Cos’è la matrice extracellulare
La matrice extracellulare (ECM) o metaplasma, caratteristica delle cellule animali, è un’ intricata rete di macromolecole che circonda le cellule all’interno del tessuto.
La cellula è l’unità fondamentale presente negli esseri viventi. Negli organismi pluricellulari le cellule sono raggruppate in base alle loro funzioni e vanno a formare i tessuti.
L’ECM non ha solo la funzione di stabilizzare le cellule, ma anche quella di metterle in contatto tra loro affinché possano svolgere le proprie funzioni specifiche. La matrice extracellulare condiziona il comportamento delle cellule, influenzando: forma, funzioni, sviluppo, migrazione, proliferazione e apoptosi. Le macromolecole che costituiscono la ECM vengono prodotte dalle cellule stesse e per questo vediamo che presenta una composizione differente nei diversi tessuti.
La matrice extracellulare è infatti:
- abbondante e ricca di fibronectina nel tessuto connettivo;
- sottile nel tessuto epiteliale, muscolare, adiposo e nervoso, dove prende il nome di lamina basale;
- liquida nel sangue, chiamata plasma.
Composizione della matrice extracellulare
La ECM presenta una struttura organizzata e articolata, costituita da una porzione fibrosa immersa in una sostanza amorfa detta sostanza fondamentale.
La sostanza fondamentale è costituita da una rete di proteoglicani che legano dei corecettori presenti nelle cellule, determinando in tal modo la funzione stabilizzatrice e modulatrice della matrice extracellulare.
Le proteine della porzione fibrosa possono avere funzione sia strutturale che adesiva.
La sostanza fondamentale
La sostanza fondamentale è costituita da fluido extracellulare e proteoglicani e presenta la consistenza di un gel, la cui fase acquosa permette la diffusione sangue-cellula di: metaboliti, cataboliti, nutrienti e ormoni.
Essa, però, ha anche altre funzioni:
- favorisce la resistenza alla compressione: se sottoposta a pressione, infatti, ha la capacità di perdere molecole di acqua;
- stabilisce una connessione tra le cellule del tessuto;
- rappresenta un supporto di tipo meccanico per le cellule;
- riduce la diffusione di batteri e sostanze tossiche e/o pericolose;
- rappresenta una riserva di liquidi costante, necessaria a mantenere la condizione di idratazione fisiologica del tessuto.
I proteoglicani
I proteoglicani sono formati dal legame covalente di polisaccaridi, chiamati glicosaminoglicani (GAGs), e proteine e possiamo trovarli sia liberi nella matrice extracellulare che legati alla membrana plasmatica.
Possono essere anche associati all’acido ialuronico andando a formare un aggrecano.
I proteoglicani sono macromolecole idrofile capaci di legare molte molecole d’acque, portando così alla formazione di una sostanza gelatinosa, caratteristica della matrice extracellulare.
Le proprietà del proteoglicano, inoltre, sono influenzate dalla natura del glicosaminoglicano che li costituisce.
La porzione fibrosa
Le proteine che costituiscono la porzione fibrosa sono diverse sia per funzione che per struttura e vengono suddivise in:
- proteine strutturali: le principali sono collagene e elastina;
- proteine adesive: principalmente fibronectina, tenascina e laminina;
- proteine matricellulari: sono proteine adattatrici, tra cui ricordiamo: SPARC o osteonectina, le trombospondine, l’osteopontina, le proteine della famiglia della tenascina e le matrilline. La loro funzione è quella di connettere le proteine strutturali e adesive dell’ECM ai recettori cellulari o a altre molecole, quali: citochine, fattori di crescita e enzimi.
Collagene
Il collagene è la proteina predominante nell’organismo umano e possiamo trovarla in: ossa e cartilagini, nonché in grande quantità, nei tessuti connettivi.
Le fibre di collagene sono resistenti alla trazione, ma non sono elastiche e possono essere di tre tipi:
- collagene di tipo I: rappresenta il 90% del collagene presente nell’organismo e possiamo trovarlo in: denti, pelle, tendini, ossa, tessuto connettivo e cartilagine;
- collagene di tipo II: assicura sostegno a organi e tessuti;
- collagene di tipo III: conferisce elasticità e consistenza ai tessuti, come ad esempio ai vasi sanguigni.
