Posttranslationale Modifikationen von Lysin im Kollagen

Kollagen Typ I ist das am häufigsten vorkommende strukturelle Protein bei Wirbeltieren. Es ist ein heterotrimeres Molekül, das aus zwei α1-Ketten und einer α2-Kette besteht und eine lange, ununterbrochene, dreifach helikale Struktur mit kurzen nicht-dreifachhelikalen Telopeptiden an beiden N- und C-Termini bildet. Während der Biosynthese erwirbt Kollagen eine Reihe von posttranslationalen Modifikationen, einschließlich Lysinmodifikationen, die für die Struktur und biologischen Funktionen dieses Proteins entscheidend sind. Lysinmodifikationen von Kollagen sind hochkomplexe, sequenzielle Prozesse, die von mehreren Enzymgruppen katalysiert werden und zum finalen Schritt der Biosynthese führen, der kovalente intermolekulare Quervernetzungen bildet. Innerhalb der Zelle werden spezifische Lysinreste hydroxyliert, um Hydroxylysin zu bilden. Dann werden spezifische Hydroxylysinreste, die sich im helikalen Bereich des Moleküls befinden, durch die Addition von Galaktose oder Glukose-Galaktose glykosyliert. Außerhalb der Zelle können Lysin- und Hydroxylysinreste in den N- und C-Telopeptiden oxidativ deaminiert werden, um reactive Aldehyde zu produzieren, die eine Reihe von nicht-enzymatischen Kondensationsreaktionen durchlaufen, um kovalente intra- und intermolekulare Quervernetzungen zu bilden. Aufgrund der jüngsten Fortschritte in der molekularen und zellulären Biologie sowie den analytischen Technologien wurden die biologische Bedeutung und die molekularen Mechanismen dieser Modifikationen schrittweise aufgeklärt. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über diese enzymatischen Lysinmodifikationen und die anschließenden Quervernetzungen.