Kollagen: Synthese und Sekretion Kollagentypen Zell-Matrix ... · •heterogene Gruppe an genetisch...
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Das Zytoskelett
• Kollagen: Synthese und Sekretion
• Kollagentypen
• Zell-Matrix Wechselwirkungen
• Basalmembran
• Kollagen: Synthese und Sekretion
• Kollagentypen
• Zell-Matrix Wechselwirkungen
• Basalmembran
Extrazelluläre Matrix
Extrazelluläre Matrix1. Proteoglycane: Protein-Kern, an den lange
Kohlenhydratketten (Glycosaminoglycane; GAGs)
angefügt sind
2. Strukturproteine: Kollagen, Elastin, etc.
3. Spezialisierte Proteine: Fibrillin, Fibronectin,
Laminin
1. Proteoglycane: Protein-Kern, an den lange
Kohlenhydratketten (Glycosaminoglycane; GAGs)
angefügt sind
2. Strukturproteine: Kollagen, Elastin, etc.
3. Spezialisierte Proteine: Fibrillin, Fibronectin,
Laminin
Extrazelluläre MatrixGlycosaminoglycane (GAGs):
• Negativ geladen• Polysacharid aus N-Acetylglusosamin
oder –galactosamin und Glucuronsäure
1) Hyaluronsäuren2) Chondroitin- oder Dermatansulfat3) Heparansulfat4) Keratansulfat
Glycosaminoglycane (GAGs):
• Negativ geladen• Polysacharid aus N-Acetylglusosamin
oder –galactosamin und Glucuronsäure
1) Hyaluronsäuren2) Chondroitin- oder Dermatansulfat3) Heparansulfat4) Keratansulfat
Extrazelluläre MatrixGlycosaminoglycane (GAGs):
• Negativ geladen• Polysacharid aus N-Acetylglusosamin
oder –galactosamin und Glucuronsäure
1) Hyaluronsäuren2) Chondroitin- oder Dermatansulfat3) Heparansulfat4) Keratansulfat
Glycosaminoglycane (GAGs):
• Negativ geladen• Polysacharid aus N-Acetylglusosamin
oder –galactosamin und Glucuronsäure
1) Hyaluronsäuren2) Chondroitin- oder Dermatansulfat3) Heparansulfat4) Keratansulfat
Kollagen
• Hauptprotein der ECM
• mehr als 20 verschiedene Varianten sind bekannt
• Typen I, II und III bilden Fibrillen
• Type IV Kollagen bildet ein 2-D Netzwerk in der
Basallamina
• Hauptprotein der ECM
• mehr als 20 verschiedene Varianten sind bekannt
• Typen I, II und III bilden Fibrillen
• Type IV Kollagen bildet ein 2-D Netzwerk in der
Basallamina
Collagen-Triple-Helix• Drei helical umwundene Polypeptidketten (jeweils
1.000 AS-Reste)
• 300 nm lang, 1,4 nm Durchmesser
• Jeder dritte AS-Rest ist Gly
• Hoher Prolin-Anteil
• Die ungewöhnliche Aminosäurezusammensetzung
ist für α-Helices und β-Faltblätter nicht geeignet
• Ideal für die Kollagen-Triple-Helix (viel gestreckter
als α-Helix)
• 0,29 nm Abstand der AS (alpha-Helix: 0,15 nm)
Collagen-Triple-Helix• Drei helical umwundene Polypeptidketten (jeweils
1.000 AS-Reste)
• 300 nm lang, 1,4 nm Durchmesser
• Jeder dritte AS-Rest ist Gly
• Hoher Prolin-Anteil
• Die ungewöhnliche Aminosäurezusammensetzung
ist für α-Helices und β-Faltblätter nicht geeignet
• Ideal für die Kollagen-Triple-Helix (viel gestreckter
als α-Helix)
• 0,29 nm Abstand der AS (alpha-Helix: 0,15 nm)
Kollagen
Typ Zusammensetzung Struktur Vorkommen
I [1(I)]2[(I)] 300nm, 67nm Fibrillen Haut, Sehnen Knochen, Cornea
II [1(II)]3 300nm, kleine 67nm Fibrillen Knorpel, Bandscheiben, Glaskörper
III [1(III)]3 300nm, kleine 67nm Fibrillen Fetale Haut, Herz-Kreislauf-System, Reticulinfasern
IV [1(IV)2[2(IV)] 390nm C-term globuläre Domäne, nichtfibrillär
Basallamina
V [1(V)][2(V)][3(V)] 390nm N-term globuläre Domäne, kleine Fibrillen
intestinale Gewebe, mit Typ I assoziiert
