HLAVNÍ SLOŽKY EXTRACELULÁRNÍ MATRIX Jana Novotná

Složení extracelulární matrix Buňky ( fibroblasty, hladké svalové buňky, chondroblasty, osteoblasty, epiteliální buňky) Fibrilární složka Nefibrilární složka Tekutina

Funkce extracelulární matrix Podpůrná funkce pro buňky Regulace: - polarity buněk - dělení buněk - adheze - pohybu Růst a obnova tkání Určení a udržení tvaru tkáně Architektura tkání a orgánů Membránová filtrační bariéra (glomeruly) Výměna různých metabolitů, iontů a vody

Hlavní složky extracelulární matrix Kolagen a elastin Proteoglykany Glykoproteiny

Kolagen Jedna třetina všech tělních bílkovin Vysoká stabilita Mechanická pevnost ale poddajnost ( kůže, šlachy a vazy, chrupavky, bazální membrány, kosti ) Difůze a výměna metabolitů, iontů a vody

N erozpustný glykoprotein - protein + cukerná složka proteinová složka obecná chemická struktura kolagenu G – X – A – G – A – A – G – Y – A – G – A – A – G – X – A – G – A – – A – G – X – A – G – A – A – G – Y – A – G – A – A – G – X – A – G – A – A – G – X – A – G – A – A – G – Y – A – G – A – A – G – X –A G - glycin, X - prolin nebo hydroxyprolin, Y – lysin nebo hydroxylysin, A - aminokyselina Struktura kolagenu

glycin 30% hydroxyprolin a hydroxylysin (25%) hydroxyprolin a hydroxylysin se v jiných proteinech vyskytují zřídka cukerná složka = glukosa a galaktosa Struktura kolagenu

mRNA Signální protein 1. Syntéza řetězců pre-prokolagenu. Signální protein je navádí do RER. Biosyntéza kolagenu 2.Odštěpením signálního proteinu vzniká prokolagenní peptid.

3. Hydroxylace některých prolinů a lysinů prolyl-4-hydroxylasa, lysyl-5-hydroxylasa Reakce vyžaduje - O 2 (popř. superoxid) - -ketoglutarát - Fe 2+ - kyselina askorbová Prolin + ketoglutarát+ O 2 + Fe 2+ → 4-hydroxyprolin + Fe 3+ + CO 2 + sukcinát Hydroxyprolin stabilisuje molekulu kolagenu.

4. Glykosylace – vazba glukosy a galaktosy na některé hydroxylysylové zbytky. ( gukosyltransferasa a galaktosyltransferasa)

5. Uspořádání jednotlivých -řetězců do podoby prokolagenu. Tvorba disulfidických vazeb v oblastech registračních peptidů na obou koncích prokolagenních peptidů. Vznik trojité šroubovice prokolagenu. 6. Sekrece prokolagenu do extracelulárního prostoru. Registrační peptidy

8. Oxidace lysylových a hydroxylysylových zbytků na příslušné aldehydy lysyloxidasou a hydroxylysyloxidasou (oxidativní deaminace). Odstranění NH 2 skupiny umožňuje vznik kovalentních vazeb – Schifových bází. 7. Odštěpení registračních peptidů v extracelulárním prostoru pomocí prokolagenních peptidas, vznik tropokolagenu. Prokolagen peptidáza

9. Samovolné uspořádávání molekul tropokolagenu do fibril, tvorba příčných vazeb – Schifovy báze mezi sousedními molekulami tropokolagenu.

Distribuce hlavních kolagenních typů ve tkáních TypSložení řetězcůVýskyt I[    kůže70 – 80% kost 100% šlacha 90% cévy, ligamenta, fascie, rohovka dentin játra, plíce, střevo II[  II)] 3 chrupavka, sklivec III[  III)] 3 kůže20 – 30% šlacha 10% játra, plíce, střevo IV [  V    V  bazální membrány [  V  V  (IV)  V [  V  V  (V)  bazální membrány placenta, svaly

Kolageny – interakce kolagen tvořící fibrily a nefibrilární kolagen šlacha chrupavka Podle M. E. Nimni, 1993, in M. Zern and L. Reid, eds., Extracellular Matrix

