Ekstrasellüler Matriks Gürbüz POLAT

Ekstrasellüler Matriks Hücrelerin ve dokuların bir arada tutulmasına yardım eder Hücreler arası boşlukları doldurur Destek (Kemik ve kıkırdak) Hücre yapısı ve hareketi Hücre gelişim ve farklılaşması Besin ve madde alışverişi Hücre yaşamının devamlılığı Ayrıca hücrelerin migrasyonunu ve birbirleri ile olan ilişkilerini organize eder.

ESM ESM, pek çok işlevsel protein ve polisakkaritten oluşur (Glikoprotein, Proteoglikan) İçinde bulunduğu veya temas halinde olduğu hücreler tarafından salgılanır Kendilerini üreten hücrelerin yüzeyi ile yakın ilişki içindedirler

ESM, hücreler tarafından lokal olarak salgılanan extrasellüler makromoleküllerden oluşur. Örneğin konnektif dokuda bu matriks makromoleküllerini (ESM) salgılayan büyük hücreler fibroblastlardır. Kemik ve kartilaj dokularında ise bu hücreler kondroblast, osteoblastlardır.

ESM Özellikleri Farklı organlarda farklı miktarda Beyin ve spinal kanalda az Kemik ve kıkırdakta fazla Her dokuda dokunun foksiyonel özelliklerine göre farklı özellik taşırlar Kemik ve dişte kalsifiye Korneada şeffaf Tendonlarda ip gibi olup çok sağlamdır

ESM molekülleri Glikozaminoglikanlar (GAG); Hidrate, jelimsi Hyalüronik asit, Kondroitin sülfat, Dermatan sülfat, Heparin ve heparin sülfat, Keratan sülfat Fibröz proteinler Yapısal olanlar: Kollajen, (Gerilme gücü) Elastin (Matrikse esneklik) Adezif olanlar: Hücrelerin matrikse uygun yerlere tutunmaları Fibronektin, laminin, tenasin, entaktin, vitronektin, İntegrin, Selectin, VCAM, ICAM, v.b Diğer ECM proteinleri: Fibrillin, fibulin, nudelin, netrin, galaktin, glutaktin, vs.

Kollajen Bağ dokunun temel bileşeni olan kollajen memeli proteininin yaklaşık %25’i. Memeli dokularında 25 tip kollajen belirlenmiştir.

Kollajenler Tip Sınıf Dağılım I Fibriler Deri ve tendon II Fibriler kartilaj Gelişen kornea ve vitröz humor III Gerilebilir konnektif doku, deri, akc., vasküler IV Ağ (Network) Bazal membran, böbrek, damar duvarı V Karaciğer, kornea, mukoza VI Beaded filament Çoğu konnektif doku IX FACIT kartilaj Vitröz humor XI Fibril oluşturan Kartilaj, kemik, plasenta XII FACIT Embriyonik tendon ve deri XIII Transmembran domain Genişçe dağılmış XIV Fetal deri ve tendonlar

Organa göre kollajen organizasyonları Göz sıvısında jel tarzında Tendonlarda sıkı paralel demetler halinde Kemikte açılı olarak düzenlenmiş lifler halinde

Kollajen Sentezleyen hücreler Fibroblast Osteoblast Kondroblast Retiküler hücre Epitel hücre Endotel hücresi Düz kas hücresi Schwann hücresi

Kollajen monomerleri hücrelerde sentezlenip ekstra sellüler matrixe salgılanır. ESM’de enzimatik modifikasyon sonucunda monomerleri birleşip çapraz bağ oluşturarak kollajen liflerini meydana getirir.

Kollajen üçlü -heliks yapısı 3 polipeptid zinciri, zincirler arası H bağı ile bir arada tutulur Her polipeptid alt birimi ( zinciri), her dönüşte 3 aa biriminin yer aldığı sola doğru sarılmış bir heliks tarzındadır.

Kollajenin temel aminoasitleri Kollajenin çarpıcı bir özelliği  zincirinin üçlü heliks kısmında her bir üçüncü konumda glisin varlığıdır (Gly-X-Y)n (Gly-X-Y)n n ortalama 333 aa’dir X, Y farklı aa olabilmelerine karşın X konumlarının çoğu prolin, Y konumlarının çoğu hidroksiprolin yada hidroksilizindir. Hidroksiprolin (10%) Prolin (12%) Glisin (33.5%)

(Gly-X-Y)n olarak tekrarlayan bu yapı üçlü heliksin oluşumu için gereklidir. Glisin üçlü heliksin çekirdek merkezine doğru gidildikçe, var olan kısıtlı mesafeye uyum gösterebilecek boyuttaki tek amino asittir.

