Kollagenfibrillogenese

Kollagenfibrillogenese bezeichnet den Prozess der Bildung von Kollagenfibrillen in der extrazellulären Matrix. Sie beginnt mit der Synthese von Prokollagen in den Ribosomen des endoplasmatischen Retikulums und deren posttranslationalen Modifikationen, darunter die Hydroxylierung von Prolin- und Lysinresten sowie O-Glykosylierung. Die Bildung der triple-Helix führt zur Freisetzung von Prokollagen, das in Vesikeln zur extrazellulären Matrix transportiert wird.

Im extrazellulären Raum werden die N- und C-terminalen Propeptide durch spezifische Proteasen entfernt (N- und C-Proteinasen; C-Propeptidasen wie BMP-1). Daraufhin können Tropokollagenmoleküle selbstständig zu überlappenden Einheiten angeordnet werden und Kollagenfibrillen bilden. Die Anordnung und der Durchmesser werden durch matrikuläre Moleküle wie Decorin reguliert, die die Fibrillogenese räumlich steuern.

Die Fibrillen werden durch Lysyloxidase (LOX) quervernetzt, was stabile kovalente Bindungen zwischen Lysinresten in den Telopeptiden erzeugt und so die mechanische Festigkeit erhöht. Die Reifung der Fibrillen kann gewebespezifische Muster annehmen und Unterschiede in Länge, Organisation und Dichte aufweisen. Kollagenfibrillen gruppieren sich zu größeren Fasern, deren Organisation charakteristisch für Gewebe wie Haut, Knochen, Sehnen und Knorpel ist.

Störungen des Prozesses durch genetische Mutationen oder Umweltfaktoren können zu Bindegewebserkrankungen beitragen, etwa dem Ehlers-Danlos-Syndrom oder Osteogenesis imperfecta. Die Kollagenfibrillogenese ist zudem ein zentrales Thema in der Geweberegeneration und im Tissue Engineering.