Lysinhydroxylierungen

Lysinhydroxylierungen ist die posttranslationale Modifikation von Lysinresten in bestimmten extrazellulären Proteinen, vor allem im Kollagen. Dabei wird die ε‑Aminogruppe des Lysin durch eine Hydroxygruppe ersetzt und Hydroxylysin entsteht. Der Prozess ist zentral für die Faltung, Stabilität und Quervernetzung der Kollagenmatrix.

Die Reaktion wird von den Lysylhydroxylasen katalysiert, einer Gruppe von Eisen(II)-abhängigen Dioxygenasen: PLOD1, PLOD2 und PLOD3. Sie verwenden O2 und α‑Ketoglutarat als Substrate und benötigen Ascorbat (Vitamin C), um das Eisen im aktiven Zentrum vorzuhalten. Mutationen in diese Gene beeinträchtigen die Hydroxylierung und führen zu abnormen Kollagenkreuzverbindungen.

Vorkommen und Folgen: Hydroxylysinreste entstehen vor allem in Kollagen Typ I, II und III sowie in anderen ECM-Proteinen. Hydroxylysine können O‑Glykosylierungen erfahren (Galaktosyl- oder Glucosylgalaktosylhydroxylysine), was Faltung, Stabilität und Verknüpfung beeinflusst. Die Bildung stabiler Quervernetzungen erfolgt letztlich durch Lysyloxidase (LOX), die aus Lysin- bzw. Hydroxylysinresten reaktive Aldehyde bildet und so fortlaufende Kollagenvernetzungen ermöglicht.

Klinische Relevanz: Mutationen in PLOD1, PLOD2 oder PLOD3 sind mit Formen des Ehlers-Danlos-Syndrom und verwandten Bindegewebserkrankungen assoziiert. Typische Merkmale sind Hauthyperelastizität, Gelenküberdehnbarkeit, Instabilität und erhöhte Frakturanfälligkeit, wobei das Erscheinungsbild je nach Mutation variiert.