Matriks Ekstraseluler - Pengertian, Struktur Dan Fungsinya Lengkap

Dalam biologi, matriks ekstraseluler (extracellular matrix: ECM) yaitu kumpulan molekul ekstraseluler yang disekresikan oleh sel - sel pendukung yang memperlihatkan proteksi struktural dan biokimia kepada sel-sel di sekitarnya.

Ilustrasi matriks ekstrasesuler - sumber wikipedia

Karena multiseluler berevolusi secara independen dalam garis keturunan multiseluler yang berbeda, komposisi ECM bervariasi antara struktur multiseluler; Namun, sel adhesi, komunikasi antar sel dan diferensiasi yaitu fungsi umum dari ECM.

Matriks ekstraseluler binatang meliputi matriks interstisial dan membran basal. Matriks interstisial ada di antara banyak sekali sel binatang (yaitu, di ruang antar sel).

Gel polisakarida dan protein berserat mengisi ruang interstitial dan bertindak sebagai buffer kompresi terhadap stres yang ditempatkan pada ECM.

Membran basal yaitu deposisi lembar-seperti ECM di mana banyak sekali sel epitel beristirahat. Setiap jenis jaringan ikat pada binatang mempunyai jenis ECM: serat kolagen dan mineral tulang terdiri dari ECM jaringan tulang; serat retikuler dan substansi tanah terdiri dari ECM jaringan ikat longgar; dan plasma darah yaitu ECM darah.

ECM tumbuhan termasuk komponen dinding sel, mirip selulosa, selain molekul pemberi sinyal yang lebih kompleks. Beberapa organisme bersel tunggal mengadopsi biofilm  multiseluler di mana sel-sel tertanam dalam ECM yang terutama terdiri dari zat polimer ekstraseluler (EPS).

Struktur

Komponen ECM diproduksi secara intraseluler oleh sel residen dan disekresikan ke ECM melalui eksositosis. Setelah disekresikan, mereka kemudian agregat dengan matriks yang ada. ECM terdiri dari protein berserat dan glikosaminoglikan (GAGs).

Proteoglikan
Glikosaminoglikan (GAGs) yaitu polimer karbohidrat dan sebagian besar menempel pada protein matriks ekstraseluler untuk membentuk proteoglikan (asam hyaluronic yaitu pengecualian).

Proteoglikan mempunyai muatan negatif higienis yang menarik ion natrium yang bermuatan kasatmata (Na + ), yang menarik molekul air melalui osmosis, menjaga ECM dan sel-sel penduduk terhidrasi.  Proteoglikan juga sanggup membantu menjebak dan menyimpan faktor pertumbuhan dalam ECM.

Dijelaskan di bawah ini yaitu banyak sekali jenis proteoglikan yang ditemukan dalam matriks ekstraseluler.

Heparan sulfat
Heparan sulfat (HS) yaitu polisakarida linear yang ditemukan di semua jaringan hewan. Ini terjadi sebagai proteoglikan (PG) di mana dua atau tiga rantai HS menempel di akrab permukaan sel atau protein ECM.

Dalam bentuk inilah HS mengikat banyak sekali ligan protein dan mengatur banyak sekali acara biologis, termasuk proses perkembangan, angiogenesis, pembekuan darah, dan metastasis tumor.

Dalam matriks ekstraseluler, terutama membran basal, protein multi-domain perlecan, agrin, dan kolagen XVIII  yaitu protein utama yang dilekatkan heparan sulfat.

Kondroitin sulfat
Kondroitin sulfat berkontribusi pada kekuatan tarik tulang rawan, tendon, ligamen, dan dinding aorta. Mereka juga telah diketahui mempengaruhi neuroplastisitas.

Keratan sulfat
Keratan sulfat mempunyai kandungan sulfat yang berubah-ubah dan, tidak mirip banyak GAG lainnya, tidak mengandung asam uronat. Mereka hadir di kornea, tulang rawan, tulang, dan tanduk binatang.

Non-proteoglikan polisakarida
asam hialuronat
Hyaluronic acid (atau "hialuronat") yaitu polisakarida yang terdiri dari residu bolak asam D-glukuronat dan N-acetylglucosamine, dan tidak mirip GAG lainnya, tidak ditemukan sebagai proteoglikan.

Asam hialuronat di ruang ekstraseluler menganugerahkan pada jaringan kemampuan untuk menahan kompresi dengan memperlihatkan kekuatan turgor (pembengkakan) melawan dengan menyerap sejumlah besar air.

Asam hialuronat ditemukan melimpah di ECM sendi pemikul beban. Ini juga merupakan komponen utama gel interstisial. Asam hialuronat ditemukan di permukaan bab dalam membran sel dan ditranslokasi keluar dari sel selama biosintesis.

Asam hialuronat bertindak sebagai instruksi lingkungan yang mengatur sikap sel selama perkembangan embrio, proses penyembuhan, peradangan, dan perkembangan tumor. Ia berinteraksi dengan reseptor transmembran khusus, CD44.

