Die Extrazelluläre Matrix

Die Extrazelluläre Matrix
=> Sie ist jener Anteil des Gewebes, der von tierischen
Zellen in den Interzellularraum sezerniert wird. Die im Zuge
des Referats wurden folgende Hauptbestandteile genauer
besprochen: (siehe Abb.)
 Proteoglykane, Hyaluronan, Fibronectin
 Kollagenfasern
 Elastische Fasern
 Basallamina
Die relative Menge der Matrix-Moleküle u. ihre
Organisation zur Gesamtmatrix variiern beträchtlich.
2 Hauptklassen von Makromolekülen:
(I) Polysaccharide vom Glykosaminoglykantyp(GAGs)
4 GAG-Klassen: Hyaluronan; Chondroitinsulfat u.Dermatansulfat ; Heparansulfat ; Keratansulfat
Eigenschaften der GAGs:
 Sich wiederholende Disaccharide;
 Durch Carboxylierung bzw. Sulfatisierung => starke neg. Ladung.(stärkste Anionen in
tierischen Zellen)
 Starr, gestreckte Konformation (hydrophil)
 Bilden selbst in geringer Konz. Gele => hohe Dichte ihrer neg. Ladung zieht Kationen
(bsp.Na) an=> Osmose=> Turgordruck steigt => verleiht Matrix die Druckfestigkeit.
HYALURONAN
Einfachstes GAG. Besteht aus sulfatfreien Disacchariden (Gluconsäure+N-Acetylglucosamin). Bildet
sehr lange Ketten. Besonders häufig im Embryonalstadium als „Füllmasse“ vorkommend. Es ist nicht
(!) kovalent an das Core-Protein gebunden. Synthese erfolgt nicht innerhalb der Zelle (an der
Membran). Spielt Rolle bei Wundeilung. Überschüssiges Hyaluronan wird von der Hyaluronidase
abgebaut.
Anordnung der Ketten:
=> Selbstaggregation zu großen Komplexen (Bsp. Aggrecankomplex)
=> Bindung an faserförmige Proteine (Bsp.Decorin)
GAGs liegen in kovalenter Bindung mit Proteoglykanen vor:
PROTEOGLYKANE
Aufbau:
 Core-Protein (Polypeptidkette mit Serin) => Ausgangspunkt für wachsende PolysaccharidKette. (Anfügen der Zuckerreste: Glykosyltransferase)
 Linker Tetrasaccharid (Xylose,2*Galactose,Glucoronsäure)
 Muss definitionsgemäß mind. eine GAG enthalten.
 Unbegrenzt heterogener Aufbau möglich=>( Disaccharideinheiten können zusätzlich durch ein
komplexes Muster von SO3-Gruppen modifiziert werden) => erschwert Identifikation.
Funktion:
 Selektionsfilter durch Gelbildung (Bsp. Perlecan in BL des Nierenglomerulus)
 Chemische Signalübertragung => binden Signalmoleküle (Bsp.FGF)
 Bindung von Proteasen (wichtig für Zellwanderung)
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 Aktivitätsregulierung von Proteinen :
o Festhalten am Freisetzungsort=> Wirkradius wird eingeschränkt
o Sterische Hemmung
o Anlegen eines Proteinvorrats=> Freisetzung schrittweise
o Konzentrierung von Proteinen => effektivere WW mit Rezeptoren (zB.Chemokine)
Mikroskopieren:
Da Proteoglykane wasserlöslich=> Gefriersubstitution
Arten:
 In der Matrix gelöst (z.B Aggrecan)
 In die Membran integriert. Entweder mit Core-Protein als transmembraneinheit od. über GPIAnker. (z.B.Syndecan) => sie fungieren meist als Korezeptoren.
GLYKOPROTEINE
Fibronectin:
=> großes Glykoprotein bestehend aus 2 sehr großen UE, die durch S-S-Bindungen an einem Ende
kovalent verbunden sind. Jede UE besitzt mehrer funktionelle Domänen, die durch bewegliche
Polypeptidkette verbunden sind. Domänen=> sich wiederholende Module (wichtigstes: TypIIFibronectin-Wiederholungseinheit=> bindet an Integrine)
=> 2 Fibronectinisoformen: lösliches (zirkuliert im Blut-Wundheilung,Phagozytose-Beteiligung) u.
fibrilläres Fibronectin ( über fibrilläre Adhäsionen mit Integrinen verbunden)
=> alle Zellen besitzen die Fähigkeit auf Fibronectin zu wandern. Matrixproteine (Tenascine +
Thrombospondine) können Zelladhäsionen fördern oder hemmen.
