Studies on chondroadherin-an extracellular matrix leucine-rich repeat protein

Abstract

This thesis describes chondroadherin, one of the leucine-rich repeat proteins in the extracellular matrix (ECM) of cartilage. Chondroadherin defines a subgroup of its own by not having an N-terminal extension, having a different cysteine pattern and by being devoid of carbohydrate substitutions. Here we show that chondroadherin also have a different exon-intron organization and chromosomal localization compared to the other closest related family members. Chondroadherin is mainly found close to the chondrocytes and it has previously been shown to bind chondrocytes. In this thesis we show that chondroadherin interacts with collagen type II. This is shown both in material extracted from articular cartilage and in vitro. The interaction between chondroadherin and collagen type II was characterized by plasmon resonance in the BIAcore and by electron microscopy. Chondroadherin is shown to interact with collagen type II at two sites. The collagen in the tissue extracted material was mainly monomeric suggesting that chondroadherin might have a role in regulation of collagen fibril formation. We also identify a new interaction between chondroadherin and cartilage oligomeric matrix protein (COMP). Chondroadherin binds to the C-terminal globular domain of COMP, the interaction is dependent on zinc ions. The interaction between chondroadherin and COMP was shown to inhibit COMP binding to collagen. One suggested function of COMP is to bind several collagen molecules and bring them close to each other to facilitate fibril formation. Chondroadherin might regulate collagen fibril formation by binding COMP thus inhibiting its binding to collagen.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Populärvetenskaplig sammanfattning: (Popularized summary in swedish)



I den här avhandlingen har vi studerat bindväven i brosk. Bindväv är ett samlingsnamn för de stödjevävnader som ger form och struktur åt brosk, ben, senor, hud etc. Bindväven skyddar även inre organ från yttre påverkan. Det är bindväven som ger brosket dess speciella egenskaper och som gör att brosket klarar av den belastning det utsätts för i till exempel en knäled.



Kroppens olika celler har olika egenskaper och funktioner beroende på var de befinner sig. I brosket finns en typ av celler som kallas för kondrocyter. Dessa har till uppgift att underhålla brosket genom att antingen bygga upp eller bryta ner denna vävnad. Exakt vad cellen ska göra får den veta genom att kommunicera med omgivningen, till exempel genom att olika proteiner binder till cellen. Brosket är således en dynamisk vävnad där uppbyggnad och nedbrytning av vävnadskomponenter ständigt pågår. Kondrocyterna ligger invävda i ett nätverk som bland annat består av proteiner som vi kallar för kollagener. Det finns även andra sorters proteiner i brosk som har betydelse för broskets speciella funktion, ex proteoglykaner. Tillsammans utgör detta extracellulära matrix (ECM).



Kollagen består av tre proteinkedjor som är tvinnade runt varandra i en struktur som kallas trippelhelix. Flera trippelhelixar kan sedan sammanfogas till större enheter, kollagenfibriller. I den här processen tar kollagenet hjälp av andra proteiner som binder in till fibrerna och hjälper till att bygga upp tjockare fibrer, stabilisera fibrerna eller hindra dem från att växa sig större, allt beroende på var kollagenet ska fungera.



Proteoglykaner är proteiner som har en eller flera ogrenade sockerkedjor fästade till sin proteinkedja. Dessa sockerkedjor är negativt laddade vilket medför att de drar till sig positiva joner som i sin tur drar till sig vatten i en process vi kallar osmos. Proteoglykaner, andra proteiner och vatten ligger inbäddade i ett nätverk bestående av kollagen och utgör på så sätt en stötdämpande struktur, vilket är en betydelsefull funktion i till exempel en belastad knäled.



I den här avhandlingen har jag studerat ett av de proteiner som vi tror påverkar kollagenets utseende. Det här proteinet, som vi kallar för chondroadherin, påverkar även andra proteiner i sin närhet och kondrocyterna. Proteinet finns främst i brosk och det kallas för chondroadherin på grund av att det binder till kondrocyter (jmf engelskan chondrocyte/adhesion). Chondroadherin tillhör en familj proteiner där medlemmarna i sin proteinkedja har ett antal aminosyror som upprepas flera gånger. Denna familj kallas den leucinrika repeterande familjen. Eftersom medlemmarna har en uppbyggnad som påminner om varandra tror vi också att de kan ha egenskaper som liknar varandra. En av dessa egenskaper är att många av dem binder till kollagen. När de binder till kollagenet påverkar de kollagenets egenskaper.



