Kollagen. Fibril-dannende kollagen. Kollagen-syntese. Basalmembran-kollagen type IV Netværk-dannende kollagen (fiskenet, kyllingenet?

Transkript

1 Bindevæv, forelæsning Indledning Proteinstrukturer Ekstracellulær matrix komponenter Kollagen Elastin GAG/Proteoglykaner Glykoproteiner Integriner/fibronektin-receptorer Kollagen-nedbrydning Bindevævssygdomme Korte film Afslutning Bindevæv Ekstracellulær matrix (ECM) Kollagen Elastin GAG/Proteoglykaner Glykoproteiner Komponenterne produceres af en række celler: fibroblaster fedtceller reticulumceller Schwannske celler glatte muskelceller kondroblaster osteoblaster epitelceller endotelceller Bindevævskomponenter Protein-struktur Globulært protein = proteinet har kugle-facon Fibrillært protein = proteinet har trådlignende facon 1) primær struktur 2) sekundær struktur α-helix β-sheet (foldebladsstruktur) 3) tertiær struktur hæmoglobin kollagen (globulært) (fibrillært 4) kvaternær struktur 1

2 Kollagen Protein med triple-helisk domæne 3 α-kæder (peptidkæder) med speciel aminosyre-indhold 1/3 glycin 1/4 prolin + hydroxyprolin hydroxylysin (ingen trna for hydroxyprolin eller hydroxylysin) Supramolekylære aggregater i ECM Fibriller, netværk mm Kollagen-syntese Intracellulært: Syntese af pro-α-kæder Hydroxylering af nogle prolin og lysin aminosyrer (hydroxyprolin, hydroxylysin) Triple-helix dannelse Exocytose af prokollagen Ekstracellulært: 28 kollagen-typer, 38 forskellige α-kæder (2007) Kvantitativt udgør type I, II, III og IV langt hovedparten Type I i næsten alle væv Type III sammen med type I undtagen i knoglevæv Type IV i basalmembraner Type II (samt IX, X, XI) i brusk Fibril-dannende kollagen Basalmembran-kollagen type IV Netværk-dannende kollagen (fiskenet, kyllingenet?) Type I, II, III (V, XI) Karakteristisk regelmæssig lejring af molekyler, som betinger tværstribningen af tungmetalfarvede fibriller i EM med en periodicitet på 67 nm. PAS-stained BM Abrams et al.,

3 Hexagonale kollagen-netværk Kollagen type VIII i Descemets membran (DM) i cornea Elastin Mikrofibriller (bl.a. fibrillin) som skabelon for elastin. (fibrillin-gendefekt i Marfans syndrom) Fibre: ligamenter Lameller: elastiske arterier Bikubemønster: elastisk brusk Tropoelastin tværbindes til elastin : Tværbindinger: desmosin, isodesmosin fra lysin-sidekæder. Mekaniske egenskaber af elastin versus kollagen kollagen } energitab Aggregat af type VIII kollagen -endotel Kraft (N) Jakus, 1956 elastin PAS-stained DM 1 2 længde (mm) forlængelse (%) 200 GAG/Proteoglykaner GAG/Proteoglycaner GAG Kæder af repeterende disakkarider med negativt ladede grupper (-COO -, -SO 4- ) Hyaluronan Syntetiseres fra plasmalemma Ingen kerneprotein Ingen -SO 4 - Kondroitinsulfater, dermatansulfat, keratansulfat, heparansulfat -SO 4 - Kerneprotein (fra RER, GAG kobles på i Golgi) = proteoglycan Fra 1 til >100 GAG-kæder i proteoglykaner Funktion Modulerende på kollagenfibril Diffusion/filtration Turgor (opsvulmning, spændstighed), brusk: fasthed Viscositet: hyaluronan i ledvæske, reducerer friktion mellem væv 40 kda 41 kda Heparin Syntetiseres også proteinbundet, men anti-koagulerende funktion (mastceller, basofile leukocytter) 600 kda 3

