Glykosaminoglykane, Proteoglykane und extrazelluläre Matrix: Aufbau und Funktion

B. Glykosaminoglykane und Proteoglykane

Glykosaminoglykane (GAGs)

GAGs bestehen aus langen, unverzweigten Polysaccharidketten, die sich aus sich wiederholenden Disaccharid-Einheiten zusammensetzen. Die Aminozucker enthalten in der Regel Sulfatgruppen und Carboxylgruppen. Da GAGs eine starke negative Ladung aufweisen, ziehen sie Kationen wie $\text{Na}^+$ an. Die hohe Konzentration von $\text{Na}^+$ und den GAGs führt zur Unlöslichkeit in kompakten Strukturen. Dies ermöglicht es ihnen, Gewebeflüssigkeit anzuziehen, was durch die Hydratisierung der extrazellulären Matrix (EZM) geschieht. Dies trägt zur Widerstandsfähigkeit gegen Druckkräfte und zum Turgor der inneren Gewebe bei.

Wir unterscheiden 7 Gruppen von GAGs:

• Hyaluronsäure
• Chondroitin-4-Sulfat
• Chondroitin-6-Sulfat
• Dermatan
• Heparansulfat
• Heparin
• Keratansulfat

Proteoglykane (PGs)

Proteoglykane sind Makromoleküle, die sehr große Bereiche einnehmen können. Sie bestehen aus einem Core-Protein, an das sulfatierte GAGs im dreidimensionalen Raum projizieren. Die räumliche Organisation und die Ladung der GAGs an den PGs erleichtern die gezielte Bereitstellung unterschiedlicher Moleküle. Dies ermöglicht eine Variabilität in der Porengröße des Gels in der EZM. Die Verteilung im Gewebe spiegelt lokale Anforderungen hinsichtlich der molekularen Porengröße und spezifischer Abgaben wider.

C. Extrazelluläre Strukturproteine

1. Laminin

Laminin ist ein sulfatiertes Glykoprotein, das aus drei Polypeptidketten aufgebaut ist. Es zeigt eine Kreuzform und bildet keine Fasern. Es ist eine der wichtigsten Komponenten der Basallamina und wird von der Mehrheit der Epithelzellen gebildet. Laminin ermöglicht die Interaktion zwischen Zellen und der EZM.

2. Entactin (Nidogen)

Entactin ist ein sulfatiertes Glykoprotein und ebenfalls Teil der Basallamina. Es wird von der Mehrheit der Epithelzellen gebildet. Es besitzt Bindungsstellen für Laminin und Kollagen Typ IV und fungiert als Verknüpfungsprotein.

3. Tenascin

Tenascin ist ein nonfibrilläres Glykoprotein, das aus 6 Polypeptidketten besteht. Strukturell ähnelt es einer Spinne, deren Beine radial angeordnet sind. Es wird besonders in embryonalen Geweben exprimiert und ist an der Zelladhäsion sowie an Phänomenen der Zellmigration beteiligt.

D. Andere Bestandteile der EZM

Zu den weiteren Bestandteilen gehören Wasser, Ionen und Salze, Serumproteine, Katabolismusprodukte und Vitamin C.

Spezialisierte extrazelluläre Matrix: Die Basallamina

Konzept

Die Basallamina ist eine dünne Schicht spezialisierter EZM, die von den assoziierten zellulären Elementen synthetisiert wird. Sie unterstützt alle Epithelzellen sowie umliegende Fett- und Muskelzellen und die benachbarten Schwann-Zellen, indem sie diese voneinander trennt. Sie bildet die Schnittstelle zwischen Parenchymzellen und Stroma.

Inhalt

• Kollagen Typ IV
• Fibronektin
• Proteoglykane
• Strukturelle Glykoproteine

Molekulare Struktur

Das Kollagen Typ IV bildet gestapelte, polygonale Netze, die als Rahmen für die restlichen Komponenten dienen.

