Veel dierlijke cellen zijn ingesloten met structurele moleculen, die de extracellulaire matrix (ECM) vormen en bijdragen aan de organisatie van weefsel. De moleculen in de ECM bieden stevigheid en structuur aan weefsels en zorgen voor het behoud van specifieke eigenschappen van bepaalde weefsels.
De extracellulaire matrix (ECM) bestaat uit langgerekte vezelachtige eiwitten, zoals collageen, fibronectines en elastines, en polysacchariden zoals glycosaminoglycanen (GAG's). GAG's zijn suikerketens die het grootste deel van de extracellulaire ruimte innemen en vaak een groot volume ten opzichte van hun massa hebben. Hierdoor kan een matrix enorme compressiekrachten weerstaan. De meeste GAG's zijn gekoppeld aan eiwitten, waardoor proteoglycanen ontstaan . Deze moleculen houden natriumionen vast vanwege hun positieve lading en trekken daarom ook water aan, waardoor de ECM gehydrateerd blijft.
Stijve vezels zoals collagenen zijn de primaire eiwitcomponenten van de ECM. Collagenen zijn de meest voorkomende eiwitten bij dieren en zijn verantwoordelijk voor 25% van de massa van het eiwit. Een grote diversiteit aan collagenen met structurele overeenkomsten zorgen voor treksterkte voor veel weefsels.
Weefsel zoals de huid, bloedvaten en de longen moeten zowel sterk als rekbaar zijn om hun fysiologische rol te vervullen. Een eiwit genaamd elastine zorgt ervoor dat vezels rekbaar zijn. Fibronectine is een glycoproteïne dat belangrijk is voor celadhesie, omdat het zich rechtstreeks bindt aan eiwitten in het membraan van cellen, met name integrinen, waardoor het membraan zich aan de ECM kan binden. Integrin werkt ook samen met collageen, wat intracellulaire reacties kan opwekken.
De samenstelling en relatieve verhouding van deze moleculen wordt bepaald door de locatie, fysiologische functie en de celsoorten die aanwezig zijn in aangrenzend weefsel. De specifieke moleculaire samenstelling van de ECM wordt de plaatselijke micro-omgeving genoemd . Cellen in een bepaald weefsel scheiden moleculen af die de omringende ECM bepalen. Darmcellen synthetiseren, modificeren en scheiden bijvoorbeeld de moleculen die nodig zijn voor de matrix, terwijl osteoblasten de moleculen van de stijve ECM van menselijk bot produceren. De ECM-samenstelling geeft verschillende weefsels hun unieke rol en functie op basis van deze unieke eigenschappen.
De interactie tussen cellen en de lokale ECM beïnvloed ook de intracellulaire processen. Krachten op transmembrane integrinemoleculen kunnen bijvoorbeeld het intracellulaire actomyosine netwerk activeren. Dit kan celmigratie, deling en andere cellulaire reacties bevorderen. Sommige van deze reacties kunnen veranderingen in genexpressie en signaaltransductie teweeg brengen. Integrine kan ook intracellulaire informatie naar de buitenkant van de cel vervoeren. De ECM is ook verbonden met signaalmoleculen die kunnen vrijkomen als de ECM afgebroken wordt.
Dierlijke cellen moeten de capaciteit hebben om de ECM af te breken en te verbouwen. Dit geldt met name voor weefselherstel en -groei. Cellen bezitten de enzymen die nodig zijn om de ECM af te breken. Deze enzymen omvatten matrix metalloproteasen (MMP's) die samenwerken met andere enzymen om eiwitten zoals collageen en fibronectine af te breken. ECM-afbraak en hermodellering is belangrijk voor gezonde weefselgroei, zoals bijvoorbeeld voor de vertakking van bloedvaten. Helaas draagt ECM-hermodellering ook bij aan de uitzaaiing van kankercellen.
