Perlecan - Perlecan

HSPG2
Protein HSPG2 PDB 1gl4.png
Verfügbare Strukturen
PDB Orthologsuche: PDBe RCSB
Bezeichner
Aliase HSPG2 , HSPG, PLC, PRCAN, SJA, SJS, SJS1, Heparansulfat-Proteoglykan 2
Externe IDs OMIM : 142461 MGI : 96257 Homologene : 68473 Genecards : HSPG2
Orthologe
Spezies Menschlich Maus
Entrez
Ensemble
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_001291860
NM_005529

NM_008305

RefSeq (Protein)

NP_001278789
NP_005520

NP_032331

Standort (UCSC) Chr. 1: 21.82 – 21.94 Mb Chr. 4: 137,47 – 137,57 MB
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Perlecan (PLC), auch bekannt als Basalmembran-spezifisches Heparansulfat-Proteoglykan- Kernprotein (HSPG) oder Heparansulfat-Proteoglykan 2 ( HSPG2 ), ist ein Protein , das beim Menschen vom HSPG2- Gen kodiert wird .

Perlecan wurde ursprünglich aus einer Tumorzelllinie isoliert und ist in allen nativen Basalmembranen vorhanden. Perlecan ist eine große Multi - Domain (fünf Domänen, etikettierte IV) Proteoglycan dass bindet und Vernetzungen viel extrazellulären Matrix (ECM) -Komponenten und Zelloberflächenmolekül . Perlecan wird sowohl von vaskulären Endothelzellen als auch von glatten Muskelzellen synthetisiert und in der extrazellulären Matrix abgelagert. Perlecan ist artenübergreifend hoch konserviert und die verfügbaren Daten deuten darauf hin, dass es sich aus alten Vorfahren durch Genduplikation und Exon- Shuffling entwickelt hat.

Struktur

Perlecan besteht aus einem Kernprotein mit einem Molekulargewicht von 470 kDa, an das drei lange Ketten (jeweils ca. 70-100 kDa) von Glykosaminoglykanen (oft Heparansulfat , HS, aber auch Chondroitinsulfat , CS) angehängt sind. Das Core - Protein besteht aus fünf verschiedenen strukturellen Domänen . Die N-terminale Domäne I (aa ~1-195) enthält Bindungsstellen für HS-Ketten. Obwohl HS-Ketten für die korrekte Faltung und Sekretion des Proteins nicht erforderlich sind, kann ein Mangel an HS oder eine verminderte Sulfatierung die Fähigkeit von Perlecan, mit Matrixproteinen zu interagieren, verringern. Die Entfernung von HS-Ketten kann die Matrixorganisation und die endotheliale Barrierefunktion beeinträchtigen . Domäne II umfasst vier Wiederholungen, die dem Liganden-bindenden Teil des LDL-Rezeptors homolog sind, mit sechs konservierten Cysteinresten und einem Pentapeptid, DGSDE, das die Ligandenbindung durch den LDL-Rezeptor vermittelt. Domäne III weist Homologie zu den Domänen IVa und IVb von Laminin auf . Domäne IV besteht aus einer Reihe von IG- Modulen. Die C-terminale Domäne V, die Homologie zur G-Domäne des langen Arms von Laminin aufweist, ist für die Selbstorganisation verantwortlich und kann für die Basalmembranbildung in vivo wichtig sein . Domäne V hat auch Bindungsstellen für HS/CS-Ketten. Somit könnten Perlecan-Kernprotein und HS-Ketten den Matrixaufbau, die Zellproliferation , die Lipoproteinbindung und die Zelladhäsion modulieren .

Funktion

Perlecan ist ein Schlüsselbestandteil der extrazellulären Knorpelmatrix, wo es für die normale Entwicklung der Wachstumsfuge und das Wachstum von Röhrenknochen unerlässlich ist. Der Zwergwuchs der Perlecan-Null-Maus ähnelt dem Phänotyp, der durch die Aktivierung von Mutationen im Gen für FGFR3, einem Rezeptor für Fibroblasten-Wachstumsfaktoren, erzeugt wird. Perlecan bindet an Wachstumsfaktoren, die an der Entwicklung der Wachstumsfuge beteiligt sind. Aus sich entwickelnden Wachstumsplatten isoliertes Perlecan bindet nachweislich an FGF-2 über seine Heparansulfat-Seitenketten und an FGF-18 über Domäne III seines Kernproteins und vermittelt deren Wirkung auf FGF-Rezeptoren. Perlecan spielt wahrscheinlich eine kritische Rolle bei der Sequestrierung und/oder Abgabe von FGF-2 und FGF-18 während der enchondralen Ossifikation.  

Perlecan ist auch eine Schlüsselkomponente der vaskulären extrazellulären Matrix, wo es mit einer Vielzahl anderer Matrixkomponenten interagiert und zur Aufrechterhaltung der endothelialen Barrierefunktion beiträgt. Perlecan ist ein starker Inhibitor der Proliferation glatter Muskelzellen und soll daher zur Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase beitragen. Perlecan kann auch die Aktivität von Wachstumsfaktoren (zB FGF2 ) fördern und somit das Endothelwachstum und die Regeneration stimulieren.   

Modifikation von Glykosaminoglykanketten

Modifikationen der Heparansulfatketten an C- und N-terminalen Domänen sind die am besten untersuchten Unterschiede im sekretorischen Weg von Perlecan. Heparansulfat kann durch Chondroitinsulfat ersetzt werden , und der Sulfateinbau oder die Zuckerzusammensetzung der Ketten können sich ändern. Der Verlust von Enzymen, die am Syntheseweg von Heparansulfat beteiligt sind, führt zu einer Reihe von Zuständen.

Eine differenzielle Modifikation der Heparansulfatkette kann durch eine Reihe von regulatorischen Signalen erfolgen. Perlecan in der Wachstumsplatte von langen Knochen der Maus zeigt Glykosylierungsänderungen in der Chondrozytenprogression von der Ruhezone zur Proliferationszone. Obwohl ursprünglich angenommen wurde, dass die Glykosaminoglykan-(GAG)-Ketten von Perlecan ausschließlich Heparansulfat sind, können Chondroitinsulfat-Ketten substituiert werden, und dies kann vom Zelltyp abhängen. Durch die Expression einer rekombinanten Form der N-terminalen Domäne I des Proteins und den Nachweis, dass die Verdauung des Peptids mit Heparanase oder Chondroitinase nicht zu einem vollständigen Verlust der Peptidaktivität führte, wurde gezeigt, dass Chondroitinsulfatketten an humane perlekan. Dies stimmte mit früheren Daten überein, die Chondroitinsulfat-GAG-Ketten zeigten, die an von Chondrozyten produziertes Rinderperlecan gebunden waren, und dass das rekombinante menschliche Domäne-I-Protein sowohl mit Heparan- als auch mit Chondroitinsulfatketten glykosyliert war, wenn es in Ovarialzellen des chinesischen Hamsters exprimiert wurde. Die bevorzugte Anlagerung von Heparansulfat- oder Chondroitinsulfatketten an die Domänen I und V könnte einen Einfluss auf die Differenzierung mesenchymaler Gewebe in Knorpel, Knochen oder eine beliebige Anzahl von Geweben haben, aber der regulatorische Mechanismus des Wechsels von Heparansulfat zu Chondroitinsulfat-Addition ist nicht gut verstanden.

