Collagene

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Collagene (tipo I, α1)
Gene
HUGO COL1A1
Entrez 1277
Locus Chr. 17 q21.3-22
Proteina
OMIM 120150
UniProt P02452
PDB 1CAG

Il collagene (o collageno) è la principale proteina del tessuto connettivo negli animali. È la proteina più abbondante nei mammiferi (circa il 25% della massa proteica totale), rappresentando nell'uomo circa il 6% del peso corporeo.

La più stabile disposizione e riarrangiamento del collagene è quella della tripla elica proprio per la presenza della prolina. L'unità strutturale del collagene è rappresentata dal tropocollagene (o tropocollageno), proteina con una massa molecolare di circa 285 kiloDalton formata da tre catene polipeptidiche con andamento sinistrorso che si associano a formare una tripla elica destrorsa (trans di tipo - 2). Solitamente, per il collagene di tipo I, sono presenti due catene alfa 1 ed una catena alfa 2.

Tutte le unità di tropocollagene hanno la stessa lunghezza, la stessa ripetitività di amminoacidi. Sono presenti infatti motivi amminoacidici ripetuti del tipo glicina-X-prolina e glicina-X-idrossiprolina, dove X è un qualsiasi altro amminoacido. I filamenti di tropocollagene sono tenuti insieme da legami idrogeno. questi legami sono possibili grazie alla presenza di glicine e dalle modifiche post-traduzionali di lisina e prolina.

Entrambi questi amminoacidi subiscono un'idrossilazione (aggiunta di un gruppo ossidrile). La prolina è modificata a idrossiprolina dall'enzima Prolil Idrossilasi, che inserisce il gruppo -OH in corrispondenza del secondo carbonio dell'anello; mentre la lisina è modificata a idrossilisina dall'enzima Lisil Idrossilasi, che inserisce il gruppo -OH nel Cδ della catena laterale della lisina. Entrambi gli enzimi agiscono in presenza del co-fattore acido ascorbico e del co-substrato alfa-chetoglutarato. Queste modifiche sono necessarie per aumentare la possibilità di formazione dei legami H e per diminuire l'ingombro sterico. Le tre unità strutturali assumono una forma simile ad una treccia.

Le varie fibre sono legate da legami crociati tra due allisine o tra una lisina e un'allisina. La lisina è convertita in allisina dall'enzima Lisina Ossidasi, che inserisce al posto del gruppo amminico della catena laterale della lisina in corrispondenza dell'ultimo carbonio (carbonio epsilon) un gruppo aldeidico. Quando avviene il legame crociato si verifica una condensazione tra il gruppo amminico e il gruppo aldeidico che unisce le due catene con un legame imminico.

La scultura Districare il Collagene (Unraveling Collagen) (2005) di Julian Voss-Andreae, in acciaio inossidabile, alta 3,40 m. Usando le coordinate atomiche depositate nella Protein Data Bank, l'artista tedesco-americano Julian Voss-Andreae ha realizzato sculture basate sulla struttura del collagene e di altre proteine[1][2][3].

Biosintesi[modifica | modifica wikitesto]

Schema riassuntivo della biosintesi del collagene

La biosintesi del collagene avviene ad opera di diversi tipi cellulari a seconda del tessuto (ad esempio fibroblasti nel tessuto connettivo, osteoblasti nell'osso). Il processo inizia con la trascrizione del gene o dei geni e la maturazione dell’mRNA. Sono presenti sequenze che codificano per lunghi peptidi in eccesso rispetto alle molecole di collagene mature, quindi il collagene nasce come procollagene, prodotto che possiede rispetto al collagene due peptidi terminali, uno N-terminale e uno C-terminale, che hanno struttura globulare.

La traduzione avviene a livello dei ribosomi a ridosso della parete del RER (reticolo endoplasmatico rugoso).

In particolare la biosintesi del collagene avviene in base a diverse tappe, di cui alcune intracellulari e altre extracellulari.