La presenza di collagene nella matrice extracellulare, inoltre, favorisce fenomeni di adesione e migrazione cellulare.
Elastina
L’elastina è la proteina che conferisce elasticità ai tessuti, pertanto la troviamo soprattutto laddove viene richiesta questa caratteristica: pelle, vasi sanguigni, tessuto polmonare e corde vocali. È presente, invece, solo per il 2% del tessuto tendineo.
Tenascina
La tenascina è una glicoproteina adesiva abbondante nella matrice extracellulare degli embrioni durante il periodo di sviluppo. Nell’organismo adulto, invece, possiamo trovarla nei tessuti connettivi, dove svolge una funzione di tipo meccanico, nella pelle e nel cervello.
Fibronectina
La fibronectina è una proteina che permette il legame delle fibre collagene con le proteine della membrana cellulare, dette integrine.
La sua funzione principale, dunque, è quella di promuovere l’adesione cellulare, ma ha anche un ruolo importante nei processi di guarigione delle ferite e sviluppo embrionale.
Laminina
Anche la laminina, come la fibronectina, è una proteina adesiva e possiamo trovarla in diversi tessuti, come quello epiteliale e muscolare. Favorendo l’adesione cellulare, dunque, la laminina è responsabile di processi cellulari molto importanti quali differenziazione e migrazione attraverso le integrine.
Quali cellule producono la matrice extracellulare
La matrice extracellulare è una caratteristica di tutte le componenti tissutali dell’organismo, possiamo trovarla infatti in vasi, muscoli, nervi e tessuto connettivo.
In quest’ultimo ECM rappresenta la componente predominante al punto da determinarne le proprietà.
All’interno del tessuto connettivo ECM viene prodotta da cellule chiamate fibroblasti.
![Rappresentazione del tessuto connettivo e della matrice extracellulare [Fonte: Pixabay]](https://www.microbiologiaitalia.it/wp-content/uploads/2023/04/Tessuto-connettivo-ECM.jpg)
Negli altri tessuti, invece, la produzione di ECM è determinata da fibroblasti specializzati:
- osteoblasti: presenti nel tessuto osseo;
- condroblasti: cellule del tessuto cartilagineo;
- cellule epiteliali e endoteliali: presenti nella lamina basale;
- cellule leucocitarie.
La matrice extracellulare, inoltre, presenta una struttura specifica e caratteristica nei diversi tessuti. La sua varietà è data dalla quantità di proteine fibrose e proteoglicani presenti. In base alla sua composizione, infatti, vediamo che ECM può diventare trasparente, come nella cornea, o assumere una composizione solida, come nei tessuti ossei.
Fonti
- K. A. Mason, J. B. Losos, S. R. Singer, S. Jansky, T. Duncan – Elementi di Biologia e Genetica – Eleven English Edition – Piccin – ISBN 978-88-299-2950-4
- https://www.treccani.it/enciclopedia/matrice
- Università degli Studi di Pavia: http://anatcomp.unipv.it/freitas/2014-2015/11_MEC_Introduzione_stu2015
- Richard O Hynes – The extracellular matrix: not just pretty fibrilis – PMID: 19965464 PMCID: PMC3536535 DOI: 10.1126/science.1176009
- S. F. Badylak, D. O. Freytes, T. W. Gilbert – Extracellular matrix as a biological scaffold material: Structure and function – PMID: 18938117 DOI: 10.1016/j.actbio.2008.09.013
- J. H.-C Wang – Mechanobiology of tendon – PMID: 16000201 DOI: 10.1016/j.jbiomech.2005.05.011
Crediti immagini
- Immagine in evidenza: https://pixabay.com/it/illustrations/cellule-biologico-cella-ricerca-4631924/
- Figura 1: https://pixabay.com/it/vectors/biologia-cellula-diagramma-scienza-41522/
- Figura 2: https://pixabay.com/it/photos/tessuto-connettivo-biologia-7068088/
