Cartilage Oligomeric Matrix Protein (COMP). Functions in collagen binding and assembly.

Abstract

Connective tissues contain a prominent extracellular matrix that provides mechanical and physical properties. This extracellular matrix contains as a major constituent a network of collagen fibres. These are composed of collagen fibrils, which in turn are assembled from many collagen molecules aligned parallel to each other. Several proteins, e.g. collagens, leucine-rich repeat proteins and thrombospondins, influence the fibril formation. One of these, COMP (thrombospondin 5) is the focus of this thesis. This protein is primarily found in cartilage and tendon. The main collagens in these tissues are, collagen II and I, respectively. We have shown that the pentameric COMP interacts tightly via the C-terminal globular domains of the subunits with four distinct sites on collagen I and II molecules. By these interactions COMP can join up to five collagen molecules and thereby promote the fibril formation. The fibrils form faster and more efficiently. The mature parts of the fibrils did not contain COMP that apparently acts as a catalyst in the early events. The fibrils are homogenous and have a diameter corresponding to those observed in vivo. Further we show that COMP interacts tightly via the C-terminal globular domains with four sites on collagen IX, localised to the different non-collagenous domains. Collagen IX, in turn, is known to interact with collagen II fibrils. The results presented in this thesis suggest that COMP act as a catalyst organising fibrillar collagen molecule into fibrils. It may also cross-bridge mature fibrils by interacting with collagen IX on their surfaces. These functions of COMP are especially important during remodelling of cartilage or tendon during growth or at injury.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Målsättningen i denna avhandling är att identifiera funktionen hos COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein). Detta protein finns framförallt i brosk och sena. Dessa vävnader tillhör bindväven och har till funktion att ta upp och fördela belastning, utgöra ett skydd och förmedla transport av olika ämnen. De är uppbyggda av ett fåtal celler inbäddade i en dominerande extracellular matrix som byggs upp av speciella och komplexa proteiner. Bland dessa dominerar kollagener och proteoglykaner. Vissa av dessa proteiner förekommer enbart i vissa former av bindväv t ex COMP. Alla komponenter i ECM har distinkta funktioner. Kollagenernas struktur och interaktion med varandra gör att vävnaderna får draghållfasthet och styrka. Detta behövs för att motstå de krafter som organen i kroppen utsätts för. Således utgörs ca. 95 % av ECM i sena av kollagen I och ca. 95 % av ECM i brosk av kollagen II och IX. Kollagenmolekylerna, som är långsträckta, binder spontant längs varandra och bildar kollagenfibriller av olika tjocklek. Dessa kan liknas vid kablar. I sena är kollagen In fibrillerna arrangerade parallelt med varandra, i senans längdriktning d.v.s. där belastningen sker. I brosk bildar kollagen II fibrillerna nätverk. Ett rikligt förekommande protein i brosk och sena är COMP. Detta protein har fem identiska flexibla armar som sammanfogas i ena änden och har globuler i den andra änden. På elektronmikroskopiska bilder påminner strukturen om en bukett tulpaner. Vi har genom olika biokemiska tekniker, där man först renar fram proteinerna och därefter undersöker hur de uppför sig, visat att COMP binder till kollagen I och II molekylen. Vi har funnit att interaktionen är stark och identifierat de regioner av proteinerna som förmedlar interaktionen. Vardera av de fem globulerna i COMP kan binda till endera fyra jämt fördelade regioner i kollagen I och II molekylerna. Fortsättningsvis har vi visat att COMP kraftigt stimulerar och ökar hastigheten med vilken kollagen I molekylerna bildar fibriller samt att antalet fibriller blir fler och mer homogena med avseende på tjocklek. I dessa försök fanns inget COMP bundet till fibrillerna, utan endast till molekylerna. Dessa experiment visar på att COMP fungerar som en katalysator och som ett “förkläde”, där fibrill tillverknings processen accelereras och dirigeras att vara optimal. Funktionen av COMP är intressant även ur kliniskt medicinskt perspektiv. Man har funnit att det finns två genetiska sjukdomar orsakade av defekter COMP, nämligen multiple epiphyseal dysplasia (MED) och psuedoachondroplasia (PSACH). Dessa leder till bl a dvärgväxt. I sjukdomarna ansamlas COMP tillsammans med kollagen IX inuti broskcellerna och endast en mindre del utsöndras. Interaktionen mellan COMP och collagen IX undersöktes för att identifiera om orsaken till att COMP hålls kvar innuti cellerna var att de interagerade. Vi fann att COMP band, via sina fem globuler, till fyra olika regioner på kollagen IX och att denna interaktion är lika stark som den till kollagen I respektive II. Kollagen IX binder till kollagen II i brosk och dekorerar fibrillerna utvändigt. Detta medför att COMP skulle kunna binda till kollagen II fibrillerna via kollagen IX. Sammanfattningsvis tycks COMP ha en viktig funktion i vävnaden eftersom den katalysera kollagen fibrillogenesen och organiserar kollagen molekylerna som ingår i fibrillerna. Fibrillerna stabilisera vävnadens struktur och ger därmed draghållfasthet och styrka. Detta är centralt vid sen- och broskbildning, både vid tillväxt och skada.

• author: Rosenberg, Krisztina
• supervisor: Dick Heinegård; Henric Olsson
• opponent: Briggs, Micheal D
• organization: Department of Experimental Medical Science
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Basic Medicine
• keywords: Clinical biology, Klinisk biologi
• pages: 120 pages
• defense location: GK-salen, BMC i Lund
• defense date: 2001-05-19 10:15:00
• ISBN: 91-628-4827-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The author's name is now Krisztina Anderberg Halasz
• id: e5ba7ff7-8b2a-420a-94b9-0f134bc369ec (old id 41518)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:57:58
• date last changed: 2021-03-08 12:46:38