Bei der Untersuchung der Wirkung der Proteoglycan-Zusammensetzung auf die nephritische Permselektivität wurde festgestellt, dass die Puromycin- Behandlung von humanen glomerulären Endothelzellen (HGEC) den Sulfatierungsgrad von GAG-Ketten an Proteoglycanen wie Perlecan veränderte, was wiederum zu einer Abnahme der Stabilität des GAG . führte Ketten. Die Kernprotein-mRNA-Spiegel der Proteoglykane wurden nicht beeinflusst, daher war die Abnahme der GAG-Ketten das Ergebnis eines anderen Faktors, der sich in diesem Fall als eine Abnahme der Expression von Sulfattransferase- Enzymen herausstellte , die eine Schlüsselrolle bei GAG . spielen Biosynthese. Es scheint, dass es bei Krankheiten, die aus dem Verlust der Heparansulfat-Proteoglykan-Expression und dem Verlust von Enzymen stammen, die an der Heparansulfat-Biosynthese beteiligt sind, Überschneidungen gibt.

Degradierung

Zellen können ihre extrazelluläre Matrix und Basalmembranen als Reaktion auf Signale oder Stress verändern. Spezifische Proteasen wirken auf das Protein in der extrazellulären Umgebung ein, wenn Zellen einen Grund haben, sich zu bewegen oder ihre Umgebung zu verändern. Cathepsin S ist eine Cysteinprotease, die die Bindung von FGF-positiven Zellen an ein perlecan-positives Substrat mäßig abschwächt. Cathepsin S ist eine potenzielle Protease, die auf das Kernprotein von Perlecan in der Basalmembran oder im Stroma einwirkt.

Die Heparansulfatketten von Perlecan binden Wachstumsfaktoren in der ECM und dienen als Coliganden oder Ligandenverstärker, wenn sie an Rezeptoren gebunden sind. Eine andere Studie zeigte, dass die Freisetzung von HS-gebundenem basischem FGF in Kultur durch Behandlung mit Stromelysin, Heparitinase I, Rattenkollagenase und Plasmin erreicht werden konnte. Diese Proteolysestellen sind in Abbildung 1 dargestellt Proteasen, die die Freisetzung von Wachstumsfaktoren aus den Heparansulfatketten von Perlecan vermitteln könnten. Obwohl Whitelock et al. schlugen vor, dass Konsensussequenzen zur Thrombinspaltung im Kernprotein von Perlecan existieren, postulieren sie auch, dass jede Thrombinaktivierung von Perlecan tatsächlich von der Spaltung anderer ECM-Bestandteile herrührt. Dieser Artikel besagt, dass Heparanase für die Spaltung der Heparansulfatketten von Perlecan in der Matrix verantwortlich ist. Dadurch werden Wachstumsfaktoren freigesetzt, die an das Heparansulfat gebunden sind, insbesondere FGF-10. Die Zugabe von Heparanase zur Zellkultur von Epithel in der Basalmembran verursachte eine Zunahme der Epithelzellproliferation aufgrund der FGF-10-Freisetzung.

In einem Modell des Explantatwachstums in vitro unter Verwendung von Hornhautepithel korreliert die Expression der Matrix Metalloproteinase (MMP) 2 mit einem anfänglichen Abbau der ursprünglichen Basalmembran. Die Neubildung der Basalmembran in Kultur war im Gegensatz zur konstanten Expression von MMP-2 von einer anfänglichen Hochregulierung gefolgt von einer Herunterregulierung von MMP-9 abhängig. Dies ist kein Beweis dafür, dass MMP-2 und MMP-9 das Perlecan-Protein in vivo direkt spalten, zeigt jedoch, dass die Proteine ​​eindeutig einen Faktor bei der Reifung der Basalmembran modulieren. Eine andere Familie von Metalloproteasen, die Bone Morphogenetic Protein 1/Tolloid-like Familie, setzt die c-terminale Endorepellin-Domäne des Perlecan-Kernproteins frei. Die Laminin-ähnliche globuläre Domäne enthält das aktive Motiv von Endorepellin und kann von Zellen, die mutante und inaktive Formen der BMP-1-Proteine ​​exprimieren, nicht gespalten werden. Darüber hinaus wurde der kritische Rest, der für diese Spaltung notwendig ist, an Asp4197 lokalisiert. Dieser proteolytische Prozess kann bei der Krankheit von Bedeutung sein, da ein entsprechendes Fragment im Urin von Patienten mit Nierenversagen im Endstadium und im Fruchtwasser von Schwangeren mit vorzeitigem Blasensprung gefunden wurde.

Ausdruck

Ausdruck während der Entwicklung

Der Zeitpunkt der Genexpression während der Entwicklung variiert von Gewebe zu Gewebe. Basalmembranen sind oft die treibende Kraft hinter der Trennung von Epithelien von Stroma und Bindegewebe. Perlecan ist von besonderer Bedeutung für die kardiovaskuläre, neurale und knorpelige Entwicklung.

Die Entwicklung von Blastozysten vor der Implantation ist eine kontrollierte Kaskade von Genregulation und interzellulärer Signalübertragung. Extrazelluläres Perlecan wurde im Blastozystenstadium der Embryonalentwicklung von Mäusen beobachtet, insbesondere hochreguliert zu dem Zeitpunkt, an dem der Embryo die „Anheftungskompetenz“ erreicht. Dieser Befund wurde sowohl auf mRNA-Ebene als auch auf Proteinebene bestätigt, gezeigt durch RT-PCR und Immunfärbung. Die spätere Embryonalentwicklung ist ebenso genau reguliert wie die Präimplantationsentwicklung und ist durch die Differenzierung aller Gewebe komplizierter. Die erste Studie zur Expression von Perlecan während der Embryonalentwicklung ergab, dass das Protein zuerst während der Entwicklung des kardiovaskulären Systems exprimiert wurde und später mit der Reifung der meisten Gewebe im Körper korreliert, dh der Trennung der Epithelschichten von Endothel und Stroma durch Basalmembranen. Wiederum geht diese Hochregulation während der kardiovaskulären Entwicklung mit der Rolle des C-Terminus von Perlecan als Endorepellin einher.