Chondroadherin skiljer sig något från sina närmaste släktingar vilket vi visar i det första arbetet i den här avhandlingen. Vi har här isolerat genen för chondroadherin och tittat på hur den ser ut jämfört med de andra närmast besläktade proteinerna. Vi har även bestämt på vilken kromosom man hittar chondroadherin-genen. I det andra arbetet har vi undersökt interaktionen mellan chondroadherin och kollagen och där sett att de binder starkt till varandra. Chondroadherin föredrar var på kollagen chondroadherin binder, vilket kan vara av betydelse när man beaktar att även andra proteiner binder till kollagenet. Om chondroadherin binder till andra ställen än övriga proteiner kan detta ske samtidigt och därmed kan proteinerna eventuellt påverka varandra på ett positivt sätt. Binder de till samma ställe konkurrerar de om bindningsplatsen och chondroadherin kan ha en annan effekt på kollagenet än de andra proteinerna.



I det tredje arbetet har vi visat att chondroadherin binder till ett annat protein som återfinns nära kondrocyterna i ungt brosk. Detta protein kallas för COMP och består av fem identiska armar som är sammanfogade i ena ändan och har en globulär del i den andra ändan. Chondroadherin binder till dessa globulära delarna av COMP. En av COMPs egenskaper är att binda kollagenmolekyler och sammanfoga dessa så att de kan bilda fibrer. Våra försök visar att chondroadherin genom att binda COMP hindrar COMP från att binda till kollagen. Detta kan vara ett sätt för chondroadherin att förhindra att kollagenfibrerna bildas i ett för tidigt stadie, samtidigt som COMP genom att binda chondroadherin hålls kvar nära cellen för att senare kunna assistera vid bildningen av kollagenfibrer. I tidigare försök har det visats att chondroadherin och kollagen binder till kondrocyter, men att cellerna uppför sig på olika sätt beroende på vilket protein de binder till. Även COMP har visats binda celler. Detta faktum tillsammans med upptäckten att de tre proteinerna interagerar med varandra är intressant eftersom det kan ha betydelse för chondrocytens funktion och kommer att studeras vidare.



En metod att studera vilken betydelse ett visst protein har är att med hjälp av genteknik ta bort genen som motsvarar ett visst protein i möss och sedan analysera på vilket sätt detta påverkar musen. Denna teknik kallar vi för knockout-teknik. På så sätt kan vi se hur olika proteiner och celler påverkar varandra i verkligheten (in vivo) och inte bara i provröret (in vitro). Flera av proteinerna i den leucinrika familjen har analyserats med denna metod och man har då bland annat funnit att kollagenerna har påverkats på ett negativt sätt. Chondroadherin-genen som isolerades i det första arbetet har därför använts för att göra en knock-out mus där chondroadherin genen saknas. Arbetet med att analysera dessa möss pågår just nu.



Sammanfattningsvis visar vi här att chondroadherin utgör en unik grupp i den leucinrika protein familjen, samtidigt som chondroadherin också har gemensamma egenskaper med övriga familjemedlemmar. Vi visar att chondroadherin binder kollagen II och COMP. Dessa interaktioner föreslås ha betydelse för regleringen av kollagenfibril-bildningen.

• author: Wenglén, Christina
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Johansson, Staffan, Uppsala University
• organization: Rheumatology
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Rheumatology and Autoimmunity
• keywords: Klinisk biologi, Clinical biology, COMP, SLRP, ECM, collagen, cartilage, chondroadherin
• pages: 116 pages
• defense location: GK-salen, BMC
• defense date: 2001-10-13 10:00:00
• ISBN: 91-628-4933-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Connective Tissue Biology (013230151)
• id: 4b624c0b-20f1-4dc3-bf5a-18e9a69f995e (old id 41858)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:06:22
• date last changed: 2018-11-21 20:56:47