Tyypin II kollageeni-prolyyli-4- hydroksylaasin ja sen peptidi-substraattia-sitovan domeenin rakenne-toiminta tutkimukset

Kollageeni-prolyyli-4-hydroksylaasit (K-P4H:t) ovat ihmiselle välttämättömiä entsyymejä, koska niitä tarvitaan kollageenien, elimistölle tärkeiden rakenneproteiinien, muodostumiseen. Toisaalta taas kollageenien liikatuotto on ongelma useissa sidekudossairauksissa kuten maksakirroosissa. Tämä työ tehtiin osana isompaa projektia, joka tähtää K-P4H.n kolmiulotteisen atomirakenteen määrittämiseen. Tässä väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin K-P4H:lle uusi tuotto- ja puhdistusmenetelmä, jonka avulla pystyttiin tuottamaan enemmän korkealaatuisempaa K-P4H-entsyymiä verrattuna aikaisempiin menetelmiin. Lisäksi tässä väitöskirjatyössä ratkaistiin yhden K-P4H:n isomuoto II:n peptidiä-sitovan domeenin (PSB) rakenne röntgenkristallografian avulla. PSB-domeenin rakenne selvitettiin myös erilaisten kollageenipeptidien kanssa. Tulokset paljastivat yksityiskohtaisesti, kuinka erilaiset peptidit sitoutuvat K-P4H-II:n PSB-domeeniin. Tätä uutta informaatiota voidaan käyttää esimerkiksi uusien lääkeaineiden kehitystyössä K-P4H:n inhiboimiseksi.

K-P4H:t ovat monialayksikköisiä proteiineja koostuen kahdesta a-alayksiköstä ja kahdesta b-alayksiköstä, jotka yhdessä muodostavat K-P4H-heterotetrameerin. a-Alayksikössä sijaitsee entsyymin katalyyttinen keskus. Lisäksi a-alayksikkö koostuu kahdesta muusta domeenista, joista toinen, niin sanottu dimerisaatiodomeeni, on tärkeä K-P4H:n tetrameerirakenteelle, kun taas toinen, jo aikaisemmin mainittu PSB-domeeni, auttaa entsyymiä sitoutumaan esi-kollageenipeptideihin. K-P4H:sta tunnetaan ihmisellä kolme eri isomuotoa (K-P4H-I, -II ja –III), jotka poikkeavat toisistaan hieman a-alayksikkörakenteeltaan ja substraattispesifisyydeltään. Tässä tutkimuksessa keskityttiin lähinnä K-P4H-II:een ja sen PSB-domeeniin. Eri isomuotojen tarkkaa roolia kollageenien hydroksyloinnissa ei vielä tiedetä. Kuitenkin tiedetään, että PSB-domeenilla on merkittävä rooli K-P4H:n substraattispesifisyydelle. Nämä tutkimustulokset auttavatkin ymmärtämään paremmin tätä tutkimuksellisesti haastavaa entsyymiä ja sen eri isomuotojen funktiota kollageenisynteesissä. Tulokset saattavat mahdollistaa tulevaisuudessa kokonaan uudenlaisten lääkemolekyylien kehitystyön aloittamisen kollageenien liikatuotosta aiheutuvien sairauksien hoitoon.