Proteoglykane

proteoglycans

Proteoglykane, eine große heterogene Familie von komplexen Makromolekülen, bilden zusammen mit den Kollagenen die wichtigsten Bestandteile der Extrazellulärmatrix.

Proteoglykane bilden eine große heterogene Familie von komplexen Makromolekülen, deren Grundstruktur aus einem Core-Protein besteht, an das kovalent eine oder mehrere Glykosaminoglykan-(GAG-)Ketten (Glykosaminoglykane) gebunden sind. Im Gegensatz zu den Glykoproteinen bestimmen bei den Proteoglykanen die GAG-Ketten ganz wesentlich die biochemischen Eigenschaften. Außerdem gibt es eine Reihe von Proteinen, z. B. den Transferrinrezeptor (Transferrinrezeptor, löslicher) die mit, aber auch ohne solche GAG-Ketten vorliegen können und damit teilweise Eigenschaften von Proteoglykanen besitzen.

Proteoglykane bilden neben den Kollagenen (Kollagene) den Hauptbestandteil der Extrazellulärmatrix. Daneben werden insbesondere Heparansulfat-Proteoglykane auch auf fast allen Zelloberflächen exprimiert.

Entsprechend der Bedeutung der GAG-Ketten für die biochemischen Eigenschaften der Proteoglykane erfolgte die Einteilung der Proteoglykane zunächst in die Unterfamilien der Heparansulfat-, Chondroitin-Dermatansulfat- und Keratansulfat-Proteoglykane. Nach der Klonierung der Core-Proteine der meisten Proteoglykane (aktuell ca. 50) erfolgt eine weitere Einteilung entsprechend der Core-Proteine, z. B. der Genfamilien der Syndecane und Glypicane, bzw. ihrer strukturellen Eigenschaften, z. B. der kleinen Leucin-reichen Proteoglykane (SLRP), zu denen neben den Chondroitin-Dermatansulfat-Proteoglykanen Decorin und Biglycan auch eine Reihe kleiner Keratansulfat-Proteoglykane, z. B. Fibromodulin, Lumican und Keratocan, gehören.

Chondroitinsulfat-Dermatansulfat-Proteoglykane, wie das Aggrecan (das zusätzlich noch Keratansulfatketten trägt), sind wichtige Strukturbestandteile der Extrazellulärmatrix. Sie prägen über zahlreiche Interaktionen mit verschiedenen Kollagenen und einer Reihe weiterer Glykoproteine die spezifischen Eigenschaften so heterogener Gewebe wie Knochen, Knorpel und Sehnen. Sie sind darüber hinaus aber auch für die Eigenschaften und Funktionen zahlreicher Gewebe und Organe verantwortlich, z. B. der Festigkeit der Gefäßwand von Blutgefäßen, aber auch ihrer gerinnungshemmenden inneren Oberfläche. Ein weiteres Beispiel bildet Agrin als essenzieller Bestandteil der neuromuskulären Endplatte. Kleine Keratansulfat-Proteoglykane, wie Lumican und Keratocan, die bevorzugt in der Kornea exprimiert werden, sind über die Interaktion mit Kollagenen für die Transparenz bzw. die Durchsichtigkeit der Kornea verantwortlich.

Heparansulfat-Proteoglykane, die auf der Zelloberfläche der meisten Zellen in hoher Dichte exprimiert werden, besitzen u. a. Aufgaben bei der Kontrolle der Zellproliferation und Differenzierung (z. B. als Korezeptoren von zahlreichen Zytokinen und Wachstumsfaktoren). Darüber hinaus sind Heparansulfat-Proteoglykane auch wichtige Bestandteile der Basalmembranen und kontrollieren nicht nur den Stoffaustausch (z. B. in der glomerulären Basalmembran die ladungs- und größenselektive Filtration), sondern auch die Zellmigration z. B. im Rahmen von Entzündungs- und Immunreaktionen oder bei der Metastasierung von Tumoren.

Störungen im Abbau der GAG-Ketten führen zu den Mukopolysaccharidosen (Mukopolysaccharide und Glykosaminoglykane).