dominerar amorft kalciumfosfat (Ca 3 (PO 4) 2) i mineralkomponenten i benvävnaden, det är en labil reserv av kalcium och fosfor.

Hydroxiapatitkristaller är i form av plattor eller stavar ca 8-15Å tjocka, 20-40Å breda, 200-400Å långa. I kristallgittret av hydroxiapatit kan Ca 2+ ersättas med andra tvåvärda katjoner. Joner av tungmetaller kan införas i det växande kristallgittret av hydroxiapatit: bly, radium, uran och tunga grundämnen som bildas under sönderfallet av uran, såsom strontium.

Andra anjoner än fosfat och hydroxyl adsorberas antingen på en stor yta bildad av små kristaller eller löses upp i kristallgittrets hydratskal. Na+-joner adsorberas på kristallytan.

Mellan sig är hydroxiapatitkristallerna länkade genom Ca 2+ med användning av resterna av y-karboxyglutaminsyran i peptiden (49 AA).

På grund av den kristallina strukturen som bildas av organiska och oorganiska komponenter, är benets elasticitetsmodul liknande den hos betong.

Introduktion

De viktigaste vävnaderna hos ryggradsdjur är nervösa, muskulära, epiteliala och bindande. Celler i vävnader är i kontakt med ett stort antal extracellulära makromolekyler, förenade i konceptet med en extracellulär matris. I vissa vävnader interagerar celler genom direkta kontakter med varandra.

Epitel- och bindväv är polära, att döma av typen av relation mellan celler och matris. I bindväv är en betydande del av volymen upptagen av det extracellulära utrymmet fyllt med molekyler från den extracellulära matrisen. Den intercellulära substansen i bindväven bestämmer dess huvudegenskaper.

I epitelet upptar celler större delen av vävnadsvolymen och bildar täta lager. Deras extracellulära matris är dålig och är en tunn bas som kallas basalmembranet. Det är beläget på gränsen mellan epitelet och bindväven och spelar en viktig roll i kontrollen av cellaktivitet. Tunna intracellulära filament passerar genom cytoplasman i varje epitelcell. Dessa filament ansluter direkt eller indirekt till transmembranproteiner i plasmamembranet och bildar därmed specifika kopplingar mellan celler och det underliggande membranet.

Biomedicinsk betydelse av den extracellulära matrisen

Cellutveckling under embryogenes beror på matrismolekyler
Akuta och kroniska inflammationer utvecklas i vävnader med aktiv mediering av matrismolekyler.
Problemet med tumörcellsmetastaser är nära relaterat till den extracellulära matrisen.
De vanligaste sjukdomarna - reumatoid artrit, artros, åderförkalkning - uppträder med deltagande av extracellulära matrismolekyler.
Ett brett spektrum av kollagensjukdomar är förknippade med genetiska störningar i metabolismen av matrismolekyler.
Defekter i lysosomala hydrolaser leder till allvarliga konsekvenser (mukopolysackaridoser).
Åldrande och kosmetiska problem är nära besläktade med möjligheterna att påverka utbytet av matrismolekyler.

I de flesta organ bildas matrismolekyler av celler som kallas fibroblaster eller celler från denna familj (kondroblaster i brosk och osteoblaster i benvävnad). De kallas permanent celler. Denna typ av celler inkluderar även makrofager (histiocyter), vävnadsbasofiler (mastceller, labrocyter, heparinocyter), adipocyter (lipocyter), mesenkymala celler, pericyter.

Den molekylära sammansättningen av det intercellulära ämnet påverkas också av ranger celler. Dessa celler migrerar till bindväven från blodet som svar på en specifik stimulans. Dessa inkluderar lymfocyter, plasmaceller, eosinofiler, neutrofiler, basofiler, etc.

Sammansättningen av den extracellulära matrisen inkluderar 3 huvudklasser av proteinmolekyler:

proteoglykaner (PG) - representeras av proteiner kopplade till polysackarider - glykosaminoglykaner (GAG)
fibrillära proteiner av två funktionella typer:övervägande strukturell(kollagen- och elastinfamiljer) och övervägande lim(fibronektin- eller lamininfamiljer).

Alla dessa proteiner tillhör gruppen av protein-kolhydratkomplex.

De kallas icke-cellulära vävnadsstrukturer. Den extracellulära matrisen är grunden för bindväv och bildas av dess celler. Ger mekaniskt stöd till vävnader.

Huvudkomponenterna i den extracellulära matrisen är glykoproteiner, proteoglykaner och hyaluronsyra. Kollagen är det dominerande glykoproteinet i den extracellulära matrisen hos de flesta djur. Sammansättningen av den extracellulära matrisen inkluderar många andra komponenter: proteiner fibrin, elastin, såväl som fibronektiner, lamininer och nidogener; mineraler såsom hydroxiapatit; vätskor - blodplasma och serum som innehåller fria antigener.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Se vad den "intercellulära matrisen" är i andra ordböcker:

Matrix - alla aktuella Matrix rabattkoder i kategorin Frisörtillbehör och hårkosmetik

Term matris, extracellulär engelsk term matrix extracellular Synonymer Förkortningar Associerade termer biologiska nanoobjekt, biokompatibla beläggningar, cell, proteom, proteomik Definition Inom biologi, extracellulära vävnadsstrukturer.… … Encyclopedic Dictionary of Nanotechnology

Detta är en vävnad från en levande organism som inte är direkt ansvarig för funktionen hos något organ eller organsystem, men spelar en hjälproll i alla organ och står för 60-90% av deras massa. Utför stödjande, skyddande och trofiska funktioner ... ... Wikipedia

Bindväv är en vävnad från en levande organism som inte är relaterad till de korrekta funktionerna hos några organ, men är närvarande i hjälproller i dem alla, och står för 60-90% av deras massa. Utför stödjande, skyddande och trofiska funktioner ... ... Wikipedia

Den här artikeln handlar om en icke-akademisk forskningslinje. Vänligen redigera artikeln så att den framgår både av de första meningarna och från den efterföljande texten. Detaljer i artikeln och på diskussionssidan ... Wikipedia

- (keratos) är ett patologiskt tillstånd i huden av icke-inflammatorisk karaktär, kännetecknat av en betydande förtjockning av stratum corneum eller en försening av dess normala avstötning. Det kan vara ärftligt, förvärvat och symtomatiskt. Även på ... ... Wikipedia

Schematisk struktur av plasmodesmata. 1 cellvägg 2 plasmolemma 3 desmotubuli 4 endoplasmatiskt retikulum 5 plasmodesmaproteiner Plasmodesma (från grekiskan ... Wikipedia