Einzigartig vernetzt - strukturelle Charakterisierung des Faserproteins Elastin mittels Massenspektrometrie

Abstract

Elastin ist ein Faserprotein der extrazellulären Matrix, das bei Wirbeltieren in mechanisch beanspruchten Geweben vorkommt und ihnen Elastizität verleiht. Eine wesentliche Eigenschaft ist seine ausgeprägte Quervernetzung, die durch Enzyme der Lysloxidase-Familie induziert wird, nachdem das lösliche Vorläuferprotein Tropoelastin in den Extrazellularraum sezerniert wurde. Bisher konnte die exakte Vernetzung der Elastindomänen nicht aufgeklärt werden. Daher widmete sich diese Arbeit der Untersuchung von Quervernetzungen in Elastin. Dazu wurde Elastin aus verschiedenen Geweben aus Homo sapiens, Bos taurus und Xenopus tropicalis isoliert und analysiert. Die Entwicklung neuer, auf hochauflösender Massenspektrometrie basierenden Methoden erlaubte die Identifizierung zahlreicher bi- und tetrafunktionaler Quervernetzungen. Mit ihnen konnte erstmalig gezeigt werden, dass Elastin ein sehr heterogen quervernetztes Protein ist. Diese Erkenntnisse erlaubten neue Einblicke in die Bildung Elastins.

Elastin is an essential and durable fiber protein providing elasticity and resilience to vertebrate tissues that undergo repeated stretch. A key feature required for the exceptional properties of the extracellular biopolymer is its extensive cross-linking induced by members of the lysyl oxidase family after secretion of the soluble precursor tropoelastin. To date, the structure of elastin and its exact pattern of cross-linking has remained unknown. Thus, this work aimed to investigate in which manner the different domains are linked. Mature elastins derived from various tissues of Homo sapiens, Bos taurus and Xenopus tropicalis were isolated and investigated. The development of novel high resolution mass spectrometry-based methods enabled the identification of various bi- and tetrafunctional cross-links in elastin peptides. Overall, it was clearly shown that elastin is a heterogeneously cross-linked protein. These results gave new insights into the complex formation of mature elastin.