Doku organizasyonunu sürdürmek için birçok hayvan hücresi, hücre dışı matrisi (ECM) oluşturan yapısal moleküllerle çevrilidir. ECM’deki moleküller birlikte, dokunun yapısal bütünlüğünün yanı sıra belirli dokuların olağanüstü spesifik özelliklerini korur.
Hücre dışı matris (ECM) genellikle öğütülmüş madde, jel benzeri bir sıvı, lifli bileşenler ve yapısal ve işlevsel olarak çok çeşitli moleküllerden oluşur. Bu moleküller, glikozaminoglikanlar (GAG’ler) adı verilen polisakkaritleri içerir. GAG’ler hücre dışı boşluğun çoğunu kaplar ve genellikle kütlelerine göre büyük bir hacim kaplar. Bu, muazzam sıkıştırma kuvvetlerine dayanabilen bir matrisle sonuçlanır. Çoğu GAG, — proteoglikanlar oluşturan— proteinlerle bağlantılıdır. Bu moleküller, pozitif yüklerine bağlı olarak sodyum iyonlarını tutar ve bu nedenle suyu çekerek ECM’yi hidratlı tutar.
ECM ayrıca kolajenler —ECM’nin birincil protein bileşeni— gibi sabit fiberler de içerir. Kolajenler, hayvanlarda bulunan hayvanların kütlece proteinin %25’ini oluşturan en bol proteinlerdir. Yapısal benzerlikleri olan çok çeşitli kolajenler, birçok dokuya gerilme mukavemeti sağlar.
Özellikle, deri, kan damarları ve akciğerler gibi dokuların fizyolojik rollerini yerine getirebilmeleri için hem güçlü hem de esnek olmaları gerekir. Elastin adı verilen bir protein, belirli liflere gerilme ve geri çekilme yeteneği verir. Fibronektin, hücre zarını kapsayan proteinlere, özellikle de zarı ECM’ye bağlayan integrinlere, doğrudan bağlandığı için hücre adezyonunda önemli bir glikoproteindir. İntegrin ayrıca hücre içi tepkileri ortaya çıkarabilen kolajen ile etkileşime girer.
Bu moleküllerden her birinin yapısı ve nispi oranı, hücrelerin bulunduğu dokunun konumu, fizyolojik işlevi ve komşu hücre türleri tarafından belirlenir. ECM’nin bu spesifik moleküler yapısı, yerel mikro ortam olarak adlandırılır. Belirli bir dokudaki hücreler, ECM’nin çevresini belirleyen moleküller salgılarlar. Örneğin, bağırsak hücreleri kendilerini çevreleyen matris için gerekli molekülleri sentezler, değiştirir ve salgılarken, osteoblastlar insan kemiğinin katı ECM moleküllerini üretir. Farklı dokulardaki ECM bileşimindeki bu çeşitlilik, benzersiz rol ve işlevlerine göre belirli özellikler oluşturur.
Hücreler ve lokal ECM arasındaki etkileşimin de hücre içi bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir. Örneğin, transmembran integrin molekülleri üzerindeki kuvvetler, hücre içi aktomiyosin ağının aktivasyonu ile sonuçlanabilir. Bu, hücre göçünü, bölünmesini ve diğer hücresel tepkileri teşvik edebilir. Bu yanıtlardan bazıları, gen ekspresyonundaki değişiklikleri ve hücre sinyalleme kaskadlarını içerir. Benzer şekilde, integrin, hücre içi bilgileri hücrenin dışına iletebilir. Ek olarak, ECM’nin ECM bozunmasından sonra salınabilen sinyal moleküllerini bağladığı bilinmektedir.
Hayvan hücrelerinin ECM’yi bozma ve yeniden modelleme kapasitesine sahip olması gerekir. Bu, özellikle doku onarımı ve büyümesi durumlarında geçerlidir. Sonuç olarak, hücreler tipik olarak ECM’yi parçalamak için gerekli enzimlere sahiptir. Bu enzimler, kolajen ve fibronektin gibi proteinleri bozmak için diğer enzimlerle birlikte çalışan matris metaloproteazları (MMP’leri) içerir. ECM’nin bozunması ve yeniden şekillenmesi, kan damarı dallanması dahil sağlıklı doku büyümesinde önemlidir. ECM’nin yeniden şekillenmesinin dezavantajı, kanserli hücrelerin vücuda yayılırken metastaz yapmasına da katkıda bulunur.