VI [1(VI)][2(VI)][3(VI)] 150nm, N+C term. globuläre Domäne, Microfibrillen, 100nm
gebänderte Fibrillen
intestinale Gewebe, mit Typ I assoziiert
VII [1(VII)]3 450nm, Dimer Epithelien
VIII [1(VIII)]3 ?, ? Endothelzellen
IX [1(IX)][2(IX)][3(IX)] 200nm, N-term. globuläre Domäne, Proteoglycan gebunden
mit Typ II assoziiert
X [1(X)]3 150nm, C-term. globuläre Domäne Knorpel
XI [1(XI)][2(XI)][3(XI)] 300nm, kleine Fibrillen Knorpel
XII 1(XII) ?, ? interaggiert mit Typ I und III
Kollagen
Kollagen
Skorbut
• Avitaminose, seit dem 2. Jahrtausend v. Chr. in Ägypten bekannt• Zahnausfall, Müdigkeit, Haut- und Gelenkentzündungen, Muskelschwund• Haupt-Todesursache der Seeleute im Mittelalter (Tod durch Herzschwäche)• 1754 wurde von J. Lind (brit. Schiffsarzt) erkannt, dass Zitrusfrüchte helfen• L-Ascorbinsäure
Vasco Da Gama1469 - 1524
James Lind1716 - 1794
„Es faulte fort mit scheußlichem Gestank, und rings verpestete es die Luft umher, wir hatten keinen weisen Arzt, der Kranke fand selbst nicht einen kundigen Wundarzt mehr."Luis des Camoes (portugiesischer Dichter 1524-1580)
„Es faulte fort mit scheußlichem Gestank, und rings verpestete es die Luft umher, wir hatten keinen weisen Arzt, der Kranke fand selbst nicht einen kundigen Wundarzt mehr."Luis des Camoes (portugiesischer Dichter 1524-1580)
Kollagen-Biosynthese
Gasbrand
• Toxisch-infektiöse Erkrankung mit hoher Letalität (unbehandelt 100%)• Inkubationszeit: wenige Stunden bis 2-3 Tage• Hämolyse, Nekrose, Kreislauftoxine• Clostridien sind obligat anaerobe Sporenbildner• Bildung von Gewebskollagenasen
Clostridium spec.
• heterogene Gruppe an genetisch bedingten
Bindegewebserkrankungen, die auf einem Kollagen-Defekt basieren
• heterogene Gruppe an genetisch bedingten
Bindegewebserkrankungen, die auf einem Kollagen-Defekt basieren
Ehlers-Danlos Syndrom (EDS)
1. Klassischer Typ (Typ I und II) - Die Haut ist stark überdehnbar und leicht verletzbar, Hämatome (blaue Flecke), abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, es können innere Organe und Gefäße betroffen sein. (Symptome bei Typ II wie bei Typ I, nur geringer ausgeprägt)
2. Hypermobiler Typ (Typ III) - geringe Beteiligung der Haut, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
3. Vaskulärer Typ (Typ IV) - dünne durchscheinende Haut, ausgeprägte Hämatomneigung, Überbeweglichkeit der kleinen Gelenke, Beteiligung der inneren Organe und Gefäße
4. Kyphoskoliotischer Typ (Typ VI) - Überdehnbarkeit der Haut mittel bis stark, abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, Augenbeteiligung, Beteiligung der inneren Organe
5. Arthrochalasie Typ (Typ VII A/B) - Überdehnbarkeit der Haut (gering bis mittel), dünne Haut, Hüftluxation, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
6. Dermatosparaxis Typ (Typ VII C) - Haut sehr schlaff, deutliche Überbeweglichkeit der Gelenke, Beteiligung der inneren Organe
1. Klassischer Typ (Typ I und II) - Die Haut ist stark überdehnbar und leicht verletzbar, Hämatome (blaue Flecke), abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, es können innere Organe und Gefäße betroffen sein. (Symptome bei Typ II wie bei Typ I, nur geringer ausgeprägt)
2. Hypermobiler Typ (Typ III) - geringe Beteiligung der Haut, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
