Proteoglykan-Hyaluronan-Aggregat
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von griechisch: πρωτεΐνη (proteínē) – „Protein“; γλυκός (glykós) – „süß“; ὑαλουρονικόν (hyalouronikon) – „Glasartig, Hyaluronsäure“; ἄγκυλος (ankylos) – „gekrümmt, verbunden“
Synonyme: Hyaluronan-Proteoglykan-Komplex, Aggrecan-Hyaluronan-Matrix
Englisch: proteoglycan-hyaluronan aggregate, PG-HA complex
Definition
Der Terminus Proteoglykan-Hyaluronan-Aggregat (PG-HA-Aggregat) bezeichnet einen supramolekularen Komplex aus Hyaluronsäure und großen, sulfatierten Proteoglykanen (z. B. Aggrecan), der über Link-Proteine stabilisiert wird. Ansammlungen jener Aggregate bilden, insbesondere im Knorpel, die Grundlage der extrazellulären Matrix und verleihen so Geweben sowohl mechanische Stabilität als auch Druckelastizität.
Biochemie
Das Grundgerüst der Aggregate besteht aus einem linearen Hyaluronanmolekül, an das über nichtkovalente Interaktionen Proteoglykan-Moleküle (typischerweise Aggrecan) angeheftet werden. Die Bindungsstelle ist dabei die globuläre G1-Domäne des Aggrecan-Kernproteins. Proteoglykane besitzen Glykosaminoglykan-Seitenketten (stark negativ geladen), welche helfen, Wasser anzuziehen und somit die Aggregate zu hydratisieren. Diese Hydratation ermöglicht der Knorpelmatrix eine immense Menge an Druckresistenz.
Die Assembly der Aggregate geschieht in folgendem hierarchischen Prozess:
- Hyaluronan polymerisiert im extrazellulären Raum
- Link-Proteine stabilisieren diese Bindung
- Proteoglykane lagern sich entlang der Hyaluronan-Kette an, wodurch aus den Mikromolekülen Makroaggregate gebildet werden.
Klinik
Disruption oder Abbau von Proteoglykan-Hyaluronan-Aggregaten ist zentral in degenerativen Gelenkerkrankungen wie Arthrose. Der Verlust von Aggrecan oder die Fragmentierung von Hyaluronan führt zu verminderter Wasserbindung, erhöhter mechanischer Belastung des Knorpels und schlussendlich zu Matrixzerstörung. Therapeutische Ansätze umfassen die intraartikuläre Injektion von Hyaluronan, Enzyminhibitoren gegen Aggrecanase oder modulierte regenerative Verfahren (mit dem Ziel, die Integrität der Aggregate wiederherzustellen).
Genetik
Die Biosynthese der Aggregate wird von Genen für Kernproteine wie ACAN (Aggrecan) sowie von Glycosyltransferasen gesteuert, die die Seitenketten der Glykosaminoglykane synthetisieren. Mutationen in diesen Genen können zu Skelettdysplasien, frühzeitiger Arthrose oder anderen Bindegewebsdefekten führen. Auch die Expression von Hyaluronansynthasen (HAS1-3) ist entscheidend für die Länge und Qualität der Hyaluronan-Ketten und somit für die Stabilität der Aggregate.
Vorkommen
Proteoglykan-Hyaluronan-Aggregate finden sich primär in hyalinem Knorpel (Gelenkknorpel, Nasenseptum, Trachea), in der interstitiellen Matrix der Bandscheiben, im Glaskörper des Auges sowie in der embryonalen EZM, wo sie zur Morphogenese und mechanischer Formgebung beitragen. Ihre Konzentration ist gewebespezifisch und unterliegt teils altersabhängigen Veränderungen.
Funktion
Hinsichtlich der Funktion von Proteoglykan-Hyaluronan-Aggregaten ist zunächst die anfangs erwähnte hohe Druckelastizität und mechanische Stabilität des Knorpelgewebes zu nennen, welche durch die hohe negative Ladung der Glykosaminoglykane bedingt ist (Sie ziehen Wasser in die Matrix und ermöglichen dadurch eine gewisse Pufferung mechanischer Belastungen).
In Gelenkknorpel wirken die Aggregate aufgrund dieser Eigenschaften als Stoßdämpfer. Des weiteren modulieren sie die Diffusion regulatorischer Proteine - durch den anionischen Charakter der Aggregate können sie positiv geladene Moleküle wie Zytokine und Wachstumsfaktoren binden und somit zu einer kontrollierten Sezernierung beitragen.
Quellen
- Watanabe H, Yamada Y. Proteoglycan aggregates in cartilage: structure and function. Semin Cell Dev Biol. 2002;13:69–76.
- Roughley PJ, Mort JS. The role of aggrecan in normal and osteoarthritic cartilage. J Exp Orthop. 2014;1:8.
- Poole AR. Cartilage in health and disease. Arthritis Res Ther. 2003;5:54–66.
- Sophia Fox AJ, Bedi A, Rodeo SA. The basic science of articular cartilage: structure, composition, and function.Sports Health. 2009;1:461–468.
- Mayerhofer et al., Duale Reihe Anatomie: Histologie. Stuttgart: Thieme; 2025