Protein
Kolagen
Kolagen yaitu protein yang paling melimpah di ECM. Bahkan, kolagen yaitu protein yang paling melimpah dalam badan insan dan menyumbang 90% dari kandungan protein matriks tulang.

Kolagen hadir di ECM sebagai protein fibrillar dan memperlihatkan proteksi struktural pada sel residen. Kolagen diekskresikan dalam bentuk prekursor (prokolagen), yang kemudian dibelah oleh protease prokolagen untuk memungkinkan perakitan ekstraseluler.

Gangguan mirip Ehlers Danlos Syndrome, osteogenesis imperfecta, dan epidermolisis bulosa terkait dengan cacat genetik pada gen penyandi kolagen. Kolagen sanggup dibagi menjadi beberapa keluarga sesuai dengan jenis struktur yang mereka bentuk:

Fibrillar (Tipe I, II, III, V, XI)
Facit (Tipe IX, XII, XIV)
Rantai pendek (Tipe VIII, X)
Membran basal (Tipe IV)
Lainnya (Tipe VI, VII, XIII)

Elastin
Elastin, berbeda dengan kolagen, memperlihatkan elastisitas pada jaringan, memungkinkan mereka melaksanakan peregangan ketika dibutuhkan dan kemudian kembali ke keadaan semula.

Ini mempunyai kegunaan dalam pembuluh darah, paru - paru, kulit, dan ligamentum nuchae, dan jaringan-jaringan ini mengandung jumlah elastin yang tinggi.

Elastin disintesis oleh fibroblas dan sel otot polos. Gangguan mirip cutis laxa dan sindrom Williams bekerjasama dengan defisien atau tidak adanya serat elastin di ECM.

Vesikel ekstraselular
Pada tahun 2016, Huleihel et al., Melaporkan adanya DNA, RNA, dan matriks-terikat nanovesikel (MBVs) dalam bioscaffolds ECM.

Bentuk dan ukuran MBV ditemukan konsisten dengan eksosom yang dijelaskan sebelumnya. Muatan MBV meliputi molekul protein, lipid, DNA, fragmen, dan miRNA yang berbeda.

Mirip dengan bioscaffolds ECM, MBV sanggup memodifikasi status aktivasi makrofag dan mengubah sifat seluler yang berbeda seperti; proliferasi, migrasi, dan siklus sel. MBV kini diyakini sebagai komponen kunci integral dan fungsional dari bioscaffolds ECM.

Lainnya
Fibronektin
Fibronektin yaitu glikoprotein yang menghubungkan sel dengan serat kolagen di ECM, memungkinkan sel untuk bergerak melalui ECM.

Fibronektin mengikat kolagen dan integrin sel-permukaan, mengakibatkan reorganisasi sitoskeleton sel untuk memfasilitasi pergerakan sel. Fibronektin disekresikan oleh sel-sel dalam bentuk yang tidak terbuka dan tidak aktif.

Mengikat integrin membuka molekul fibronektin, memungkinkannya membentuk dimer sehingga sanggup berfungsi dengan baik. Fibronektin juga membantu di tempat cedera jaringan dengan mengikat trombosit selama pembekuan darah dan memfasilitasi gerakan sel ke tempat yang terkena selama penyembuhan luka.

Laminin
Laminin yaitu protein yang ditemukan di lamina basal hampir semua hewan. Daripada membentuk serat yang ibarat kolagen, laminin membentuk jaringan struktur mirip web yang menahan gaya tarik di lamina basal. Mereka juga membantu dalam adhesi sel. Laminin mengikat komponen ECM lain mirip kolagen dan nidogen.

Pengembangan

Ada banyak jenis sel yang berkontribusi terhadap pengembangan banyak sekali jenis matriks ekstraseluler yang ditemukan dalam banyak sekali jenis jaringan. Komponen lokal ECM memilih sifat dari jaringan ikat.

Fibroblast yaitu jenis sel yang paling umum di jaringan ikat ECM, di mana mereka mensintesis, memelihara, dan menyediakan kerangka struktural; fibroblast mensekresi komponen prekursor ECM, termasuk substansi dasar.

Fungsi 

Karena sifat dan komposisinya yang beragam, ECM sanggup melayani banyak fungsi, mirip memperlihatkan dukungan, memisahkan jaringan satu sama lain, dan mengatur komunikasi antar sel.

Matriks ekstraseluler mengatur sikap dinamis sel. Selain itu, ia menangkap banyak sekali macam faktor pertumbuhan seluler dan bertindak sebagai toko lokal bagi mereka.

Perubahan kondisi fisiologis sanggup memicu acara protease yang mengakibatkan pelepasan lokal dari toko tersebut. Hal ini memungkinkan aktivasi fungsi seluler yang dimediasi oleh faktor pertumbuhan cepat dan lokal tanpa sintesis de novo.

Pembentukan matriks ekstraseluler sangat penting untuk proses mirip pertumbuhan, penyembuhan luka, dan fibrosis.

