Macierz zewnątrzkomórkowa (ECM, extracellular matrix) to przestrzeń i sieć cząsteczek znajdujących się poza komórkami. Nie jest biernym „klejem” między komórkami. Tworzy fizyczne rusztowanie tkanek, wpływa na ich właściwości mechaniczne i przekazuje komórkom sygnały regulujące ich zachowanie.
1. KOLAGEN : Wytrzymałość mechaniczna tkanek. 2. ELASTYNA : Sprężystość i możliwość odkształcania. 3. PROTEOGLIKANY : Nawodnienie + organizacja przestrzeni. 4. GLIKOPROTEINY : Adhezja i komunikacja komórka–ECM. 5. INTEGRYNY : Połączenie ECM z cytoszkieletem komórki.
ECM składa się głównie z białek oraz polisacharydów produkowanych i wydzielanych przez komórki. Jej skład różni się zależnie od tkanki.
• Kolagen – tworzy włóknistą strukturę odporną na rozciąganie.
• Elastyna – umożliwia tkankom powrót do pierwotnego kształtu po rozciągnięciu.
• Proteoglikany – wiążą wodę i tworzą uwodnioną część macierzy.
• Glikoproteiny, np. fibronectina – pomagają organizować ECM i przyłączać do niej komórki.
Komórka nie „dotyka” ECM przypadkowo. Wykorzystuje do tego wyspecjalizowane receptory, przede wszystkim integryny.
Integryny wiążą składniki ECM po zewnętrznej stronie błony komórkowej, a od strony cytoplazmy łączą się z cytoszkieletem. Dzięki temu naprężenie mechaniczne może zostać przekazane z ECM do wnętrza komórki.
ECM → integryna → cytoszkielet → sygnalizacja komórkowa
Oznacza to, że zmiana właściwości ECM może bezpośrednio zmieniać zachowanie komórki.
ECM nie tylko utrzymuje komórki w odpowiednim miejscu. Jej skład, sztywność i organizacja wpływają na procesy takie jak proliferacja, różnicowanie, migracja i przeżycie komórek.
Komórki mogą również przebudowywać własne otoczenie. Wykorzystują do tego m.in. metaloproteinazy macierzy (MMP), które rozcinają składniki ECM. Równocześnie inne komórki syntetyzują nowe elementy macierzy.
Z wiekiem równowaga pomiędzy tworzeniem, przebudową i degradacją ECM może ulegać zaburzeniu. Zmienia się organizacja kolagenu i innych składników macierzy, a niektóre tkanki stają się bardziej sztywne i mniej elastyczne.
Szczególnie istotne jest to, że starzeje się nie tylko sama komórka. Zmienia się również środowisko, w którym ta komórka funkcjonuje.
Komórka ≠ cały system.
Jeżeli ECM zmienia swoje właściwości, komórka otrzymuje inne sygnały mechaniczne i biochemiczne, nawet jeśli jej własne DNA pozostaje niezmienione.
• ECM = extracellular matrix, czyli macierz zewnątrzkomórkowa.
• Jest zbudowana m.in. z kolagenu, elastyny, proteoglikanów i glikoprotein.
• Integryny łączą ECM z cytoszkieletem komórki.
• ECM przekazuje zarówno sygnały mechaniczne, jak i biochemiczne.
• Jest stale syntetyzowana, degradowana i przebudowywana.
• Starzenie obejmuje również zmiany w mikrośrodowisku zewnątrzkomórkowym, nie tylko w samych komórkach.
Starzenie nie zachodzi tylko dlatego, że komórki stają się stare. Zmienia się również środowisko, w którym żyją.
Uszkodzenia DNA, zaburzenia mitochondriów i starzenie komórkowe są ważnymi elementami procesu starzenia, ale równocześnie zmienia się macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) – kolagen, elastyna, proteoglikany i sposób, w jaki są ze sobą zorganizowane.
Z wiekiem ECM może sztywnieć, tracić prawidłową strukturę i generować sygnały nasilające stan zapalny oraz dalsze uszkodzenia tkanek. W ten sposób uszkodzone środowisko może samo napędzać proces starzenia.
Dlatego przyszłe terapie przeciwstarzeniowe mogą wymagać nie tylko naprawiania samych komórek, ale również odbudowywania ich środowiska.
W badaniach na myszach niektóre interwencje związane z mechanizmami starzenia tkanek pozwoliły wydłużyć życie nawet o około 17% - takie działanie nie zostało obecnie potwierdzone u ludzi.
ECM nie jest więc jedyną przyczyną starzenia. Jest jednak jednym z elementów, które mogą łączyć uszkodzenia komórek, stan zapalny, zaburzenia mitochondriów i pogarszającą się funkcję całych tkanek.