La matrice extracellulaire est un réseau de molécules qui agissent principalement pour soutenir les cellules et les tissus dans le corps. Elle est un composant important du tissu conjonctif et se divise en matrice interstitielle et en membrane basale. La matrice interstitielle est constituée de diverses molécules de MCE et de cellules qui s’entremêlent de manière lâche, tandis que la membrane basale est composée de feuilles de molécules de MCE. Les molécules de la MEC sont principalement constituées de diverses protéines, de protéoglycanes et de hyaluronane. Les cellules présentes dans le tissu conjonctif sécrètent les molécules ECM et expriment des récepteurs pour s’y attacher afin de soutenir et de permettre la croissance et la prolifération. Les molécules de la MEC sont également particulièrement importantes dans le développement, la migration cellulaire, l’homéostasie tissulaire et même l’invasion tumorale.
Protéines de la matrice extracellulaire dans le développement et les maladies
Il a été démontré que la matrice extracellulaire (MEC) est vitale dans le développement embryonnaire et le maintien des tissus. En effet, la perturbation de certaines protéines de la MEC est préjudiciable au développement des tissus, et peut conduire à la mort. Par exemple, les mutations de la fibronectine chez les souris sont létales en raison du développement défectueux du tube neural, du cœur, du réseau vasculaire et des tissus extra-embryonnaires. Les souris dépourvues d’ostéonectine présentent une diminution du remodelage osseux en raison du faible nombre de cellules ostéoclastes et ostéoblastes, ce qui entraîne une ostéopénie. Les souris dépourvues de périostine présentent une sous-population de myocytes positifs MF20/chaîne lourde de myosine et de cellules positives α-actine de muscle lisse dans le mésenchyme du coussin de la valve cardiaque ; une population de cellules qui n’est pas observée dans le développement normal du coussin. Et l’ajout in vitro de périostine purifiée a entraîné une réduction de l’expression des marqueurs myocardiques ainsi qu’une augmentation des marqueurs fibroblastiques, ce qui indique que la périostine peut jouer un rôle en encourageant la différenciation des fibroblastes cardiaques tout en empêchant la différenciation des cellules progénitrices valvulaires en cardiomyocytes et en cellules musculaires lisses.
Cliniquement, certaines maladies ou certains troubles ont été associés ou causés par une modification de la matrice extracellulaire. Par exemple, les syndromes d’Ehlers-Danlos décrivent un groupe de troubles héréditaires associés aux tissus conjonctifs. Il s’agit en particulier d’une perturbation des protéines de collagène et des enzymes de remodelage associées, entraînant une fragilité de la peau, des ligaments, des vaisseaux sanguins et des organes internes. Bien que la cause générale soit connue, l’hétérogénéité des mutations rend difficile la connaissance de la cause moléculaire exacte et donc le traitement. L’ostéogenèse imparfaite, également appelée maladie des os fragiles, affecte également le tissu conjonctif, généralement en raison de défauts dans la production et l’organisation du collagène I. Le syndrome de Marfan est caractérisé par des mutations de la fibrilline-1 qui provoquent un assemblage aberrant des fibres d’élastine et des défauts qui en résultent dans l’aorte et les valves cardiaques. En outre, des modifications de l’expression et de l’activité des métalloprotéases matricielles (MMP), une famille d’enzymes qui dégradent les protéines de la matrice extracellulaire et facilitent ainsi le remodelage des tissus, ont été associées à l’insuffisance cardiaque chronique (ICC). En particulier, une augmentation des MMP-2, MMP-9, MMP-3 et MMP-13 a été observée chez les patients atteints d’ICC. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une modification directe des protéines de la matrice extracellulaire des tissus, les MMP vont dicter la composition du microenvironnement de la MEC, ce qui peut affecter les propriétés mécaniques, le contact cellule-cellule et la signalisation intracellulaire des cellules à l’intérieur du cœur.
Les protéines de la matrice extracellulaire et le cerveau
Les intégrines sont les récepteurs des surfaces cellulaires qui sont responsables de la reconnaissance de la MEC et de la réponse cellulaire subséquente. Ce sont des récepteurs hétérodimériques, divisés en deux sous-unités fonctionnelles, α et β. Comme les molécules de la MEC ont des compositions chimiques différentes et interagissent les unes avec les autres pour former des modèles structurels spécifiques, les intégrines répondent à leur MEC liée comme une combinaison des deux sous-unités basée sur des indices chimiques ainsi que physiques.