Kollajen Sentezi Pro -zincirlerinin oluşumu (Preprokollajen) Hidroksilasyon Glikozilasyon Birleşme (prokollajen) Triple helix Sekresyon ESM parçalanma ve Lif oluşumu (Kollajen Çapraz bağ oluşumu Kollajen fiberlerinin oluşumu

Pro-  zincirlerinin oluşumu Polipeptid zincirini endoplazmik retikulumun veziküler aralığına yönelten bir lider veya sinyal dizisi taşıyan preprokollajen öncül formunda ribozomlarda sentezlenmektedir. Sinyal dizisi işaret gibi davranır. ER’a bağlanmayı kolaylaştırır ve polipeptid zincirini ER sisternalarına yönlendirir. Preprokollajen

Kollajenin sentezi ve işlenmesi DNA Prokollajen mRNA Prokollajen polipeptid Prolin ve lizin hidroksilasyonu Endoplazmik retikuluma dahil olunca lider dizesi enzimatik olarak ana yapıdan uzaklaştırılır. Prokollajen yapısına dönüşür.

Posttransyonel Hidroksilasyon Kofaktörleri askorbik asid ve  ketoglutarat olan prolil hidroksilaz ve lizil hidroksilaz Hidroksilasyon kollajenin 3’lü helix yapısının dayanıklılığında önemlidir. Askorbik asit eksikliğinde prolin ve lizin rezidüleri hidroksilasyona uğrayamaz. Kollajen çapraz bağları oluşamaz ve lifin gerilme kuvveti azalır (skorbüt)

Glikolizasyon Hidroksilizinlerin bazıları O-glikozidik bir bağlantı aracılığı ile galaktoz veya galaktozil-glukuzon ilavesi sonucu daha ileri modifikasyona (posttransyonel) uğrarlar

Birleşme (Prokollajen oluşumu) ve salgılama Prokollajenin oluşumu pro  zincirlerinin C terminal uzantıları arasındaki zincirler arası ve zincir içi disülfit bağlarının oluşmasıyla başlar. Bu durum 3 zinciri helix oluşumuna uygun konuma getirir. Amino terminal propeptid sadece zincir içi disülfit köprüleri oluştururken, karboksiterminal propeptidler hem zincir içi, hem de zincir arası disülfit köprüleri oluştururlar. Prokollajen

ESM’de parçalanma ve lif oluşumu Hücreden sekresyonun ardından N-C prokollogen peptidaz adı verilen ekstrasellüler enzimler, sırası ile NH2 ve COO- uçlardaki uzantı peptidlerini uzaklaştırır.

Kollajen Liflerinin Oluşumu Tekli kollajen molekülleri spontan birleşerek lifleri oluşturur Kollajen molekülleri birleşerek lifler oluşturduktan sonra bunlar komşu kollajen moleküllerinin her biri komşusuyla yaklaşık molekülün dörtte üçü uzunluktaki kısımları üst üste gelecek şekilde düzenli ve paralel bir yapı oluştururlar (Lizil oksidaz).

Prokollajen üçlü sarmali Hücre içi Prokollajen üçlü sarmali Prokollajen desteleri Hücre dışı Prokollajen peptidaz Kollajen fibrili Lizil oksidaz, O2, Cu Çapraz bağların oluşumu Olgun çapraz bağlı kollajen fibrili Kollajen fibrilleri, Lizil oksidaz etkisi ile zincir içi ve zincir arası çapraz bağlantıların oluşumu ile daha ileri biçimde stabilize edilirler.

Kollajenin Yıkımı Kollajenazlar Yarı ömürleri aylarca olan oldukça dayanıklı proteinlerdir. Buna karşın bağ dokusu dinamiktir ve genellikle büyüme ve doku yaralanması ile sürekli yenilenir.

Kollajenin Hastalıkları Fibrozis: Aşırı kollajen sentezi (Tip I) Ehler-Danlos sendromu: Kollajen yetersizliği (Tip I ve Tip III). Kollajen molekülündeki bir bozukluk sonucu gelişir. Gergin bir cilt ve eklem gevşekliği ile karekterizedir. Kontorsiyonistler (lastik adam) kollajen sentezindeki çeşitli enzim eksikliklerine bağlı olarak bu sendroma sahiptirler Osteogenezis imperfecta: ( Brittle bone sendromu- Kırılgan Kemik send.) Yara iyileşmesinde gecikme, sırtta kamburlaşma Menke: Lizil oksidaz eksikliği, kolay kırılan kıllar ve gelişme geriliği Skorbüt: Vitamin C eksikliği , azalmış prolin hidroksilasyonu, hatalı kollajen sentezi, anormal sentezlenmiş kollajen

Elastin Kollajenden daha kısa enlemesine çizgilenme gösterir Dallanarak düzensiz ağ görünümüne yol açar Lastik benzeri bağ dokusu proteinidir. Gerilmeyle birkaç katına ulaşıp, kuvvet ortadan kalkınca normal haline döner.