Die räumlich-zeitliche Spezifität bei der Transaktivierung des Perlecan-Gens während der Entwicklung ist der Schlüssel zur Reifung der Basalmembranen und damit zur vollständigen Trennung von Epithel von Endothel und Stroma. Eine gründliche Untersuchung der Perlecan-Expression während der Entwicklung von Hühnerembryonen hat gezeigt, dass Perlecan im Morula-Stadium und für den Rest der Entwicklung vorhanden ist, obwohl die Expression in bestimmten Gewebevorläufern vorübergehend und zeitlich genau terminiert sein kann. Im Rattenembryo wurde gezeigt, dass die Perlecan-Expression in vaskulären glatten Muskelzellen (VSMCs) nach e19 in der fetalen Entwicklung zunimmt. Dies korreliert perfekt mit dem Aufhören der Proliferation von VSMCs bei e18 und einer Veränderung ihres Phänotyps. Die in dieser Studie vertretene Theorie besagt, dass Perlecan eine antiproliferative Rolle für VSMCs spielt, sobald ein bestimmter Entwicklungspunkt erreicht ist, ähnlich wie die konfluenzabhängige Expression von Perlecan in Kultur. Diese Ergebnisse wurden durch ähnliche Ergebnisse aus Studien an Lungenarterien und Lungenepithelien von Ratten bestätigt. Es wurde auch festgestellt, dass diese Gewebe mit der Produktion von Perlecan beginnen, sobald die Zellteilung aufgehört hat, etwa um den 19.

Die Entwicklung des Nervensystems und die Ausdehnung von Axonen wird präzise durch Hinweise von extrazellulären Matrixmolekülen gesteuert. Das Auswachsen von olfaktorischen Neuriten in der Mausentwicklung wird zumindest teilweise durch eine ECM gesteuert, die von olfaktorischen Epithelzellen (OECs) gebildet wird. Perlecan und Laminin-1 scheinen in diesem Leitweg wichtig zu sein, obwohl die Perlecan-Induktion etwas später als Laminin-1 erfolgt. Diese Daten werden durch frühere Daten gestützt, die zeigen, dass OECs FGF-1 während der olfaktorischen Entwicklung exprimieren und dass Perlecan das Auswachsen von olfaktorischen sensorischen Neuriten in Kultur in Gegenwart von FGF-1 stimulieren kann. Perlecan zeigte in einer früheren Studie auch nervenadhäsive Eigenschaften, was weiter darauf hindeutet, dass es in Kombination mit Laminin eher eine attraktive als eine abstoßende Rolle spielen könnte.

Es hat sich gezeigt, dass die Knorpel- und Knochenentwicklung von der Perlecan-Expression abhängig ist. Das Protein wird durch Immunfärbung am Tag 15 während der Mausentwicklung unabhängig von anderen Basalmembranproteinen sichtbar, was darauf hindeutet, dass es neben Kollagen II und anderen Knorpelmarkern, die ab Tag 12 exprimiert werden, einfach ein Teil der ECM der sich entwickelnden Chondrozyten ist Zusammen mit den Daten, dass Mäuse, denen das pln-Gen fehlt, keinen stabilen Knorpel aufrechterhalten können, ist es offensichtlich, dass Perlecan für die Reifung und Stabilität der Knorpelstruktur essentiell ist. Dies wird durch eine Studie gestützt, die zeigt, dass der Knockdown der Perlecan-Produktion die Endstadien der chondrogenen Differenzierung in C3H10T1/2-Fibroblasten in Kultur hemmt. Die Knochenentwicklung, dh die Mineralisierung von Knorpelgewebe, korreliert mit dem Verlust von Perlecan und Heparansulfat an der chondro-ossären Verbindung (COJ). Um zu verstehen, wie Heparansulfat und Perlecan mesenchymale Stammzellen in den osteogenen Stoffwechselweg leiten, wurden humane mesenchymale Stammzellen in Kultur mit Heparanase und Chondroitinase behandelt. Dies führte zu einer erhöhten Mineralisierung und Expression von Osteozytenmarkern, was die Daten unterstützt, die zeigen, dass der Verlust von Heparansulfat am COJ ein Schlüsselfaktor für die Osteogenese ist. Es wird angenommen, dass die treibende Kraft hinter der Heparanase- und Chondroitinase-Aktivierung der Osteogenese die Freisetzung von knochenmorphogenetischem Protein ist, das in den Heparansulfatketten gebunden ist.

Tiermodelle

Der Perlecan-Knockdown bei embryonalen Zebrafischen wurde durch die Verwendung von Morpholinos erreicht, die auf das Perlecan-Transkript abzielen. Morpholinos wurden verwendet, um die Translation der Perlecan-mRNA in Zebrafischembryonen im Rahmen einer Untersuchung der Perlecan-Funktion in der Skelett- und Gefäßentwicklung zu blockieren. Das Morpholino zielt auf die fünf primäre untranslatierte Region der Perlecan-mRNA ab und blockiert so die Translation der Botschaft. Der Verlust des Perlecan-Proteins bei diesen Fischen führte zu ernsthaften Myopathien und Kreislaufproblemen. Wie in einer späteren Studie desselben Labors gezeigt wurde, konnte dieser Phänotyp durch die Zugabe von exogenem VEGF-A gerettet werden.

Die Bedeutung von Perlecan für die Entwicklung von Säugetieren wird durch Knockout-Experimente des Perlecan-Gens gezeigt. Fast die Hälfte aller Mäuse, bei denen das Perlecan-Gen ausgeschaltet wurde (Perlecan-Null-Mäuse), sterben am embryonalen Tag 10.5, wenn das Perlecan-Gen normalerweise beginnt, exprimiert zu werden. Andere sterben kurz nach der Geburt mit schweren Defekten wie einer abnormalen Basalmembranbildung , einer fehlerhaften Entwicklung von Kopf- und Röhrenknochen und Achondroplasie . Die Knockout-Strategie, die für einen der Perlecan-Knockouts verwendet wurde, war ein Floxing von Exon 6 durch Einfügen einer Neomycin-Kassette und anschließende CRE-Expression zur Entfernung von Exon 6 aus dem Genom. Dies führte zu dem zuvor diskutierten knorpelkompromittierten Phänotyp und zum Verlust der Integrität der Basalmembran in einer Vielzahl von Geweben. Die fetale Sterblichkeitsrate ist hoch und die überlebenden Mäuse sterben kurz nach der Geburt. Ein separat entwickeltes Perlecan-Knockout-Mausmodell wurde durch Insertion einer Neomycin-Kassette in Exon 7 des Perlecan-Gens erstellt. Diese Knockout-Mäuse waren auch zu 40% embryonal tödlich, wobei der Rest der Mäuse kurz nach der Geburt an schweren Skelettanomalien starben. Der Knock-out-Phänotyp von Perlecan war in beiden Studien identisch und ähnlich dem Phänotyp, der durch aktivierende Mutationen im Gen für FGFR3, einem Rezeptor für Fibroblasten-Wachstumsfaktoren, erzeugt wurde.

