Kauen und verdauen: Salzburger Forscher klären Kollagen-Abbau

Kollagen macht rund ein Drittel aller Proteine im menschlichen Körper aus. Es findet sich in Knochen, Knorpeln und Sehnen ebenso wie in der Haut und verleiht als extrazelluläre Matrix Organen ihre Form. Aufgebaut ist Kollagen wie ein in sich gedrehtes Seil, wobei drei Peptid-Ketten sich zu einer dreifachen Helix spiralförmig verdrehen. So erreichen die Kollagenfasern besonders hohe Zufestigkeit und Stabilität. Beim natürlichen Gewebeumbau und bei der Wundheilung muss Kollagen ständig erneuert und wiederaufgebaut werden. Schleichen sich dabei Fehler ein, kommt es zu Vernarbungen und Verhärtungen, so genannte Fibrosen.

Abbau durch spezialisierte Enzyme

Für den Abbau des widerstandsfähigen Kollagens sind hochspezialisierte Enzyme notwendig, sogenannte Kollagenasen. Diese werden auch von bestimmten Bakterien (Clostridien) produziert, die dadurch das Kollagen im Bindegewebe abbauen und sich dadurch rasch ausbreiten können. So verursacht etwa "Clostridium tetani" Wundstarrkrampf (Tetanus). An der Uni Salzburg ist es nun den Doktoranden Ulrich Eckhard und Esther Schönauer im Strukturbiologielabor von Hans Brandstetter, der eine Stiftungsprofessur des Landes Salzburg inne hat, gelungen, kristallographisch die Struktur dieser bakteriellen Kollagenase zu bestimmen und den Vorgang des Kollagen-Abbaus enzymatisch und mechanistisch genau zu entschlüsseln. Sie konnten zeigen, dass die Kollagenase wie eine Zange aufgebaut ist. Das ermöglicht dem Enzym, das Kollagen regelrecht mechanisch zu bearbeiten, und zwar abwechselnd zu komprimieren und zu dehnen. Dadurch werden die einzelnen Kollagenfasern voneinander getrennt. Die Salzburger Wissenschafter vergleichen diesen Vorgang mit dem "Kauen". Erst dann kann quasi das "Verdauen" folgen: durch biochemische Spaltreaktionen werden die isolierten Kollagenfäden durchtrennt.

Vielzahl biotechnologischer und pharmazeutischer Anwendungen

Nach Angaben der Wissenschafter eröffnet diese Arbeit eine Vielzahl biotechnologischer und pharmazeutischer Anwendungen. So werden Kollagenasen schon jetzt bei der Behandlung von Erkrankungen des Bindegewebes der Handinnenfläche (Morbus Dupuytren) oder bei Inselzelltransplantationen zur Behandlung von Diabetes eingesetzt.