Pemahaman wacana struktur dan komposisi ECM juga membantu dalam memahami dinamika kompleks invasi tumor dan metastasis dalam biologi kanker alasannya yaitu metastasis sering melibatkan penghancuran matriks ekstraseluler oleh enzim mirip protease serin, protease treonin, dan matriks metalloproteinase.

Kekakuan dan elastisitas ECM mempunyai implikasi penting dalam migrasi sel, mulut gen, dan diferensiasi. Sel secara aktif mencicipi kekakuan ECM dan bermigrasi secara istimewa menuju permukaan yang lebih kaku dalam suatu fenomena yang disebut durotaxis.


Tag: #jaringan #sel #matriks #protein

Lihat sumber:

^ Michel, Gurvan; Thierry Tonon; Delphine Scornet; J. Mark Cock; Bernard Kloareg (October 2010). "The cell wall polysaccharide metabolism of the brown alga Ectocarpus siliculosus. Insights into the evolution of extracellular matrix polysaccharides in Eukaryotes". New Phytologist. 188 (1): 82–97. doi:10.1111/j.1469-8137.2010.03374.x.
^ Alberts, Bruce (2002). Molecular biology of the cell (4. ed.). New York [u.a.]: Garland. ISBN 0-8153-4072-9.
^ Abedin, Monika; Nicole King (December 2010). "Diverse evolutionary paths to cell adhesion". Trends in Cell Biology. 20 (12): 734–742. doi:10.1016/j.tcb.2010.08.002. PMC 2991404 . PMID 20817460.
^ a b c Kumar; Abbas; Fausto. Robbins and Cotran: Pathologic Basis of Disease  (7th ed.). Philadelphia: Elsevier. ISBN 0-7216-0187-1.
^ a b Alberts B, Bray D, Hopin K, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2004). "Tissues and Cancer". Essential cell biology. New York and London: Garland Science. ISBN 0-8153-3481-8.
^ Brownlee, Colin (October 2002). "Role of the extracellular matrix in cell-cell signalling: paracrine paradigms". Current Opinion in Plant Biology. 5 (5): 396–401. doi:10.1016/S1369-5266(02)00286-8.
^ Kostakioti, Maria (2013). "Bacterial Biofilms: Development, Dispersal, and Therapeutic Strategies in the Dawn of the Postantibiotic Era". Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine.
^ a b c d e Plopper G (2007). The extracellular matrix and cell adhesion, in Cells (eds Lewin B, Cassimeris L, Lingappa V, Plopper G). Sudbury, MA: Jones and Bartlett. ISBN 0-7637-3905-7.
^ Gallagher, J.T.; Lyon, M. (2000). "Molecular structure of Heparan Sulfate and interactions with growth factors and morphogens". In Iozzo, R. V. Proteoglycans: structure, biology and molecular interactions. Marcel Dekker Inc. New York, New York. pp. 27–59. ISBN 9780824703349.
^ Iozzo, R. V. (1998). "Matrix proteoglycans: from molecular design to cellular function". Annu. Rev. Biochem. 67 (1): 609–652. doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.609. PMID 9759499.
^ Hensch Taman Kanak-kanak (2005). "Critical period mechanisms in developing visual cortex". Curr. Top. Dev. Biol. 69: 215–237. doi:10.1016/S0070-2153(05)69008-4. PMID 16243601.
^ a b Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. "Integrating Cells Into Tissues". Molecular Cell Biology (5th ed.). New York: WH Freeman and Company. pp. 197–234.
^ Peach RJ, Hollenbaugh D, Stamenkovic I, Aruffo A (July 1993). "Identification of hyaluronic acid binding sites in the extracellular domain of CD44". J. Cell Biol. 122 (1): 257–264. doi:10.1083/jcb.122.1.257. PMC 2119597 . PMID 8314845.
^ a b c d Lo CM, Wang HB, Dembo M, Wang YL (2000). "Cell movement is guided by the rigidity of the substrate". Biophys J. 79 (1): 144–52. doi:10.1016/S0006-3495(00)76279-5. PMC 1300921 . PMID 10866943.
^ a b c d Engler AJ, Sen S, Sweeney HL, Discher DE (2006). "Matrix elasticity directs stem cell lineage specification". Cell. 126 (4): 677–89. doi:10.1016/j.cell.2006.06.044. PMID 16923388.
^ Liotta LA, Tryggvason K, Garbisa S, Hart I, Foltz CM, Shafie S (1980). "Metastatic potential correlates with enzymatic degradation of basement membrane collagen". Nature. 284  (5751): 67–68. doi:10.1038/284067a0. PMID 6243750.
^ Wang JH, Thampatty BP, Lin JS, Im HJ (2007). "Mechanoregulation of gene expression in fibroblasts". Gene. 391: 1–15. doi:10.1016/j.gene.2007.01.014. PMC 2893340 . PMID 17331678.
^ Provenzano PP; Inman DR; Eliceiri KW; Keely PJ (2009). "Matrix density-induced mechanoregulation of breast cell phenotype, signaling and gene expression through a FAK-ERK linkage". Oncogene. 28 (49): 4326–4343. doi:10.1038/onc.2009.299. PMC 2795025 . PMID 19826415.

Share This :