Fibromodulin and chondroadherin in connective tissue homeostasis

Viveka Tillgren

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

Sammanfattning

Popular Abstract in Swedish
Syftet med studierna i denna avhandling har i huvudsak varit att förstå funktion för de
två proteinerna fibromodulin och kondroadherin och deras samspel med övriga
komponenter i bindväven. Dessa två proteiner fungerar som byggstenar och tillhör en
familj av proteiner lokaliserade i bindväven i den så kallade extracellulära matrisen
utanför cellerna.
Bindväv återfinns i olika typer av stödjande vävnad som ben, senor, brosk, hud,
blodkärlsväggar och i den stödjande vävnaden runt om kroppens olika organ.
Uppbyggnaden av de olika vävnaderna ser olika ut beroende på dess funktion och för
att upprätthålla funktionaliteten måste bindväven ha speciella biokemiska egenskaper.
Dessa egenskaper är beroende på sammansättningen av de olika byggstenarna
(molekyler), hur dessa organiserar sig i förhållande till varandra och hur de bygger upp
matrisen.
De huvudsakliga byggstenarna är en grupp av olösliga molekyler som kallas kollagen.
Dessa har förmågan att bilda långa, starka fibrer och bildar nätverk som fungerar som
armering vilka står för hållfastheten i vävnaden. Till dessa nätverk associerar lösliga
proteiner vars närvaro hjälper till att bestämma form och egenskaper på vävnaden.
Fibromodulin och kondroadherin tillhör denna grupp av lösliga proteiner.
I nätverken finns celler som upprätthåller egenskaperna i vävnaden. Cellerna styrs av
signaler från den närliggande extracellulära matrisen via interaktioner till proteiner på
cellytan vilka påverkar syntes av nya molekyler i cellen och uppbyggnad av den
omkringliggande vävnaden.
Alla vävnader byggs inte bara upp en gång, utan det är en ständigt pågående dynamisk
process. Det förekommer en ständig kommunikation mellan cellerna och dess
omgivning där nedbrytning av uttjänta molekyler ger plats åt nya komponenter för att
upprätthålla stabiliteten och formen på vävnaden. Ibland påverkas denna dynamiska
process där balansen mellan uppbyggnad och nedbrytning störs vilket leder till olika
allvarliga sjukdomstillstånd som exempelvis artros.
Mycket forskning är inriktad på att kartlägga och förstå de molekylära processerna vid
olika sjukdomstillstånd. Men för att förstå de bakomliggande destruktiva processerna
är det viktigt att även förstå hur de olika nätverken byggs upp under normala
förhållanden och hur de skapar strukturen och upprätthåller den funktionella helheten.
Identifiering av specifika domäner och egenskaper hos proteinerna som är involverade
i interaktionerna till varandra är en viktig del i denna kartläggning.
Identifiering och isolering av aktiva domäner i proteiner kommer att generera
kraftfulla verktyg som kan användas till att specifikt manipulera och påverka
uppbyggnad/nedbrytning av vävnader.
Två sådana aktiva domäner i proteinet kondroadherin identifieras i denna avhandling.
Den ena domänen återfinns i en loop-struktur i den C-terminala delen av proteinet.
Denna domän binder specifikt till ett protein som finns integrerat med cellytan, den
s.k. α2β1integrinen. Integriner är en familj av proteiner som har förmågan att förmedla
information både utifrån bindväven till insidan av cellen samt inifrån cellen till
omgivningen på utsidan av cellen. Vid bindning av broskceller (kondrocyter) till en
syntetisk peptid motsvarande den identifierade aktiva domänen startar en
signaleringskaskad i cellen som påverkar cellulära funktioner.
Den andra domänen är lokaliserad i den absoluta C-terminala delen av proteinet och
består till största delen av aminosyror med basiska egenskaper. Denna domäns
egenskaper gör att den kan binda till molekyler med motsatt laddning, dvs. negativt
laddade molekyler. I avhandlingen studeras bindning av domänen till laddade
molekyler på ytan av kondrocyter och benceller (osteoblaster). Bindningen visar sig
vara specifik till en speciell negativt laddad sockermolekyl, heparan sulfat, som tillhör
