Untersuchung altersbedingter Veränderungen von Kollagen XVII

Abstract

Kollagen XVII ist der am besten studierte Vertreter der Proteingruppe der Transmembran-Kollagene. Dieses membranständige Protein, das ursprünglich als das 180 kDa -Antigen des Bullösen Pemphigoids (BP180) identifiziert wurde, ist Bestandteil der epidermal-dermalen Verknüpfungszone der Haut. Als Komponente der Hemidesmosomen ist sein zytosolischer N-Terminus mit dem Zellskelett verbunden, wogegen sein extrazellulärer Teil in der Basalmembranzone bindet. Als Homotrimer besteht Kollagen XVII insgesamt aus drei a-Ketten mit einer Molekülmasse von jeweils 180 kDa. Die Ektodomäne von Kollagen XVII besteht aus 15 kollagenen (COL1-COL15) und 16 nicht-kollagenen (NC1-NC16A) Sequenzen. Kollagen XVII wird konstitutiv von der Zelloberfläche gesheddet. Dabei wird der größte Teil der extrazellulären Ektodomäne abgegeben, welcher ein Molekulargewicht von 120 kDa hat. Die Ablösung wird von membrangebundenen Proteinasen der ADAM-Familie katalysiert, welche wiederum zuvor durch Furin aktiviert werden müssen. Der Prototyp der Sheddasen ist ADAM-17, auch TACE genannt, der von seinem physiologischen Inhibitor TIMP-3 reguliert wird. Die physiologische Bedeutung des Sheddings ist noch nicht endgültig geklärt. Vermutet wird die Beteiligung an der Ablösung von Keratinozyten zur Zellteilung, Differenzierung und bei der Migration, z. B. bei der Wundheilung. Kollagen XVII spielt aber auch als Autoantigen eine Rolle. Bei der Autoimmundermatose des Bullösen Pemphigoids treten gewebsgebundene und zirkulierende Autoantikörper gegen Kollagen XVII auf, besonders gegen dessen NC16A-Region der Ektodomäne. Die Bindung von Antikörpern zusammen mit entzündlichen Prozessen führt zum Verlust der dermoepidermalen Haftung und so zur subepidermalen Blasenbildung. Der Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit war die Frage, ob es im Alter zu einer verstärkten Expression von Kollagen XVII, beziehungsweise zu vermehrtem Shedding kommt. Bei Erreichen eines Schwellenwertes zum natürlichen Toleranzverlust könnte dies eine Erklärung für das gehäufte Auftreten des Bullösen Pemphigoid im Alter sein. In diesem Zusammenhang wurde auch die Rolle von TACE, TIMP-3 und den Plasminogenaktivatoren anhand ihrer Expression studiert. Die Proteinexpression wurde mit Western Blot -Analyse dargestellt und für die Genexpression kam RT-PCR zum Einsatz. In dieser Arbeit konnte belegt werden, dass die Expression von Kollagen XVII in Keratinozyten nicht altersabhängig ist. Allerdings konnte gezeigt werden, dass im Alter verstärktes Shedding auftritt. Zur Absicherung dieser Daten sind Studien mit einem erhöhten Probenvolumen erstrebenswert. Die Frage, wodurch das verstärkte Shedding stattfindet konnte nicht eindeutig geklärt werden, da unsere Studien keine altersabhängigen Expressionsunterschiede der Sheddase TACE und ihres Inhibitors TIMP-3 auf RNA-Ebene aufzeigen konnten. Eventuell spielt aber die erhöhte mRNA-Expression des urokinase-type -Plasminogenaktivators in Keratinozyten alter Spender, die in dieser Arbeit nachgewiesen werden konnte, eine indirekte Rolle in der Ätiogenese vom Bullösen Pemphigoid. Collagen XVII is the best studied member of the collagenous transmembrane proteins. This membrane bound protein, initially identified as the 180-kDa bullous pemphigoid antigen (BP180), is a surface protein of the basal keratinocytes. Its cytosolic N-terminus is located within the hemidesmosomal plaque, whereas the extracellular domain resides in the region of the anchoring filaments in the basement membrane zone. The collagen XVII molecule comprises three a-chains with a molecular mass of 180 kDa. The ectodomain contains 15 collagenous (COL1-COL15) and 16 non-collagenous sequences (NC1-NC16A). Collagen XVII is constitutive shed from the cell surface yielding a shorter and soluble form of the molecule that essentially spans the entire ectodomain. This soluble form has a molecular mass of 120 kDa. It is cleaved by membrane bound proteinases of the ADAM family, which in turn are activated by furin. The prototype sheddase is ADAM-17, or TACE, which can be inhibited by TIMP-3. The biological consequences of collagen XVII shedding are likely the contribution of the keratinocyte detachment during differentiation and migration, because cleavage of collagen XVII releases the cell from some of its binding partners and allows it to embark on other functions. But collagen XVII also plays a role as an autoantigen. In bullous pemphigoid there exist tissue-bound and circulating autoantibodies against collagen XVII, especially directed to the NC16A-domain in the ectodomain. The binding of autoantibodies together with inflammation-related processes leads to epidermal-dermal separation and skin blistering. The aim of this study was to answer the question whether there are differences in the expression of collagen XVII in young and old volunteers. Loss of tolerance could initiate the pathogenesis of BP. Additionally, the role of the sheddase TACE and its inhibitor TIMP-3, further more the role of plasminogen activators, was examined to figure out the pathway for the initialization of bullous pemphigoid. Protein expression levels were detected by SDS-PAGE and Western blot analysis. The genomic expression was determined by RT-PCR. It has been shown that the expression of collagen XVII is not different in keratinocytes derived from young and old donors, but the shedding of collagen XVII was significantly increased in the cells of older persons. This result needs to be confirmed by further studies with larger sample size. To explain the higher shedding rate, the mRNA expression of TACE, and TIMP-3 have been analyzed, but failed to give an explaination, since no significant differences in young and old persons have been observed. In addition, a significantly higher level of urokinase-type plasminogen activator mRNA has been found in keratinocytes of older people. This could play an indirect role in the pathogenesis of BP.