Collagen fibril architecture, domain organization, and triple-helical conformation govern its proteolysis

蛋白质水解 纤维 胶原酶 化学 三螺旋 生物物理学 基质金属蛋白酶 劈理(地质) 纤维发生 细胞生物学 胶原螺旋 羟赖氨酸 生物化学 生物 立体化学 氨基酸 古生物学 赖氨酸 断裂(地质)
作者
Shiamalee Perumal,Olga Antipova,Joseph Orgel
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:105 (8): 2824-2829 被引量:336
标识
DOI:10.1073/pnas.0710588105
摘要

We describe the molecular structure of the collagen fibril and how it affects collagen proteolysis or “collagenolysis.” The fibril-forming collagens are major components of all mammalian connective tissues, providing the structural and organizational framework for skin, blood vessels, bone, tendon, and other tissues. The triple helix of the collagen molecule is resistant to most proteinases, and the matrix metalloproteinases that do proteolyze collagen are affected by the architecture of collagen fibrils, which are notably more resistant to collagenolysis than lone collagen monomers. Until now, there has been no molecular explanation for this. Full or limited proteolysis of the collagen fibril is known to be a key process in normal growth, development, repair, and cell differentiation, and in cancerous tumor progression and heart disease. Peptide fragments generated by collagenolysis, and the conformation of exposed sites on the fibril as a result of limited proteolysis, regulate these processes and that of cellular attachment, but it is not known how or why. Using computational and molecular visualization methods, we found that the arrangement of collagen monomers in the fibril (its architecture) protects areas vulnerable to collagenolysis and strictly governs the process. This in turn affects the accessibility of a cell interaction site located near the cleavage region. Our observations suggest that the C-terminal telopeptide must be proteolyzed before collagenase can gain access to the cleavage site. Collagenase then binds to the substrate's “interaction domain,” which facilitates the triple-helix unwinding/dissociation function of the enzyme before collagenolysis.
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