Ein Perlecan-Konstrukt voller Länge unter der Kontrolle des Kollagen-Typ-II-Promotors wurde verwendet, um eine transgene Perlecan-Maus herzustellen. Der Kollagen-Typ-II-Promotor erlaubte die Perlecan-Expression in der extrazellulären Matrix, die nur von Chondrozyten gebildet wird, aber nicht in den Basalmembranen, die von Endothel-, Epithel- oder Muskelzellen gebildet werden. Dieses Perlecan-Transgen in der Perlecan-Null-Maus eliminierte die Letalität und stellte das Wachstum der langen Röhrenknochen auf ein normales Niveau wieder her. Die perlecan-transgenen Mäuse zeigten jedoch Muskelhypertrophie, was auf eine Rolle von Perlecan bei der Muskelentwicklung sowie bei dem durch Knorpelwachstumsplatten vermittelten Wachstum von Röhrenknochen hinweist.

In einem weiteren Maus-Knockout-Modell wurde das Perlecan-Gen durch homologe Rekombination des endogenen Perlecan-Gens mit einem Konstrukt mutiert, das 2 und 5 kb Homologiearme um ein deletiertes Exon 3 umgibt, das für 2 der 3 Heparansulfat-Anheftungsstellen in Domäne kodiert Ich von Perlecan. Perlecan, das von kultivierten Fibroblasten von Exon-3-Knockout-Mäusen hergestellt wurde, enthielt jedoch 40 % Heparansulfat und 60 % Chondroitinsulfat, da zusätzlich zu der einen Heparansulfat-Anheftungsstelle, die auf Domäne I verbleiben würde, auch noch die Bindungsstelle auf Domäne V vorhanden wäre . Die Studie zeigte, dass die Exon-3-Knockout-Mäuse in der dritten postnatalen Woche einen Kollaps der Linsenkapselintegrität aufwiesen, was auf eine Rolle der Aminosäuren, die aus der Domäne I von Perlecan deletiert wurden, bei der Aufrechterhaltung der Basalmembranintegrität der Linsenkapsel hinweist. Im Gegensatz zu den Perlecan-Knockout-Mäusen waren die Lebensfähigkeit und das Wachstum der langen Knochen bei den Exon-3-Knockout-Mäusen jedoch normal. Dies legt nahe, dass im Exon-3-Knockout die verbleibenden Bindungsstellen für Heparansulfat an den Domänen I und V, die für die FGF-2-Bindung verfügbar sind, oder die Stelle an der Domäne 3, die für die FGF-18-Bindung verfügbar ist, für normales Röhrenknochenwachstum ausreichend sein können.

Veränderungen an der Linse bei den Exon-3-Knockout-Mäusen sind dem TGF-β-Knockout-Mausmodell etwas ähnlich. Exon-3-Knockout-Mäuse zeigten auch verringerte Wundheilungs- und Angiogenesefähigkeiten, wenn sie entweder durch eine epidermale Verletzung oder durch FGF-2-Zugabe zur Hornhaut herausgefordert wurden. In der Studie zu epidermalen Verletzungen wurde bei Exon-3-negativen Mäusen und Kontrollmäusen eine Wunde erzeugt, die die Tiefe der Epidermis überspannte, und bei den Knockout-Mäusen entwickelten sich die Angiogenese und die Merkmale der Wundheilung langsam, möglicherweise aufgrund einer verminderten Bindung von Wachstumsfaktoren durch das Heparansulfat-negative Perlecan. Ein ähnliches Ergebnis wurde im Cornea Micropocket Assay erzielt, bei dem FGF-2 in die Cornea von Mäusen implantiert wird und bei normalen Mäusen Angiogenese induziert wird. Bei den Knockout-Mäusen war diese angiogenetische Wirkung beeinträchtigt, wenn auch nicht vollständig.

Studien an Gen-Knockout-Mäusen und Krankheiten beim Menschen haben auch eine kritische In-vivo-Rolle von Perlecan bei der Knorpelentwicklung und der Aktivität der neuromuskulären Verbindungen gezeigt.

Signalwege und ihre Wirkung auf die Expression

Signalwege dienen dazu, die Transkriptionsniveaus von Genen zu erhöhen oder zu verringern, was wiederum dazu führt, dass Zellen ihr Genexpressionsprofil ändern. Der Endeffekt von Signalwegen wird auf den Promotor von Genen ausgeübt, der Elemente stromaufwärts oder stromabwärts der Transkriptionsstartstelle umfassen kann, von denen einige innerhalb des transkribierten Gens selbst existieren können. Eine Reihe von Signalmolekülen kann Veränderungen der Perlecan-Expression bewirken, einschließlich der Molekülfamilien des transformierenden Wachstumsfaktors Beta (TGF-β), Interleukin (IL) und des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF).

Transkriptionelle Aktivierung

Die stromaufwärts gelegenen 2,5 Kilobasen der Perlecan-Promotorregion wurden durch CAT-Aktivierung in Zelllinien verschiedener histologischer Herkunft untersucht. Diese Studie kam zu dem Schluss, dass nur 285 Basenpaare stromaufwärts von der Transkriptionsstartstelle ein auf TGF-β reagierendes Element im Promotor existierte. Dieses Ergebnis wurde in solchen Geweben wie menschlichen Kolonkarzinomzellen bestätigt. und Maus-Uterusepithel durch in vitro-Zugabe des Zytokins zu Zellkulturmedium. In-vitro-Studien zum TGF-β1-Signalweg und seinen Auswirkungen auf die Perlecan-Expression können in verschiedenen Zelltypen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. In humanen koronaren glatten Muskelzellen in Kultur zeigte die TGF-β1-Signalgebung keine Wirkung auf die Perlecan-Expression, obwohl sie andere Matrixbestandteile hochregulierte. Der In-vivo-Demonstration der dynamischen Regulation von Perlecan und seiner Kontrolle durch extrazelluläre Signalwege ist entscheidend für unser Verständnis der Rolle des Proteins in der Entwicklung. Zu diesem Zweck wurde eine transgene Mauslinie erstellt, die Schweine-TGF-β1 unter dem linsenspezifischen αA-Crystallin-Promotor exprimiert, und dann wurde eine weitere ähnliche Linie erstellt, jedoch mit dem Gen, das durch den βb-Crystallin-Promotor gesteuert wurde, das einem anderen linsenspezifischen Gen entspricht . Dieses entwicklungsdynamische Gewebe zeigte eine schwerwiegende Fehlregulation von Komponenten der extrazellulären Matrix, einschließlich Perlecan mit TGF-β1-Überexpression. Eine Hornhauttrübung trat bei beiden transgenen Linien zu Beginn der Entwicklung aufgrund einer stark erhöhten Expression von Perlecan, Fibronektin und Thrombospondin-1 im Hornhautmesenchym auf. Der Effekt war in der βB-1-Crystallin-Promotor-getriebenen Linie ausgeprägter.