1. I ribosomi legati all’mRNA contenente i geni del collagene si legano al RER. La sequenza segnale facilita il legame dei ribosomi al RER e guida il trasferimento della catena polipeptidica all’interno delle cisterne del RER.

2. Nel lume del RER vengono sintetizzate due tipi di catena (preprocollagene) α-1 e α2, queste due catene a questi livello contengono dei residui C- e N-terminali.

3. Le due catene di preprocollagene vengono rilasciate nel lume del RER e qui viene eliminata la sequenza segnale. Si ha la formazione di procatene α1 e α2 precursori del collagene.

4. Nel lume del RER le procatene vanno incontro a modificazioni post-traduzionali quali l’idrossilazione delle lisine e delle proline e la glicosilazione delle idrossilisine.

5. Dopo essere state idrossilate e glicosilate le procatene α formano procollagene, un precursore del collagene la cui regione centrale a tripla elica è affiancata da tratti ammino- e carbossiterminali chiamati propeptidi. La formazione del procollagene inizia con la formazione di legami disolfuro a ponte tra i peptidi carbossiterminali delle procatene α. Ciò porta le tre catene α in una disposizione favorevole alla formazione dell’elica.

6. La molecola di procollagene viene trasferita nel Golgi dove viene completata la glicosilazione e viene successivamente immessa in vescicole che verranno trasportate all’esterno della cellula. Queste vescicole si fondono con la membrana plasmatica, liberando le molecole di procollagene nello spazio extracellulare.

7. Dopo la liberazione all’esterno delle cellule, le molecole di procollagene subiscono dei tagli da parte di N- e C- procollagene peptidasi, le quali rimuovono i propeptidi teminali, liberando delle molecole di tropocollagene a tripla elica.

8. Le molecole di tropocollagene si associano spontaneamente, formando delle fibrille, esse assumono una disposizione parallela e sfalsata, nella quale le molecole di collagene si sovrappongono a quelle vicine per circa ¾ della loro lunghezza.

9. Le fibrille di collagene con la loro disposizione ordinata sono il substrato della lisil ossidasi. Questo enzima extracellulare catalizza la deaminazione ossidativa di alcuni dei risidui di lisina e di idrossilisna del collagene ne derivano delle aldeidi reattive (allisina e idrossiallisina) che danno luogo a reazioni di condensazione con alcuni residui di lisina o idrossilisina delle mollecole di collagene formando legami covalenti tra catene. La formazione di tali legami crociati è essenziale affinché si raggiunga la resistenza alla trazione necessaria per un corretto funzionamento del tessuto connettivo. Quindi qualsiasi mutazione che interferisca con la capacità delle molecole di collagene di formare fibrille rinsaldate da legami crociati influenzerà la stabilità del collagene.

10. Le fibrille infine possono disporsi in fasci ondulati o paralleli per formare fibre e le fibre possono formare fasci di fibre.[4]

Tipi di collagene[modifica | modifica wikitesto]

Esistono numerosissimi tipi di collagene propriamente detto e diverse proteine che hanno struttura polipeptidica largamente assimilabile al collagene. In letteratura sono stati finora descritti 28 tipi di collagene.

