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Erneuerung elastischer Fasern
Elastische Fasern besitzen wie alle Proteine der extrazellulären Matrix eine außergewöhnlich lange Lebensdauer, die in Jahren gemessen wird.
Dadurch sind sie besonders anfällig für molekulare Alterung infolge wiederholter, sich ansammelnder Schäden. Intrazelluläre Proteine bestehen dagegen nur einige Stunden oder höchstens wenige Tage.
Schätzungen zufolge liegt die mittlere Lebensdauer der Kollagentypen I und II zwischen 15 und 95 Jahren, während die Halbwertszeit elastischer Fasern der Lebensspanne eines Menschen entsprechen kann.
Synthese und Ablagerung von Elastin finden überwiegend während der fetalen und postnatalen Entwicklung statt. Bei Erwachsenen wird die Elastin-mRNA dagegen rasch abgebaut.
Schäden an elastischen Fasern
Jedes Protein elastischer Fasern muss daher viele Jahre funktionieren und der Anhäufung von Schäden durch glukosevermittelte Quervernetzungen, Ablagerungen von Lipiden und Kalzium sowie zeitabhängigen Veränderungen von Asparaginsäureresten widerstehen.
Diese Vorgänge beeinflussen den Umbau elastinreicher Gewebe erheblich.
Aktuelle Untersuchungen zur Zellalterung befassen sich insbesondere mit Regulation und Aktivierung der MMP, also der Matrix-Metalloproteinasen, die Bestandteile der extrazellulären Matrix abbauen.
Wirkung der Sonnenstrahlung
Die Aktivität der MMP nimmt nach Einwirkung von UV-Strahlung zu; dabei können Komponenten elastischer Fasern wie Fibrillin-1 und Fibulin-5 abgebaut werden. Diese Enzyme besitzen eine geringe Substratspezifität und können daher auf mehrere Matrixbestandteile wirken.
Studien zeigen, dass Kollagen I bei physiologisch erreichbaren UV-Dosen gegenüber strukturellen Veränderungen relativ widerstandsfähig ist. Fibrillinreiche Mikrofibrillen und die Wechselwirkungen zwischen Glykoproteinen und Fibronektin werden durch dieselben Dosen dagegen deutlich verändert.
Die unterschiedliche Empfindlichkeit kann mit der Aminosäurezusammensetzung zusammenhängen. Mit Ausnahme von Elastin enthalten die mit elastischen Fasern verbundenen Proteine viele UVB-Chromophore — Cys, His, Phe, Tyr und Trp —, die diese Strahlung absorbieren.
Elastische Fasern sind somit gegenüber einem direkten UV-bedingten Abbau empfindlich, was die Gewebehomöostase beeinträchtigen kann.
Intrinsische und extrinsische Alterungsprozesse führen zu einem Verlust an Nachgiebigkeit und Widerstandsfähigkeit des Gewebes und begünstigen dadurch Elastose und Falten.
Folgen
Der Umbau elastischer Fasern hat weitreichende biochemische und zelluläre Folgen. Elastinfragmente, sogenannte Elastokine, können das Immunsystem beeinflussen: Sie wirken auf Lymphozyten, indem sie die Elastaseexpression modulieren und die Apoptose fördern, und auf Monozyten, indem sie bestimmten proinflammatorischen Signalen entgegenwirken.
Peptide aus Elastin und Fibrillin-1 können außerdem den Phänotyp nicht entzündlicher Zellen beeinflussen und die MMP-Expression auslösen. Elastin aktiviert beispielsweise MT1-MMP und MMP-2, während Fibrillin-1 die Expression von MMP-1 und MMP-3 reguliert.
Insgesamt können MMP die wichtigsten Proteine der extrazellulären Matrix (EZM) und Bestandteile der dermoepidermalen Junktionszone (DEJ) abbauen.
Neuere Arbeiten zeigen zudem, dass Fibrillin-Mikrofibrillen zur Gewebehomöostase beitragen, indem sie TGF-β sequestrieren.
TGF-β verbindet sich mit latenten TGF-β-bindenden Proteinen zu einem Komplex, der sich anschließend im Extrazellulärraum an fibrillinreiche Mikrofibrillen anlagert.
Die Sequestrierung von TGF-β, die fortschreitende Schadensakkumulation sowie zelluläre — MMP — und azelluläre — UV-Strahlung — Abbauprozesse können letztlich Architektur und Umbau elastischer Fasern tiefgreifend verändern und auch die biochemischen Funktionen dieser Moleküle beeinflussen.
Folgen des Umbaus der dermalen extrazellulären MatrixBehandlungen bei Veränderungen elastischer Fasern der Dermis