3. Vaskulärer Typ (Typ IV) - dünne durchscheinende Haut, ausgeprägte Hämatomneigung, Überbeweglichkeit der kleinen Gelenke, Beteiligung der inneren Organe und Gefäße
4. Kyphoskoliotischer Typ (Typ VI) - Überdehnbarkeit der Haut mittel bis stark, abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, Augenbeteiligung, Beteiligung der inneren Organe
5. Arthrochalasie Typ (Typ VII A/B) - Überdehnbarkeit der Haut (gering bis mittel), dünne Haut, Hüftluxation, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
6. Dermatosparaxis Typ (Typ VII C) - Haut sehr schlaff, deutliche Überbeweglichkeit der Gelenke, Beteiligung der inneren Organe
Niccolò Paganini (1782-1840)
• heterogene Gruppe an genetisch bedingten
Bindegewebserkrankungen, die auf einem Kollagen-Defekt basieren
• heterogene Gruppe an genetisch bedingten
Bindegewebserkrankungen, die auf einem Kollagen-Defekt basieren
Ehlers-Danlos Syndrom (EDS)
1. Klassischer Typ (Typ I und II) - Die Haut ist stark überdehnbar und leicht verletzbar, Hämatome (blaue Flecke), abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, es können innere Organe und Gefäße betroffen sein. (Symptome bei Typ II wie bei Typ I, nur geringer ausgeprägt)
2. Hypermobiler Typ (Typ III) - geringe Beteiligung der Haut, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
3. Vaskulärer Typ (Typ IV) - dünne durchscheinende Haut, ausgeprägte Hämatomneigung, Überbeweglichkeit der kleinen Gelenke, Beteiligung der inneren Organe und Gefäße
4. Kyphoskoliotischer Typ (Typ VI) - Überdehnbarkeit der Haut mittel bis stark, abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, Augenbeteiligung, Beteiligung der inneren Organe
5. Arthrochalasie Typ (Typ VII A/B) - Überdehnbarkeit der Haut (gering bis mittel), dünne Haut, Hüftluxation, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
6. Dermatosparaxis Typ (Typ VII C) - Haut sehr schlaff, deutliche Überbeweglichkeit der Gelenke, Beteiligung der inneren Organe
1. Klassischer Typ (Typ I und II) - Die Haut ist stark überdehnbar und leicht verletzbar, Hämatome (blaue Flecke), abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, es können innere Organe und Gefäße betroffen sein. (Symptome bei Typ II wie bei Typ I, nur geringer ausgeprägt)
2. Hypermobiler Typ (Typ III) - geringe Beteiligung der Haut, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
3. Vaskulärer Typ (Typ IV) - dünne durchscheinende Haut, ausgeprägte Hämatomneigung, Überbeweglichkeit der kleinen Gelenke, Beteiligung der inneren Organe und Gefäße
4. Kyphoskoliotischer Typ (Typ VI) - Überdehnbarkeit der Haut mittel bis stark, abnorme Wundheilung, starke Überbeweglichkeit der Gelenke, Augenbeteiligung, Beteiligung der inneren Organe
5. Arthrochalasie Typ (Typ VII A/B) - Überdehnbarkeit der Haut (gering bis mittel), dünne Haut, Hüftluxation, ausgeprägte Überbeweglichkeit der Gelenke
6. Dermatosparaxis Typ (Typ VII C) - Haut sehr schlaff, deutliche Überbeweglichkeit der Gelenke, Beteiligung der inneren Organe
Elastin
• Elastin-Stränge bilden ein elastisches Netzwerk
• Elastin (750 AS) ist reich an Glycin und Prolin
• Keine Glykosylierung!
• Haupt-ECM Protein der Arterien (Aorta: 50%)
• Elastin-Stränge bilden ein elastisches Netzwerk
• Elastin (750 AS) ist reich an Glycin und Prolin
• Keine Glykosylierung!
