Matrix ar

ما هي المصفوفة خارج الخلية؟

المصفوفة بين الخلايا هي شبكة ثلاثية الأبعاد يتم فيها غمر جميع خلايا الجسم. في الآونة الأخيرة ، ازداد الاهتمام بالمصفوفة خارج الخلية بشكل ملحوظ. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الدور الرائد للمصفوفة وجد في تمايز الخلايا ، وعلاج السرطان ، وبعض الأمراض الوراثية ، وكذلك في الشيخوخة.


تشكل المصفوفة بين الخلايا جزءا كبيرا من جسم الإنسان. العديد من الأنسجة هي فقط 20 ٪ خلايا و 80 ٪ مصفوفة. لوحظ أعلى محتوى للمصفوفة في الأنسجة الضامة: الجلد والعظام والغضاريف والأوتار والدم واللمف والقزحية والصلبة للعين ، وكذلك في اللفافة - "حالات" للعضلات والأعضاء والأوعية والأعصاب.


المصفوفة لديها أكثر من مجرد وظيفة هيكلية. هو باستمرار على اتصال مع الخلايا من خلال مستقبلات على أسطحها. هذا الاتصال مهم للغاية للخلية ، لأنه في غيابه يرتكب الموت المبرمج-موت الخلايا المبرمج. تسهل المصفوفة خارج الخلية أيضا حركة الخلية والهجرة. على سبيل المثال ، فإن إشارات المصفوفة هي التي تحدد أن الخلية الجذعية الشابة مفصولة عن الكوة وتهاجر إلى الأنسجة ، حيث ستحتاج إلى التحول إلى نوع أو آخر من الخلايا المتخصصة.


بشكل عام ، تشمل وظائف المصفوفة خارج الخلية توفير الدعم للخلايا ، وفصل الأنسجة عن بعضها البعض ، وتنظيم الاتصال بين الخلايا. يحدد السلوك الديناميكي للخلايا ، ويخصص عددا من عوامل النمو ويعمل بمثابة "تخزينها" ، مما يوفر نموا سريعا وموجها للأنسجة ، على سبيل المثال ، في حالة الجروح والتليف.


يعد فهم بنية المصفوفة خارج الخلية أمرا مهما للتشخيص والعلاج الفعالين للسرطان ، نظرا لأن النقائل غالبا ما تكون مصحوبة بتدمير المصفوفة بواسطة إنزيمات معينة ، بالإضافة إلى فقدان قدرة الخلايا على الاستجابة لإشاراتها.


مما تتكون المصفوفة خارج الخلية؟

المصفوفة هي بنية تشبه الويب بين الخلايا ، وتتكون من جزيئات طويلة العمر و "حشو" بينها.


يتم تنفيذ الوظيفة الهيكلية في المصفوفة بواسطة بروتينات خاصة: البروتينات السكرية والألياف المرنة والشبكية. في المصفوفة ، يمكن مقارنتها بزنبركات المراتب. تتكون البروتينات السكرية من البروتين وسلسلة قليلة السكريد ، ولا تتجاوز نسبتها من الكربوهيدرات 20٪. البروتينات السكرية الأكثر شيوعًا هي الكولاجين والإيلاستين .


المادة الرئيسية من المصفوفة البروتيوغليكان وحمض الهيالورونيك وجزيئات الماء التي تحتفظ بها. تملأ المصفوفة الفراغ بين البروتينات الهيكلية. تتكون البروتيوغليكان ، مثل البروتينات السكرية ، من البروتينات والكربوهيدرات ، ولكن في حالة البروتيوغليكان ، يصل محتوى الكربوهيدرات إلى 90-95٪. إنهم يعملون كـ "مستودع" يتم فيه تخزين المواد الضرورية للخلايا.


إن ما يسمى بالبروتينات السكرية اللاصقة هي المسؤولة عن تنظيم المصفوفة في "شبكة" : اللامينين والفيبرلين والفيبرونكتين. أنها بمثابة "الغراء" لبنات بناء المصفوفة والخلايا. على سبيل المثال ، تربط الألياف الضوئية الخلايا بألياف الكولاجين ، مما يسمح للخلايا بالتحرك عبر المصفوفة. ويتم تضمين اللامينين لتشكيل شبكات توفر مرونة للأنسجة.


تحتوي المصفوفة علي عوامل النمو - البروتينات التي تحول وضع الخلية إلى مرحلة الانقسام للتجديد. تشتمل المصفوفة أيضًا على إنزيمات - بروتينات تسرع جميع التفاعلات في الخلايا: تخليق مواد جديدة وانهيارها. معظم المصفوفة عبارة عن بروتينات معدنية - إنزيمات خاصة قادرة على تحطيم المصفوفة القديمة ، والتي تلعب دورًا مهمًا في تجديدها.