Mikroskopische Struktur

Elektronenmikroskopisch erscheint sie als ein homogenes Band mit mehr oder weniger hoher Elektronendichte. Im Lichtmikroskop wurde sie früher nur durch Silberimprägnierung oder PAS-Färbung hervorgehoben, weshalb sie den Namen Basalmembran erhielt.

Funktionen

• Haftungsschnittstelle zwischen Parenchymzellen und Stroma.
• Molekularsieb.
• Steuerung der Zelldifferenzierung und Organisation der Wechselwirkung zwischen Zelloberflächen-Rezeptoren und EZM-Molekülen.

Zelladhäsion an die EZM

Die Zelladhäsion an die EZM erfolgt durch:

Hemidesmosomen

Verbinden die Intermediärfilamente des Zytoskeletts mit der Basallamina.

Integrine

Dies sind transmembranöse, rezeptorähnliche Proteine. Sie sind zahlreicher als typische Rezeptoren, und ihre Bindungen zu EZM-Proteinen sind oft schwächer als die zwischen einem Liganden und einem spezifischen Rezeptor. Sie bestehen aus Glykoprotein-Heterodimeren aus $\alpha$- und $\beta$-Ketten. Die Aminosäureenden binden an die Moleküle der EZM.

Non-Integrin-Glykoproteine

Allgemein als Adhäsionsmoleküle (CAMs) bezeichnet, die eine Bindung an Kollagen und andere Komponenten eingehen.

Organisation und Gewebearten des Bindegewebes

Inhalt des Bindegewebes

1. Zellen: Mesenchymale Zellen, Fibroblasten, Adipozyten oder migrierende Zellen im Transit.
2. Fasern: Kollagen, elastische Fasern, retikuläre Fasern.
3. Amorphe Grundsubstanz.
4. Interstitielle Flüssigkeit.

Sechs mesenchymale Gewebearten (nach Proportionen und Verteilung der Komponenten)

1. Mesenchymales Gewebe

Findet sich im Embryo. Mesenchymale Zellen bilden ein Zytoretikulum ohne Fasern. Die Grundsubstanz ist relativ reichlich und klebrig.

2. Muköses Bindegewebe (Wharton-Gelee)

Tritt in der Nabelschnur, in Plazentazotten und in der jungen Zahnpulpa auf. Es ist gallertartig; die Zellen sind klein, und die amorphe Grundsubstanz dominiert.

3. Lockeres Bindegewebe (Areoläres Bindegewebe)

Die Gewebekomponenten sind gut vertreten und in harmonischen Proportionen vorhanden. Es ist die am weitesten verbreitete Art und enthält manchmal reichlich Fettzellen.

4. Elastisches Bindegewebe

Elastische Fasern überwiegen. Es findet sich im Ligamentum nuchae der Wirbelsäule, in der medialen Wand der Aorta, in der elastischen Lamina limitans von Arterien und Arteriolen, im Aufhängeband und in den Bändern der Stimmbänder.

5. Retikuläres Bindegewebe (REM)

Besteht aus retikulären Fasern, die ein Netz bilden, und retikulären Zellen (fibroblastische, histiozytäre, primitive antigenpräsentierende Zellen). Es bildet die tragenden Elemente paranchymatischer Organe wie Leber, hämatopoetisches Knochenmark und lymphatische Organe.

6. Straffes Bindegewebe (Dichtes Bindegewebe)

Gekennzeichnet durch eine Dominanz der Fibrillenkomponente und eine relative Knappheit an Zellen und amorpher Grundsubstanz. Es ist Bestandteil von Sehnen, Bändern, Kapseln verschiedener Organe, Faszien, der Dura mater, der Lederhaut und dem Hornhautstroma. Es gibt zwei Untervarianten:

• Geordnet oder modelliert: z. B. Sehnen, Hornhautstroma.
• Nicht modelliert oder chaotisch: z. B. tiefe Dermis.