Кіріспе

Жасушалардың сыртындағы ақуыздар мен молекулалардың желісі, жасушаларға құрылымдық қолдау көрсетеді. Биологияда жасушадан тыс матрица (ECM), сондай-ақ жасушааралық матрица (ICM) деп те аталады, – бұл жасушадан тыс макромолекулалар мен минералдардан, мысалы, коллаген, ферменттер, гликопротеиндер және гидроксиапатиттен тұратын желі. Ол қоршаған жасушаларға құрылымдық және биохимиялық қолдау көрсетеді. Көпжасушалылық әртүрлі көпжасушалы тіршілік формаларында тәуелсіз түрде дамығандықтан, ЭКМ құрамы көпжасушалы құрылымдар арасында әр түрлі болады. Алайда, жасушалардың жабысуы, жасушалар арасындағы байланыс және дифференциация ЭКМ-нің жалпы функциялары болып табылады. Жануарлардың жасушадан тыс матрицасына интерстициалдық матрица және базалық мембрана кіреді. Интерстициалдық матрица әртүрлі жануарлар жасушаларының арасында (яғни жасушааралық кеңістіктерде) орналасқан. Полисахаридтер мен талшықты ақуыздардың гельдері интерстициалдық кеңістікті толтырады және ЭКМ-ге түсетін күштерге қарсы буферлік қызмет атқарады. Базалық мембраналар – әртүрлі эпителий жасушалары орналасқан ЭКМ-нің жапырақша тәрізді жиынтығы. Жануарлардың әр түрлі жалғастыру тінінің өзіндік ЭКМ түрі болады: коллаген талшықтары мен сүйек минералдары сүйек тінінің ЭКМ-ін құрайды; ретикулалық талшықтар мен негізгі зат еріген жалғастыру тінінің ЭКМ-ін құрайды; ал қан плазмасы – қанның ЭКМ-і. Өсімдіктердің ЭКМ-і жасуша қабырғасының компоненттерін, мысалы, целлюлозаны, сондай-ақ күрделі сигнал беру молекулаларын қамтиды. Кейбір бір жасушалы организмдер көпжасушалы биофильмдерді құрайды, онда жасушалар негізінен жасушадан тыс полимерлік заттардан (EPS) тұратын ЭКМ-ге енген.

Құрылымы

ЭКМ компоненттері резидентті клеткалардың ішінде өндіріліп, экзоцитоз арқылы ЭКМ-ге секрецияланады. Секрецияланғаннан кейін, олар қолданыстағы матрицамен жинақталады. ЭКМ талшықты ақуыздар мен гликозаминогликандардың (ГАГ) өзара байланысқан торынан құралған.

Протеогликандар

Гликозаминогликандар (ГАГ) – көмірсу полимерлері, көбінесе клеткадан тыс матрица ақуыздарына қосылып протеогликандарды құрайды (гиалурон қышқылы маңызды ерекшелік, толығырақ төменде қараңыз). Протеогликандардың жалпы заряд таңбасы теріс болып келеді, ол оң зарядталған натрий иондарын (Na+) тартады, бұл осмос арқылы су молекулаларын тартады және клеткадан тыс матрицаны (ЭКМ) және оның құрамындағы жасушаларды ылғалды ұстауға көмектеседі. Протеогликандар сондай-ақ ЭКМ-де өсу факторларын ұстап, жинақтауға қатысады. Клеткадан тыс матрицада кездесетін протеогликандардың түрлері төменде сипатталған.

Гепаран сульфаты

Гепаран сульфаты (ГС) – барлық жануарлар тіндерінде кездесетін сызықтық полисахарид. Ол жасуша бетінде немесе жасушадан тыс матрица (ECM) белоктарына жақын орналасқан екі немесе үш ГС тізбегі бар протеогликан (PG) түрінде кездеседі. Осы күйде ГС әртүрлі ақуыз лигандтарымен байланысып, даму процестері, ангиогенез, қан ұю және ісік метастаздануы сияқты кең ауқымды биологиялық белсенділікті реттейді. Жасушадан тыс матрицада, әсіресе базалық мембраналарда, перлекан, агрин және XVIII коллаген – гепаран сульфатымен байланысатын негізгі көп доменді белоктар болып табылады.