Les intégrines sont les récepteurs sur les surfaces cellulaires qui sont responsables de la reconnaissance de la MEC et de la réponse cellulaire subséquente. Ce sont des récepteurs hétérodimériques, divisés en deux sous-unités fonctionnelles, α et β. Comme les molécules ECM ont des compositions chimiques différentes et interagissent les unes avec les autres pour former des modèles structurels spécifiques, les intégrines répondent à leurs ECM liés comme une combinaison des deux sous-unités sur la base de signaux chimiques ainsi que physiques. Au cours du développement, les neurones expriment un grand nombre de récepteurs d’intégrines pour aider à coordonner des réseaux neuronaux réussis, mais leur nombre diminue dans le cerveau adulte. Les neurones en développement ont donc la capacité de se développer sur plusieurs protéines ECM différentes en fonction des récepteurs intégrines caractéristiques présents. Pendant l’excroissance cellulaire, l’extrémité avant du neurone est appelée cône de croissance. Il s’agit d’une structure amiboïde dotée d’excroissances de filopodes qui répondent à des signaux extracellulaires dans le but d’atteindre une cellule cible pour créer une synapse. Les cônes de croissance des neurones possèdent un grand nombre d’intégrines qui peuvent provoquer la croissance ou l’inhibition des axones en fonction de la réponse aux facteurs environnementaux. Lorsqu’un cône de croissance est exposé à un gradient de signaux chimiques dans son environnement, les filopodes font saillie en réponse à la polymérisation de l’actine et sont exposés à différentes concentrations de signaux chimiques en fonction de leur emplacement. Les filopodes exposés à une concentration plus élevée de substance chimique auront un nombre plus élevé de liaisons intégrines que ceux exposés à des substances moins concentrées. Sur la base des messagers secondaires, le cône de croissance se polarise alors en réponse aux signaux chimiques, ce qui entraîne la contraction de la cellule et la dépolymérisation à l’extrémité la plus éloignée de la cellule. Par conséquent, si une protéine ECM qui attire les neurones est présentée à un cône de croissance neuronal, les intégrines se lieront à la protéine et provoqueront la croissance de l’axone vers la concentration plus élevée de la protéine..
Pendant le développement, les neurones expriment un grand nombre de récepteurs intégrines pour aider à coordonner les réseaux neuronaux réussis, mais leur nombre diminue dans le cerveau adulte. Les neurones en développement ont donc la capacité de croître sur plusieurs protéines ECM différentes en fonction des récepteurs d’intégrine caractéristiques présents. Pendant l’excroissance cellulaire, l’extrémité avant du neurone est appelée cône de croissance. Il s’agit d’une structure amiboïde avec des excroissances de filopodes qui répondent à des signaux extracellulaires dans le but d’atteindre une cellule cible pour créer une synapse. Les cônes de croissance des neurones possèdent un grand nombre d’intégrines qui peuvent provoquer la croissance ou l’inhibition des axones en fonction de la réponse aux facteurs environnementaux. Lorsqu’un cône de croissance est exposé à un gradient de signaux chimiques dans son environnement, les filopodes font saillie en réponse à la polymérisation de l’actine et sont exposés à différentes concentrations de signaux chimiques en fonction de leur emplacement. Les filopodes exposés à une concentration plus élevée de substance chimique auront un nombre plus élevé de liaisons intégrines que ceux exposés à des substances moins concentrées. Sur la base des messagers secondaires, le cône de croissance se polarise alors en réponse aux signaux chimiques, ce qui entraîne la contraction de la cellule et la dépolymérisation à l’extrémité la plus éloignée de la cellule. Par conséquent, si une protéine de la MEC qui attire les neurones est présentée à un cône de croissance neuronal, les intégrines se lieront à la protéine et feront croître l’axone vers la concentration la plus élevée de la protéine. Les protéines ECM du cerveau sont composées principalement de Collagène, de Laminine, de Fibronectine, de Vitronectine et de Tenascine.
Fig. 1 Protéines ECM présentes dans le cerveau avec les récepteurs d’intégrines, les types de neurones affectés et les fonctions induites.