Die IL-Familie inflammatorischer Zytokine reguliert auch das pln-Transkript hoch. In einem Mausmodell zur Bildung von Alzheimer-Plaques bewirkt IL-1-alpha eine Erhöhung der Perlecan-Expression als Reaktion auf eine Hirnverletzung. Die IL-4-Behandlung von humanen gingivalen Fibroblasten in Kultur führte zu einer erhöhten Produktion verschiedener Heparansulfat-Proteoglykane, einschließlich Perlecan. Die Behandlung von menschlichen Lungenfibroblasten in vitro mit IL-1-beta führte zu keiner signifikanten Erhöhung der Perlecan-Produktion.

Ein weiterer Signalweg, von dem gezeigt wurde, dass er die pln-Transkription erhöht, ist der VEGF-Weg. Die VEGF165-Behandlung von mikrovaskulären Endothelzellen des menschlichen Gehirns in Kultur stimuliert eine erhöhte pln-Transkription. Dieses Molekül ist ein Ligand von VEGF-Rezeptor-2 (VGFR2), und es scheint, dass diese VEGF165-Antwort spezifisch für die Hochregulation von Perlecan ist, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt, an der der fibroblastische Wachstumsfaktor (FGF), der FGF-Rezeptor (FGFR) und VEGFR2 beteiligt sind zu Endothelschäden. Diese mikrovaskuläre spezifische Regulation durch VEGF165 lässt die Möglichkeit aufkommen, dass die gerinnungshemmende Funktion von Perlecan ein Teil des Schadenskontrollprozesses in Hirnendothelen ist.

Die Signalübertragung von Proteinkinase C ist vermutlich für die Hochregulierung der Transkription und Translation bestimmter Proteoglykane einschließlich Perlecan verantwortlich. Wenn der endozytische Signalweg von HeLa-Zellen durch die Überexpression eines mutierten Dynamins gehemmt wird, wird die Proteinkinase C aktiviert und die Perlecan-Botschaft und das Protein werden anschließend erhöht. Im Gegensatz dazu geht die übliche Herunterregulierung von Perlecan als Reaktion auf Hyperglykämie bei Mäusen verloren, die für PKC-α negativ sind.

Transkriptionelle Herunterregulierung

Interferon-γ-Signalgebung vermittelt die transkriptionelle Repression des Perlecan-Gens. Dies zeigte sich zunächst in Dickdarmkrebszelllinien und später in Zelllinien anderer Gewebeherkunft, aber in jedem Fall war ein intakter STAT1-Transkriptionsfaktor erforderlich, damit das Signal wirksam werden konnte. Dies führte die Forscher zu der Annahme, dass der Transkriptionsfaktor STAT1 mit dem Pln-Promotor in der distalen Region interagiert, die 660 Basenpaare stromaufwärts der Transkriptionsstartstelle lokalisiert ist. Die Interferon-γ-Behandlung von Mausembryonen im Blastozystenstadium führt zu einem Verlust der Perlecan-Expression auf dem Trophektoderm und damit zu einer embryonalen Morphologie und einem Phänotyp in der Zellkultur, was darauf hindeutet, dass diese mit Interferon-γ behandelten Blastozysten bei der Implantation fehlerhaft wären. Vermutlich stammt der Verlust der Perlecan-Expression von der Herunterregulierung der Transkription über die STAT1-Transkriptionsfaktor-Aktivität, wie zuvor gezeigt. Diese in vitro-Ergebnisse sind nicht unbedingt repräsentativ für normale physiologische Interferon-γ-Konzentrationen, noch werden die Zytokine normalerweise in großem Umfang exprimiert, sondern zu sehr spezifischen Entwicklungszeitpunkten. Wichtig zu beachten ist, dass die Perlecan-Expression durch die Behandlung mit einem exogenen Zytokin wie Interferon-γ verringert werden kann, und wenn eine physiologisch abnormale Zunahme der Zytokin-Expression auftritt, könnte dies die Implantation stören.

Zellstressoren und ihre Wirkung auf die Expression

Mechanischer und chemischer Stress kann die Basalmembranen oder die Zellen, die sie unterstützen, schädigen. Dies könnte das Genexpressionsprofil der Zellen beeinflussen, insbesondere in ihrer extrazellulären Matrix, die den Zellen oft physikalische Unterstützung und eine chemische Barriere bietet. Hypoxie, Entzündung, mechanischer und chemischer Stress wurden daraufhin untersucht, wie sie mit der Perlecan-Expression zusammenhängen.

Hypoxie ist ein Zustand, der in Krankheitszuständen und während einer Verletzung auftritt und oft zu einem Mangel an Endothelzellproliferation führt. Dies und die Rolle von Perlecan als Endorepellin veranlasste eine Studie über die Natur der Perlecan-Expressionsregulation durch Endothelzellen unter hypoxischen Bedingungen. Unter hypoxischen Bedingungen ergab diese Studie, dass die Perlecan-Expression durch mikrovaskuläre Endothelzellen des Herzens von Ratten im Vergleich zu normalen Kontrollen um einundsechzig Prozent verringert war. Die Behauptung dieses Papiers ist, dass die Herunterregulierung von Perlecan zu einem Verlust der FAK-Aktivierung und damit zu einer geringeren ERK-Signalgebung führt, was zu einer verminderten Zellproliferation führt. Es scheint kontraintuitiv, dass Endothelzellen aufgrund des Verlustes von Perlecan und seiner Endorepellin-Untereinheit weniger schnell proliferieren würden. Es könnte sein, dass diese Endothelzellen lediglich die Transkription vieler Gene als Reaktion auf hypoxische Bedingungen herunterregulierten. In einer anderen Studie führte Hypoxie zur Induktion von Genen, die mit Apoptose und Zelltod assoziiert sind, aber die Unterdrückung von Genen war nicht auf Proteine ​​beschränkt, die mit einem bestimmten Signalweg assoziiert sind. Wenn T84-Darmepithelzellen für 24 Stunden hypoxischen Bedingungen ausgesetzt werden, kommt es zu einem signifikanten Anstieg der Perlecan-mRNA und der Proteinproduktion. Sie beziehen dies auf die Tatsache, dass viele Gene, die als Reaktion auf Hypoxie erhöht sind, ein cAMP-Response-Element (CRE) in ihrem Promotor enthalten, ebenso wie pln. Dieser Unterschied zwischen Endothelzellen aus der Studie von 2007 und den in diesen Experimenten untersuchten Epithelzellen ist ein Hinweis darauf, wie unterschiedlich die Regulationsmechanismen von Perlecan in verschiedenen Zelltypen sein können.