Хондроитин сульфаты

Хондроитин сульфаттары шеміршек, сіңірлер, байланыстырғыш тіндер және аорта қабырғаларының созылу күшіне үлеседі. Сонымен қатар, олардың нейропластикаға әсер ететіні белгілі.

Кератан сульфаты

Кератан сульфаттарының сульфат мөлшері өзгеріп отырады және көптеген басқа ГАГ-тардан айырмашылығы, олар урон қышқылын қамтымайды. Олар көздің мүйіз қабығында, шеміршекте, сүйектерде және жануарлардың мүйіздерінде кездеседі.

Гиалурон қышқылы

Гиалурон қышқылы (немесе "гиалуронан") – D-глюкурон қышқылы мен N-ацетилглюкозаминнің кезектесіп орналасқан қалдықтарынан тұратын полисахарид. Басқа ГАГ-тардан айырмашылығы, ол протеогликан түрінде кездеспейді. Клеткадан тыс кеңістіктегі гиалурон қышқылы тіндерге судың көп мөлшерін сіңіру арқылы қарсы тургор (ісіну) күшін қамтамасыз ету арқылы қысымға төтеп беру қабілетін сыйлайды. Сондықтан гиалурон қышқылы жүктемеге төтеп беретін буындардың ЭКМ-де көп мөлшерде кездеседі. Ол сонымен қатар интерстициалдық гельдің негізгі құрауышы болып табылады. Гиалурон қышқылы жасуша мембранасының ішкі бетінде орналасқан және биосинтез кезінде жасушадан тысқа шығарылады. Гиалурон қышқылы эмбриондық даму, жазылу процестері, қабыну және ісік дамуы кезінде жасушалардың мінез-құлқына әсер ететін қоршаған ортаның белгісі ретінде әрекет етеді. Ол CD44 деп аталатын трансмембраналық рецептормен өзара әрекеттеседі.

Коллаген

Коллагендер ЭКМ-де ең көп кездесетін ақуыз болып табылады. Шындығында, коллаген адам денесіндегі ең көп кездесетін ақуыз және сүйек матрицасының ақуыз құрамының 90% құрайды. Коллагендер ЭКМ-де фибриллярлы ақуыздар түрінде кездеседі және резидентті жасушаларға құрылымдық қолдау көрсетеді. Коллаген алдындағы түрінде (проколлаген) экзоцитозға шығарылады, содан кейін проколлаген протеаздарымен кесіліп, клеткадан тыс жиналуына жағдай жасайды. Элерс-Данлос синдромы, остеогенез имперфекта және эпидермолиз булоза сияқты аурулар коллагенді кодтайтын гендердегі генетикалық ақаулармен байланысты. МБВ-нің пішіні мен мөлшері бұрын сипатталған экзосомалармен сәйкес келеді. МБВ-нің құрамында әртүрлі ақуыз молекулалары, липидтер, ДНҚ, фрагменттер және миРНҚ бар. ЭКМ биомүжілдеріне ұқсас, МБВ макрофагтардың белсенділік күйін өзгерте алады және көбею, миграция және жасуша циклі сияқты жасушаның әртүрлі қасиеттерін өзгерте алады. МБВ қазір ЭКМ биомүжілдерінің ажырамас және функционалдық маңызды құрамы болып саналады.