Elastin, fibroblastlarda üretilir. Akciğer, damar duvarları, cilt altı bağ dokusu ve elastik ligamentlerde bol bulunur. Arterlerde en fazla bulunan ESM bileşenidir Dayanıklılığı bileşimindeki nonpolar peptidler arası hidrofobik bağlar aracılığı ile sağlanır Aminoasit bileşimi; Glisin, alanin ve valin gibi küçük aa’lerden oluşur. Prolin ve lizinden zengindir. Hidroksiprolin az, hidroksilizin içermez.

Elastin monomerleri Tropoelastin, 70 kD solubl monomer Tropoelastindeki prolin hidroksilasyonu (prolil hidroksilaz) ile hidroksiprolin 3 lizil aldehidi + modifiye olmamış lizin = dezmozin (çapraz bağ) Çapraz bağ oluşumu ile insolubl ve stabil elastin oluşur

Kollajen-Elastin farkları Kollagen Genetik tip farklılıkları Üçlü helix Tekrarlayan Gly-X-Y yapısı Hidroksilizin varlığı Karbohidrat içermesi Molekül içi aldoller arası bağlar Elastin Tek genetik tip Karmaşık yumak yapısı Tekrarlayan dizi yok Hidroksilizin yok Karbohidrat içermez Moleküller arası desmozin köprüleri

Elastin Yıkımı Makrofaj Elastaz Pankreatik elastaz Nötrofil elastaz

ESM Molekülleri GAG Fibröz proteinler. Yapısal olanlar: Kollajen, (Gerilme gücü) Elastin (Matrikse esneklik) Adezif olanlar: Fibronektin, laminin, tenasin, entaktin, vitronektin, İntegrin, Selectin VCAM, ICAM, v.b (Hücrelerin matrikse uygun yerlere tutunmaları) Diğer ECM proteinleri: Fibrillin, fibulin, nudelin, netrin, galaktin, glutaktin, vs.

Adezif ESM Bileşenleri Hemen hemen tüm hücrelerin yüzeyinde eksprese edilen glikoprotein moleküllerinden oluşan yüzey proteinleridir. Hücrelerin, sıklıkla da lökositlerin birbirlerine, endotel hücrelerine veya ekstrasellüler matrikse bağlanmalarını, Yabancı antijen ve patojenlere karşı konakçı savunmasını sağlarlar.

Doku/organ gelişimi ve hücre proliferasyonu Embriyogenez          Doku/organ gelişimi ve hücre proliferasyonu  Embriyogenez    İmmün ve inflamatuvar hücrelerin inflamasyon bölgesine göçü  İmmün yanıtın başlatılması ve yayılması   Ekstrasellüler matriksten hücreye bilgi akışı Yara iyileşmesi   Kanser metastazı

Fibronektin (Fn) Matriksdeki adezif proteinlerdendir. Hücrelerin matrikse bağlanmalarını sağlar. Karboksi terminal bölgelerinden bir çift disülfit bağı ile bağlı 2 büyük subünitten oluşan dimerdir. Glikoprotein yapıdadır.

Bağlanma bölgeleri Hücre Kollajen Heparin

Özellikle konnektif dokularda fazladır. Fibrinojen ,kollajen, GAG ( heparan sülfat) gibi ESM bileşenlerine bağlanarak adezif olayları başlatır.

Hücre büyüme ve farklılaşmasında Hücre göçü Tümör ile ilgili kan damarlarında da bulunmaktadır Fibronektin hücre adezyonu, hücre göçü ve tümör invazyonunda rol alır. Fagositoz, kan pıhtılaşması ve yara iyileşmesinde rol alır Hücre polaritesini belirler Hücre metabolizması ve hücre çoğalması

İntegrinler Hücre-hücre adezyonu ve hücre ESM adezyonunu sağlayan glikoprotein yapıda heterodimerik yüzey membran reseptörleridir Kollajene, laminine, Fibronektin ve diğer ESM bileşenlerine bağlanır

İntegrinler- Alfa ve Beta alt ünitelerinden oluşur Bağlanma özgüllüğü alfa alt ünitesindedir Hücre morfolojisi Migrasyonu Fagositoz Proliferasyon Gen ekspresyonu Hücre sağ kalımı

Laminin Gelişmekte olan embriyoda ilk sentezlenen ESM proteinlerinden biridir Erken gelişim döneminde basal laminada çok az miktarda kollajen varken laminin fazladır Disülfit bağları ile tutulan 3 polipeptid zincirinden oluşur ()

ESM’de yapısal desteği vardır, ayrıca sinyal iletiminde rol alır. Nöromusküler bağlantılarda postsinaptik yapıların oluşumunda rol alır Hücre büyüme ve farklılaşması Hücre göçü

Tenasin Altı identik disülfit bağlı polipeptit zincirlerinden oluşan büyük bir glikoprotein kompleksidir. Hücre tipine göre hücre adezyonunu başlatır veya inhibe eder.

