Struktur dan Fungsi Matriks Ekstraseluler

Artikel ini akan menjelaskan struktur dan fungsi matriks ekstraseluler, yang mengisi ruang antara sel-sel dari jaringan Anda.

Apa itu Matriks Ekstraseluler

Matriks ekstraseluler adalah jaringan tiga dimensi makromolekul ekstraseluler, seperti kolagen, enzim, dan glikoprotein, yang memberikan dukungan struktural dan biokimiawi ke sel-sel di sekitarnya. Karena multiseluler berevolusi secara independen dalam garis keturunan multisel yang berbeda, komposisi matriks ekstraseluler bervariasi antara struktur multiseluler; namun, adhesi sel, komunikasi sel-ke-sel, dan diferensiasi adalah fungsi umum matriks ekstraseluler.

Matriks ekstraseluler hewan termasuk matriks interstitial dan membran basement. Matriks interstitial hadir antara berbagai sel hewan (mis., Dalam ruang antar sel). Gel polisakarida dan protein berserat mengisi ruang interstitial dan bertindak sebagai penyangga kompresi terhadap tekanan yang diberikan pada Matriks ekstraseluler. Membran basal adalah pengendapan matriks ekstraseluler yang menyerupai lembaran tempat berbagai sel epitel beristirahat. Setiap jenis jaringan ikat pada hewan memiliki jenis matriks ekstraseluler: serat kolagen dan mineral tulang terdiri dari matriks ekstraseluler jaringan tulang; serat retikular dan bahan dasar terdiri dari matriks ekstraseluler jaringan ikat longgar; dan plasma darah adalah matriks ekstraseluler darah.

Matriks ekstraseluler tumbuhan mencakup komponen dinding sel, seperti selulosa, di samping molekul pensinyalan yang lebih kompleks. Beberapa organisme bersel tunggal mengadopsi biofilm multiseluler di mana sel-sel tersebut tertanam dalam matriks ekstraseluler yang terutama terdiri dari zat polimer ekstraseluler (EPS).

Matriks Ekstraseluler yang Dinamis

Jaringan hidup tidak hanya akumulasi dari sel-sel padat. Sebagian besar volume jaringan yang terdiri dari ruang ekstraseluler (extra-berarti ‘luar’ atau ‘melampaui’, seperti dalam extraterrestrial). Kekosongan ini diisi dengan anyaman rumit yang disebut matriks ekstraseluler. Alih-alih menjadi bahan pengisi inert, seperti kemasan styrofoam sekitar pengiriman barang pecah belah, matriks ekstraseluler adalah, komponen fisiologis aktif dinamis dari semua jaringan hidup.

Selain memberikan dukungan struktural untuk sel tertanam dalam sebuah jaringan, matriks ekstraseluler memandu divisi mereka, pertumbuhan, dan perkembangan. Dengan kata lain, matriks ekstraseluler sangat menentukan bagaimana jaringan terlihat dan berfungsi. Matriks ekstraseluler terdiri dari proteoglikan, air, mineral, dan protein berserat. Sebuah proteoglikan terdiri dari inti protein dikelilingi oleh rantai panjang molekul pati seperti yang disebut glikosaminoglikan.

Produksi dan Komponen

Komponen matriks ekstraseluler diproduksi dan diselenggarakan oleh sel-sel yang hidup di dalamnya. Dalam sebagian besar jaringan, fibroblas dibebankan dengan tanggung jawab ini. (Fibroblast berarti ‘serat pembuat-sel’).

Ketika tidak ada jaringan, matriks ekstraseluler begitu didefinisikan dengan baik – atau lebih mudah dipelajari – seperti dalam jaringan ikat, dimana matriks ekstraseluler sering lebih banyak daripada sel. (Jaringan ikat ditemukan di seluruh tubuh Anda, ia berfungsi sebagai perancah untuk semua jaringan lain.) Variasi jenis dan jumlah molekul dalam matriks ekstraselular simpanan jaringan ikat untuk keragaman yang luar biasa dari jaringan dan organ dalam tubuh manusia.