(II) Faserförmige Proteine (Kollagen,Elastin,Laminin)
(A) Kollagen
Eigenschaften:
 Lange, unbewegliche Helicalstruktur (Tripelhelices zu seilartiger Superhelix)
 Prolin (Stabilität durch Ringstuktur) und Glycin (für kompakte Helix verantwortlich)- reich
 Aminosäuresequenz der tripel-helicalen Domänen sind durch die Wiederholung der Triplets:
Gly-Xaa-Yaa charakterisiert.
Arten:
 Fibrilläre Kollagene (Typ I,II,III,V u.XI)
=>sperrholzartig(u.a. Knochen, Cornea) od. parallele Bündel (Sehnen)
 Fibrillen-assoziierte Kollagene (Typ IX u.XII)
=> ihre Tripelhelix wird von 2 kurzen, nicht helicalen Domänen unterbrochen)
=> nach ihrer Freisetzung aus der Zelle=> keine Modifikation!
=> keine Aggregation zu Fibrillen=> binden regelmäßig an die Oberfl.fibrill.Kollagene
o Typ IX bindet an Typ II (Knorpel,Cornea,Glaskörper)
o Typ XII bindet an Typ I (Sehnen u. andere Gewebe)
 Netzbildende Kollagene (Typ IV,X,VIII)
 Ankerfibrillenbildende Kollagene (Typ VII)
 Perlschnurförmig (Typ VI)
Sekretion:
Pro-α-Kette (an membr.gebundenen Ribosomen synthetisiert) => ins ER-Lumen eingeschleust=>
enthält N-term.Signal (ER-Transport) u. Propeptide (N+C-Terminus) => Hydroxylierung u.
Glykosylierung durch Prokollagen-Hydroxylasen (Kofaktor für z.B. Prolylhydroxylase=>
Ascorbinsäure) Info: unvollständig hydroxylierte Ketten bilden bei ~37°C keine stabilen Helices.
(Propeptide=> 2 Funktionen: lenken die intrazelluläre Bildung der Tripelhelix u. verhindern die
Fibrillenbildung.)=> Abspaltung der Porpeptide=> Selbstaggregation zu Fibrillen durch Ausbildung
kovalenter Quervernetzungen (Lysin-gesteuert)
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(B) Elastin
Eigenschaften:
 stark und elastisch.
 wird von den glatten Muskelzellen sezerniert.
 hydrophob („knäuelartige“ Struktur)
 Prolin u.Glycinreich (wenig bis keine Hydroxylierung)
 Quervernetzungen: Alanin u. Lysinreiche α-helicale Abschnitte
 Elastingerüst von Mikrofibrillen-Hülle umgeben (Mikrofibrillen von Fibrillin gebildet)
Die Basallamina
Funktionen:
 Im Nierenglomerulus (Trennung: Blut-Urin) = Molekularfilter
 Festlegung der Zellpolarität
 Beeinflussung des Zellstoffwechsels
 Organisation und Anordnung v. Proteinen in benachbarten Plasmamembranen
 Spezifische „Terrassen“ für Zellwanderung bzw. Barriere (Fibroblasten dürfen nicht durch!)
 Gerüstfunktion bei Verletzungen (Bsp. Regeneration der Muskel-Nerv-Endplatte)
Entstehung: durch spezifische WW. zw. Proteinen (Kollagen Typ IV; Laminin; Nidogen; Perlecan)
Kontrollierter Abbau von Matrixbestandteilen:
=> Abbau erfolgt durch Proteasen => 2 Klassen:
 Matrix-Metalloproteasen (Ca2+ u. Zn 2+ abhängig ) Bsp. Kollagenase
 Serinproteasen (Serin im aktiven Zentrum)
=> proteolyse-Beitrag zur Zellwanderung:
 Weg durch Matrix freiräumen
 Kryptische Bereiche freilegen
 Entfernung von Verankerungsstellen (Wanderung)
 Freisetzung extrazellulärer Signalmolekühlen, die die Zellwanderung anregen
=> Proteasen müssen streng kontrolliert werden:
(1) Örtlich begrenzte Aktivierung (Sekretion der Protease als inaktive Vorstufe) Bsp.tPA
(2) Beschränkung durch Oberflächen-Rezeptoren( R.binden Proteasen;) Bsp.uPA
(3) Ausscheidung von Inhibitoren (Einschränkung des Wirkraums) Bsp. TIMPs
Schluss: Wofür ist die extrazelluläre Matrix gut?
Die EM kann „Ordnung“ (z.B. Ausrichtung der Cytoskelettfilamente) von Zelle zu Zelle übertragen.
Es geht sogar soweit, dass eine Kontaktabhängigkeit der Zellen von der Matrix besteht.
(Zellwachstum, Proliferation, Überleben d.Zelle ist von der EM abhängig).
Referat: Hofmaier Tina
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