Zellbiologie, ECM

Funktion der ECM:

1.      Einbettung der Zellen

2.      ECM-Muster beeinflusst: Zellteilung, Adhäsion, Motilität

3.      Embryonale Entwicklung: Migration, Differenzierung

4.      Wachstumsfaktoren

Aufbau:

• Lange, steife, dreisträngige Helixstruktur aus 3 alpha Ketten
• Alpha Ketten bestehen aus –Gly-X-Y- (X = häufig Prolin, Y= jede beliebige AS, häufig Hydroxyprolin)

Synthese:

Die Synthese erfolgt direkt ins raue ER

Dort wird es N-Glycosiliert

Dann wird es mit Hilfe von Hsp47 gefaltet

Es kommt in den Golgikomplex wo es lateral assoziiert wird

Im ECM wird das Propeptid abgespalten

Die Collagenmoleküle bilden Fibrillen mit cross-linking

Allgemein:

SCAB (Skin, See, Arterian, Basement)

Typ 1: Mikrofibrillen in Haut, Knochen, Sehnen und Bändern

Typ 2: Faserbestandteil des Knorpels, Glaskörper des Auges

Typ 4: Netzstruktur/geknäuelt, bildet Basallamina über Endothel- und Epithelzellen, Zellhaftung, permeabilität, Barriere von Zellmigration

Collagen Typ I:

-       am häufigsten vorkommend: gewichtsmässig die Hälfte vom Körperprotein

-       Mikrofibrillen(Tripelhelix) in der Haut, in Knoche, Sehnen und Bändern

-       Sehr schwach glycosiliert

Collagen Typ II:

-       wichtiger Faserbestandteil des Knorpels, ausserdem im Glaskörper des Auges

-       unlösliches Glykoprotein

-       Viel Glycin, 2 modifizierte AS (Hydroxylysin, Hydroxyprolin)

-       Angehängte Zucker: Glucose, Galactose

Collagen Typ IV:

-       liegt geknäult vor

-       bildet Basallamina über Endothel- oder Epithelzellen

-       verantwortlich für Zellanhaftung und kontrollierte Permeabilität

-       Barriere von Zellmigration

GAGs Glukosaminoglycane:

-       Sind die „Raumfüller“, machen aber gewichtsmässig nur 10% aus

-       unverzweigte Polysaccharidketten

-       Grosse, negativ geladene Polysaccharide

-       aus Disacchariden mit N-acetylierten Aminozucker und Glukuron-oder Induronsäure

4 Untergruppen:

• Hyaluronan: Strukturgebend im Bindegewebe/bildet lose Matrix/Adhäsion von Zellen im Immunsystem/Glucoronsäure -β(1-3) mit N-Acetyl-Glucosamin, grosse Raumfüllung -> Glaskörper des Auges 1% HA und 98% Wasser
• Chondroitinsulfat und Dermatansuflat
• Heparansulfat und Heparin
• Keratansulfat Innerhalb der ECM interagieren die GAGs mit den verschiedenen Matrixproteinen

Hyaluronan = Hyaluronsäure (HA)

-       saures GAG aus Disaccharid von Glucuronsäure –β(1-3) und N-Acetyl-Glucosamin

-       bis 50‘000 Disaccharide β(1-4) verknüpft

-       ein Polyanion

-       gelartige Konsistenz durch Einlagern von Wasser bis zum 10‘000 fachen des eigenen Volumens Bsp. Glaskörper des Auges: 1%HA, 98%Wasser, 1% andere Verbindungen

globuläres Protein < glycogen < spectrin < collagen <<< hyaluronan

Proteoglycane:

-       bestehen zu 95% aus Polysacchariden

-       Core-Protein mit wenigen bis Hunderten von GAG-Ketten, verknüpft mit Serin des Proteins

-       grosse Komplexe in der ECM, z.B. Aggrecan im Knorpel

-       interagieren mit Collagen und anderen Matrixproteinen und bilden gelartige Netzwerke

·         Direkte Verknüpfung der Zellen mit Collagen oder Proteoglycane

-       Einbau von Fibern direkt an die Membran

-       Kovalente Bindung an Membranlipid

Glycoproteine für Zelladhäsion: Laminin, Fibronectin

Beispiele:

β₁ bindet ECM Proteine welche mit entsprechenden α Typen viele verschiedene Integrine bilden für unterschiedliche Funktionen und Zellspezifität:

α5β1 bindet Fibronectin

α6β1 bindet Laminin

α7β1 bindet Laminin in Muskel 

Adhäsion vonZellen an Proteine der extrazellulären Matrix und des Blutserums,

Adhäsion zwischen verschiedenartigen Zellen (heterotype Adhäsion) oder eine indirekte, Liganden-vermittelte

Adhäsion zwischen gleichartigen Zellen (homotype Adhäsion) gewährleisten. Integrine sind aus nicht-kovalent miteinander verbundenen α- und β-Untereinheiten aufgebaut, die zelltypspezifisch exprimiert und kombiniert werden können

Vielfalt der Integrine:

• Es gibt 24 alpha Typen und 9 beta Typen. Viele verschiedene Integrine bilden mit unterschiedlicher Bindungsspezifität gegenüber ECM Komponenten und somit unterschiedlichen Funktionen und Zellspezifitäten.

Die Basallamina befindet sich zwischen Epithel- und Bindegewebe.

Aufbau:

Die Basallamina wird durch die interaktion von Typ 4 Kollagen, laminin, nidogen und proteoglykan perlecan (ist ein grosses Proteoglykan welches an die ECM und an Zelloberflächen Molekülen bindet.

Funktion:

Die Basallamina ist eine spezialisierte Form der ECM, die zur Stabilisierung der Epithel- bzw. der Endothel-Zellschicht dient. Sie ist die räumliche Leitstruktur der Zellen und verhindert, dass die Zellen dieser Schicht auseinander gleiten.

Adhäsionsproteine kommen auf der Zelloberfläche von fast allen Zellen vor. Sie stellen nach dem Ligand-Rezeptor-Prinzip einen gezielten Kontakt zwischen Zellen her und ermöglichen auf diese Weise eine Kommunikation. Sie können über mehrere Domänen an bestimmte Rezeptoren der Plasmamembran sowie an die Matrixproteine binden.

• Intrazelluläre Aktivierung von Botenstoffen
• Clusterbildung von Oberflächenproteinen
• Fibronectin ist ein extrazelluläres Adhäsionsmolekül für Zell-Matrix-Verbindung

Siehe Bild

MHC-Moleküle präsentieren Polypeptide aus dem Zellinnern auf der Zelloberfläche, welche von T-Zellen erkannt werden.