Salah satu contoh nyata tentang bagaimana pengaruh matriks fungsi jaringan ekstraseluler dapat dilihat pada perbedaan antara tulang dan kornea mata Anda. Ketika tulang, matriks ekstraselular yang kental dan sangat termineralisasi, menyediakan jaringan yang keras, tidak fleksibel tak tembus pandang – hanya cocok untuk membangun kerangka. Sebaliknya, matriks ekstraselular kornea terdiri dari kaya air, transparan, gel fleksibel – ideal untuk transmisi cahaya ke bola mata Anda.

Struktur Matriks Ekstraseluler. Ilustrasi Yang menggambarkan matriks ekstraseluler dalam kaitannya dengan epitel, endotel dan jaringan ikat
Struktur Matriks Ekstraseluler.
Ilustrasi Yang menggambarkan matriks ekstraseluler dalam kaitannya dengan epitel, endotel dan jaringan ikat

Dua kelas utama molekul dapat ditemukan dalam matriks ekstraseluler: protein berserat dan proteoglikan.

Protein berserat

Beberapa jenis protein berserat, termasuk kolagen, elastin, fibronektin, dan laminin, ditemukan dalam jumlah yang bervariasi dalam matriks ekstraseluler dari jaringan yang berbeda. Protein ini diproduksi oleh fibroblas, tetapi mereka tidak disekresikan dalam bentuk jadi mereka. Sebaliknya, mereka dilepaskan sebagai molekul ‘pendahulu’, penggabungan berikutnya mereka ke dalam matriks ekstraseluler dipandu oleh fibroblast sesuai dengan kebutuhan fungsional dari jaringan tertentu.

  • Kolagen adalah kuat, serat tahan peregangan yang memberikan kekuatan tarik ke jaringan Anda. Ini adalah protein yang paling berlimpah dalam tubuh manusia. Kolagen adalah konstituen utama dari tendon dan ligamen dan menyediakan dukungan untuk kulit Anda. Ketika Anda mempertahankan cedera pada kulit Anda, kolagen adalah hal yang menyembuhkan luka dan membentuk bekas luka itu. Ada setidaknya selusin jenis kolagen dalam tubuh Anda, semua disesuaikan dengan kebutuhan spesifik dari jaringan di mana mereka ditemukan.
  • Elastin adalah protein elastis dan tangguh. Sama seperti karet gelang, elastin memungkinkan jaringan untuk kembali ke bentuk aslinya setelah mereka telah membentang. sinar ultra violet Merusak serat elastin dan mengganggu rekonstruksi mereka, yang bertanggung jawab atas kendur dan kerutan terlihat pada kulit yang telah kronis terkena sinar matahari.
  • fibronektin dikeluarkan dari fibroblas dalam bentuk yang larut dalam air tapi dengan cepat dirakit menjadi sebuah anyaman larut yang melayani beberapa fungsi: sel-sel lain menggunakan matriks fibronektin untuk bermigrasi melalui jaringan, yang sangat penting selama perkembangan embrio, fibronektin membantu sel-sel memposisikan dalam matriks ekstraseluler, dan fibronektin diperlukan untuk pembelahan sel dan spesialisasi dalam banyak jaringan.
  • Laminin membentuk jaringan seperti lembaran yang berfungsi sebagai ‘lem’ antara jaringan yang berbeda. Laminin adalah protein utama dalam membran basement, yang hadir dimanapun jaringan penghubung otot kontak, saraf, atau jaringan epitel.

Proteoglikan

Berbeda dengan protein berserat, yang memberikan perlawanan terhadap kekuatan peregangan, proteoglikan memberikan perlawanan untuk penekanan, atau gaya ‘squashing,’. Sifat ini terutama berasal dari bagian glikosaminoglikan proteoglikan.

Fungsi Matriks Ekstraseluler

Karena sifat dan komposisinya yang beragam, matriks ekstraseluler dapat melayani banyak fungsi, seperti memberikan dukungan, memisahkan jaringan satu sama lain, dan mengatur komunikasi antar sel. Matriks ekstraseluler mengatur perilaku dinamis sel.

