Особенности синтеза и созревания коллагена в различных типах тканей. Полиморфизм коллагена

Коллагены, ассоциированные  с фибриллами. Этот класс объединяет коллагены, которые выполняют очень важную функцию: они ограничивают размер фибрилл, образуемых интерстициальными коллагенами (прежде всего, I и II типов), и участвуют в организации межклеточного матрикса в костях, коже, хрящах, сухожилиях. К этим коллагенам относят коллагены IX, XII, XIV и XVI типов. Коллагены этого класса сами фибрилл не формируют, но непосредственно связаны с фибриллами, которые образуют интерстициальные коллагены. Функционирование таких типов коллагенов можно рассмотреть на примере коллагена IX типа, который в хряще связан с фибриллами коллагена II типа, он присоединяется к ним антипараллельно с периодичностью около 67 нм. Коллаген IX типа состоит из трёх коллагеновых (фибриллярных) доменов (Кол1 → Кол3) и четырёх неколлагеновых (глобулярных) доменов (НК1 → НК4) (нумерация с С-конца) ( Рис. 2 ).

Рис 2. «Модель структуры коллагена IX типа»

 Коллаген IX типа связан  с фибриллами коллагена II типа поперечными "Лиз-Лиз мостиками" в области доменов Кол1 и Кол2, а также и НК1, НК2 и НК3. НК4-домен не связан с фибриллами коллагена II типа; к его особенностям относят наличие большого количества положительно заряженных групп, поэтому к нему могут присоединяться отрицательно заряженные гликозаминогликаны, например, гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат. Эти особенности обеспечивают участие коллагена IX типа в организации межклеточного матрикса в хряще.

Коллагены, образующие сетеподобные структуры. К этому классу относят коллагены IV, VIII, X типов. Наиболее изученны к настоящему времени коллагены IV и VIII типов. Коллаген IV типа является ключевым структурным компонентом базальных мембран, которые представляют собой особую форму межклеточного матрикса. Его секретируют различные типы клеток: эпителиальные, эндотелиальные, мышечные, нервные, жировые. Особенностью коллагена IV типа является то, что повторяющиеся спирализованные участки с последовательностью (Гли-х-у)n часто прерываются короткими неспиральными сегментами. Это, вероятно, увеличивает гибкость коллагена IV типа и способствует образованию на его основе сетчатых структур. Молекулы этого коллагена не могут ассоциироваться латерально с образованием фибрилл, так как N- и С-концевые пропептиды у него не отщепляются. Но именно эти фрагменты участвуют в образовании олигомерных форм коллагена, так как они имеют ряд потенциальных мест связывания (остатки цистеина и лизина). Дисульфидные мостики и поперечные лизиновые связи стабилизируют образующиеся олигомеры. Кроме этого, возможны латеральные взаимодействия спирализованных участков разных молекул с образованием суперспиралей. В базальной мембране из этих компонентов формируется сетчатая структура с гексагональными ячейками размером 170 нм.

 Коллагены VIII и  X типов относят к так называемым  короткоцепочечным коллагенам. Каждая  их молекула состоит из короткого  коллагенового домена, который составляет -1/2 длины интерстициальных коллагенов, и неколлагеновых фрагментов на N- и С-концах. Коллаген VIII типа - главный компонент десцеметовых мембран эндотелия роговицы. Молекулы этого коллагена собираются антипараллельно с образованием тетрамеров, из которых образуются гексагональные решётки, обеспечивающие прозрачность роговицы. Кроме роговицы, коллаген VIII типа присутствует во многих других тканях, но ещё одна его преимущественная локализация - кровеносные сосуды, в которых он в основном находится в матриксе под эндотелиальными клетками. Возможно, что в сосудах коллаген VIII типа образует сетевидные структуры, подобные тем, которые формирует коллаген IV типа в базальных мембранах.

Коллагены, образующие микрофибриллы. К этому классу относят коллаген VI типа, который является короткоцепочечным белком. Он образует микрофибриллы, которые располагаются между крупными фибриллами интерстициальных коллагенов. Этот коллаген широко представлен в хрящевом матриксе, но больше всего его содержится в межпозвоночных дисках: в nucleus pulposus он составляет -20% общего коллагена. Две молекулы этого коллагена соединяются антипараллельно с образованием димера. Из димеров образуются тетрамеры, которые секретируются из клетки, и вне клетки связываются "конец в конец" с образованием микрофибрилл. Функции коллагена VI типа пока полностью не ясны, хотя известно, что его микрофибриллы могут связываться со многими компонентами межклеточного матрикса: фибриллами интерстициальных коллагенов, гиалуроновой кислотой, протеогликанами. Молекула этого коллагена содержит многочисленные последовательности Арг-Гли-Асп (RGD), поэтому возможно его участие в клеточной адгезии через присоединение к мембранным адгезивным молекулам, например интегринам α1β1 и α2β1 .

Коллагены, образующие "заякоренные" фибриллы. К этому классу относят коллагены VII и XVII типов, которые называют также коллагенами, связанными с эпителием, так как они обычно находятся в местах соединения эпителия с субэпителиальными слоями. Коллаген VII типа - основной структурный компонент "заякоренных" фибрилл. Каждая молекула этого белка содержит два неколлагеновых домена (НК1 - у С-конца, НК2 - у N-конца) и один коллагеновый домен между ними. Из мономеров образуются димеры, при этом молекулы соединяются в области НК2-доменов антипараллельно по отношению друг к другу. Затем НК2 домены отщепляются, и димеры соединяются между собой "бок о бок" с образованием фибрилл. Эти фибриллы играют важную роль в присоединении эпидермиса к дерме, так как одним концом они могут присоединяться к lamina densa, на которой лежит кожный эпителий, а другой их конец проникает в более глубокие субэпидермальные слои кожи и связывается там со структурами, называемыми "якорные диски". Коллаген XVII типа представляет собой трансмембранный белок и обычно находится в гемидесмосомах эпидермиса. Предполагают, что этот коллаген взаимодействует с другими молекулами гемидесмосом и таким образом участвует в процессе присоединения эпидермиса к дерме.

Список литературы