Einfluss Kollagen-modifizierender Enzyme auf die Quervernetzungsbildung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Quervernetzungen zwischen Kollagenmolekülen zeigen ein Gewebe-typisches Muster und sind für die biomechanische Funktion essentiell. Sklerosierende Erkrankungen sind durch einen spezifischen Wechsel im Quervernetzungsmuster charakterisiert, bei dem es zu einem Anstieg Hydroxylysin-aldehyd-abhängiger (Hylald) Verbindungen kommt. Diese sind typisch für Knochengewebe, während die Lysin-aldehyd-abhängigen (Lysald) Verbindungen typisch für Kollagen in der Haut sind. Unsere Untersuchungen zeigen, dass für diesen Wechsel eine Überexpression des Enzyms Lysylhydroxylase 2 (LH2) verantwortlich ist. Durch adenovirale Transfektion in humanen dermalen Fibroblasten konnten wir belegen, dass dieses Enzym die Funktion einer Telopeptid-Lysylhydroxylase hat und somit den Anstieg Hylald-abhängiger Verbindungen induziert. Interessanterweise kommt es durch die Überexpression auch zur Steigerung der Kollagensynthese, wobei der molekulare Mechanismus hierfür unklar ist. Wir konnten durch real-time PCR zeigen, dass dieser Effekt durch eine gesteigerte Expression der COL1A2 mRNA verursacht wird. Gleichzeitig steigt auch die Genexpression der Prolyl-4-Hydroxylase, während die Expression anderer Proteine, Kollagen-modifizierender Enzyme und Chaperone unbeeinflusst ist. Dieser Effekt wird nicht durch das veränderte Quervernetzungsmuster verursacht, das durch die Überexpression von LH2 induziert wird, da der Effekt auch unter Inhibition der Lysyloxidase nachgewiesen werden kann. Durch Mutationen im katalytischen Zentrum des Enzyms und Überexpression verschiedener Deletionsvarianten konnte wir zeigen, dass die Ursache für die gesteigerte Kollagenexpression in der Funkion des Enzyms als Lysylhydroxylase liegt. Als eine wichtige Folge eines veränderten Quervernetzungsmusters im Gewebe sind ein verlangsamter Kollagenabbau und ein Anstieg der Denaturierungstemperatur denkbar, da Hylald-abhängige Verbindungen zu einer anderen Verankerung der Moleküle führen. In unseren Degradationsuntersuchungen konnten wir zeigen, dass das Gegenteil der Fall ist. Gewebe, das einen Anstieg von HP und DHLNL aufweist (Dermatoliposklerose), zeigt eine deutlich bessere Abbaubarkeit als gesunde Haut durch MMP 1 und MMP13. Der Anteil an denaturiertem Kollagen ist in beiden Geweben gleich und kann somit als Ursache für diesen Effekt ausgeschlossen werden. Auch liegt die Denaturierungstemperatur von Gewebe mit einem Anstieg Hylaldabhängigen Quervernetzungen (Sklerodermie) niedriger als die einer gesunden Kontrolle. Dies dürfte in erster Linie auf den hohen Anteil an difunktionellen Quervernetzungen in sklerotischem Gewebe verursacht sein. Diese Daten empfehlen eine UV-Therapie für sklerotisches Gewebe, da hierdurch die Expression von Proteasen induziert wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Collagen at a glance. Top Curr Chem 247:1-6
Brinckmann J
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MMP-2, TIMP-2 and MT1- MMP are differentially expressed in lesional skin of melanocytic nevi and their expression is modulated by UVB-light. J Cutan Pathol. 2002
Krengel S, Alexander M, Brinckmann J, Tronnier M
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Identification of PLOD2 as telopeptide lysyl hydroxylase, an important enzyme in fibrosis. J Biol Chem. 2003 Oct 17;27 (42):40967-72.
van der Slot AJ, Zuurmond AM, Bardoel AF, Wijmenga C, Pruijs HE, Sillence DO, Brinckmann J, Abraham DJ, Black CM, Verzijl N, DeGroot J, Hanemaaijer R, TeKoppele JM, Huizinga TW, Bank RA
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Interleukin 4 and prolonged hypoxia induce a higher gene expression of lysyl hydroxylase 2 and an altered cross-link pattern: important pathogenetic steps in early and late stage of systemic scleroderma?Matrix Biol. 2005 Oct;24(7):459-68.
Brinckmann J, Kim S, Wu J, Reinhardt DP, Batmunkh C, Metzen E, Notbohm H, Bank RA, Krieg T, Hunzelmann N.
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Functional diversity of lysyl hydroxylase 2 in collagen synthesis of human dermal fibroblasts. Exp Cell Res. 2006 Nov 1;312(18):3485-94.
Wu J, Reinhardt DP, Batmunkh C, Lindenmaier W, Far RK, Notbohm H, Hunzelmann N, Brinckmann J.
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Repetitive UVA irradiation increases the secretion of cathepsin L in dermal fibroblasts and induces alternate trafficking mechanisms J Invest Dermatol
Klose A, Willbrand-Hennes A, Brinckmann J, Hunzelmann N
