Kollagen-Typ 1α2

Kollagen Typ I, alpha 2, auch bekannt als Alpha-2-Typ-I-Kollagen, ist ein Protein, das im menschlichen Organismus vom Gen COL1A2 codiert wird. Bei Säugetieren ist Kollagen Typ I, ein fibrilläres Kollagen, der häufigste Kollagentyp und kommt in Haut, Sehnen, Faszien, Knochen, im Bindegewebe, Knorpeln, Gefäßen, inneren Organen, Sclera und im Dentin vor. Besonders ist COL1A2 in der glatten Muskulatur, in Adipozyten und im Uterus am stärksten exprimiert.^[1]

COL1A2 wird durch 52 Exons codiert. Die Exons sind folgendermaßen verteilt: Sechs befinden sich am N-terminalen Propeptid, 42 auf der Alpha-2(I)-Kette und vier am C-terminalen Propeptid.^[2] Das Gen befindet sich auf dem langen Chromosomenarm (q-Arm) auf der Chromosomenbande 7q21.3 des Chromosoms 7.^[1]

COL1A2 befindet sich vermehrt im Extrazellularraum. Das Gen ist auch in der Zellmembran, im Nukleus, im Cytoskelett und im Lysosom vorhanden.^[1]

Kollagen Typ I besitzt als Tertiärstruktur eine Tripelhelix. Es beinhaltet zwei Pro-α1(I)-Polypeptidketten, die durch das Gen COL1A1 codiert werden, und eine Pro-α2(I)-Kette, die durch das hier beschriebene Gen codiert wird, um ein Prokollagen Typ I bilden zu können. Dieses Prokollagen muss außerhalb der Zelle prozessiert werden. Die anschließende Vernetzung resultiert in einer sehr starken und reifen Kollagenfibrille Typ I.^[3] Mutationen in diesem Gen werden mit der Erbkrankheit Osteogenesis imperfecta Typ I–IV, dem Ehlers-Danlos-Syndrom (Anthrochalasie und Klassischer Typ), der Idiopathischen juvenilen Osteoporose und dem atypischen Marfan-Syndrom assoziiert.^[1]

COL1A2 interagiert insgesamt mit 27 Proteinen:^[1][4]

Mutationen im Gen COL1A2 könnten folgende Krankheiten verursachen:

• Ehlers-Danlos-Syndrom, Arthrochalasie Typ: Bei diesem Syndrom werden 18 Aminosäuren deletiert. Das deletierte Segment korrespondiert mit dem N-terminalen Telopeptid, das durch sechs Exons der Pro-α2(I)-Kollagenkette codiert wird. Eine Sequenzierung einer speziell präparierten cDNA bestätigen die Präsenz von zwei distinkten Varianten von Pro-alpha-2(I)-mRNAs: Die eine Variante ist normal, während die andere eine Lücke aufweist, da eine Sequenz des Exons 6 fehlt. Eine limitierte Sequenzierung von genomischen cDNA-Klonen zeigt, dass bei einem der Pro-alpha-2(I)-Allele eine konservative Substitution im siebenten Codon des Exons 6 stattgefunden hat. Dabei wurde das Codon GAC gegen GAT substituiert und es fand eine Transition statt, wobei Adenin gegen Guanin an der Position 1 des Introns 6 substituiert wurde. Dies führt zu einer verkürzten Pro-alpha-2(I)-Kollagen-mRNA. Aufgrund dieser Punktmutation resultiert es in einer Dysfunktion der Exon 5- und 7-Sequenz.^[5]

• Osteogenesis imperfecta Typ I (OI1): Ursache dafür ist eine G-A-Transition im COL1A2-Gen, das in eine Substitution von Cystein gegen Glycin an der Position 246 der Alpha-2(I)-Kette resultiert. Diese mutierten Kollagenmoleküle Typ I denaturieren bereits bei niedrigen Temperaturen.^[6]

