HC25. Extracellulaire matrix

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt de opbouw en functie van de extracellulaire matrix behandeld
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Voor het tentamen dien je in detail de collageensynthese te kennen
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

De extracellulaire matrix

De extracellulaire matrix (ECM) is een verzameling van extracellulaire moleculen die door cellen worden uitgescheiden. De functies van de ECM zijn:

• Structureel en biochemische ondersteuning
• Celadhesie
• Communicatie
• Differentiatie

De ECM bestaat uit:

• Integrines
• Fibronectines
• Collageenvezels
• Polysacharidecomplexen/proteoglycanen

De ECM zorgt er dus voor dat verschillende weefsels bij elkaar gehouden worden.

Integrines

De inwendige cel wordt door fibronectine en integrine verbonden met de ECM. Integrine dimeren bevinden zich in het plasmamembraan en zijn zowel binnen als buiten de cel verbonden:

• Binnen de cel met adaptor eiwitten die binden aan actinefilamenten
• Buiten de cel met fibronectine dat bindt aan collageenfibrillen

Integrines bestaan uit een α- en een β-keten die samen een dimeer vormen:

• β-ketens verbinden met het cytoskelet
• Er zijn 18 α-ketens en 8 β-ketens die samen 24 verschillende integrines vormen

Een actief integrine kan over de oppervlakte van de cel bewegen. Integrines kunnen op twee manieren geactiveerd worden:

• Intracellulair: confirmatieverandering van de β-subunit zorgt ervoor dat het extracellulaire gedeelte ook verandert
• Extracellulair: confirmatieverandering van het extracellulaire gedeelte zorgt ervoor dat ook het intracellulaire gedeelte verandert

Polysachariden en proteoglycanen

Proteoglycanen zijn polymeren van glycosaminoglycanen: gaan interactie aan met eiwitten in de ECM → vormen proteoglycanen. Proteoglycanen zijn:

• Extreem divers in grootte, vorm en samenstelling
• Hydrofiel
• Gelvormend met verschillende poriegroottes → hebben een filterfunctie voor moleculen
• Celmigratie

Collageen

Collageen is bindweefsel. Kenmerken en functies van collageen zijn:

• Het meest voorkomende eiwit in de ECM: 1/3 van het menselijk eiwit is collageen
• Er zijn 28 types die gevormd worden uit 46 verschillende polypeptideketens
  • Collageen type 1 is het meest voorkomend en is net zo sterk als staal
  • De verschillende typen collageen bestaan uit:
    • Fibrilvormende collageen (type I & II)
      • 3 moleculen vormen samen een triple helix
    • Netwerkvormende collageen (type IV en VI)
    • FACIT’s (type IX, XII, XIV)
    • Transmembrane (type XIII, XVII, XXIII, XXV)
    • Multiplexe collageen (type XVIII)
  • Mutaties in verschillende typen collageen veroorzaken verschillende ziektes:
    • Osteogenesis imperfecte komt voor bij 1:15.000 personen
      • Er zijn 8 subtypes
      • Autosomaal dominant
      • Wordt veroorzaakt door een mutatie van Col1A1 of Col1A2
        • Er zijn meer dan 200 verschillende mutaties
• Geeft stevigheid, elasticiteit, ondersteuning en vorm aan weefsels
• Verleent ondersteuning en flexibiliteit aan kraakbeen
• Beschermt delicate organen (zoals de nier en de milt)
• Is onderdeel van de sclera van het oogwit
• Speelt een rol bij de vorming van tanden
• Belangrijk voor cel proliferatie en differentiatie
• Stimuleert thrombusvorming in beschadigde bloedvaten
• Speelt een rol bij wondgenezing

Opbouw collageen type 1:

Collagene vezels zijn opgebouwd uit fibrillen:

• Bestaan uit triple helix moleculen die gevormd worden door α-ketens
• De primaire structuur is de specifieke aminozuurvolgorde
  • Op elke 3^e positie zit een glycine
  • Naast glycine bevat collageen ook veel proline, hydroxyproline en hydroxylysine
    • Hydroxyproline is uniek voor collageenfibrillen