الخلايا المتخصصة هي المسؤولة عن تخليق المصفوفة خارج الخلية. في النسيج الضام ، تكون هذه عادةً أرومات ليفية. إنهم ينتجون ويفرزون باستمرار جزيئات المصفوفة في الفضاء المحيط ، مما يضمن تجديدها في الوقت المناسب. الخلايا الليفية هي مصانع لتجديد المصفوفة خارج الخلية - هذه هي وظيفتها الرئيسية. ومع ذلك ، يمكن للخلايا الأخرى أيضًا أن تلعب دور منشئي المصفوفات. على سبيل المثال ، تكون الخلايا الغضروفية مسؤولة عن تكوين المصفوفة في الغضروف ، بينما تكون بانيات العظم مسؤولة عن تكوين المصفوفة في العظام.


ألياف الكولاجين

الكولاجين هو البروتين الهيكلي الرئيسي في المصفوفة. يمثل 25-33٪ من جميع البروتينات في الجسم. يصل محتوى الكولاجين في أدمة الجلد إلى 70-80٪ وفي أنسجة العظام أكثر من 90٪. يوجد الكولاجين أيضًا في الغضاريف والمفاصل والشعر والأظافر وحتى مقل العيون. عادة ما يكون جزيءًا طويلًا يشبه الخيط ويتم ثنيه بشكل مختلف في أنسجة مختلفة. على سبيل المثال ، في الجلد ، يشكل الكولاجين شبكة ثلاثية الأبعاد من الخيوط ، وفي العظام ، تكون الخيوط متوازية ، ومضغوطة بشدة على بعضها البعض.


اعتمادًا على درجة التمعدن ، يمكن أن تكون الأنسجة الغنية بالكولاجين أكثر صلابة ، مثل العظام ، أو أكثر مرونة ، مثل الأوتار. غالبًا ما تكون الأنسجة مرنة في بداية الحياة ، ولكنها تتمعدن تدريجيًا. يحدث هذا ، على سبيل المثال ، مع صمامات القلب: مع تقدم العمر ، يترسب الكالسيوم في الكولاجين ، مما يضعف عمل القلب.


يوجد حاليًا 28 نوعًا معروفًا من الكولاجين. وهي تختلف عن بعضها البعض في تسلسل الأحماض الأمينية ("اللبنات الأساسية" التي تُبنى منها البروتينات) ، والتعديلات الكيميائية ، وما هي الهياكل التي تشكلها. تشكل كولاچين من الأنواع الأول والثاني والثالث والخامس والحادي عشر خيوطًا طويلة ، وتشكل أفلامًا من النوع الرابع ، والنوع السابع - خيوط قصيرة تعمل بمثابة "مراسي". يمكن أن تشكل الكولاجين الأخرى أيضًا سلاسل قصيرة ولوالب. أكثر من 90٪ من الكولاجين البشري موجود في النوع الأول (الأقوى) والثاني والثالث والرابع.


تتكون الكولاجين من أحماض أمينية ، معبأة في خيوط (ليفات) بقطر 1.5 نانومتر وطول حوالي 300 نانومتر. الألياف ، عند الفحص الدقيق ، هي حلزونات من ثلاثة خيوط: اثنان متطابقان (ألفا ببتيد -1) وواحد مختلف كيميائيا قليلا (ألفا ببتيد -2). الألياف ، بدورها ، تشكل حزم-هذه هي ألياف الكولاجين.


الشكل 1. هيكل الكولاجين من النوع الأول. الخط الأحمر-الكولاجين الأول ألفا الأول ، الخط الأزرق-الكولاجين الأول ألفا الثاني.


يتم تصنيع كل من السلاسل الثلاث لألياف الكولاجين في البداية بشكل منفصل ، ثم يتم تجميعها في دوامة واحدة داخل الخلايا الليفية. في هذه المرحلة ، يكون الملف قابل للذوبان في الماء ويسمى بروكولاجين. ثم تطلق الخلايا الليفية البروتوكولاجين في البيئة خارج الخلية ، حيث تفقد قابليتها للذوبان وتنظم في ألياف ممتدة تشكل شبكة ثلاثية الأبعاد.


