Advanced

Structure and Interactions of the Extracellular Matrix Protein PRELP

Bengtsson, Eva LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Bindväv är ett samlingsnamn för vävnader som ger form och struktur i olika organ i kroppen. I brosk och ben utgör bindväven hela eller stora delar av organet, medan i andra organ, t.ex. muskel, är bindväven endast en liten del. Bindväv karaktäriseras av ett nätverk av proteiner och polysackarider (extracellulär matrix), som omger och produceras av en relativt liten andel celler. Komponenterna i nätverket ger bindväven dess karaktäristiska mekaniska egenskaper.



En av huvudbeståndsdelarna är kollagen. Denna molekyl, som är den vanligaste proteintypen i kroppen, består av tre peptidkedjor, som flätas samman till en enhet. Dessa sätts sedan ofta samman till repliknande strukturer,... (More)
Popular Abstract in Swedish

Bindväv är ett samlingsnamn för vävnader som ger form och struktur i olika organ i kroppen. I brosk och ben utgör bindväven hela eller stora delar av organet, medan i andra organ, t.ex. muskel, är bindväven endast en liten del. Bindväv karaktäriseras av ett nätverk av proteiner och polysackarider (extracellulär matrix), som omger och produceras av en relativt liten andel celler. Komponenterna i nätverket ger bindväven dess karaktäristiska mekaniska egenskaper.



En av huvudbeståndsdelarna är kollagen. Denna molekyl, som är den vanligaste proteintypen i kroppen, består av tre peptidkedjor, som flätas samman till en enhet. Dessa sätts sedan ofta samman till repliknande strukturer, s.k. kollagenfibriller, som motstår töjning eller sträckkrafter. I senor ligger fibrillerna parallellt med varandra i senans riktning, medan i huden är dessa ordnade i ett tredimensionellt nätverk för att motstå krafter i alla riktningar.



En annan viktig molekyltyp är proteoglykaner, som består av kolhydratkedjor (glykosaminoglykaner) bundna till ett protein. Kolhydratkedjorna, som kan vara av flera olika sorter, har negativt laddade sulfat- och karboxyl-grupper . Dessa attraherar positiva joner, vilka i sin tur drar till sig vattenmolekyler genom en osmotisk process. På så vis skapas ett svällnadstryck i vävnaden. I brosk är detta extra påtagligt, p.g.a. en stor andel proteoglykaner, och har stor betydelse för broskets stötdämpande förmåga i exempelvis knäleden.



En rad andra proteiner är också viktiga för strukturen och ihopsättningen av nätverket utanför cellen. I bindväv finns bl.a. en familj av proteiner uppbyggda av s.k. leucin-rika repeterande enheter (LRR). LRR-strukturen antas främja protein-protein interaktioner och några av LRR-proteinerna har bl.a. visats binda till och reglera sammansättningen av kollagenfibriller. I det första delarbetet i denna avhandling bestäms aminosyra sekvensen för ett bindvävsprotein, som visas tillhöra LRR-protein familjen. Detta proteinet är unikt då det i sin ena ände (aminoterminala del) har positivt laddade aminosyror, medan övriga familjemedlemmar vanligtvis har en negativt laddad aminoterminal del. Proteinet döptes till PRELP (proline- arginine-rich end leucine rich repeat protein) baserat på dess aminosyrasekvens. Det andra delarbetet beskriver PRELPs interaktioner med en typ av glykosaminoglykan, heparin/heparansulfat. Här visar vi att interaktionen medieras av den positivt laddade delen av PRELP och att antalet sulfatgrupper på heparin har stor betydelse för bindningen.



Cellerna i bindväven är förankrade till det omgivande nätverket, vilket dessutom kan påverka cellens form, tillväxt, förflyttning m.m. Detta sker genom att komponenter i cellens yttre membran är kopplade till extracellulära matrix komponenter på utsidan och samtidigt har/får kontakt med molekyler inuti cellen. På så vis kan celler svara på förändringar i den extracellulära vävnaden. I det fjärde delarbetet beskrivs interaktionen mellan PRELP och en grupp av proteiner på cellytan, nämligen heparansulfat proteoglykaner.



De yttersta hudcellerna avskiljs från den underliggande bindväven av ett tunt lager av extracellulär matrix, vars komponenter produceras både av hudcellerna och av cellerna i bindväven. Detta lager kallas för basalmembran. I grova drag består basalmembran av två proteinnätverk sammankopplade av ett tredje protein, nidogen. De två nätverken utgörs av kollagen typ IV, som bildar nätverk istället för fibriller, och laminin. Dessutom är basalmembran rikt på proteoglykaner, av vilka perlecan är mest dominerande. Basalmembran finns på många ställen i kroppen och avgränsar epitelceller (i hud, köns- och urinvägarna), endotelceller (i blodkärlen) samt muskel- och fettceller från den underliggande eller omgivande bindväven. Basalmembranet är bundet till den underliggande bindväven, och i hud har man lyckats identifiera en del av molekylerna som svarar för förankringen. Människor som saknar eller har mutationer i dessa molekyler har skör hud med blåsbildning, en sjukdomsgrupp kallad epidermolysis bullosa. I det tredje arbetet visar vi att PRELP är lokaliserat till gränsskiktet mellan bindväven och basalmembranet i hud, testikel och i vissa delar av njuren. PRELP binder via sin aminoterminala del till glykosaminoglykankedjorna på perlecan. Dessutom visas att den andra delen av PRELP, huvudsakligen bestående av LRR-domänen, kan binda fibrillbildande kollagen, som finns i bindväven. Resultaten pekar på att PRELP kan spela en roll i förankringen av basalmemban till bindväv.



