Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. 204, 281-285 (1977)

Graefes Archiv fiirklinlscheundexperimentelle Ophthalmologie 9 by Springer-Verlag 1977

Vergleich der Bromcyanbruchst icke yon Glask6rperkollagen und Typ I! Kollagen H. Hofmann und O. Schmut Universit/its-Augenklinik Graz (Vorstand: o. Univ.-Prof. Dr. H. Hofmann) Auenbruggerplatz 4, A-8036 Graz, Osterreich

Comparison of the Cyanogen Bromide Peptides of Vitreous Body Collagen and Type II Collagen Summary. Pepsin-soluble collagen was isolated from bovine vitreous humor. This collagen showed only one a-chain in disc electrophoresis, migrating in the al-chain position and between the a- and/3-components some colored bands were visible. The disc electrophoretic patterns of the cyanogen bromide peptides of pepsinsoluble vitreous body collagen and pepsin-soluble type II collagen revealed no identity. Zusammenfassung. Aus Rinderglask6rper wurde pepsin-16sliches Kollagen isoliert, das bei der Untersuchung mit der Disk-Elektrophorese eine a-Komponente zeigte, die im al-Bereich wanderte. Auffallend sind mehrere Farblinien zwischen der a- und der ]3-Komponente. Bei der Disk-Elektrophorese der Bromcyan-Peptide von pepsin-16slichem Glask6rperkollagen kann festgestellt werden, dag das Peptidmuster nicht mit dem identisch ist, das aus pepsin-16slichem Typ II Kollagen erhalten werden kann.

Zur Zeit kennt man vier Kollagentypen, die aus verschiedenen Geweben isoliert wero den k6nnen. Typ 1 kommt in Haut, Sehnen und Knochen, Typ II in Knorpeln, Typ III in fetalem Gewebe und Typ IV in Basalmembranen vor. Die Frage, aus welchem Kollagentyp die Glask6rperfibrillen bestehen, ist zur Zeit noch nicht gekl~irt. Nach Untersuchungen mit der Disk-Elektrophorese kann die Anwesenheit von Typ I Kollagen ausgeschlossen werden (Schmut, Reich und Zirm, 1975), da keine a2-Komponente nachweisbar/st. Swarm, Constable und Harper (1972) vermuten nach Bestimmungen des Aminos/iuregehaltes, dag der Kollagentyp II am Aufbau der Glask6rperfibrillen beteiligt ist. Nach neueren Untersuchungen (Swann, Caulfield und Broadhurst, 1976) wird hingegen angenommen, dag das Glask6rperkollagen aus einem eigenen Kollagentyp besteht oder aus einem Gemisch yon al-Ketten zusammengesetzt ist. Wir versuchten in dieser Arbeit, mit Hilfe der Disk-Elektrophorese die

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H. Hofmann und O. Schmut

Peptide zu vergleichen, die bei der Spaltung mit Bromcyan aus pepsin-16slichem Glask/Srperkollagen sowie aus pepsin-16slichem Typ II Kollagen entstehen. Es ist bekannt, dag jeder Kollagentyp charakteristische CNBr-Bruchstiicke liefert und dafg das Bandenspektrum, das diese CNBr-Peptide in der Disk-Elektrophorese ergeben, fiir jeden Kollagentyp spezifisch ist. Bestiinde das Glask6rperkollagen aus reinem Typ II Kollagen, miifgte das Peptidmuster mit dem des Kollagentyps 11 iibereinstimmen.

Material und Methoden

Rinderglask Srperk ollagen Der Rinderglask6rper wird nach Hofmann und Schmut (1974) isoliert. Aus dem Homogenat des Glask6rpers fiillt man ein Kollagen-Hyalurons~iuregemisch mit Aceton aus. Die Hyalurons~iure wird mit 1 M NaCl-L6sung gel6st, die Kollagenfibrillen bleiben ungel6st zurfick. Nach Zentrifugieren suspendiert man die Fibrillen bei 4 ~ C zweireal in 0. 5 M Na-acetat, w~scht mit H20 und behandelt zweimal mit O. 5 M Citratpuffer (pH 3.7), um s~iurel6sliches Kollagen zu entfernen. Daraufhin wird das Citrat mit H 2 0 ausgewaschen und das Kollagen mit Pepsin, wie weiter unten beschrieben, get6st.

TypHKoHagen Feingeschnittene Rindergelenksnorpel werden zweimal bei 4 ~ C mit 0.5 M Na-acetat behandelt, danach mit H 2 0 gewaschen und zweimal mit 0.5 M Citratpuffer (pH 3.7) versetzt. Nach Auswaschen des Citrats mit H 2 0 16st man das Kollagen mit Pepsin.