في المصفوفة ، تشكل إنزيمات معينة روابط متقاطعة بين سلاسل الحلزون الثلاثي للكولاجين ، وكذلك بين سلاسل مختلفة ، مما يسمح لها بتكوين ألياف. من المهم ملاحظة أن كمية صغيرة من الربط المتقاطع الذي تشكله الإنزيمات مطلوبة لتشكيل ألياف الكولاجين. ومع ذلك ، فإن الربط المتقاطع الزائد الذي يحدث مع تقدم العمر هو أحد عوامل شيخوخة المصفوفة.


ألياف مرنة

أهم عنصر في المصفوفة خارج الخلية هو الألياف المرنة ، التي تتكون من بروتين الإيلاستين. هذه الألياف قادرة على التمدد في الطول لمسافة عدة مرات طولها ، ثم العودة إلى حالتها الأصلية. ومع ذلك ، مع تقدم العمر ، تقل مرونة هذه الألياف بشكل كبير.


الإيلاستين غير قابل للذوبان ومستقر للغاية ويتم استقلابه ببطء. معظم البروتينات غير قادرة على كسرها. فقط إنزيم الإيلاستاز ، الذي تصنعه الخلايا في بؤر الالتهاب ، يمكنه التعامل مع هذا.


يتم تدمير الإيلاستين بسهولة عن طريق أشعة الشمس المباشرة-وهذا ما يفسر الشيخوخة السريعة للجلد وفقدان مرونته لدى الأشخاص الذين يهملون واقيات الشمس.


تتشكل ألياف الإيلاستين بشكل مشابه لألياف الكولاجين: أولا ، يتم تجميع سلاسل تروبويلاستين ، مقدمة الإيلاستين ، في الخلايا الليفية. لا يزال جزيء قابل للذوبان. بعد دخول المصفوفة ، تتشكل الروابط المتقاطعة في الإيلاستين بمساعدة إنزيمات معينة ، والتي تعمل على استقرار الجزيء.


ثم تتحد شبكة الإيلاستين غير المتبلورة مع الفيبريلين -1 أ ، وهو بروتين سكري يعمل بمثابة" غراء " في المصفوفة.


ونتيجة لذلك ، يتم تشكيل ألياف الإيلاستين 1-2 µ م سميكة. تتفرع الألياف وتتصل ببعضها البعض لتشكيل شبكة. الألياف الناتجة مرنة ومقاومة لعمل الأحماض والقلويات ولا تنتفخ في الماء. وهم قادرون على الحفاظ على وظائفهم طوال حياتهم. ومع ذلك ، فإن الإنزيمات المختلفة مثل البروتينات المعدنية المصفوفة وبروتياز السيرين يمكن أن تتحلل منها.


المادة الرئيسية ، أو أين هو حقن الجمال تتكون مادة تعبئة المصفوفة الرئيسية من عدد كبير من الجزيئات غير البروتينية. هذه هي ، أولا وقبل كل شيء ، أنواع مختلفة من الجليكوزامينوجليكان—السكريات الكبيرة التي تخلق الدعم الميكانيكي للخلايا. أنها تربط الماء وملء الفراغات بين الخلايا مثل "هلام". الأكثر شيوعا هي كبريتات ديرماتان ، كبريتات الهيباران ، الهيبارين ، كبريتات شوندروتن ، كبريتات الكيراتان ، وحمض الهيالورونيك.


معظم الجليكوزامينوجليكان ، باستثناء حمض الهيالورونيك ، تشكل بروتيوجليكان. هذه هي جزيئات معقدة ، على شكل فرشاة غسل الصحون ، حيث المحور هو البروتين ، وهناك العديد من "الألياف" من الكربوهيدرات حولها. وعلاوة على ذلك ، فإن جزء البروتين هو فقط 5-10 ٪ من كتلة الجزيء ، والباقي 90-95 ٪ هي "الزغب". هذه" الفرش " متصلة بخيط حمض الهيالورونيك. والنتيجة هي حريش مع الساقين" فرشاة".


يتم الاحتفاظ بجزيئات الماء والأيونات وجزيئات الإشارة وعوامل النمو في " فرش " البروتيوغليكان هذه. هذا يسمح للمصفوفة لتكون بمثابة "مستودع" الأنسجة من المواد التنظيمية. بالإضافة إلى ذلك ، يقوم البروتيوغليكان بتغطية سطح الخلية ويلعب دورا مهما في التبادل الأيوني والاستجابات المناعية وتمايز الأنسجة.


