De cel: extracellulaire matrix en cel-matrix interacties
1. in algemene termen:
a. de biochemische compositie van ECM beschrijven, en van elk der componenten uitleggen welke
bijdrage deze levert aan de functie van ECM.
b. het ontstaan, de handhaving en de degradatie van ECM verklaren.
c. uitleggen hoe cellen hechten aan ECMcomponenten, en verklaren hoe cellen door ECM
functioneel gemodificeerd kunnen worden.
2. in grote lijnen uitleggen hoe de ECM in bepaalde weefsels gecalcificeerd wordt, en daarbij
a. de verschillen tussen (alveolair) bot, dentine, glazuur en cement globaal benoemen.
b. uitleggen hoe cellen de vorming, rijping en afbraak van gecalcificeerd weefsel reguleren.
3. uitleggen waaraan het zich ontwikkelend parodontaal ligament zijn specifieke eigenschappen
ontleend, in termen ECM, ECM producerende cellen en hun onderliggende interacties.
Syllabus
Extracellulaire matrix (ECM)
Hoofdbestanddeel van bindweefsel-in brede-zin en van tandglazuur.
Wordt geproduceerd, gehandhaafd en gemoduleerd (bijvoorbeeld: gemineraliseerd, of
vergroot/verkleind in omvang) door de nabij liggende, daartoe gespecialiseerde cellen.
Staat in verbinding met de buitenwereld: stoffen en cellen van buiten kunnen ECM
binnendringen, en hebben soms verregaand effect op de matrix en de matrix-
producerende cellen. (Bijv. het effect van fluor op glazuur, en van ontstekingscellen
op het parodontaal ligament (PDL).)
Is dynamisch; daar wijst het open karakter al op. Ook kan er veel veranderen “van
binnen uit”, bijvoorbeeld tijdens de embryonale ontwikkeling, en bij processen als
herstel na letsel. Vereist goed begrip van de onderlinge samenwerking, ook wel
regulatie genoemd. De enorme varieteit in de componenten is al een teken dat de
regulatie zeer subtiel is. Deze diversiteit zorgt ervoor dat weefsels optimaal aangepast
kunnen worden aan omstandigheden. Ook een voordeel is dat aantasting van een
bepaalde moleculaire component door mutatie of autoantilichamen op beperktere
schaal gevolgen heeft.
Bindweefsel in brede en in enge zin:
in brede zin: omvat ook bot en kraakbeen, dentine en cement
in enge zin: bindweefsel (losmazig of straf (ongeordend of geordend)) zoals in tandpulpa,
parodontaal ligament en in de dermis van orale mucosa
In bindweefsel wordt onderscheid gemaakt tussen wat de meest kenmerkende cellen bijdragen
en wat er van buiten in komt.
I. Plaatselijk door de gespecialiseerde cellen geproduceerde
structurele glycoproteinen
o vezelige eiwitten, met bepaalde collagenen en elastine als de meest
voorkomende
, o eiwitten met niet-vezelige structuur en aanvullende functies (waaronder brug
tussen cel en ECM), zoals fibronectine en laminines, en bepaalde andere
collagenen
glucosaminoglycanen (GAGs) al of niet gebonden aan een core protein
(proteoglycanen (PGs)), ook wel “grondsubstantie” genoemd, met diverse structuren
en functies
II. Infiltrerende
microorganismen,
ontstekings- en afweercellen uit bloed, vooral bij bindweefsel in enge zin, en wel de
losmazige variant
stoffen, zoals hormonen, en cytokinen (lokale hormonen)
Kernconcept: De meeste componenten van ECM worden door de cel uitgescheiden, maar er
zijn ook componenten die op het celoppervlak vastzitten (als transmembraaneiwit of covalent
gekoppeld aan een membraanlipide, bv collageen type XVII); in bepaalde gevallen kan zo’n
component afgesplitst worden en dan van de cel weg diffunderen, hetgeen natuurlijk
functionele consequenties heeft. Tevens zijn er ECM-componenten die via
plasmamembraanmoleculen aan het celoppervlak zijn geassocieerd.
Collageen is een verzamelnaam voor een ruim twintig-tal eiwitten met als
gemeenschappelijke structuur de triple-helix en een rijkdom aan de aminozuren proline en
glycine, alsmede de aanwezigheid van hydroxy-proline en –lysine. Bij de typen collageen die
bijdragen aan de bouw van ‘steigers’, het houvast in ECM, worden drie subgroepen
onderscheiden (zie Fig.2):
plaat-vormend, bijvoorbeeld type IV in de huid
fibril-vormend, bijvoorbeeld type I en II
o Biogenese: cel maakt tropocollageen-moleculen via het standaard pathway voor
exocytose, die buiten de cel door covalente bindingen tussen lysine tot fibrillen
worden gearrangeerd (met karakteristiek banderingspatroon in TEM); vele
fibrillen samen gebundeld: à collagene vezel.
fibril-geassocieerd, om fibrillen aan elkaar te koppelen tot vezel (bv type IX)
Fig 2. Typen collageen
verschillen in structuur.
Het belangrijkste type fibril-vormend collageen verschilt per type weefsel (zie Tabel I).
Tabel I: Fibril-vormende collagenen.
, Weefsel Voornaamste type Polypeptid Genen coderend
fibril-vormend e ketens in voor de ketens in
collageen de triple- de triple helix
helix
Bindweefsel in enge zin I α1(I)2α2(I) Col1A1 en Col1A2
Bot
Cement
Dentine
Kraakbeen II α1(II)3 Col2A1
Functies die collagene vezels vervullen in het weefsel zijn:
het weerstaan van rek
het verzorgen van samenhang tussen ECM componenten
dynamiek, want onderhevig aan remodellering: afbraak en (zonodig extra) aanmaak
en heroriëntatie
Elastine is een eiwit dat elasticiteit geeft aan weefsel (voor zover het collageen netwerk dat
toelaat). Elasticiteit wil zeggen: rekbaarheid en het vermogen om terug te vallen in
oorspronkelijke vorm; zonder dat dit alles energie kost!
De rekbaarheid komt door de afwisseling van hydrofobe en hydrofiele segmenten in elastine:
de hydrofobe segmenten kruipen spontaan in elkaar als er geen rek op staat, maar laten zich
bij rek wel strekken. Elastine vezels zijn zeer stabiel, ze worden normaliter niet
afgebroken/vervangen.
De architectuur van elastine vezels is het beste te begrijpen via het vormingsproces (Fig. 3)
a. Vorming van oxytalan - vezeltjes = bundeltjes van microfibrillen die bestaan uit fibrillin-1
en -2 en andere glycoproteinen. Oxytalan-vezeltjes zijn goed bestand tegen trekkracht, en
zijn (nog) niet elastisch. Komen voor in PDL
b. Cellen produceren het eiwit tropo-elastine, dat (net als collageen) lysines bevat en rijk is
aan aminozuren glycine en proline.
c. Tropoelastine moleculen worden uitgescheiden maar op het celoppervlak vastgehouden,
waar ze polymeriseren (via covalente binding tussen lysines in tropoelastine, dus ook net
als bij tropocollageen), daarbij ondersteund door oxytalanvezeltjes die een koker
vormenà vorming van elaunin-vezeltjes.
d. Toename van het gehalte aan elastine in het hart van het vezelig complex, terwijl de
microfibrillen perifeer zijn gelegen: à de volgroeide elastische vezel
Elastine komt op bepaalde lokaties voor (huid, wand van bloedvaten).
