Von der extrazellulären Matrix zur Körperhaltung. Ist das verbindende System unser wahrer Deus ex machina?

Herausgegeben von Dr. Giovanni Chetta

Spezialisierte Proteine

ECM enthält eine große (und immer noch nicht genau definierte) Anzahl spezialisierter Nicht-Kollagen-Proteine, die typischerweise mehrere Domänen mit spezifischen Bindungsstellen für andere ECM-Moleküle und Zelloberflächenrezeptoren aufweisen. Auf diese Weise fungiert jede einzelne Komponente dieser Proteine ​​als "Verstärker" von Kontakten zwischen ähnlichen und unterschiedlichen Molekülen und schafft ein unendliches biochemisches Netzwerk, das in der Lage ist, Millionen und Abermillionen von biochemische Informationen (und energetisch).
Ein wichtiges spezialisiertes Protein der extrazellulären Matrix ist Fibronectin, ein hochmolekulares Glykoprotein, das in allen Wirbeltieren vorkommt. Es ist ein Glykoprotein-Dimer, das aus zwei großen Untereinheiten besteht, die durch Disulfidbrücken verbunden sind. Fibronectin scheint in der Lage zu sein, das Wachstum auf unterschiedliche Weise zu beeinflussen. zelluläre, interzelluläre Adhäsion und mit der extrazellulären Matrix (verfügt über die Fähigkeit, an Zellen und andere Moleküle der ECM zu binden, zB Kollagen, Fibrin, Heparin), Zellmigration (die Zelle kann sich bis zu 5 cm pro Tag bewegen - Albergati, 2004) usw. Die bekannteste Isoform, Typ III, bindet an Integrine. Letztere sind eine Familie von Transmembranproteinen, die die Adhäsion von Zellen an die extrazelluläre Matrix durch die Erkennung von bewirken RGD-Sequenz. RGD-Peptide sind Aminosäureketten unterschiedlicher Länge ausgehend von einfachen Tripeptiden, gekennzeichnet durch die Aminosäuresequenz Arginin-Glycin-Asparaginsäure. Diese Aminosäuresequenz ist im Organismus ubiquitär vorhanden und an zahlreichen physiologischen Funktionen beteiligt Diese RGD-Sequenz stellt eine der Strukturen dar, die es ermöglichen, bestimmte Zelllinien (zB Entzündungszellen) anzuheften, damit diese ihre Funktion erfüllen können. Die Verbindung zwischen Integrinen und RGD induziert eine Reihe von Reaktionen im Zytoplasma, an denen das Zytoskelett und andere Proteine ​​beteiligt sind, die die Zelladhäsion, das Wachstum und die Migration regulieren.Integrine wirken daher als Mechanorezeptoren: Sie übertragen selektiv und modulierbar Zugkräfte und mechanische Stöße von der ECM in die Zelle und umgekehrt (Hynes, 2002). Schließlich scheint es richtig zu sein, dass Fibronektinfibrillen nur in Gegenwart von Spannung richtig angeordnet und geformt werden; diese Dehnung wird von den Zellen selbst erzeugt (Alberts, 2002).

Glucosaminoglykane (GAGs) und Proteoglykane (PGs)