Tipo Descrizione Geni
I Rappresenta il 90% del collagene totale ed entra nella composizione dei principali tessuti connettivi, come pelle, tendini, ossa e cornea. COL1A1 COL1A2
II Forma la cartilagine, i dischi intervertebrali ed il corpo vitreo COL2A1
III Grande importanza nel sistema cardiovascolare. È anche il collagene del tessuto di granulazione. Viene prodotto velocemente ed in grandi quantità prima del collagene di tipo I, più resistente, da cui è successivamente sostituito. COL3A1
IV Va a comporre la membrana basale COL4A1 COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6
V Contenuto nel tessuto interstiziale, è associato al collagene di tipo I (associato anche alla placenta) COL5A1 COL5A2 COL5A3
VI Contenuto nel tessuto interstiziale, è associato al collagene di tipo I COL6A1 COL6A2 COL6A3 COL6A5
VII Forma fibrille di ancoraggio nelle giunzioni dermo-epidermiche, può essere coinvolto nella patologia chiamata epidermolisi bollosa distrofica COL7A1
VIII Prodotta da alcune cellule endoteliali COL8A1 COL8A2
IX Contenuto nella cartilagine, è associato a collagene di tipo II e XI COL9A1 COL9A2 COL9A3
X Contenuto nella cartilagine ipertrofica ed in mineralizzazione COL10A1
XI Contenuto nella cartilagine COL11A1 COL11A2
XII Interagisce con il collagene di tipo I, con la decorina ed i glicosamminoglicani COL12A1
XIII È un collagene transmembrana, che interagisce con l'integrina a1b1, con la fibronectina e con i componenti della membrana basale COL13A1
XIV - COL14A1
XV - COL15A1
XVI - COL16A1
XVII È un collagene transmembrana, noto anche come BP180, una proteina da 180 kDa coinvolta in patologie come la pemfigoide bullosa ed alcune forme di epidermolisi bullosa giunzionale COL17A1
XVIII - COL18A1
XIX - COL19A1
XX - COL20A1
XXI - COL21A1
XXII - COL22A1
XXIII - COL23A1
XXIV - COL24A1
XXV - COL25A1
XXVI - EMID2
XXVII - COL27A1
XXVIII - COL28A1

Collagene di Tipo I[modifica | modifica wikitesto]

C-Telopeptide[modifica | modifica wikitesto]

Il C-telopeptide (telopeptide C-terminale del collagene di tipo I (CTx)) è il frammento carbossi-terminale della molecola di collagene, proteina della matrice ossea. In quanto marcatore osseo, la sua determinazione, su campione di sangue o urine, serve a monitorare il processo di formazione e riassorbimento dell'osso.

N-Telopeptide[modifica | modifica wikitesto]

L'N-telopeptide (telopeptide N-terminale del collagene di tipo I (NTx)) è il frammento ammino-terminale della molecola di collagene, proteina della matrice ossea. In quanto marcatore osseo, la sua determinazione, su campione di sangue o urine, serve a monitorare il processo di formazione e riassorbimento dell'osso. Ma, vista la sensibile fluttuazione di NTx, non è considerato molto specifico [5]. Per questo i livelli di NTx non sono considerati di evidenza convincente per provare l'effetto del trattamento e gli sono preferiti i più precisi livelli di marcatore osseo CTx[6].

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ PDB Community Focus: Julian Voss-Andreae, Protein Sculptor (PDF), in Protein Data Bank Newsletter, nº 32, Winter 2007.
  2. ^ Barbara Ward, 'Unraveling Collagen' structure to be installed in Orange Memorial Park Sculpture Garden, in Expert Rev. Proteomics, 3 (2), nº 2, aprile 2006, p. 174, DOI:10.1586/14789450.3.2.169.
  3. ^ Interview with J. Voss-Andreae "Seeing Below the Surface" in Seed Magazine
  4. ^ Champe, Harvey, Ferrier, Le basi della biochimica, Zanichelli, pp. 44-48.
  5. ^ HN Rosen, Moses, AC, Garber, J, Iloputaife, ID, Ross, DS, Lee, SL e Greenspan, SL, Serum CTX: a new marker of bone resorption that shows treatment effect more often than other markers because of low coefficient of variability and large changes with bisphosphonate therapy., in Calcified tissue international, vol. 66, nº 2, February 2000, pp. 100–3, DOI:10.1007/pl00005830, PMID 10652955.
  6. ^ HN Rosen, Moses, AC, Garber, J, Ross, DS, Lee, SL e Greenspan, SL, Utility of biochemical markers of bone turnover in the follow-up of patients treated with bisphosphonates., in Calcified tissue international, vol. 63, nº 5, November 1998, pp. 363–8, DOI:10.1007/s002239900541, PMID 9799818.

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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