الجليكوزامينوجليكان الأكثر نشاطا بيولوجيا هو كبريتات الهيباران. ويحدد ما إذا كانت الخلية سوف تنقسم أو تهاجر ، وتشارك في تشكيل ألياف الكولاجين وتجديد الجرح. بفضل كبريتات الهيباران ، يمكن للخلايا أن تلتصق ببروتينات المصفوفة ، مما يسمح لها بتلقي إشارات من بيئتها. يحدث اضطراب هذا التفاعل مع تقدم العمر ويمكن أن يؤدي إلى التهاب.


كبريتات ديرماتان هي مكون رئيسي للمادة الأساسية للجلد وتوجد أيضا في الأوعية الدموية وصمامات القلب والأوتار والرئتين. بالإضافة إلى أداء وظيفة هيكلية ، فإنه يلعب دورا في التخثر (تخثر الدم) ، التسبب في أمراض القلب والأوعية الدموية ، التسرطن ، العمليات المعدية ، التئام الجروح والتليف.


يعد حمض الهيالورونيك أحد أهم المكونات غير البروتينية للمصفوفة خارج الخلية. من وجهة نظر كيميائية ، هو بوليمر يتكون من حمض د-جلوكورونيك وبقايا د-ن-أسيتيل جلوكوزامين. يؤدي عددا من الوظائف الأساسية للمصفوفة: فهو يعمل على استقرار ألياف الكولاجين ، ويشارك في تفاعل الخلايا وهجرتها ، ويلعب دورا مهما في التئام الجروح.


الخاصية الأكثر بروزا لحمض الهيالورونيك هي الاحتفاظ بالرطوبة: جزيء هيالورونان واحد قادر على التقاط وحمل 500 جزيء ماء حوله. ثم يستخدم هذا السائل للترطيب أو التفاعلات الخلوية أو لإنشاء حجم الأنسجة. إنها الخاصية الأخيرة التي يستخدمها أخصائيو التجميل عند حقن حمض الهيالورونيك ، على سبيل المثال ، في الشفاه. سوف "تنتفخ" المادة الشبيهة بالهلام مع أي رطوبة وتحافظ على حجمها ، مما يفسر تأثير الإجراءات التجميلية.


يتم تصنيع حمض الهيالورونيك بشكل رئيسي من قبل الخلايا الليفية من الأدمة من الجلد ويتم تجديده بسرعة: حوالي ثلث جميع حمض الهيالورونيك في اليوم الواحد. من الغريب أن حمض الهيالورونيك هو الذي يحدد طول العمر الشديد لفئران الخلد العارية-الحيوانات ذات الشيخوخة الضئيلة. تحتوي جزيئات حمض الهيالورونيك الجرذ العاري على وزن جزيئي أعلى ، مما يثبط الالتهاب وانقسام الخلايا ، ويمنع تطور السرطان.


تحديث المصفوفة

يتم تحديث مكونات المصفوفة باستمرار: يتم شق المكونات القديمة بواسطة البروتينات المعدنية المصفوفة ، ويتم تصنيع المكونات الجديدة بواسطة خلايا متخصصة (على سبيل المثال ، الخلايا الليفية). يحدث التجديد بشكل مكثف بعد الإصابات والحروق. يتم تحديث بعض مكونات المصفوفة بسرعة. البعض الآخر ، مثل الكولاجين والإيلاستين ، طويل العمر بشكل مثير للدهشة. عمر النصف للكولاجين في الغضروف يصل إلى 95 عاما. خلال هذا الوقت ، يتراكم عدد من الأضرار في الكولاجين ، مما يساهم بشكل كبير في شيخوخة المصفوفة.


اتصال المصفوفة مع الخلية

لا تؤدي المصفوفة وظيفة هيكلية فحسب ، بل تؤدي أيضا وظيفة تواصلية. المكان الرئيسي هنا تحتلها سيليكتينس-البروتينات السكرية التي تخترق غشاء الخلية والمشاركة في ربط الخلية إلى المصفوفة والخلايا الأخرى. وهم يشاركون في الإشارات داخل الخلايا ، وكذلك في تجنيد وهجرة الكريات البيض إلى مواقع الالتهاب. يمكن أن يحدث زيادة تنشيط سيليكتينس مع تطور العمليات المرضية المرتبطة بالعمر ، على سبيل المثال ، مع تصلب الشرايين ، تخثر الأوردة العميقة ، وبدء ورم خبيث في الأورام.


وبالتالي ، فإن المصفوفة خارج الخلية هي مكون ديناميكي خارج الخلية في الجسم. وهي مسؤولة عن تنظيم انقسام الخلايا والبقاء والتمايز والهجرة. فإنه يخضع باستمرار إعادة عرض استجابة لمختلف المحفزات والتغيرات بشكل ملحوظ خلال شيخوخة الجسم.