Tenasin Tenasin C; Normal embriyogenezde rol alır. MSS ve bağ dokusu gelişiminde, tümörlerde, yara iyileşmesinde artar. Tenasin R; Santral ve periferik sinir sisteminde bulunur. Tenasin X;. İskelet ve kalp kasında bulunur. Tenasin W; Nöral yolaklarda yer alır

Vitronektin KC’de bulunur. S-protein olarak bilinen bir serum proteinidir Hücre adezyonu ve hücre göçünü ( integrin üzerinden) arttırır

Entaktin Laminin ile beraber basal laminada yer alan glikoproteinlerdendir.

Bazal Lamina Esnek, ince, ESM’nin özelleşmiş şekli Epitel hücrenin altında, yada düz kas, iskelet kası hücrelerin etrafını kuşatır veya glomerulus, akciğer alveolleri gibi bölgelerde iki hücre tabakası arasında yer alır

Bazal Laminanın Fonksiyonu Filtre Hücre polaritesi Hücre metabolizması, farklılaşması ve gelişmesi Hasar gören hücrenin yenilenmesi Hücre göçü Pek çok kanser türünde bazal lamina tamamen kaybolur Yaşlanma, diyabet, Hipertansiyonda kalınlığı artar ve dokular yeterince beslenemez

Selektin Selektinler nötrofil ve monositlerin inflamasyon bölgesine gelmesini sağlar. L-selektin (Lökosit) P-selektin (Platelet) E-selektin (Endoteliyal)

L-selektin (Lökosit), nötrofiller ve monositlerde, T ve B lenfositlerin büyük bölümünde ve NK hücrelerinin bir alt grubunda eksprese olurlar. P-selektin (Platelet), trombositler ve endotel hücreleri üzerinde bulunurlar. Trombin, histamin, protein kinaz C, kompleman fragmanları gibi çeşitli mediatörlerle uyarılabilir. E-selektin (Endoteliyal), endotel hücresi üzerinde bulunurlar ve ekspresyonları IL-1, TNF- gibi inflamatuvar uyaranlara cevaben artarlar

İmmunglobulin (Ig) süper ailesi Hücre içindeki iskelet sistemine bağlanan transmembran glikoproteinlerdir. Myelinizasyonda ve lökositlerin sıkı adezyon yapmasında önemlidirler. Üyelerden bazıları : ICAM, VCAM, PECAM, …)

Ig süper ailesi üyeleri Morfogenez İnflamasyon Hemostaz İmmünite sırasında bir çok hücre tanıma olaylarını yönetirler Ig süper ailesi üyeleri parazitik ve viral proteinler için reseptör olarakta hizmet eder

Fibrillin Fibrillin fibroblastlardan salgılanan bir glikoprotein olup, elastin depolanması için bir iskelet oluşturur. Anormal fibrillin elastik dokuda bir defekt oluşturur (özellikle aorta, mitral kapak ve siliar zonülde). Mikrofibrillerin yapıtaşı olup, sisteinden zengindir

Fibulin ESM stabilizasyonu sağlar. Konnektif doku, basal membran ve kan pıhtıları gibi ESM yapılarında yer alır. Diğer ESM proteinlerine bağlanır.

Glutaktin; bir extrasellüler serin proteazdır. Nudel; Mozaik yapıda bir proteindir. Serin proteaz içerir. Proteazların katlanması ile ilgilidir.

ESM Proteinlerinin Yıkımı 1) Matriks metalloproteinazlar(MMP) : ekstrasellüler matriks (ESM) bileşenlerini yıkıma uğratan, Zn++ ve Ca++’a bağımlı bir nötral endopeptidaz ailesidir. a)İnterstisyel Kollajenazlar b)Tip 4 Kollajenazlar=Jelatinazlar c)Stromelizin d)Membran tip MMP e)Matrillizin 2) Serin Proteinazlar: tPA (doku plazminogen akt.), uPA (ürokinaz plazminojen aktivatörü) 3) Sistein proteinazlar: Katepsin B,L, ve S. 4) Asit proteinazlar: Katepsin D.