Bebandlung mit Pepsin Die nach den oben beschriebenen Methoden isolierten Kollagene aus Glask6rper und Rindergelenksknorpel werden in 0.5 M Essigs~iure suspendiert und Pepsin (Boehringer/ Mannheim Nr. 108057, 2500 Einheiten nach Anson/mg) in einem Gewichtsverh/iltnis Kollagen : Pepsin von 10 : 1 zugesetzt. Bei 4 ~ wird 24 Std inkubiert, danach zentrifugiert man ab (3000 x g) und f~illt das pepsin-gel6ste Kollagen durch Zusatz yon festem NaC1 (Endkonzentration 15 %) aus. Nach Zentrifugieren (3000 x g) wird das Kollagen in 1 M NaC1, Tris 0.05 M, pH 7.5 gel6st und 48 Std zum Inaktivieren des Pepsins stehengelassen. Danach dialysiert man gegen O. 5 M Essigs~iure und f~illt das Kollagen mit Aceton aus.

Fiillung mit festem NaCI Pepsin-16sliches Kollagen wird in 1 M NaC1-L6sung (0. 05 M Tris, pH 7.5) gel6st und unter portionsweiser Zugabe yon festem NaC1 auf eine Konzentration yon 5 M gebracht.

Glask6rperkollagen

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CNBr-Spaltung Die Spaltung des pepsin-gel6sten Kollagens mit CNBr (Merck-Schuchardt Nr. 820 193) erfolgt, indem man 100 mg Kollagen in 10 ml 70 % Ameisens~iure unter Spiilung mit N2 16st. Dann werden 1000 mg CNBr zugesetzt und die L6sung 4 Std bei Zimmertemperatur inkubiert. Danach wird das Gemisch am Rotationsverdampfer bei 30 ~ C zur Trockene gebracht, dreimal mit H 2 0 aufgenommen und eingedampft.

Disk-Elektropborese mit Natriumdodecylsulfat Die disk-elektrophoretische Untersuchung des Kollagens erfolgt wie bei Furthmayr und Timpl (1971) beschrieben. Dabei werden 5 % Polyacrylamidgele fiir die Kollagen16sungen und 7.5 % Gele ffir die Analyse der CNBr-Bruchstiicke verwendet. Die Laufzeit war ffir die 5 % Gele 5 Std, fiir die 7. 5 % Gele 3 Std bei 6mA pro R6hrchen. Die F~rbung erfolgte mit Coomassie Blue R 250.

Ergebnisse und Diskussion Der Anteil des s~urel6slichen Kollagens am Glask6rperkollagen ist sehr gering. Bei der disk-elektrophoretischen Untersuchung des Kollagens, das mit 0.05 M Essig~ u r e in L6sung gebracht werden kann, ist nur die a-Komponente des Kollagens zu erkennen. Eine ~3-Komponente ist nicht nachzuweisen (Swarm, Constable und Harper,

Abb. 1. Disk-Elektrophorese yon Kollagentyp I (a), Glask6rperkollagen (b) und Kollagentyp II (c). Auffallend sind die Farbbanden zwischen der c~-und der 3-Komponente des Glask6rperkollagens (Pfeile)

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H. Hofmann und O. Schmut

1972). Mit Pepsin gelingt es aber, einen grof~en Prozentsatz der Glask6rperfibrillen in eine 16sliche Form fiberzuf/ihren. Bei dieser Behandlung des Kollagens werden nur die nicht tripelhelikalen Endbereiche der Kollagenmolekfile ver~indert, wogegen der tripelhelikale Bereich unberfihrt bleibt (Fujii und Kfihn, 1975). Bei der Disk-Elektrophorese dieses pepsin-16slichen Glask6rperkollagens ist dann auch die t3-Komponente im Polyacrylamidgel zu erkennen (Abb. 1). Auffallend ist, dag, im Gegensatz zu den vier bisher bekannten Kollagentypen, zwischen der ~- und der 13-Komponente des Glask6rperkollagens mehrere Farbbanden zu erkennen sind (Abb. 1). Diese Banden sind auch dann festzustellen, wenn das Glask6rperkollagen nur 1 Std mit Pepsin behandelt wurde. Die ~2-Komponente, die ffir Kollagentyp I charakteristisch ist, kama auch beim pepsin-16slichen Kollagen des Glask6rpers nicht gefunden werden, wodurch die Anwesenheit von Typ I im Glask6rper auszuschliegen ist. Darauf weist auch die F~llbarkeit des pepsin-16slichen Kollagens mit NaC1 hin. Es ist bekannt, dag pepsin-15sliches Kollagen Typ I einer NaC1-Konzentration yon 2.4 M ausf~llt. Bereits bei einer Konzentration von 1.5 M f~iltt pepsin-16sliches Typ III Kollagen (Chung und Miller, t974). Steigert man mit festem NaC1 die Molarit~t einer L6sung, die pepsin-16sliches Glask6rperkollagen enth~ilt, ist bei den Konzentrationen, die eine F~llung von Typ I u n d Typ III bewirken, kein Pr~izipitat zu isolieren. Erst bei einer Konzentration von ungefiihr 5 M scheidet sich das pepsin-16sliche Glask6rperkollagen ab. Aus diesen Ergebnissen kann man das Vorkommen von Typ I und III im Glask6rper ausschliegen.