De eenheid van collageen is een tropocollageen monomeer. Een tropocollageen monomeer is niet hetzelfde als een α-keten:

• Er vindt stabilisatie plaats tussen tropocollageen door restgroepen van proline en hydroxyproline i.p.v. door waterstofbruggen
  • Deze restgroepen stoten elkaar af
  • Er kunnen geen waterstofbruggen gevormd worden doordat de peptidegroepen loodrecht op de helix staan
• Is linksdraaiend i.p.v. rechtsdraaiend
• Elke wenteling bevat 3,3 aminozuren i.p.v. 3,6 → minder compact
• Tropocollageen monomeren vormen d.m.v. H-bruggen tussen de ketens een tropocollageen triple helix
• Door de kleine restgroep van glycine is het een compact molecuul

Biosynthese van collageen:

Biosynthese van collageen type I vindt zowel intracellulair als extracellulair plaats:

1. In de nucleus vindt transcriptie van DNA plaats → vormt mRNA
   • Splicing vindt plaats
2. mRNA gaat de celkern uit → wordt in het cytosol door een ribosoom gebonden
3. De eiwitsynthese vindt plaats: er ontstaat pre-collageen
4. Aan het uiteinde komt een signaalpeptide → bindt aan het ER
5. In het ER vindt verdere eiwitsynthese plaats: er ontstaat pro-collageen
   • Het eiwit bevindt zich in het lumen van het ER
6. De signaalpeptide wordt verwijderd → de procollageensynthese begint
7. Tussen twee α1 en één α2 ketens vormen zwavelbruggen
   • Zwavelbruggen kunnen alleen in het lumen van het ER of buiten de cel gevormd worden
8. Post-translationele modificatie vindt plaats
9. Er vindt hydroxylering van prolines en lysines plaats
   • Vitamine C is een cofactor bij de prolinehydroxylering
10. Er vindt glycosylering van de hydroxylysines plaats
11. De ketens vormen een triple helix van de C- naar de N-terminus
12. De triple helix wordt getransporteerd naar de kernmembraan en wordt uitgescheiden
    • Aan de uiteindes van de triple-helix zitten ongestructureerde pro-peptides
13. Buiten de cel worden pro-peptides door proteases verwijderd → er ontstaat tropocollageen
    • Dit gebeurt extracellulair → de helix gaat anders binden in de cel en wordt daardoor te groot om de cel uit te kunnen
14. Tropocollageen vormt door crosslinking tussen lysines en hydroxylysines fibrillen
    • Het enzym lysyl oxidase zorgt ervoor dat tussen lysines en hydroxylysines carbonyl groepen komen → zorgen voor de vorming van collageenfibrillen
15. De fibrillen vormen een collageenvezel

Osteogenesis imperfecta:

Osteogenesis imperfectie heet ook wel “broze botten ziekte”:

• Autosomaal dominant
• 1 : 15.000
• Col 1A1 en Col1A2
• Meer dan 200 verschillende soorten mutaties
• Kromme ruggenwervel
• Hoorproblemen
• Driehoekig gezicht
• Oogwit oogt blauw, paars of grijs
• Broze tanden
• Kleine lengte
• Misvormde botten

Een mutatie veroorzaakt verandering van glycine in een ander aminozuur. Hierdoor kan de compacte triple-helix niet meer gevormd worden. Er vindt over-hydroxylering en glycosylering plaats → collageen wordt minder functioneel en minder stevig, wat leidt tot broze botten.

Scheurbuik, vitamine C en collageen:

Kenmerken van scheurbuik zijn:

• Zwelling tandvlees
• Bloeduitstortingen
• Opengaan van oude wonden

Vitamine C is dus een cofactor voor de hydroxylering van proline naar hydroxyproline. Met hydroxyproline kan intact collageen gevormd worden. Een oplossing voor scheurbuik is het innemen van vitamine C omdat dit de hydroxylering van prolines stimuleert.