Kollagen, das am häufigsten vorkommende Protein im Körper, wurde lange Zeit als ein vorhersagbarer struktureller Bestandteil von Geweben angesehen. Eine neue Studie unter der Leitung der Rice University stellt diese Vorstellung jedoch in Frage und enthüllt eine unerwartete Konformation in der Struktur von Kollagen, die die biomedizinische Forschung neu gestalten könnte.
Um die Kollagen-Assemblierung auf atomarer Ebene zu untersuchen, entwarf das Forschungsteam ein System aus sich selbst zusammensetzenden Peptiden, die auf der kollagenartigen Region von C1q basieren, einem wichtigen Immunprotein. Anschließend verwendeten sie Kryo-EM, eine Technologie, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Biomoleküle mit beispielloser Detailgenauigkeit zu visualisieren, um die Struktur der zusammengesetzten Peptide zu analysieren. Das resultierende Modell enthüllte eine Abweichung von der kanonischen rechtshändigen Superhelix-Drehung.
„Das Fehlen der Superhelix-Drehung ermöglicht molekulare Wechselwirkungen, die zuvor in Kollagen nicht beobachtet wurden“, sagte Yu, ein ehemaliger Doktorand von Hartgerink, der jetzt Postdoktorand an der University of Washington ist.
Die Auswirkungen dieser Entdeckung könnten über die Grundlagenforschung hinausgehen. Kollagen ist nicht nur ein Strukturprotein, sondern spielt eine wesentliche Rolle bei der Zellsignalisierung, der Immunfunktion und der Gewebereparatur.
Durch ein tieferes Verständnis der strukturellen Variabilität von Kollagen können Forscher neue Erkenntnisse über Krankheiten gewinnen, bei denen die Kollagen-Assemblierung beeinträchtigt ist, darunter das Ehlers-Danlos-Syndrom, Fibrose und bestimmte Krebsarten.
Darüber hinaus legt diese Arbeit den Grundstein für Innovationen in den Bereichen Biomaterialien und regenerative Medizin. Durch die Nutzung der einzigartigen strukturellen Eigenschaften dieser neu identifizierten Kollagenkonformation könnten Wissenschaftler neuartige Materialien für die Wundheilung, die Gewebetechnik und die Medikamentenverabreichung entwickeln.
Trotz der Allgegenwart von Kollagen in der menschlichen Biologie war die Untersuchung seiner höheren Strukturen mit hoher Auflösung eine Herausforderung. Traditionelle Techniken wie Röntgenkristallographie und Faserdiffraktion haben wertvolle Erkenntnisse geliefert, konnten aber die Packung von Kollagen in komplexen Anordnungen nicht erfassen. Kryo-EM hat diese Einschränkungen jedoch überwunden und es dem Forschungsteam ermöglicht, die komplexe Architektur von Kollagen mit neuen Details zu visualisieren.