gruppen glykosaminoglykaner. Dessa är alltid kopplade till en proteinkedja, och
tillsammans bildar de en enhet som kallas för en proteoglykan. En funktion för dessa
är att själva eller tillsammans med andra proteiner (t.ex. integriner) förmedla
information till cellens inre. Celler som binder till den integrin-bindande domänen av
chondroadherin i närvaro av den basiska domänen resulterar i en spridning av cellerna
och en ökad inbindning av antalet celler. Även bindning av denna domän leder till en
signaleringskaskad i cellen.
I fibromodulin studeras den N-terminala domänen av proteinet, vilken är starkt
negativt laddad, och bindning till heparinbindande proteiner. Domänen innehåller nio
aminosyror av typen tyrosin. Speciellt med denna aminosyra är att den kan bära en
sulfatgrupp. Åtta av de nio tyrosinerna kan bära en sulfatgrupp. I sekvensen finns även
de negativt laddade aminosyrorna asparaginsyra och glutaminsyra. Tillsammans bildar
alla dessa aminosyror en väldigt negativt laddad molekyl. Domänens egenskaper kan
liknas vid den negativt laddade molekylen heparin och i ett av arbetena visar vi att
denna domän binder till den basiska domänen i de tre extracellulära proteinerna
kondroadherin, PRELP och kollagen IX. Dessa tre proteiner och fibromodulin binder
kollagenfibrer via andra domäner i sina proteinkedjor. Beroende på vilken basisk
molekyl som binder till den negativa domänen i fibromodulin föreslås bestämma
avståndet mellan kollagenfibrerna. Hur tätt de individuella molekylerna sitter på
kollagenmolekylen kan också vara avgörande för hållfastheten och elasticiteten i
vävnaden.
Det finns även andra lösliga molekyler i vävnaden som inte fungerar som byggstenar
utan i stället är budbärare, s.k. ”signaleringsmolekyler” eller cytokiner. Många av
dessa molekyler är positivt laddade och det är känt att när dessa binder till de negativt
laddade glycosaminoglykankedjorna presenteras de för och/eller aktiverar receptorer
på cellytan. Här visas att den N-terminala domänen i fibromodulin också kan binda
dessa positivt laddade molekyler. Funktionen av den bindningen kan vara att hålla
kvar dessa annars mobila molekyler i vävnaden i ett inaktivt tillstånd och vid speciella
tillfällen, exempelvis vid en skada, frisätts dessa och blir tillgängliga för andra
mottagare.
Fortsättningsvis har även funktionen av den N-terminala domänen av fibromodulin i
formeringen av kollagenfibrer studerats. Denna del binder till kollagenmolekylerna
och bidrar till att hela proteinet får en hög bindningstyrkan. Resultaten pekar på att
domänen har en viktig funktion i den initiala fasen i bildandet av kollagenfibrer och
har förmågan att para ihop kollagenmolekylerna så att de hamnar rätt i förhållande till
varandra och välorganiserade fibrer bildas.
Sammanfattningsvis beskrivs i de fyra arbetena biologiskt aktiva domäner i de båda
proteinerna fibromodulin och kondroadherin. Bindning via dessa domäner till andra
molekyler föreslås ha betydelse för hur vävnader formas och för cellers
kommunikation med sin omgivning.
Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Tilldelande institution
  • Reumatologi och molekylär skelettbiologi
Handledare
  • Önnerfjord, Patrik, handledare
  • Saxne, Tore, handledare
Tilldelningsdatum2013 nov 7
Förlag
Tryckta ISBN978-91-87449-90-1
StatusPublished - 2013

Bibliografisk information

Defence details

Date: 2013-11-07
Time: 09:00
Place: Rune Grubb-salen, BMC, Lund

External reviewer(s)

Name: Hardingham, Timothy
Title: [unknown]
Affiliation: Wellcome Trust Centre for Cell-Matrix Research, Faculty of Life Science, University of Manchester, UK

---




The information about affiliations in this record was updated in December 2015.
The record was previously connected to the following departments: Connective Tissue Biology (013230151)

Ämnesklassifikation (UKÄ)

  • Reumatologi och inflammation

Fingeravtryck

Utforska forskningsämnen för ”Fibromodulin and chondroadherin in connective tissue homeostasis”. Tillsammans bildar de ett unikt fingeravtryck.

Citera det här