Glucosaminoglykane (GAGS) und Proteoglykane (PGs) bilden eine stark hydratisierte gelartige Substanz, die innerhalb des Bindegewebes definiert ist, in der die fibrillären Proteine ​​untergebracht und eingebettet sind. Diese Form von Polysaccharid-Gel ist in der Lage, der ECM einerseits erheblichen Druckkräften standzuhalten und andererseits eine schnelle und konstante Diffusion von Nährstoffen, Metaboliten und Hormonen zwischen Blut und Gewebe zu ermöglichen.
GAGs binden normalerweise kovalent an einen Proteinkern, wodurch Proteoglykane (PGS) entstehen. GAGs und PGs können allein oder in Gruppen als Rezeptoren für Adhäsionsmoleküle oder als Katalysatoren biochemischer Prozesse an zirkulierenden Molekülen wie Wachstumsfaktoren, Zytokinen und Gerinnungsenzymen wirken.
Glucosaminoglykane (GAGs) werden durch Polysaccharidketten repräsentiert, die aus mehrfach wiederholten Disaccharideinheiten bestehen. Einer der beiden Zucker wird immer durch einen Aminozucker (n-Acetylglucosamin oder n-Acetylgalactosamin) repräsentiert, fast immer durch Sulfat. Der zweite Zucker ist normalerweise Glucuronsäure oder ihr Iduron-Isomer L. Es gibt 4 Hauptgruppen von GAGs: Hyaluronsäure, Chondroitinsulfate und Dermatansulfate, Heparansulfate, Keratansulfate.
Die Polysaccharidketten der Glucosaminoglykane sind volumetrisch zu starr, um sich in die für Polypeptidketten typischen kompakten globulären Strukturen zu falten, und sie sind stark hydrophil.Aus diesen Gründen (und wahrscheinlich auch aus anderen uns unbekannten Gründen) neigen die GAGs dazu, extreme Konformationen einzunehmen. sie nehmen im Verhältnis zu ihrer Masse ein großes Volumen ein und bilden so schon bei geringen Konzentrationen beträchtliche Gelmengen Die hohe Menge an negativen Ladungen (die GAGs stellen die zahlreichsten anionischen Zellen dar, die in der Regel sulfatiert werden und von tierischen Zellen produziert werden) zieht zahlreiche Kationen an; unter diesen spielt Na + eine vorherrschende Rolle, das die gesamte osmotische Kapazität verleiht und eine enorme Wassermenge in der ECM einschließt. Auf diese Weise werden Schwellungen (Turgoren) erzeugt, die es der ECM ermöglichen, selbst wichtigen Druckkräften entgegenzuwirken (dadurch kann beispielsweise der Hüftknorpel unter physiologischen Bedingungen einem Druck von mehreren hundert Atmosphären perfekt standhalten).
Innerhalb des Bindegewebes machen die GAGs weniger als 10-12% des globalen Gewichts aus, aber dank ihrer Eigenschaften füllen sie viele der extrazellulären Räume aus und bilden hydratisierte Gelporen unterschiedlicher Größe und Dichte der elektrischen Ladungen und wirken so von selektiven Schlüsselpunkten oder "Servern", über die der Verkehr von Molekülen und Zellen innerhalb des MEC auf der Grundlage ihrer Größe, ihres Gewichts und ihrer elektrischen Ladung reguliert wird.
Hyaluronsäure (Hyaluronsäure, Hyaluronsäure) stellt vielleicht die einfachste der GAGs dar. Beim Menschen besteht sie aus etwa 25.000 gleichen nicht sulfatierten Disacchariden und ist in der Regel an keinen "Proteinkern" gebunden, daher hat sie eine atypische Struktur. Experimentelle und molekularbiologische Daten bestätigen, dass es auf Knochen- und Gelenkebene eine grundlegende Rolle hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen erhebliche Belastungen spielt. Darüber hinaus spielt es eine sehr wichtige Rolle beim Füllen von Räumen in der ECM während der Embryonalentwicklung: Es schafft Leerräume zwischen den Zellen, in die sie später einwandern (Albergati, 2004).
GAGs und PGs können durch ihre Assoziation zu enormen Polymerkomplexen in der ECM führen. Zum Beispiel die Moleküle von aggrecano, die die Mehrheit der PGs auf Gelenkebene darstellen, verbinden sich über nicht-kovalente Bindungen mit Hyaluronsäure, wodurch Aggregate von der Größe eines Bakteriums entstehen.
Nicht alle PGs werden von der ECM sezerniert, einige sind integrale Bestandteile von Plasmamembranen. Unter den bekanntesten Membran-PGs, i Syndekane sie besitzen eine extrazelluläre Domäne, die aus drei GAG-Ketten besteht, während die intrazelluläre Domäne vermutlich mit dem Aktin des zellulären Zytoskeletts reagieren kann (Alberts, 2002).

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