Die Entwicklung von Beta-Amyloid-Plaques im Gehirn wird mit dem Ausbruch der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht. Diese Plaques induzieren einen konstanten Entzündungszustand in angehäuften Bereichen, was zur Expression bestimmter entzündungsbedingter Genprodukte führt, von denen einige die Entzündung im Gehirnkontext aufrechterhalten. Wie bereits erwähnt, wurden zur Untersuchung der Wirkung einer Gehirnentzündung auf die Expressionsspiegel von Perlecan Nadelstichwunden in Mäusegehirnen erzeugt und nach einer Entzündung und variablen Erholungsphasen wurden mRNA- und Proteinspiegel durch in-situ-Hybridisierung und Immunfärbung bestimmt. Während der Heilungsphase waren die Perlecan-Spiegel im Hippocampus, aber nicht im Striatum erhöht, zusammen mit der IL-1-alpha-Expression. Die Perlecan-Expression wurde auf Mikrogliazellen im Hippocampus und in Astrozyten zurückgeführt. Diese Rolle von Perlecan bei der Bildung von Beta-Amyloid-Plaques wird durch eine frühere Studie unterstützt, die zeigte, dass die Behandlung von Rattengehirnen mit Perlecan und Beta-Amyloid zur Bildung von senilen Plaques führte, während die Behandlung mit Beta-Amyloid allein nicht die gleiche Wirkung hatte.

Auf organismischer Ebene hat mechanischer Stress einen tiefgreifenden Einfluss auf die Integrität der extrazellulären Matrix und verursacht wahrscheinlich die Induktion einer Reihe von ECM-Genen für die Reparatur und den Umbau von ECM in Gewebestroma und Basalmembranen. Eine Studie untersuchte die In-vitro-Effekte von Druck auf die globale Gentranskription unter Verwendung eines Microarray-Ansatzes und eines Zelldehnungssystems, das den Augeninnendruck in der Lamina cribosa (Bindegewebe) des Sehnervenkopfes simulieren sollte. Ihre Ergebnisse waren, dass Perlecan und mehrere andere Proteoglykane als Reaktion auf den Dehnungsreiz hochreguliert wurden. TGF-β2 und VEGF wurden ebenfalls induziert und trugen möglicherweise zur Hochregulierung des Perlecan-Transkripts und -Proteins bei. Es wurde gezeigt, dass die autokrine TGF-β-Signalgebung ein kompensierendes Ergebnis von mechanischem Stress in vitro in Endothelzellen ist. Unter Verwendung eines ähnlichen Zelldehnungsmechanismus zur Nachahmung des arteriellen Drucks zeigte diese Untersuchung, dass die Perlecan-Produktion als Reaktion auf mechanische Belastung zunahm. Dies hängt von der autokrinen TGF-β-Signalgebung in einer positiven Rückkopplungsschleife mit p38 und ERK ab. Dieser Anstieg der Endothelzellen-Produktion von VSMC-Wachstumsinhibitoren (dh Heparin) wird in VSMCs umgekehrt, wo mechanischer Stress die Proliferation induziert. Die Deformation von VSMC-Zellen in Kultur führt zu einer Hochregulierung von Perlecan mit einer signifikanten Zunahme der Sulfatierung der Heparansulfatketten. Dies steht nicht im Gegensatz zu den gezeigten Daten, bei denen die Perlecan-Expression in Ratten-VSMC über e19 hinaus konstant ist, was darauf hindeutet, dass Perlecan eine antiproliferative Rolle für VSMCs spielt. In diesem Fall scheint die Signalfunktion des Moleküls der operative hochregulierte Faktor zu sein, insbesondere aufgrund der erhöhten Sulfatierung der Heparansulfatketten.

Chemische Schäden an Organen können nicht nur die genetische und mechanische Integrität der Zelle, sondern auch die extrazelluläre Matrix des Gewebes beeinträchtigen. Um die Wirkung chemischer Schäden auf Leberzellen zu untersuchen, wurden Wistar-Ratten vor dem Töten 48 Stunden lang mit Tetrachlorkohlenstoff behandelt. Vor der Behandlung mit CCl 4 war die Perlecan-Färbung auf den Gallengang und die sinusförmigen Blutgefäße der Leber beschränkt. Nach der Behandlung war die Perlecan-Färbung in den Nekrosebereichen intensiv. Dies könnte auf die verstärkte Kapillarisierung der Leber als Versuch der Regeneration von geschädigtem Gewebe zurückzuführen sein. Ein ähnlicher Befund wurde bei der Acetamenophin-Behandlung von Mäusen gezeigt, wo Perlecan und andere Matrixkomponenten in nekrotischen Läsionen der Leber stark exprimiert wurden.

Expression in Zellkultur

Eines der schlagkräftigen Argumente gegen die Validität von in vitro-Ergebnissen von Zellkulturen auf 2D-Kunststoffplatten ist, dass die Umgebung die der Zellen im Organismus nicht genau widerspiegelt. Dieses Problem wird durch die Entwicklung von 3D-Zellkulturen mit einer Vielzahl von Substraten als Gerüst oder Umgebung für die Zellen angegangen. In dieser Art von Einstellung hat die Expression von ECM-Genen das Potenzial, dem nativen Expressionsprofil stärker zu ähneln. 3D-Gerüste, die Strukturen, auf denen die kultivierten Zellen wachsen, können aus anderen Zellen bestehen, dh Kokulturen, synthetischen Polymeren, die die natürliche Umgebung der Zellen nachahmen, oder gereinigter ECM wie Matrigel und einer beliebigen Mischung dieser drei Komponenten.