Abb. 2. a Disk-Elektrophorese der CNBr-Bruchstiicke von Kollagentyp I1. b Disk-Elektrophorese der CNBr-Bruchst/icke yon Glask6rperkollagen

Glask6rperkollagen

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Die F/illbarkeit des pepsin-16slichen Glask6rperkollagens bei einer NaC1-Konzentration yon 5 Mist/ihnlich der yon Kollagentyp II. Aus diesem Grand und wegen der Nhnlichkeit der Aminos/iureanalyse von Glask6rperkollagen mit dem Kollagentyp It (Swann, Constable und Harper, 1972) isolierten wir die Bromcyanbruchstiicke yon Glask6rperkollagen und Typ II Kollagen und verglichen diese mit der Disk-Elektrophorese. Es ist bekannt, dag durch CNBr das Kollagenmolekiil an den Stellen gespaltet wird, wo sich Methionin im Molektil befindet. Dabei entstehen Bruchstiicke, die fiir jeden Kollagentyp charakteristisch sind. Mit Hilfe der Disk-Elektrophorese kann man die CNBr@eptide auftrennen und erNilt fiir jeden Kollagentyp ein spezifisches Bandenspektrum. In Abbildung 2a ist das Bandenmuster der CNBr-Spahstiicke von Typ II Kollagen aus Rindergelenksknorpel zu sehen. Die Banden stimmen mit den aus der Literatur bekannten Angaben fiberein (Timpl et al., 1975). Abbildung 2b zeigt im Polyacrylamidgel die CNBr-Peptide des pepsin-15slichen Glask6rperkollagens. Beim Vergleich von Abb. 2a und 2b kann man feststellen, daf~ einige Peptide der untersuchten Kollagene zwar im Polyacrylamidgel gleich weit wandern, dag sic abet in unterschiedlichen Konzentrationen vorkommen. Im CNBrSpektrum des Glask6rpers sind augerdem weit mehr Peptide nachzuweisen als in dem yon Kollagentyp II. Dadurch kann gezeigt werden, daf~ das Glask6rperkollagen kein reines Kollagen Typ I] darstelh. Es bleibt abet die Frage offen, ob es sich um einen eigenen Kollagentyp oder um ein Gemisch mehrerer Typen handeh. Literatur

Chung, E., Miller, E.J.: Collagen polymorphism: Characterization of molecules with the chain composition [al(III)]3 in human tissues. Science, 183, 1200-1201 (1974) Fujii, T., Kuehn, K.: Isolation and characterization of pepsin-treated type IIl collagen fromcaIf skin Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem. 356, 1793-1801 (1975) Furthmayr, H., Timpl, R.: Characterization of collagen peptides by sodium dodecylsulfate-poly acrylamide electro phoresis. Anal. Bioc hem. 41, 510- 516 (1971) Hofmann, H., Schmut, O.: Versuche zur Verfltissigung des Glask6rpers. Albrecht v. Graefes Arch. ldin. exp. Ophthal. 190, 347-351 (1974) Schmut, O., Reich, M.E., Zirm, M.: Der Nachweis verschiedener Kollagentypen im Rinderauge. Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. 196, 71 77 (1975) Swann, D.A., Caulfield, J.B., Broadhurst, J. B. : The altered fibrous form of vitreous collagen following solubilization with pepsin. Biochim. Biophys. Acta 427, 365-370 (1976) Swann, D.A., Constable, 1.J., Harper, E.: Vitreous structure III. Composition of bovine vitreous collagen, hwest Ophthal. 11, 735-738 (1972) Timpi, R., GlanviIle, R.W., Nowack, H., Wiedemann, H., Fietzek, P.P., Kuehn, K.: Isolation, chemical and electron microscopical characterization of neutral-saltsoluble type III collagen and procollagen from fetal bovine skin. Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem. 356, 1783-1792 (1975) Eingegangen am 16. Mai 1977

[Comparison of the cyanogen bromide peptides of vitreous body collagen and type II collagen (author's transl)].

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