Matrice extracellulaire

La plupart des cellules synthétisent des composés et des matériaux destinés à être sécrétés dans l'espace extérieur de la cellule (espace extracellulaire). Ces matériaux forment une matrice extracellulaire (MEC) qui entoure la cellule et remplit des fonctions liées à la structure et à la communication avec l'environnement extracellulaire.

Le nom de matrice extracellulaire fait principalement référence aux composants que l'on trouve à l'extérieur des cellules animales. Cependant, les champignons, les cellules végétales et certains protistes possèdent une structure extracellulaire appelée paroi cellulaire que certains biologistes considèrent comme une matrice extracellulaire spécialisée. D'autres sections traitent plus en détail des parois cellulaires des plantes ; c'est pourquoi nous nous concentrons ici sur la matrice extracellulaire des cellules animales.

La matrice extracellulaire est un réseau composé principalement d'eau et de diverses protéines et hydrates de carbone; l'abondance de chaque composant dépend du type de tissu dont il fait partie (figure 1). Certains tissus sont principalement formés de nombreuses cellules avec un peu de matrice extracellulaire entre elles (comme dans le cerveau et le muscle cardiaque), et d'autres, appelés tissus conjonctifs, sont principalement constitués de matrice extracellulaire avec des cellules éparses en suspension à l'intérieur.

La glycoprotéine élastine est également fréquente dans les ECM et s'associe au collagène. L'élastine forme des fibres élastiques qui peuvent s'étendre, donnant ainsi de la souplesse aux tissus soumis à des étirements répétés. Le système vasculaire (système circulatoire) et les tissus pulmonaires comptent parmi les tissus qui contiennent de grandes quantités d'élastine.

La MEC est reliée à l'extérieur de la membrane cellulaire par d'autres types de glycoprotéines réceptrices, comme les fibronectines. Les fibronectines se lient à des protéines appelées intégrines qui sont intégrées à la membrane plasmique. Les intégrines couvrent toute la largeur de la membrane plasmique et leur côté cytoplasmique se lie à des protéines attachées aux microfilaments (éléments du cytosquelette cellulaire). Par conséquent, ces glycoprotéines permettent l'adhésion des cellules à l'ECM.

La MEC apporte un soutien mécanique aux cellules d'un tissu et régule l'adhésion et la communication intercellulaires. Des recherches récentes montrent que la MEC est très dynamique et d'une importance vitale. Elle détermine et contrôle des comportements et des caractéristiques essentiels des cellules tels que la prolifération, l'adhésion, la migration, la polarité, la différenciation et l'apoptose.

Les fibres de collagène solides de l'ECM apportent principalement un soutien mécanique à l'ensemble des tissus. En outre, les chaînes d'hydrates de carbone qui forment une molécule de protéoglycane absorbent très bien l'eau, et la quantité d'eau diffère selon les tissus et peut donner à la matrice la consistance d'un gel hydraté. La quantité d'eau varie selon les tissus et peut donner à la matrice une consistance de gel hydraté. Par conséquent, la MEC sert également à résister aux forces de compression grâce à sa consistance de gel.

En raison de sa structure, la MEC peut fonctionner comme une barrière physique, un site d'ancrage ou une piste de déplacement pour la migration des cellules. La fibronectine, une glycoprotéine, joue un rôle dans l'attachement et la migration des cellules. La migration cellulaire (déplacement des cellules à l'intérieur du corps ou changement de leur position) est essentielle dans des processus tels que la cicatrisation des plaies et la croissance d'un fœtus.

Lesintégrines sont appelées ainsi parce qu'elles intègrent ou relient l'extérieur et l'intérieur de la cellule. Leur côté extracellulaire se lie aux fibronectines et leur côté cytoplasmique au cytosquelette ; elles remplissent des fonctions de communication cellulaire et de transmission de signaux. Les composants de la matrice peuvent activer les intégrines et modifier leur conformation, ce qui est important, car la fonction des protéines est directement liée à leur conformation.

L'intégrine activée déclenche alors des voies de signalisation qui affectent la prolifération cellulaire, la différenciation, la polarité, la contractilité et l'expression des gènes. D'autre part, les signaux intracellulaires peuvent également activer les intégrines et déclencher une signalisation vers l'extérieur.

Les cellules peuvent percevoir les propriétés biochimiques de la MEC, y compris les facteurs de croissance et les molécules bioactives, et interagir en conséquence avec l'environnement extérieur. Cependant, les cellules peuvent également percevoir les propriétés physiques de la matrice, telles que la rigidité, la densité, la porosité et l'insolubilité.