• Haupt-ECM Protein der Arterien (Aorta: 50%)
EM von humaner Dermis
Fibrillin
• Bindet an Elastin
• Marfan Syndrom
• Bindet an Elastin
• Marfan Syndrom• 1896 von Antoine Marfan beschrieben• Häufigkeit 1:10.000• Autosomal dominant, Chromosom 15, Missensemutationen oder Deletionen• Skelett-Deformationen und Aortendilatation (Aneurismen)
gestreckt
„relaxed“
Fibrillin
• Bindet an Elastin
• Marfan Syndrom
• Bindet an Elastin
• Marfan Syndrom• 1896 von Antoine Marfan beschrieben• Häufigkeit 1:10.000• Autosomal dominant, Chromosom 15, Missensemutationen oder Deletionen• Skelett-Deformationen und Aortendilatation (Aneurismen)
gestreckt
„relaxed“
Fibronectin• Dimer aus zwei UE, die durch Disulfidbrücken verbunden sind• Ektodomäne mit RGD-Sequenz• Dimer aus zwei UE, die durch Disulfidbrücken verbunden sind• Ektodomäne mit RGD-Sequenz
Laminin• Aus drei Polypeptidketten aufgebaut• Über Disulfidbrücken stabilisiert• Bildet in der Basallamina mit Kollagen IV ein Netzwerk aus
• Aus drei Polypeptidketten aufgebaut• Über Disulfidbrücken stabilisiert• Bildet in der Basallamina mit Kollagen IV ein Netzwerk aus
Kollagen IV
Laminin
Laminin
Integrine• Heterodimere Transmembran-Glycoproteine
• Binden Zellen an ECM-Proteine der Basalmembran oder an Liganden auf
anderen Zellen
• Große α- (120-170 kDa), kleine β-UE (90-100 kDa)
• Binden Ca2+ und Mg2+, die für die adhäsiven Funktionen benötigt werden
Integrine• Heterodimere Transmembran-Glycoproteine
• Binden Zellen an ECM-Proteine der Basalmembran oder an Liganden auf
anderen Zellen
• Große α- (120-170 kDa), kleine β-UE (90-100 kDa)
• Binden Ca2+ und Mg2+, die für die adhäsiven Funktionen benötigt werden
cell adhesion molecules (CAMs)
Integrine• „Transmembran-Linker“ zwischen dem Zytoskelett und der ECM
• Nach der Matrix-Bindung assoziiert der cytosol. Teil der β-UE mit intrazell.
Anker-Proteinen, wie Talin, „focal adhesion kinase“ (FAK), Paxillin, etc.
Integrine• „Transmembran-Linker“ zwischen dem Zytoskelett und der ECM
• Nach der Matrix-Bindung assoziiert der cytosol. Teil der β-UE mit intrazell.
Anker-Proteinen, wie Talin, „focal adhesion kinase“ (FAK), Paxillin, etc.
cell adhesion molecules (CAMs)
Focal adhesions
Hemidesmosomen
Selectine• Kohlenhydrat-bindende Proteine an der Zelloberfläche (Lectine)
• vermitteln transiente, Calcium-abhängige Zell-Zell-Interaktionen im Blut
• Weiße Blutzellen: L-Selektin
• Akt. Endothelz.: P-Selektin
• Akt. Endothelz.: E-Selektin
• Binden an spez. Glycoproteine auf der Zelloberfläche
Selectine• Kohlenhydrat-bindende Proteine an der Zelloberfläche (Lectine)
• vermitteln transiente, Calcium-abhängige Zell-Zell-Interaktionen im Blut
• Weiße Blutzellen: L-Selektin
• Akt. Endothelz.: P-Selektin
• Akt. Endothelz.: E-Selektin
• Binden an spez. Glycoproteine auf der Zelloberfläche
cell adhesion molecules (CAMs)
Selectine
Selectine
Selectine
N-CAM• Calcium-unabhängige Zell-Zell Adhäsion
• trägt fünf Ig-ähnliche Domänen
• Es gibt mindestens 20 verschiedene N-CAM Formen, die durch
alternatives Spleißen gebildet werden
• Sind mit einer hohen Menge an Sialinsäuren versehen
N-CAM• Calcium-unabhängige Zell-Zell Adhäsion
• trägt fünf Ig-ähnliche Domänen
• Es gibt mindestens 20 verschiedene N-CAM Formen, die durch
alternatives Spleißen gebildet werden
• Sind mit einer hohen Menge an Sialinsäuren versehen
cell adhesion molecules (CAMs)