Ekstratsellulaarne maatriks

Allikas: Vikipeedia
Illustratsioon, mis kujutab ekstratsellulaarset maatriksit epiteeli, endoteeli ja sidekoe suhtes.

Ekstratsellulaarne maatriks (inglise extracellular matrix) ehk rakuvaheaine on loomarakkudevaheline (väline) võrgustik, mis koosneb erinevatest rakkude valmistatud ning nende sekreteeritud (väljutatud) polüsahhariididest ja valkudest[1].

Ekstratsellulaarse maatriksi (nüüdsest rakuvaheaine) peamine ülesanne on toimida kudede ehitusliku osana (pakub struktuurset tuge) ning mõjutada nende arengut ja talitlust.[1]. Rakuvaheainet leidub eriti palju just sidekoes.

Rakuvaheainesse kuuluvad interstitsiaalne maatriks ja basaalmembraan.[2] Interstitsiaalne maatriks asub mitmete loomarakkude vahel ehk nende intertsellulaarses ruumis. Polüsahhariididest koosnevad geelid ja fibrillvalgud täidavad tühjad ruumid ja töötavad kui kokkusurumisel tekkiva stressi vastased puhvrid rakuvaheainele.[3] Basaalmembraanid on plaatjad rakuvaheaine ladestused, millel paiknevad erinevad epiteelrakud.

Roll ja tähtsus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Oma varieeruva ülesehituse tõttu võib rakuvaheaine täita mitmeid erinevaid funktsioone. Maatriks pakub tugifunktsiooni, segregeerib koed teineteisest ja reguleerib intertsellulaarset kommunikatsiooni. Reguleeritakse raku dünaamilist käitumist ehk käitumise muutlikkust. Samas sekreteerib maatriks ka suure osa rakulisi kasvufaktoreid ja käitub kui nende lokaalne hoidla.[2] Muutus füsioloogilises seisundis võib aktiveerida proteaasse aktiivsuse, mis põhjustab nende hoidlate lagundamise ning ladustatud kasvufaktorite lokaalse vabastamise süsteemi. Kasvufaktorid võimaldavad kiiret ja lokaalset rakufunktsioonide aktivatsiooni, ilma et peaks toimuma de novo süntees.

Rakuvaheaine moodustumine on hädavajalik kasvu, haava paranemise ja fibroosi protsesside jaoks. Rakuvaheaine struktuurist ja koostisest aru saamine aitab mõista vähi bioloogias kasvaja invasiooni ja metastaaside moodustumist.[2] Metastaaside moodustumine ja levik on tihti seotud maatriksi lõhkumisega.[4] Ekstratsellulaarse maatriksi lõhkumiseks kasutatavad ained on näiteks seriini ja treoniini proteaasid ning maatriksi metalloproteinaasid.[2]

Molekulaarsed komponendid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rakuvaheaine koosneb polüsahhariididest ja valkudest ning seda leidub kõige rohkem sidekoes. Esineb palju erinevaid maatriksi molekule, mis võivad olla väga erinevalt organiseeritud. Need molekulid on organiseerunud vastavalt sellele, millised on antud koe funktsionaalsed vajadused. Rakud sekreteerivad lokaalselt maatriksit moodustavaid valke. Paljudes sidekudedes toodavad fibroblastid maatriksi valke, mis seejärel sekreteeritakse eksotsütoosi teel rakust välja maatriksisse. Pärast sekretsiooni agregeeruvad komponendid olemasolevasse maatriksisse. Rakuvaheaine koosneb fibrillidest ja glükoosaminoglükaanidest (GAG).

Proteoglükaanid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Maatriksi polüsahhariidid (glükoosaminoglükaanid) on seotud kovalentselt teatud valkudele, nn proteoglükaanidele. Proteoglükaanidel on summaarselt negatiivne laeng, mis tõmbab ligi positiivselt laetud naatriumi ioone (Na+), mis tõmbab ligi vee molekule osmoosi teel. Sellega hoitakse rakuvaheainet ja ümbritsevaid rakke hüdreerituna. Proteoglükaanid võivad aidata ka kasvufaktorite kinnipüüdmisel ning rakuvaheaine ladustamisel.

