세포외 기질

개요

생체조직(tissue)의 조직(organization)을 유지하기 위해 여러 동물 세포는 세포외 기질(extracellular matrix, 줄여서 ECM)을 구성하는 구조적인 분자에 둘러싸여 있습니다. ECM에 있는 분자는 조직의 구조적 온전함을 유지하고 특정 조직의 놀라운 특성도 유지합니다.

세포외 기질의 구성

세포외 기질(이하 ECM)은 일반적으로 접지 물질(ground substance), 젤과 같은 액체, 섬유 성분, 그리고 여러 구조적, 기능적으로 다양한 분자로 구성되는데, 여기서 이 분자는 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycan, 줄여서 GAG. 이하 GAG라 칭함)이라 불리는 다당류(polysaccharide)를 포함합니다. GAG는 세포외 기질의 대부분을 차지하고 종종 질량에 비해 큰 부피를 차지하는데 이로 인해 엄청난 압축력을 견딜 수 있는 기질(matrix)이 발생합니다. 대부분의 GAG는 단백질에 결합해 프로테오글리칸(proteoglycans)을 만드는데 해당분자는 분자 자신의 양전하에 따라 나트륨 이온을 간직해 물을 끌어들이게 되어 ECM에 수분을 공급합니다.

ECM은 또한 ECM의 기본 단백질 구성요소인 콜라겐(collagen) 같이 단단한 섬유를 포함합니다. 콜라겐은 동물에게 있는 가장 풍부한 단백질로 질량 기준 단백질의 25%를 차지합니다. 구조적으로 유사한 다양한 콜라겐은 여러 조직에 인장 강도(tensile strength)를 부여합니다.

특히, 피부, 혈관, 폐와 같은 조직은 생리적인 역할을 수행하기 위해 강하고 신축성이 있어야 합니다. 엘라스틴(elastin)이라고 불리는 단백질은 특정 섬유질에 늘어지고 수축하는 능력을 부여합니다. 파이브로넥틴(fibronectin; 피브로넥틴)은 세포막을 포괄하는 단백질 (특히 인테그린(integrin))에 직접 결합해 ECM과 세포막을 연결하기 때문에 세포부착(cell adhesion)에 중요한 당단백질(glycoprotein)입니다. 인테그린은 또한 세포 내 반응을 끌어낼 수 있는 콜라겐과 상호작용합니다.

세포외 기질 구성은 조직과 세포 유형에 따라 다릅니다

ECM 내부 분자의 구성과 상대적 비율은 세포가 있는 조직(tissue)의 위치, 생리학적 기능, 인접 세포 유형에 따라 결정됩니다. ECM의 이러한 특정 분자 구성은 국소적 미세환경(microenvironment)이라고 합니다. 특정 조직의 세포는 주변 ECM을 결정하는 분자를 분비합니다. 예를 들어, 장 세포는 자신을 둘러싸고 있는 기질에 필요한 분자를 합성, 수정, 분비하는 반면, 골 세포는 인간 뼈에 단단함을 부여하는 ECM 분자를 생성합니다. 이렇게 여러 조직 내 다양한 ECM 구성은 조직의 다양한 역할과 기능에 따른 특성을 생성합니다.

세포외 기질은 세포 통신에 관여 할 수 있습니다

세포와 국소 ECM 간의 상호작용이 세포 내 영향을 미치는 것은 알려져 있습니다. 예를 들어, 막의 안팎에 있는 인테그린 분자에 작용하는 힘은 세포 내 액토미오신(actomyosin) 네트워크의 활성화를 초래할 수 있습니다. 이런 현상은 세포 이동, 분열 및 기타 세포 반응을 촉진할 수 있습니다. 이러한 세포반응 중 일부는 유전자 발현(gene expression)과 세포 신호전달체계의 변화를 포함합니다. 마찬가지로 인테그린은 세포 내 정보를 세포 외부로 전달할 수 있습니다. 또한 ECM은 ECM 분해 시 방출될 수 있는 신호 분자에 결합하는 것으로 알려져 있습니다.

세포외 기질의 재구성

동물 세포는 ECM을 분해하고 재구성할 수 있는 능력이 있어야 합니다. 특히 조직 수복(tissue repair)과 성장의 경우 이에 해당합니다. 따라서 세포는 일반적으로 ECM을 분해하는 데 필요한 효소를 가지고 있습니다. 이런 효소는 콜라겐과 파이브로넥틴과 같은 단백질을 분해하기 위해 다른 효소와 함께 작용하는 기질 금속단백질분해효소(matrix metalloproteases, 줄여서 MMP)를 포함합니다. ECM 분해 및 재구성은 혈관 생성을 포함, 건강한 조직 성장에 중요합니다. 단점은 ECM 재구성은 암세포가 온몸으로 전이하는데 이바지하는 점입니다.