Basalmembran: Eigenschaften, Struktur, Aufbau und Funktionen

Die Basalmembran ist eine extrazelluläre Struktur, die das Gewebe fast aller mehrzelligen Organismen bedeckt. Es besteht hauptsächlich aus kollagenen und nicht kollagenen Glykoproteinen.

Diese Struktur ist für die Trennung des Epithels eines Stromagewebes von einem anderen verantwortlich. Es kommt üblicherweise im basolateralen Bereich des Epithelgewebes, im Endothel, im peripheren Bereich der Axone, in Fettzellen sowie in Muskelzellen vor.

Die Basalmembran besteht aus großen unlöslichen Molekülen, die sich durch einen als "Selbstorganisation" bekannten Prozess zu einer flächigen Ultrastruktur verbinden. Dieser Prozess wird durch die Verankerung verschiedener Rezeptoren der Zelloberfläche angetrieben.

Die Mehrzahl der Körperzellen ist in der Lage, je nach dem Gewebe, zu dem sie gehören, das für die Strukturierung der Basalmembran notwendige Material zu produzieren.

Krankheiten wie das Alport-Syndrom und das Knobloch-Syndrom gehen mit Mutationen in den Genen einher, die für Kollagenketten der Basalmembranen kodieren, weshalb die Untersuchung ihrer Struktur und Eigenschaften im Laufe der Jahre populär geworden ist.

Die Komplexität der Basalmembran kann durch Elektronenmikroskopie nicht beurteilt werden, da diese Technik keine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Basalmembranen erlaubt. Für seine Untersuchung sind andererseits genauere Charakterisierungstechniken erforderlich, wie zum Beispiel die Rastermikroskopie.

Eigenschaften

Die Basalmembran ist eine dichte und amorphe Struktur, ähnlich einem Blatt. Es ist 50 bis 100 nm dick, wie durch Transmissionselektronenmikroskopie bestimmt. Die Untersuchung seiner Struktur stellt fest, dass es ähnliche Eigenschaften wie die zelluläre Matrix aufweist, sich jedoch in seiner Dichte und seinen zellulären Assoziationen unterscheidet.

Je nach Organ und Gewebe werden Unterschiede in der Zusammensetzung und Struktur der Basalmembran beobachtet, so dass davon ausgegangen wird, dass in jedem Gewebe eine spezifische Mikroumgebung vorliegt, die durch diese begrenzt wird.

Die Spezifität jeder Basalmembran kann auf die molekulare Zusammensetzung zurückzuführen sein, und es wird angenommen, dass die biochemische und molekulare Variation jedem fraglichen Gewebe eine einzigartige Identität verleiht.

Epithelzellen, Endothelzellen und viele mesenchymale Zellen produzieren Basalmembranen. Ein Großteil der Plastizität dieser Zellen wird durch diese Struktur verliehen. Darüber hinaus scheint dies die Zellen zu unterstützen, die an der Beschichtung von Organen beteiligt sind.

Struktur

Eines der interessantesten Merkmale der Basalmembran ist ihre Fähigkeit, sich aus den Komponenten, aus denen sie besteht, selbst zusammenzusetzen und eine blechähnliche Struktur aufzubauen.

Verschiedene Arten von Kollagen, Lamininproteinen, Proteoglykanen, calciumbindenden Proteinen und anderen Strukturproteinen sind die häufigsten Bestandteile von Basalmembranen. Perlecan und Nidogen / Entactin sind weitere Bestandteile der Basalmembran.

Zu den wichtigsten architektonischen Merkmalen der Basalmembranen gehört das Vorhandensein von zwei unabhängigen Netzwerken, von denen eines durch Kollagen und das andere durch einige Isoformen von Laminin gebildet wird.

Das Kollagennetzwerk ist stark vernetzt und ist die Komponente, die die mechanische Stabilität der Basalmembran aufrechterhält. Das Kollagen in diesen Membranen ist für diese einzigartig und als Typ IV-Kollagen bekannt.

Die Laminin-Netzwerke sind nicht kovalent gebunden und werden in einigen Membranen dynamischer als das Kollagen-IV-Netzwerk.

Beide Netzwerke sind durch Nidogen / Entactin-Proteine ​​verbunden, die hochflexibel sind und es ermöglichen, zusätzlich zu den beiden Netzwerken andere Komponenten wie die Anker der Rezeptorproteine ​​auf der Zelloberfläche zu binden.

Versammlung

Die Selbstorganisation wird durch die Kopplung zwischen Kollagen Typ IV und Laminin stimuliert. Diese Proteine ​​enthalten in ihrer Sequenz die für die primäre Vereinigung erforderlichen Informationen, die es ihnen ermöglichen, die intermolekulare Selbstorganisation zu initiieren und eine Grundstruktur in Form einer Schicht zu bilden.

Zelloberflächenproteine ​​wie Integrine (insbesondere β1-Integrine) und Dystroglycane erleichtern die anfängliche Ablagerung von Lamininpolymeren durch spezifische Wechselwirkungen an den Stellen.

Polymere von Typ IV-Kollagen werden mit den Lamininpolymeren auf der Zelloberfläche über die Nidogen / Entactin-Brücke assoziiert. Dieses Gerüst stellt dann spezifische Wechselwirkungsstellen bereit, so dass andere Bestandteile der Basalmembran interagieren und eine voll funktionsfähige Membran erzeugen.

In der Basalmembran wurden verschiedene Arten der Nidogen / Entactin-Bindung identifiziert, die alle die Bildung von Netzwerken in der Struktur fördern.

Die Nidogen / Entactin-Proteine ​​stabilisieren zusammen mit den beiden Kollagen-IV- und Laminin-Netzwerken die Netzwerke und verleihen der Struktur Steifheit.

Funktionen

Die Basalmembran ist immer in Kontakt mit den Zellen, und ihre Hauptfunktion besteht darin, strukturelle Unterstützung zu bieten, das Gewebe in Kompartimente aufzuteilen und das Zellverhalten zu regulieren.

Die kontinuierlichen Basalmembranen wirken als selektive Molekularfilter zwischen den Kompartimenten des Gewebes, dh sie behalten eine strenge Kontrolle des Transits und der Bewegung von bioaktiven Zellen und Molekülen in beide Richtungen bei.

Obwohl Basalmembranen als selektive Tore fungieren, um den freien Durchgang von Zellen zu behindern, scheint es spezifische Mechanismen zu geben, die es Entzündungszellen und metastatischen Tumorzellen ermöglichen, die Barriere, die die Basalmembran darstellt, zu überqueren und abzubauen.

In den letzten Jahren wurde viel über die Funktion von Basalmembranen als Regulatoren des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung untersucht, da die Basalmembran Rezeptoren mit der Fähigkeit zur Bindung an Zytokine und Wachstumsfaktoren aufweist.

Dieselben Rezeptoren in der Basalmembran können als Reservoire für ihre kontrollierte Freisetzung während der Prozesse des physiologischen Umbaus oder der Reparatur dienen.

Basalmembranen sind wichtige strukturelle und funktionelle Komponenten aller Blutgefäße und Kapillaren und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Fortschreitens von Krebs, insbesondere im Hinblick auf Metastasen oder Zellmigration.

Eine weitere Funktion, die diese Struktur erfüllt, hat mit der Signalübertragung zu tun.

Beispielsweise ist der Skelettmuskel von einer Basalmembran umgeben und weist kleine charakteristische Flecken an den Stellen des neuromuskulären Übergangs auf. Diese Patches sind für das Senden der Signale vom Nervensystem verantwortlich.