Fibrillid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kollageen on paljudes loomades kõige ohtramalt leiduv valk rakuvaheaines, kaasa arvatud ka inimesel. Kollageen esineb rakuvaheaines fibrillidena, mis annavad ümbruses paiknevatele rakkudele tuge. Kollageeni fibrillid on organiseerunud vastavalt koe vajadustele. Naha sidekoes on nad tihedalt kokku punutud, et vastu panna erinevatest suundadest tulevale survele. Kollageen sünteesitakse prekursori vormis (prokollageen) ning toimetatakse raku välismembraanile. Siis lõikavad proteaasid prokollageeni, et võimaldada ekstratsellulaarset pakkimist. Kollageeni fibrillide ruumilist organiseeritust kujundavad neid sünteesivad rakud, mida nimetatakse fibroblastideks. Fibroblastid "roomavad" üle kollageeni kiudude ning avaldavad neile mehhaanilist toimet, pakkides neid kokku kihiks või moodustades suuremaid kiudusid.[4]

Elastiinid moodustavad salke, mis annavad kudedele elastsuse. Tänu elastiini olemasolule on kudedel vajadusel võimalik venida ja hiljem oma algne vorm taastada. See on kasulik veresoonte, kopsude ja naha jaoks, mis sisaldavad suurtes kogustes elastiini. Elastiini venivus on aga piiratud tiheda assotsieerumisega kollageeniga.[4] Elastiini sünteesivad fibroblastid ja silelihasrakud. Elastiin moodustub mitmete tropoelastiinide kovalentsel seondumisel. Elastiinid on vees väga vähelahustuvad aga tropoelastiinid on vees lahustuvad. Tropoelastiinid on sekreteeritud kandjamolekulidesse (chaperon), mis vabastavad prekursormolekuli, kui nad puutuvad kokku elastiini fiibritega. Tropoelastiinid seejärel deamineeritakse ning ühendatakse elastiini salku.

Fibronektiin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Fibronektiinid on glükoproteiinid, mis ühendavad rakke kollageeni fiibritele rakuvaheaines. See võimaldab rakkudel vajadusel läbi rakuvaheaine liikuda. Fibronektiinid seovad kollageeni rakupinna integriiniga, mis põhjustab raku tsütoskeleti ümberkorralduse, hõlbustades sellega rakkude liikumist. Rakud sünteesivad fibronektiini inaktiivses vormis. Kui fibronektiin seondub integriinile, muutub ta aktiivseks, mis võimaldab neil moodustada dimeere ning õigesti funktsioneerida. Fibronektiinid aitavad kaasa ka koekahjustuste korral vere hüübimisele ja hõlbustavad rakkude liikumist häiritud alale haava paranemisel.[5]

Laminiin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Laminiinid on valgud, mis leiduvad pea iga loomaraku basaalmembraanis. Erinevalt kollageenilikest fiibritest moodustavad laminiinid ämblikuvõrgutaolisi struktuure, mis seisavad vastu basaalmembraani tõmbejõududele. Nad aitavad kaasa ka rakkude adhesioonis. Laminiinid seovad rakuvaheaine komponente, nagu kollageeni, nidogeeni ja ka entaktiine.[5]

Rakkude adhesioon rakuvaheainele[muuda | redigeeri lähteteksti]

Paljud rakud seonduvad rakuvaheaine komponentidele. Rakkude kinnitumine (adhesioon) võib toimuda kahel viisil. Fokaalsed adhesioonid, mis kinnitavad rakuvaheaine raku aktiini filamentidele või hemidesmosoomid, mis kinnitavad rakuvaheaine intermediaarsetele filamentidele (nt keratiin). Selline raku ja rakuvaheaine vaheline adhesioon on reguleeritud spetsiifiliste rakupinna adhesiooni molekulidega (CAM - cellular adhesion molecules), mida kutsutakse integriinideks. Integriinid on raku pinnal asuvad valgud, mis seovad raku sellistele rakuvaheaine struktuuridele, nagu fibronektiin ja laminiin. Samas seob ka integriini valkudega teiste rakkude pinnal.

Fibronektiinid seonduvad rakuvaheaine makromolekulidele ning hõlbustavad nii nende seondumist transmembraansetele integriinidele. Fibronektiini seondamine ekstratsellulaarsele domäänile initsieerib intratsellulaarseid signaaliradasid.[3]

Rakuvaheaine tekkimisega seotud rakutüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rakuvaheaine arengule annavad oma osa mitmed erinevad rakutüübid. Vastavalt sellele, millised on lokaalsed komponendid, muutuvad ka sidekoe tunnused.

