Einfluss Kollagen-modifizierender Enzyme auf die Quervernetzungsbildung

Sklerosierende Erkranungen der Haut (Sklerodermie, Keloid, Dermatoliposklerose) zeichnen sich durch eine ausgeprägte Ablagerung von extrazellulärer Matrix in der Dermis und durch Defekte in der biomechanischen Kompetenz aus. Dieser Prozess ist mit der Ausbildung von skeletttypischen Quervernetzungen zwischen den Kollagenmolekülen assoziiert, die in gesunder Haut nur in geringen Konzentrationen vorhanden sind. Die genauen biochemischen Mechanismen, die zur Bildung eines spezifischen Quervernetzungsmusters führen, sind nicht bekannt. Eine Schlüsselrolle scheint aber hierbei dem Hydroxylierungsgrad von Lysinresten im Kollagen zuzukommen, weil die fehlerhafte Ausbildung skeletttypischer Quervernetzungen in der Haut nur nach einer vorangehenden Hydroxylierung von Lysinresten im Telopeptid erfolgen kann. Im vorliegenden Projekt soll die Expression der Enyzme, die das Kollagen modifizieren (Lysyloxidase und Lysylhydroxylase), und Einfluss auf das Quervernetzungsmuster haben können, bei sklerosierenden Hauterkrankungen analysieren. Die Analyse würde es ermöglichen, ein geeignetes "Target" für eine eventuelle Therapie der Erkrankung zu identifizieren. Anmerkung der Geschäftsstelle: Eine positive Stellungnahme der Ethikkommission liegt vor.

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.