Фибронектин

Фибронектиндер – клеткаларды ЭКМ-дегі коллаген талшықтарымен байланыстыратын гликопротеиндер, осы арқылы клеткалардың ЭКМ-де қозғалуына жағдай жасалады. Фибронектиндер коллагенмен және жасуша бетіндегі интегралдармен байланысады, бұл клетканың цитоскелетінің қайта ұйымдасуына алып келіп, клеткалық қозғалысты жеңілдетеді. Фибронектиндер жасушалармен белсенді емес, бүктелген күйде шығарылады. Интегриндерге байланысу фибронектин молекулаларын ашады, олардың дұрыс жұмыс істеуі үшін димерлер түзеді. Фибронектиндер тіндік зақымдану ошағында да көмектеседі, қан ұю кезінде тромбоциттерге байланысып, жараның жазылуы кезінде зақымдалған аймаққа клеткалардың қозғалысын жеңілдетеді. Бұл маңызды рөл атқарады, себебі көптеген маңызды жасушалық процестерді – жасушалық жиырылу, жасушалық көші-қон, дифференциацияны реттеуге көмектеседі. Бұлшықет емес миозин II-нің тежелуі осы әсерлердің көпшілігін тоқтатады. Бұл механизм толыққанды түсіндірілмегенмен, жабысу кешендері мен актин-миозин цитоскелеті, олардың жиырылу күштері трансжасушалық құрылымдар арқылы беріледі, әлі анықталмаған молекулалық жолдарда маңызды рөл атқарады деп саналады. Бұл кешенде durotaxis үшін қажетті көптеген ақуыздар бар, соның ішінде құрылымдық бекіткіш ақуыздар (интегриндер) және сигналдық ақуыздар (адгезиялық киназа (FAK), талин, винкулин, паксилин, α-актинин, GTPазалар және т.б.), олар клетка пішінінің өзгеруіне және актомиозиннің жиырылу қабілетіне әсер етеді. Бұл өзгерістер бағытталған қозғалысты жеңілдету үшін цитоскелеттің қайта құрылуына себеп болады деп есептеледі.

Функция

Өзінің әртүрлі табиғаты мен құрамына байланысты, жасушадан тыс матрица (ЭЖМ) көптеген функцияларды атқара алады, мысалы, қолдау көрсету, тіндерді бір-бірінен бөлу және жасушааралық байланысты реттеу. Жасушадан тыс матрица жасушаның динамикалық мінез-құлқын реттейді. Сонымен қатар, ол жасушалық өсу факторларының кең ауқымын жинап, оларды жергілікті резервуар ретінде сақтайды. ЭЖМ-нің қаттылығы мен серпімділігі жасушалардың қозғалуына, гендік экспрессиясына және дифференциациялануына маңызды әсер етеді. Жасушалар ЭЖМ-нің қаттылығын белсенді түрде сезінеді және дуротаксис деп аталатын құбылыста, қаттырақ беттерге қарай қозғалады. Олар сондай-ақ серпімділікті анықтап, оған сәйкес гендік экспрессияларын реттейді, бұл дифференциация және қатерлі ісік прогрессиясына тигізетін әсеріне байланысты зерттеулердің маңызды тақырыбына айналды. Мида, гиалуронан ЭЖМ-нің басты құрамы болып табылатын матрица, құрылымдық және сигналдық қасиеттерді көрсетеді. Жоғары молекулалық салмақты гиалуронан диффузиялық тосқауыл ретінде әрекет етеді, жасушадан тыс кеңістіктегі диффузияны жергілікті түрде бақылай алады. Матрица ыдыраған кезде, гиалуронан фрагменттері жасушадан тыс кеңістікке босатылады, онда олар қабынуға қарсы молекулалар ретінде қызмет етеді және микроглия сияқты иммундық жасушалардың реакциясын үйлестіреді.