Ein solches System wurde entwickelt, um die Hautentwicklung und die Basalmembranbildung zwischen Keratinozyten und dem Stroma zu untersuchen. Dieses System wird verwendet, um die Entwicklung der Basalmembran zwischen Fibroblasten im Stroma (in diesem Fall Fibroblasten in einem Typ-I-Kollagengel) und auf dem Gel gewachsenen Keratinozyten zu beschreiben. Die Perlecan-Expression und somit die Basalmembran-Reifung hängt von der Nidogen-Vernetzung von Kollagen IV und der Laminin-γ1-Kette in diesem System ab. Dieser Effekt führte auch zu einem Mangel an Hemidesmosomen im sich entwickelnden Gewebe. Ein anderes System, das ein desorganisiertes hydratisiertes Kollagen I-Gel verwendet, wurde verwendet, um zu zeigen, dass primäre menschliche Hornhautfibroblasten schließlich in das Gel eindringen und eine Matrix bilden, die aus Kollagen Typ I und Perlecan sowie mehreren anderen sulfatierten Matrixglykoproteinen besteht. Dies ahmt das Entwicklungsprogramm und die Reaktion auf eine Verletzung des in vivo kornealen Fibroblasten nach.

Eines der langfristigen Ziele bei der Entwicklung von 3D-Zellkultursystemen besteht darin, Gewebe zu entwickeln, die als Ersatz für Patienten mit vielen Arten von Krankheiten verwendet werden können. In Tissue-Engineering-Herzklappen, die durch Aussaat von Myofibroblasten auf Kollagen Typ I gefolgt von Endothelzellen erzeugt wurden, wurde die Heparansulfat-Proteoglykan-Expression verifiziert, obwohl in diesen Geweben kein Unterschied zwischen Syndecan und Perlecan gemacht wurde. Ein weiteres Verfahren, das durch Tissue Engineering ermöglicht werden könnte, ist die Keratoepithelioplastie. Transplantiertes Gewebe muss intakt bleiben, was eine vorgeformte Basalmembran erfordert. Kollagengele haben die Bildung einer vollständigen Basalmembran durch Hornhautepithelzellen in Kultur gefördert.

Perlecan verspricht auch, als Gerüst für das Ausplattieren von Zellen in Kultur zu dienen. Die duktalen und azinären Zellen der menschlichen Speicheldrüse wurden erfolgreich auf einem bioaktiven Peptid gezüchtet, das eine Sequenz enthält, die sich in der Domäne IV des Perlecan-Proteins wiederholt. Diese Zellen reproduzieren aciniähnliche Strukturen, die denen der nativen Drüse und Tight Junctions ähnlich sind, zusammen mit kompletten Basalmembranen in Kultur.

Krankheitsverband

Krebs

Während die Perlecan-Suppression eine wesentliche Hemmung des Tumorwachstums und der Neovaskularisation bei Null-Mäusen bewirkt, wird im Gegensatz dazu, wenn Perlecan-Null-Zellen in Nacktmäuse injiziert werden, ein verstärktes Tumorwachstum im Vergleich zu Kontrollen beobachtet. Das Fortschreiten und die Pathogenese von Krebs sind eng mit der Zusammensetzung der extrazellulären Matrix verbunden, und die Rolle von Perlecan und anderen ECM-Molekülen bei Krebs wird von einer großen Anzahl von Labors untersucht. Da die Basalmembran das erste Hindernis für die Extravasation von Karzinomzellen ist, hat Perlecan in diesem Prozess vielfältige Funktionen. Ein Modellsystem, das verwendet wird, um die Perlecan-Expression in Karzinomzelllinien zu untersuchen, ist das der MeWo/70W-Melanom-Melanom-Melanom-Progressions-Zelllinien. MeWo-Zellen sind charakteristischerweise weniger invasiv als ihre klonale Variante der Zelllinie 70W. Ein Labor untersuchte die Perlecan-Expression in 27 invasiven Melanomen und 26 der 27 Proben zeigten eine signifikante Zunahme der Perlecan-Botschaft im Vergleich zu normalem Gewebe derselben Patienten. Sie verwendeten dann die MeWo- und 70W-Zelllinien, um zu untersuchen, ob sich die Perlecan-Expression während der Behandlung mit Neurotrophinen verändert, die die Zellinvasion durch Matrigel in vitro stimulieren können. Die invasiveren 70W-Zellen begannen 10 Minuten nach der Stimulation mit den Neurotrophinen Perlecan-Botschaft zu exprimieren, und die MeWo-Zellen produzierten unabhängig von der Behandlung keine pln-Botschaft. In dieser Studie wurde besonders darauf hingewiesen, dass die Hochregulation von Perlecan noch vor der von Heparanase, einem essentiellen Protein, das am Prozess der Extravasation beteiligt ist, auftrat.

Bei Eierstockkrebs wie bei anderen Krebsarten tritt die Perlecan-Expression während des Fortschreitens der Krankheit unterschiedlich auf. Die Perlecan-Färbung geht in der Ovarialbasalmembran verloren, die durch ein invasives Adenokarzinom durchbrochen wurde, was im Gegensatz zur Perlecan-Färbung in den Basalmembranen von normalen Eierstöcken und solchen mit gutartigen Tumoren steht, wo die Basalmembran homogen und in ihrer Zusammensetzung der in . sehr ähnlich ist andere normale Gewebe. Dies steht im Einklang mit anderen Ergebnissen, die einen Verlust von Perlecan in Basalmembranen zeigen, die von invasivem Zervixkarzinom betroffen sind, das sich auf die Beckenlymphknoten ausbreitet, was aufgrund der Korrelation erhöhter Spiegel der Heparanase-mRNA-Expression mit der Invasion ähnlicher Zervixkarzinome nicht überraschend ist. Im Gegensatz dazu war die Tumorbildung der in Ratten injizierten immortalisierten Maus-Epithelzelllinie RT101 von der Perlecan-Expression durch die Mauszellen und nicht von der Anwesenheit von endogenem Ratten-Perlecan abhängig. RT101-Zellen, bei denen Perlecan durch Antisense niedergeschlagen wurde, zeigten in diesem System keine Tumorbildung, jedoch zeigten Zellen, die das Antisense-Perlecan und ein rekombinantes Konstrukt exprimieren, das die Domänen I, II und III von Maus-Perlecan codiert, tatsächlich eine Tumorbildung. Somit scheint es in diesem System, dass die Tumorzellexpression von Perlecan für die Tumoraggregation notwendig ist. Mehr Forschung zur Modifikation der GAG-Kette oder des Kernproteins durch invasive Tumorzellen im Vergleich zu gutartigen Tumorzellen und normalem Gewebe wäre aufschlussreich, um die Rolle von Perlecans bei der Krebsmigration besser zu verstehen.