• Osteogenesis imperfecta Typ II (OI2): Bei OI2 konnte ein Einzelnukleotid-Polymorphismus in der mRNA nachgewiesen werden. Diese Region der mRNA wurde mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion amplifiziert. Eine heterozygote Punktmutation von Guanin zu Cytosin im Basenpaar 1.774 der Kollagen-alpha-2(I)-mRNA resultiert in einer Substitution von Glycin mit Arginin an der Position 457 der Helix. Diese Mutation führt zu einer verminderten Prokollagensekretion und zu einer Destabilisierung der Helix, welches durch die verringerte thermale Stabilität nachgewiesen wurde.^[7]

• Osteogenesis imperfecta Typ III (OI3): OI3 wird durch eine Punktmutation, genauer einer Transversion, verursacht. Es findet eine G-T-Transversion an der Nukleotidposition 1121 statt, die zu der Aminosäuresubstitution Gly238Cys führt.^[8]

• Osteogenesis imperfecta Typ IV (OI4): OI4 wird durch eine G-C-Transversion an der Position 1406 im COL1A2-Gen hervorgerufen, das in eine Gly379Ala-Substitution resultiert.^[9]

• Marfan-Syndrom: Bei diesem Syndrom werden zwei verschiedene Varianten der Alpha-2(I)-Kette nachgewiesen: Eine ist normal, wobei die andere abnormale Kette eine Insertion von 20 Aminosäuren am N-terminalen Ende des Propeptids aufweist und somit eine höhere Molekülmasse hat.^[10]

1. ↑ ^{a b c d e} Kollagen-Typ 1α2. In: GeneCards (englisch).
2. ↑ Wouter de Wet, Michael Bernard: Organization of the human pro-alpha-2(I) collagen gene. In: The Journal of Biological Chemistry (jbc). 262. Jahrgang, Nr. 33, 25. November 1987, S. 16032–16036 (englisch, jbc.org [PDF]). 
3. ↑ COL1A1. In: Online Mendelian Inheritance in Man. (englisch)
4. ↑ UniProt P08123
5. ↑ D. Weil, M. D’Alessio, F. Ramirez, D. R. Eyre: Structural and functional characterization of a splicing mutation in the pro-alpha 2(I) collagen gene of an Ehlers-Danlos type VII patient. In: The Journal of biological chemistry. Band 265, Nummer 26, September 1990, S. 16007–16011, PMID 2394758.
6. ↑ R. J. Wenstrup, A. W. Shrago-Howe, L. W. Lever, C. L. Phillips, P. H. Byers, D. H. Cohn: The effects of different cysteine for glycine substitutions within alpha 2(I) chains. Evidence of distinct structural domains within the type I collagen triple helix. In: The Journal of biological chemistry. Band 266, Nummer 4, Februar 1991, S. 2590–2594, PMID 1990009.
7. ↑ J. F. Bateman, I. Moeller, M. Hannagan, D. Chan, W. G. Cole: Lethal perinatal osteogenesis imperfecta due to a type I collagen alpha 2(I) Gly to Arg substitution detected by chemical cleavage of an mRNA:cDNA sequence mismatch. In: Human mutation. Band 1, Nummer 1, 1992, S. 55–62, doi:10.1002/humu.1380010109, PMID 1284475.
8. ↑ T. Trummer, R. Brenner, W. Just, W. Vogel, I. Kennerknecht: Recurrent mutations in the COL1A2 gene in patients with osteogenesis imperfecta. In: Clinical genetics. Band 59, Nummer 5, Mai 2001, S. 338–343, PMID 11359465.
9. ↑ M. T. Johnson, S. Morrison, S. Heeger, S. Mooney, P. H. Byers, N. H. Robin: A variant of osteogenesis imperfecta type IV with resolving kyphomelia is caused by a novel COL1A2 mutation. In: Journal of medical genetics. Band 39, Nummer 2, Februar 2002, S. 128–132, PMID 11836364, PMC 1735034 (freier Volltext).
10. ↑ P. H. Byers, R. C. Siegel, K. E. Peterson, D. W. Rowe, K. A. Holbrook, L. T. Smith, Y. H. Chang, J. C. Fu: Marfan syndrome: abnormal alpha 2 chain in type I collagen. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 78, Nummer 12, Dezember 1981, S. 7745–7749, PMID 6950413, PMC 349347 (freier Volltext).