Selain itu, matriks ekstraseluler menyerap berbagai faktor pertumbuhan seluler dan bertindak sebagai penyimpanan lokal bagi mereka. Perubahan kondisi fisiologis dapat memicu aktivitas protease yang menyebabkan pelepasan lokal dari toko tersebut. Hal ini memungkinkan aktivasi fungsi seluler yang dimediasi oleh faktor pertumbuhan lokal dan cepat tanpa sintesis de novo. Efek ini telah dieksplorasi dalam pemodelan dan studi teoritis di mana VEGFC, MMP2, dan kolagen I digunakan sebagai contoh.

Pembentukan matriks ekstraseluler sangat penting untuk proses seperti pertumbuhan, penyembuhan luka, dan fibrosis. Pemahaman tentang struktur dan komposisi matriks ekstraseluler juga membantu dalam memahami dinamika kompleks invasi tumor dan metastasis dalam biologi kanker karena metastasis sering melibatkan penghancuran matriks ekstraseluler oleh enzim seperti protease serin, protease threonine, dan matriks metaloproteinase.

Kekakuan dan elastisitas matriks ekstraseluler memiliki implikasi penting dalam migrasi sel, ekspresi gen, dan diferensiasi. Sel secara aktif merasakan kekakuan matriks ekstraseluler dan bermigrasi secara istimewa menuju permukaan yang lebih kaku dalam sebuah fenomena yang disebut durotaxis. Mereka juga mendeteksi elastisitas dan menyesuaikan ekspresi gen mereka yang semakin menjadi subjek penelitian karena pengaruhnya terhadap diferensiasi dan perkembangan kanker.

Adhesi sel

Banyak sel berikatan dengan komponen matriks ekstraseluler. Adhesi sel dapat terjadi dalam dua cara; oleh adhesi fokal, menghubungkan matriks ekstraseluler ke filamen aktin sel, dan hemidesmosom, menghubungkan matriks ekstraseluler ke filamen menengah seperti keratin. Adhesi sel-ke-matriks ekstraseluler ini diatur oleh molekul adhesi seluler permukaan-sel (CAM) yang dikenal sebagai integrin. Integrin adalah protein permukaan sel yang mengikat sel ke struktur matriks ekstraseluler, seperti fibronektin dan laminin, dan juga untuk mengintegrasikan protein pada permukaan sel lain.

Fibronektin mengikat makromolekul matriks ekstraseluler dan memfasilitasi pengikatannya dengan integrin transmembran. Penempelan fibronektin ke domain ekstraseluler memulai jalur pensinyalan intraseluler serta hubungan dengan sitoskeleton seluler melalui seperangkat molekul adaptor seperti aktin.

Ringkasan

Matriks ekstraseluler adalah jaringan protein berserat dan proteoglikan yang mengisi ruang antara sel-sel dalam jaringan Anda. Komponen matriks ekstraseluler biasanya produk fibroblas, yang tidak hanya mensintesis berbagai elemen dari matriks tetapi juga mengarahkan organisasi dan pembaharuan mereka.

Komposisi matriks ekstraseluler menentukan bentuk dan fungsi suatu jaringan. Sebagai contoh, matriks ekstraseluler dalam tulang berbeda nyata dari yang ditemukan dalam kornea, dan perbedaan tersebut menjelaskan keberagaman jaringan di seluruh tubuh manusia.

Proteoglikan berkontribusi kuat tekan dengan matriks ekstraseluler, dan mereka menjelaskan banyak fungsi fisiologis, seperti mengarahkan aliran faktor pertumbuhan, memfasilitasi migrasi sel, dan mengatur peradangan. Proteoglikan adalah kombinasi dari protein dan glikosaminoglikan, atau GAG. GAG adalah molekul polisakarida rantai panjang yang menarik ion natrium dan air ke dalam matriks ekstraseluler.