Sammanfattningsvis beskrivs i det första delarbetet strukturen för ett bindvävsprotein PRELP. I det andra delarbetet påvisas PRELPs interaktion med en typ av kolhydrat, heparin/heparan sulfat. De två sista delarbetena beskriver två möjliga biologiska funktioner för denna interaktion. (Less)
Abstract
This thesis describes the structure and interactions of a novel extracellular matrix protein - PRELP (proline arginine-rich end leucine-rich repeat protein).



The amino acid sequence of PRELP showed that it belonged to the leucine-rich repeat (LRR) protein family in connective tissues. The main part of PRELP is composed of 10 LRRs flanked by disulfide bridges at the amino- and carboxy-terminal ends, respectively. Most of the other members in the family have a similar structure, but their amino-terminal domains outside the disulfide bridged loop differ markedly. The amino-terminal region of PRELP is unique in being rich in prolines and has clusters of basic residues. This region was shown to bind heparin and heparan... (More)
This thesis describes the structure and interactions of a novel extracellular matrix protein - PRELP (proline arginine-rich end leucine-rich repeat protein).



The amino acid sequence of PRELP showed that it belonged to the leucine-rich repeat (LRR) protein family in connective tissues. The main part of PRELP is composed of 10 LRRs flanked by disulfide bridges at the amino- and carboxy-terminal ends, respectively. Most of the other members in the family have a similar structure, but their amino-terminal domains outside the disulfide bridged loop differ markedly. The amino-terminal region of PRELP is unique in being rich in prolines and has clusters of basic residues. This region was shown to bind heparin and heparan sulfate (HS). The PRELP-heparin interaction was dependent on the number of sulfate groups present on heparin.



In tissues, HS is mostly found in proteoglycans in basement membranes (BM) and on the cell surface. The amino-terminal region of PRELP bound the HS chains of the BM proteoglycan perlecan. Immunohistological studies of skin, testes and kidney showed that PRELP was localized in the connective tissue adjacent to the BM. The LRR-containing domain of PRELP interacted with fibrillar collagens present in connective tissues. This suggests that PRELP may function in anchoring the BMs to the underlying connective tissue.



In a cell adhesion assay rat skin fibroblasts bound to PRELP. The interaction was mediated by proteoglycans as the interaction was inhibited with i) soluble heparin and HS, ii) chlorate treatment of fibroblasts, which inhibits the sulfation of proteins and glycosaminoglycans, and iii) a combination of heparinase and chondroitinase digestion of the fibroblasts. Using affinity chromatography, a 35S- labeled 150-230 kDa component was isolated from rat skin fibroblasts binding to a PRELP column. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Kjellén, Lena, Uppsala
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
reumatologi, muskelsystem, Skelett, extracellular matrix, PRELP, heparin, heparan sulfate, perlecan, collagen, cell-binding, Skeleton, rheumatology locomotion, muscle system, Biochemistry, Metabolism, Biokemi
pages
161 pages
publisher
Department of Cell and Molecular Biology, Lund University
defense location
Kemicentrum, sal A, Lund
defense date
1999-12-03 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MECM--99/1036--SE
ISBN
91-628-3844-X
language
English
LU publication?
yes
id
fdadf60c-8906-4657-8323-1a3fcefcdf28 (old id 40006)
date added to LUP
2007-06-20 11:14:11
date last changed
2016-09-19 08:45:10
@misc{fdadf60c-8906-4657-8323-1a3fcefcdf28,
  abstract     = {This thesis describes the structure and interactions of a novel extracellular matrix protein - PRELP (proline arginine-rich end leucine-rich repeat protein).<br/><br>
<br/><br>
The amino acid sequence of PRELP showed that it belonged to the leucine-rich repeat (LRR) protein family in connective tissues. The main part of PRELP is composed of 10 LRRs flanked by disulfide bridges at the amino- and carboxy-terminal ends, respectively. Most of the other members in the family have a similar structure, but their amino-terminal domains outside the disulfide bridged loop differ markedly. The amino-terminal region of PRELP is unique in being rich in prolines and has clusters of basic residues. This region was shown to bind heparin and heparan sulfate (HS). The PRELP-heparin interaction was dependent on the number of sulfate groups present on heparin.<br/><br>
<br/><br>
In tissues, HS is mostly found in proteoglycans in basement membranes (BM) and on the cell surface. The amino-terminal region of PRELP bound the HS chains of the BM proteoglycan perlecan. Immunohistological studies of skin, testes and kidney showed that PRELP was localized in the connective tissue adjacent to the BM. The LRR-containing domain of PRELP interacted with fibrillar collagens present in connective tissues. This suggests that PRELP may function in anchoring the BMs to the underlying connective tissue.<br/><br>
<br/><br>
In a cell adhesion assay rat skin fibroblasts bound to PRELP. The interaction was mediated by proteoglycans as the interaction was inhibited with i) soluble heparin and HS, ii) chlorate treatment of fibroblasts, which inhibits the sulfation of proteins and glycosaminoglycans, and iii) a combination of heparinase and chondroitinase digestion of the fibroblasts. Using affinity chromatography, a 35S- labeled 150-230 kDa component was isolated from rat skin fibroblasts binding to a PRELP column.},
  author       = {Bengtsson, Eva},
  isbn         = {91-628-3844-X},
  keyword      = {reumatologi,muskelsystem,Skelett,extracellular matrix,PRELP,heparin,heparan sulfate,perlecan,collagen,cell-binding,Skeleton,rheumatology locomotion,muscle system,Biochemistry,Metabolism,Biokemi},
  language     = {eng},
  pages        = {161},
  publisher    = {ARRAY(0xae87340)},
  title        = {Structure and Interactions of the Extracellular Matrix Protein PRELP},
  year         = {1999},
}