Prokollagen-Peptidasen

Seit den 1970er-Jahren sind die Prokollagen-Vorläufer der fibrillären Kollagene bekannt. Es wurde klar, dass das Bindegewebe proteolytische Aktivitäten enthalten muss, die die N- und C-Propeptide von den Prokollagenen abspalten. Die Isolierung und Charakterisierung der enzymatischen Aktivitäten erwies sich jedoch als unerwartet schwierig. Beide Proteinasen sind groß und werden in verschiedenen Formen mit Polypeptidketten synthetisiert, deren Größe zwischen 70 kDa und etwa 130 kDa liegt.

Prokollagen- Peptidasen sind Enzyme die eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Kollagen spielen. Die Peptidasen scheiden spezifische Propetide von Prokollagenmolekülen ab, wodurch lösliches Prokollagen in unlösliches Kollagen umgewandelt wird, das anschließend in Fibrillen organisiert wird.

Es gibt 2 Haupttypen von Prokollagen-Peptidasen:

• Procollagen-N-Peptidase: Dieses Enyzm entfernt die terminale Prokollagen-Propetidregion
• Procollagen-C-Peptidase: Dieses Enyzm entfernt die C-terminale Propetidregion ab.

Sowohl die Procollagen-N-Proteinase als auch die Procollagen-C-Proteinase gehören zu einer Familie von Zn2+-abhängigen Metalloproteinasen M12. Die N-Proteinase existiert in zwei Spleißvarianten in einer längeren Form von 140 kDa (pNP1) und einer kürzeren Form von 70 kDa (pNP-2).

Beide spalten die N-Propeptide von Prokollagen Typ I und II, jedoch nur im nativen Zustand, sodass das N-Telopeptid in der Haarnadelschleifen-Konfiguration verbleibt. Die N-Proteinase ist ein strukturelles Homolog zu Atrolysin und Adamalysin II und enthält eine RGD-Sequenz und Properdin-ähnliche Wiederholungen im C-terminalen Teil.

Die Prokollagen-C-Proteinase spaltet die C-Propeptide der Kollagentypen I, II und III sowie Laminin 5 und den Vorläufer der Lysyloxidase. Dieses Enzym ist teilweise identisch mit dem Bone Morphogenetic Protein 1 (BMP-1) oder der Tolloid-Protease der Maus und ist mit Drosophila Tolloid, Astacin und BP10 verwandt. Alle diese Enzyme haben die Zn2+-bindende Proteinasedomäne gemeinsam. Die abgespaltenen C-terminalen Propeptide bleiben eine Zeit lang im Gewebe erhalten. Dies wurde insbesondere für Typ-II-Kollagen nachgewiesen: Das C-Propeptid wurde aus Knorpel als intakte, disulfidgebundene Einheit isoliert, die den Namen Chondrokalzin erhielt, da sie insbesondere in verkalktem Knorpel vorkommt.

Neben den beschriebenen C-Proteinasen vom BMP-1-Typ scheinen auch andere Proteinasen in der Lage zu sein, Prokollagen-Propeptide zu spalten, z. B. Cathepsin D. Mutationen in den Genen, die diese Enyzme kodieren (ADAMS2-Gen kodiert für die Procollagen-N-Peptidase/BMP1-Gen für die Procollagen-N-Peptidase), können zu Erkrankungen wie Ehlers-Danlos-Syndrom oder Osteogenesis imperfecta führen, da die strukturelle Integrität des Kollagens gestört wird.

1. Prockop DJ et al. (1998) Procollagen N-proteinase and procollagen C-proteinase. Two unusual metalloproteinases that are essential for procollagen processing probably have important roles in development and cell signaling. Matrix Biol 16:399-408.