Mehrere Laboratorien haben die In-vitro- Tumorzell-Angiogenese unter Verwendung von Antisense-Konstrukten zur Perlecan-Botschaft untersucht. Die Reverse-Komplement-cDNA voller Länge, angetrieben von einem starken Promotor, wird in verschiedene Zelltypen transfiziert, um die Perlecan-Expression vollständig zu eliminieren. Antisense in Kolonkarzinomzellen blockiert die Perlecan-Translation, was zu einem verminderten Tumorwachstum und einer verminderten Angiogenese führt. Eine ähnliche In-vitro-Verminderung der Proliferation trat bei NIH-3T3-Zellen und einer humanen Melanomzellinie auf, die Antisense-Perlecan-mRNA exprimiert. In-vitro-Befunde mit Kaposi-Sarkom-Zelllinien zeigten, dass der Verlust von Perlecan durch Transfektion mit einem Antisense-Konstrukt zu einer verminderten Proliferation und Migration dieses stark metastasierten Zelltyps führte. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu In-vivo- Ergebnissen mit den gleichen Kaposi-Sarcoma-Linien, die zeigen, dass ein vermindertes Perlecan zu einer erhöhten Angiogenese führt, was die Migration erleichtert und somit mit einem Anstieg des Tumorgrades verbunden ist. Der Antisense-Knockdown von Perlecan in Fibrosarkom-Zelllinien führte sowohl in vitro als auch in vivo zu einem erhöhten Wachstum und einer erhöhten Migration. Diese Ergebnisse einer stärkeren Tumorgenese in vivo werden durch Daten gestützt, die zeigen, dass der C-Terminus des Perlecan-Proteins als ein endostatisches Modul wirkt, das jetzt als Endorepellin bekannt ist.

Ein Ribozym-Konstrukt wurde zur Verwendung beim Knock-down der Perlecan-Translationsniveaus geschaffen. Dieses Ribozym wurde auf eine sequenzkodierende Domäne I des Perlecan-Proteins gerichtet. Es reduzierte die Expression von Perlecan in der Prostatakrebszelllinie C42B um bis zu 80%. Im Gegensatz zu zuvor diskutierten Studien produzierten diese Zellen kleinere Tumoren als ihre Elternzellen, wenn sie athymischen Mäusen injiziert wurden. Was diese Ungleichheit in den Ergebnissen für die Invasion bedeutet, ist unbekannt, obwohl es wahr ist, dass Perlecan Teil der extrazellulären Matrix im mesenchymalen Gewebe ist und Zellen, die einen epithelial-mesenchymalen Übergang (EMT) durchlaufen, die Perlecan-Expression als Teil ihrer EMT-Programmierung hochregulieren können.

Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Die Perlecan-Spiegel sind bei vielen Krankheitszuständen - zB Diabetes , Arteriosklerose und Arthritis - erniedrigt . Perlecan spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der glomerulären Filtrationsbarriere. Ein vermindertes Perlecan in der glomerulären Basalmembran spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung der diabetischen Albuminurie . Die Perlecan-Expression wird durch viele atherogene Stimuli herunterreguliert, und daher wird angenommen, dass Perlecan eine schützende Rolle bei Arteriosklerose spielt. Diabetes und Arteriosklerose sind häufig assoziierte Syndrome. 80 % der Diabetes-assoziierten Todesfälle sind mit einer Form von atherosklerotischen Komplikationen verbunden, und die Basalmembran der Endothelien wurde mit dem atherogenen Prozess in Verbindung gebracht. Es wurde gezeigt, dass die Synthese von Heparansulfat in den Arterien von Diabetikern und in Arterien, die atherosklerotische Läsionen entwickeln, abnimmt.

Der Mechanismus, durch den Heparansulfat in diesen Läsionen herunterreguliert wurde, blieb für einige Zeit unbekannt. Eine Theorie besagt, dass eine hohe Glukose im Blutkreislauf zu einer Abnahme der GAG-Kettenbindung an Perlecan führen könnte, jedoch nicht notwendigerweise zu einer Änderung des Syntheseweges der GAG-Ketten oder des Kernproteins. Nach der Behandlung von menschlichen Aorten-Endothelzellen mit einem Medium mit hohem Glucosegehalt enthielt sekretiertes Perlecan weniger Sulfat-Einbau, begleitet von einem insgesamt geringeren GAG-Ketten-Einbau. Obwohl kein Signalweg identifiziert wurde, der zu dieser Abnahme des Einbaus der GAG-Kette führt, wird vermutet, dass der Verlust von 30 % der Gesamtglykosylierung des Proteins den Verlust einer der drei HS-Ketten auf Perlecan in diesem Modell der Diabetes-assoziierten Hyperglykämie bedeuten könnte. Es wird auch angemerkt, dass ähnliche Abnahmen des extrazellulären HS ohne eine Änderung der Färbung für die Kernproteinketten in diabetischen Nieren und in Nierenzellen in Kultur, die mit hohem Glucosegehalt behandelt wurden, auftreten.

Atherosklerose ist am häufigsten die Ursache für koronare Herzkrankheiten und andere Herz-Kreislauf-Erkrankungen, und eine große Ansammlung von Perlecan-Protein ist symptomatisch für fortgeschrittene atherosklerotische Plaques. VSMCs sind die Produzenten des Perlecans in diesem Zustand, was bedeutet, dass sich ein Großteil der Forschung auf das Verständnis der Mittel der Perlecan-Hochregulierung in diesem Zustand konzentriert hat. In einem Test der Wirkung von zirkulierenden unveresterten Fettsäuren (symptomatisch für Diabetes und Atherogenese) auf die Perlecan-Expression durch VSMCs änderte sich die Expression im Vergleich zu Kontrollzellen nicht. Dies stand im Gegensatz zu einer 2-10-fachen Erhöhung der Expression anderer Basalmembran-Proteoglykane. Thrombin ist ein weiterer Marker, der mit Atherogenese und Prokoagulation in Verbindung steht, und es reguliert selektiv die Produktion von Perlecan, aber nicht von anderen Proteoglykanen in humanen VSMCs in Kultur. Es wird vermutet, dass dieser Effekt nur beobachtet wird, wenn VSMCs die Konfluenz erreichen, jedoch nicht vor der Konfluenz. Dieses Konzept ähnelt den zuvor erwähnten Studien, die zeigen, dass Perlecan nur von VSMCs produziert wird, wenn sie während der Entwicklung ihre Proliferation eingestellt haben. Ein weiterer Marker im atherosklerotischen Stoffwechselweg ist Angiotensin II, das auch die Perlecan-Expression in VSMCs in Kultur hochreguliert. Angesichts der Bedeutung der Perlecan-Expression bei Atherosklerose besteht das Potenzial für eine Therapie auf der Grundlage der Perlecan-Expression, und die Forschung könnte schließlich in diese Richtung gehen.

Erbkrankheit

Mutationen im HSPG2- Gen, das für Perlecan kodiert, verursachen dyssegmentale Dysplasie vom Silverman-Handmaker-Typ und das Schwartz-Jampel-Syndrom .

Interaktionen

Perlecan hat sich gezeigt , zu interagieren mit

Verweise

Externe Links