Kolagen a choroby pojiva Nadbytek kolagenu – fibróza - plicní fibróza - jaterní cirhóza - ateroskleróza Nedostatek kolagenu Osteogenesis imperfecta ( křehké kosti) mutace kolagenu typu I  porucha tvorby trojité šroubovice molekuly kolagenu  snadné odbourávání kolagenu  lámavost kostí - Ehlers-Danlosův syndrom - porucha syntézy kolagenu  šlachy a kůže snadno natažitelné  hypermobilita v kloubech  roztržení velkých cév

Proteoglykany Obří molekuly obsahující z 95% cukernou složku

Proteoglykany a GAG - funkce  vyplňují extracelulární prostor - odolnost proti tlaku - návrat původního tvaru tkáně - lubrikační agens v kloubech - hydratace chrupavek v kloubech  zachycují vodu  odpuzují negativně nabité molekuly  vazba na kolagenní fibrily - tvorba sítí - v kosti se na ně váží vápenaté soli (hydroxyapatit a uhličitanvápenatý)  adheze buněk a jejich migrace  podíl na vývoji buněk a tkání

Glykosaminoglykany (GAG) – dlouhé nerozvětvené molekuly střídající se disacharidové jednotky: uronové kyseliny: D-glukuronová nebo L-iduronová aminocukry: N-acetylglukosamin ( GlcNAc) nebo N-acetylgalaktosamin ( GalNAc) GAG jsou vysoce negativně nabité Struktura proteoglykanů

Vazba GAG na proteinové jádro pomocí tří sacharidových jednotek

D-glukuronová k. + GlcNAc Kyselina hyaluronová

Dermatansulfát - L-iduronová k. + GlcNAc sulfát Chondroitinsulfát - D-glukuronová k. +GlcNAc sulfát Heparinsulfát a heparansulfát - D- glukuronová k. + N-sulfo-D-glukosamin Keratansulfát - Gal + GlcNAc sulfát Typy glykosaminoglykanů

R = H nebo SO 3 -, R´= H, COCH 3 nebo SO 3 - Typy glykosaminoglykanů

Výskyt GAG Hyaluronová kyselina - mezi GAG unikátní, neobsahuje sulfát - nekovalentně se váže s komplexem proteoglykanů - obrovské polymery, které váží velké množství vody Dermatansulfát - kůže, cévy, srdeční chlopně Chondroitinsulfát - chrupavka, kost, srdeční chlopně Heparinsulfát - granula žírných buněk vyskytujících se kolem plicních artérií, játra a kůže Heparansulfát - bazální membrány, komponenty buněčných povrchů Keratansulfát - rohovka, kost, chrupavka

Agrekan - hlavní proteoglykan v chrupavce Versikan – v mnoha tkáních, hlavně v cévách a v kůži Dekorin – malý proteoglykan mnoha tkání Biglykan – malý proteoglykan chrupavky Rozdělení proteoglykanů podle velikosti

Pevnost v tahu díky konformaci náhodného klubka. Vysoký obsah prolinu a hydroxyprolinu. Monomer – tropoelastin. Desmosin a isodesmosin (lysylové a hydroxylysylové zbytky) zajišťují tvorbu příčných vazeb. Vznik působením lysyloxidázy. Výskyt – plíce, velké arterie, ligamenta Elastin

Syntéza elastinu

Fibronektin a laminin přímá vazba na kolagen nebo proteoglykany - fibronektin na kolagen typu I, II a III - laminin na kolagen typu IV v bazálních membránách ukotvení buněk k ECM, -fibronektin má sekvenci aminokyselin RGDS (arg, gly, asp, ser) - vazba s povrchovými buněčnými receptory Strukturální glykoproteiny

Glykoprotein vázaný na povrch buněk Cirkuluje také v plasmě Dva identické polypeptidové podjednotky spojené Disulfidickými můstky C-konci Segment, který váže buňky (RGDS) Vazebné domény - kolagen, heparinsulfát, hyaluronová kyselina, fibrin Fibronektin

Molekula má tvar kříže 3 polypeptidové řetězce Vazebné domény pro: kolagen IV, heparin, heparinsulfát, doména pro vazbu na buňky. Důležitý a biologicky aktivní glykoprotein bazální membrány. Ovlivňuje buněčnou diferenciaci, migraci, adhesi, fenotyp. Na buněčnou membránu se váže přes receptory pro integriny. Laminin