4 Glykoproteiner Fibronectin binder: ECM til celler, thrombocytter til fibrin i blodkoagel Laminin: netværk i basalmembraner Celle-ECM kontakt via integrin Sammenbinder ECM og cytoskelet strukturelt og funktionelt Ligander ECM: fibronectin, laminin, kollagen mm. og fibrinogen Intracellulært: forankringsproteiner til aktin Fibronectin bindes til: celle (integrin) collagen fibrin perlecan Laminin bindes til: celle (integrin) collagen IV perlecan entactin sig selv Signalformidling begge veje fosforylering, konformationsændring Indgår i hemidesmosomer, fokale adhesioner Celle-ECM adhæsion Celle-mobilitet: integrin-afhængig Integrin normale kontaktkomplekser Integrin blokeret Wolf et al. (2005): Cytoskelet 4

5 Kollagen-nedbrydning kollagenase Kollagen-nedbrydning (cont) gelatinase Triple-helisk kollagen Fragmenterede α-kæder Aktiv kollagenase Prokollagenase Aktiv gelatinase Progelatinase ¾-fragment ¼-fragment Denaturering ved 37 o C Fragmenterede α-kæder (tilfældigt opsnoede) Inaktiveret kollagenase + andre enzymer Aminosyre-pulje til genbrug Urin (småpeptider, hydroxyprolin) Inaktiveret gelatinase Matrix Metalloproteinaser (MMP) 24 forskellige, herunder 4 kollagenaser og 2 gelatinaser Alle typer bindevævskomponenter + en lang række substanser er substrater for MMP Funktion Omsætning af bindevævskomponenter; aktivitet af vækstfaktorer, enzymer mm Patologisk eks. Cancer: ekspansiv vækst destruktion af omgivende væv og angiogenese C-vitaminmangel - skørbug C-vitamin cofaktor for prolylhydroxylase Advarselstegn for C-vitaminmangel Gingiva-blødninger Proptrækkerhår Jens Munks forsøg på at finde Nordvestpassagen ; kun 3 af ca. 61 overlever, bl.a. ved at spise de allerførste spirer tidligt forår. metastaser celleforankring ophæves, basalmembraner gennembrydes og adgang til lymfe- og blodkar Periunguale blødninger Danmark nu! Hæmning af enzymaktivitet: Specifikke enzymhæmmere (TIMP) Generel enzymhæmmer (α 2 -makroglobulin i serum) Syntetiske hæmmere (cancer-behandling mm.) UfL jan Fastfood, kaffe og cola 5

6 Nedarvede bindevævssygdomme Marfans syndrom fibrillin gendefekt Nedarvede bindevævssygdomme Ehlers-Danlos syndrom defekt kollagenfibril-dannelse (flere kollagentyper afficerede) Osteogenesis imperfecta kollagen type I mutationer Cutis laxa? ændret elastin metabolisme Lens ophængt i zonula-tråde = fibrillin m. fl. Marfan: lens luxation Fibrillin-gendefekt medfører mangelfuld elastin-dannelse med risiko for aortaruptur Ehlers-Danlos Osteogenesis imperfecta Cutis laxa Mekaniske egenskaber af sene Achillesseneruptur: årsag? Mekaniske egenskaber af muse-aorta Failure of media 9 Failure of adventitia 9 9 Load (N) Strain MTT C.C. Danielsen MTT i polarisationsmikroskop C.C. Danielsen Load (N) Achilles tendon rupture. (A) A gap (arrow) is seen in the tendon. (B) Thompsen s test. (C) Anatomic drawing. (D) MRI scan indicating ruptured tendon. (E) Rupture seen during surgery. Dissekerende aortaaneurisme Arteriosclerosis/Atherosclerosis Strain 6

7 Mekanisk testning af sår under opheling Mekanisk test af Descemets membran (rotte, 10 µm tyk) 3 cykler til et moderat tryk, efterfulgt af tryk til ruptur dages heling af hudincisionssår Stress (MPa) K. Jellesmark & M.L. Pedersen 3 mm Ø C.C. Danielsen Strain Trauma Operation Skinnebenssår Liggesår Infektioner m.m. Sårheling påvirkes af: hormoner (diabetes mellitus m.m.) O 2 (atherosclerosis) infektioner rygning etc. Geodæsisk kuppel Millenium Dome Cornea: krumning? afløb af kammervand? Afslutning Kollagen og elastin: mekanisk, understøttende funktion GAG/Proteoglykaner: modererer kollagen-struktur diffusion/filtration vævsspænding og fasthed (brusk) nedsætter vævsfriktion Glykoproteiner: matrix-matrix interaktion matrix-celle interaktion Integriner/fibronektin-receptorer: matrix-celle interaktion (fysisk, signal) 7