基底膜は、ほぼすべての多細胞生物の系統組織細胞外構造です。それは主にコラーゲン性および非コラーゲン性糖タンパク質で構成されています。
この構造は、ある間質組織の上皮を別の間質組織から分離する役割を果たします。それは一般に、上皮組織の基底外側領域、内皮、軸索の周辺領域、脂肪細胞、そして筋肉細胞にも見られます。
口蓋の基底膜を示す画像
（出典：ウィキメディア
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基底膜は、「自己組織化」と呼ばれるプロセスを通じて互いに結合してシート状の超微細構造を形成する大きな不溶性分子で構成されています。このプロセスは、細胞表面のさまざまな受容体の固定によって駆動されます。
体の細胞のほとんどは、それらが属する組織に応じて、基底膜の構造化に必要な材料を生成することができます。
アルポート症候群やクノブロック症候群などの疾患は、基底膜のコラーゲン鎖をコードする遺伝子の変異に関連しているため、それらの構造と特性の研究は長年にわたって普及してきました。
この手法では異なる基底膜を区別できないため、基底膜の複雑さは電子顕微鏡ではわかりません。ただし、その研究には、たとえば走査型顕微鏡法など、より正確な特性評価技術が必要です。
特徴
基底膜は、葉に似た密なアモルファス構造です。透過型電子顕微鏡で測定すると、厚さは50〜100 nmです。その構造の研究は、それが細胞マトリックスと同様の特性を持っていることを決定しますが、その密度と細胞結合の点で異なります。
臓器や組織によっては、基底膜の組成や構造に違いが見られるため、各組織にはそれによって区切られた特定の微小環境があると考えられています。
各基底膜の特異性は分子組成に起因する可能性があり、生化学的および分子的変動は、問題の各組織に固有のアイデンティティを付与すると考えられています。
上皮、内皮、および多くの間葉系細胞は基底膜を生成します。これらの細胞の可塑性の多くは、この構造によって与えられます。また、臓器の裏打ちに関与する細胞をサポートしているようです。
構造
基底膜の最も興味深い特徴の1つは、それを構成するコンポーネントから自己集合し、シートに似た構造を確立する能力です。
さまざまな種類のコラーゲン、ラミニンタンパク質、プロテオグリカン、カルシウム結合タンパク質、およびその他の構造タンパク質は、基底膜の最も一般的な成分です。パールカンとニドゲン/エンタクチンは基底膜の他の構成タンパク質です。
基底膜の主な建築特性には、2つの独立したネットワークの存在があります。1つはコラーゲンによって形成され、もう1つはラミニンのいくつかのアイソフォームによって形成されます。
コラーゲンネットワークは高度に架橋されており、基底膜の機械的安定性を維持するコンポーネントです。これらの膜のコラーゲンはそれらに固有であり、タイプIVコラーゲンとして知られています。
ラミニンネットワークは共有結合されておらず、一部の膜ではコラーゲンIVネットワークよりも動的になります。
両方のネットワークは、非常に柔軟性があり、2つのネットワークに加えて、細胞表面の受容体タンパク質のアンカーなどの他のコンポーネントに結合できる、ニドゲン/エンタクチンタンパク質によって接続されています。
アセンブリ
自己組織化は、IV型コラーゲンとラミニンの間の結合によって刺激されます。これらのタンパク質は、それらが分子間自己集合を開始し、基底シート状構造を形成することを可能にする一次結合に必要な情報をシーケンスに含んでいます。
インテグリン（特にβ1インテグリン）やジストログリカンなどの細胞表面タンパク質は、部位特異的相互作用を通じてラミニンポリマーの初期沈着を促進します。
IV型コラーゲンポリマーは、ニドゲン/エンタクチンブリッジを介して細胞表面のラミニンポリマーと会合します。次に、この足場は、基底膜の他の構成要素が相互作用して完全に機能する膜を生成するための特定の相互作用部位を提供します。
異なるタイプのニドゲン/エンタクチン接合が基底膜で確認されており、すべてが構造内のネットワークの形成を促進します。
ニドゲン/エンタクチンタンパク質は、コラーゲンIVとラミニンの2つのネットワークとともに、ネットワークを安定させ、構造に剛性を与えます。
特徴
基底膜は常に細胞と接触しており、その主な機能は、構造的支持の提供、組織の区画への分割、および細胞の挙動の調節に関係しています。
連続基底膜は、組織コンパートメント間の選択的分子フィルターとして機能します。つまり、細胞と生理活性分子の通過と移動を両方向に厳密に制御します。
基底膜は細胞の自由な動きを防ぐための選択的なゲートとして機能するという事実にもかかわらず、炎症細胞と転移性腫瘍細胞が、基底膜が表すバリアを通過して分解することを可能にする特定のメカニズムがあるようです。
基底膜はサイトカインや成長因子に結合する受容体を持っているため、近年、細胞の成長と分化におけるレギュレーターとしての基底膜の役割について多くの研究が行われてきました。
基底膜上のこれらの同じ受容体は、リモデリングまたは生理学的修復プロセス中に制御放出されるためのリザーバーとして機能します。
基底膜は、すべての血管および毛細血管の重要な構造的および機能的コンポーネントであり、特に転移または細胞移動に関して、癌の進行を決定する上で重要な役割を果たします。
この構造が果たすもう1つの機能は、シグナル伝達に関係しています。
たとえば、骨格筋は基底膜に囲まれており、神経筋付着部位に特徴的な小さなパッチがあります。これらのパッチは、神経系からの信号の送信を担当します。
参考文献
- Breitkreutz、D.、Mirancea、N.、&Nischt、R.（2009）。皮膚の基底膜：多様な機能を持つユニークなマトリックス構造？組織化学と細胞生物学、132（1）、1-10。
- LeBleu、VS、MacDonald、B。、およびKalluri、R。（2007）。基底膜の構造と機能。実験生物学と医学、232（9）、1121-1129。
- Martin、GR、&Timpl、R.（1987）。ラミニンおよびその他の基底膜コンポーネント。細胞生物学の年次レビュー、3（1）、57-85
- ラグー、K。（2003）。基底膜：腫瘍血管新生における構造、集合および役割。Nat Med、3、442-433。
- Timpl、R.（1996）。基底膜の高分子組織化。細胞生物学における現在の意見、8（5）、618-624。
- Yurchenco、PD、およびSchittny、JC（1990）。基底膜の分子構造。FASEB Journal、4（6）、1577-1590。