Жасушалардың жабысуы

Көптеген жасушалар клеткадан тыс матрицаның құрамдас бөліктеріне байланысады. Жасушалардың жабысуы екі жолмен жүзеге асуы мүмкін: фокус тік жабысулар арқылы, бұл ЭКМ-ді жасушаның актин жіпшелерімен байланыстырады, және гемидесмосомалар арқылы, ЭКМ-ді кератин сияқты аралық жіпшелермен байланыстырады. Бұл жасушаның ЭКМ-ге жабысуын интегралдар деп аталатын жасуша бетіндегі жасушалық жабысу молекулалары (ЖЖМ) реттейді. Интегриндер – жасуша бетіндегі ақуыздар, олар жасушаларды ЭКМ құрылымдарына, мысалы, фибронектин мен ламининге, сондай-ақ басқа жасушалардың бетіндегі интегралин ақуыздарына байланыстырады. Фибронектиндер ЭКМ макромолекулаларына байланысып, олардың трансмембраналық интегралдарға байланысуын жеңілдетеді. Фибронектиннің клеткадан тыс доменге байланысуы клеткаішілік сигналдық жолдарды іске қосады, сондай-ақ актин сияқты адапторлық молекулалар жиынтығы арқылы клеткалық цитоскелетпен байланысады. Мысалы, адам ұрығында клеткадан тыс матрица саба клеткаларымен бірге адам денесінің барлық бөліктерін өсіруге және қалпына келтіруге жұмыс істейді, ал ұрықта жарақат алған кез келген нәрсені жатырда қайта өсіруге болады. Ғалымдар ұзақ уақыттан бері матрица толық дамудан кейін қызметін тоқтатады деп есептеген. Бұрын жылқының жыртылған байланыс тіндерін емдеуге қолданылған, бірақ қазір адамдарда тіндерді жаңарту құралы ретінде зерттеліп жатыр. Жарақатты жазылуы және тіндерді инженериялау тұрғысынан алғанда, клеткадан тыс матрица екі негізгі мақсатқа қызмет етеді. Біріншіден, ол иммундық жүйенің жарақатқа реакция жасап, қабыну мен жарақатты тіндердің пайда болуына себепкер болмауын қамтамасыз етеді. Екіншіден, ол жарақатты тіндердің орнына жасушаларға тінді қалпына келтіруге көмектеседі. Барлық ЭКМ құрылғылары несеп қуығынан алынбайды. Шошқаның жұқа ішегінің шырышты қабатынан алынған клеткадан тыс матрица "атриальдық септімнің кемістігін" (АСК), "овалдық тесіктің ашық қалуын" (ОТА) және жамбас жарығын жазу үшін қолданылады. Бір жылдан кейін осы жамаулардағы коллагенді ЭКМ-нің 95% ағзамен жүректің қалыпты жұмсақ тіндерімен алмастырылады. Клеткадан тыс матрицалық ақуыздар көбінесе жасуша мәдениетінде саба және алғашқы жасушаларды дифференциацияланбаған күйде сақтау үшін, сондай-ақ эпителий, эндотелий және тегіс бұлшық еттер жасушаларының in vitro дифференциациясын ынталандыру үшін қолданылады. Клеткадан тыс матрицалық ақуыздарды ісік дамуын модельдеу үшін in vitro 3D жасуша мәдениетін қолдау үшін де пайдалануға болады. Адам немесе жануар тіндерін өңдеу арқылы алынған және клеткадан тыс матрицаның бөліктерін сақтайтын биоматериалдар класы ЭКМ биоматериалы деп аталады.

Өсімдіктерде

Өсімдік жасушалары тіндерді құру үшін мозаика тәрізді бірігеді. Жасуша қабырғасы – өсімдік жасушасын қоршап тұратын салыстырмалы түрде берік құрылым. Жасуша қабырғасы осмостық тургор қысымына қарсы тұру үшін бүйірлік күшті қамтамасыз етеді, бірақ қажет болғанда жасушаның өсуіне мүмкіндік берерліктей икемді; сонымен қатар, ол жасушааралық байланыс үшін орта ретінде қызмет етеді. Жасуша қабырғасы гемицеллюлоза, пектин және экстенсин сияқты гликопротеиндер матрицасына енген целлюлоза микрофибрилдерінің көп қабатты құрылымынан тұрады. Гликопротеин матрицасының құрауы жапсарлас өсімдік жасушаларының жасуша қабырғаларының бір-бірімен байланысуына көмектеседі. Жасуша қабырғасының таңдаулы өткізгіштігін гликопротеин матрицасындағы пектиндер негізінен анықтайды. Плазмодезмалар (жекеше: плазмодезма) – жапсарлас өсімдік жасушаларының жасуша қабырғаларын кесіп өтетін тесіктер. Бұл каналдар қатаң түрде реттеледі және белгілі бір мөлшердегі молекулалардың жасушалар арасында өтуіне селективті мүмкіндік береді.

Тарих

Жасушадан тыс матрицаның маңызы бұрыннан белгілі болған (Льюис, 1922), бірақ осы терминнің қолданылуы соңғы кезде кеңінен тарады (Gospodarowicz және т. б., 1979).