Fibroblastid on kõige harilikum rakutüüp sidekoe rakuvaheaines, kus nad sünteesivad erinevaid valke, korrastavad neid ning pakuvad struktuurset tugiraamistikku. Fibroblastid sekreteerivad mitmeid rakuvaheaine eellaskomponente, kaasa arvatud fibrille. [4] Kondrotsüüdid leiduvad kõhredes ja toodavad kõhremaatriksit (koosneb põhiliselt kollageenist ja proteoglükaanidest). Osteoblastid (sisuliselt spetsialiseerunud fibroblastid) vastutavad luude tekke eest.

Mitokondrid (pildil kollased)

Ekstratsellulaarne maatriks taimedes[muuda | redigeeri lähteteksti]

Taimedes loomadele omane ekstratsellulaarne maatriks puudub. Seal täidab seda rolli rakukest (nimetatud ka nn korrektseks ekstratsellulaarseks maatriksiks).[1] Taimerakkudest koosnevad koed on ruutmosaiigilise paigutusega. Rakukest on jäik struktuur, mis ümbritseb rakku. Rakukest pakub külgmist jõudu, et pidada vastu turgori osmootsele rõhule, kuid on piisavalt paindlik, et vajadusel võimaldada raku kasvu. Samas on rakukest ka intertsellulaarse kommunikatsiooni vahendajaks. [6]

Kasutamine meditsiinis[muuda | redigeeri lähteteksti]

On leitud, et rakuvaheaine rakud põhjustavad kudede taaskasvu ning tervenemist. Näiteks inimese lootes töötab rakuvaheaine koos tüvirakkudega, et kasvatada ja taaskasvatada kõiki inimese kehaosi. Loode suudab taaskasvatada kõik, mis on üsas kahjustada saanud. Selliseid omadusi on kasutatud, et parandada hobustel sideme rebestusi, kuid uuritakse edasi kui vahendit inimeste koeregeneratsiooniks.[viide?]

Vigastuste ravimise ja koe konstrueerimise juures on rakuvaheainel kaks põhilist ülesannet. Esiteks takistab ta immuunsüsteemi vastureaktsiooni vigastusele. Kui immuunsüsteem sellele reageeriks, muutuks viga saanud kude põletikuliseks ning moodustaks armkoe. Järgmisena muudab rakuvaheaine hõlpsamaks ümbritsevatel rakkudel vigastunud kude parandada, armikoe moodustamise asemel.[viide?]

Meditsiinis kasutatakse rakke, mis on eraldatud sea põiest, mis on kergesti kättesaadav ning mujal vähekasutatud allikas. Seda meetodit kasutatakse regulaarselt maohaavandite raviks.[7]

Rakuvaheaine valke kasutatakse tihti rakukultuurides, et säilitada tüvirakkudel ja prekursor-rakkudel mittediferentseerunud seisund. Samas on nendega võimalik ka in vitro indutseerida epiteeli, endoteeli ja silelihasrakkude diferentseerumist. Neid valke saab kasutada in vitro ka toestusena 3D rakukultuuridele, et modelleerida tuumori arengut.[8]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 TEA entsüklopeedia 6. köide, 2011.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Kumar. Robbins and Cotran: Pathologic Basis of Disease, 7th, Philadelphia: Elsevier. ISBN 0-7216-0187-1. 
  3. 3,0 3,1 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. 
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Weaver. The Extracellular Matrix at a Glance. Florida: The Company of Biologists Ltd. 
  5. 5,0 5,1 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. 
  6. Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. "Integrating Cells Into Tissues", Molecular Cell Biology, 5th, New York: WH Freeman and Company. 
  7. "First Ever Implantation of Bioabsorbable Biostar Device at DHZB". DHZB NEWS (December 2007). Vaadatud 5.08.2008. "The almost transparent collagen matrix consists of medically purified pig intestine, which is broken down by the scavenger cells (macrophages) of the immune system. After about 1 year the collagen has been almost completely (90-95%) replaced by normal body tissue: only the tiny metal framework remains. An entirely absorbable implant is currently under development."
  8. Kleinman, H.K.; L. Luckenbill-Edds1, F.W. Cannon, G.C. Sephel (October 1987). "Use of extracellularmatrix components for cell culture". Analytical Biochemistry 186 (1): 1-13. doi:10.1016/0003-2697(87)90538-0. Välja otsitud 5/14/2012.