Коллагеназа — фермент, расщепляющий коллаген¶

Коллагеназа — фермент класса гидролаз (протеаз), катализирующий расщепление коллагена — основного фибриллярного белка соединительной ткани животных. Относится к группе матриксных металлопротеиназ (у животных) и к сериновым или металлозависимым протеазам (у микроорганизмов). Катализирует гидролиз пептидных связей в тройной спирали коллагена, что делает его ключевым инструментом как в физиологических процессах ремоделирования тканей, так и в лабораторной практике.

¶Общая характеристика

Коллаген — наиболее распространённый белок в организме млекопитающих; на его долю приходится около 25–30 % общей массы белков. Его устойчивая тройная спиралевидная структура делает его малочувствительным к большинству протеаз, поэтому для деградации коллагена требуются специализированные ферменты.

Коллагеназы обладают субстратной специфичностью: они расщепляют нативный коллаген, тогда как желатиназы действуют преимущественно на денатурированный коллаген (желатин). Многие ферменты совмещают обе активности.

¶Типы коллагеназ

MMP-1 (интерстициальная коллагеназа) расщепляет коллаген I, II и III типов. MMP-8 преимущественно синтезируется нейтрофилами, MMP-13 — в костной ткани и хряще.

¶Биологическая роль

В организме коллагеназы участвуют в:

• ремоделировании соединительной ткани при росте и заживлении ран;
• миграции клеток и ангиогенезе;
• резорбции костной ткани;
• воспалительных и иммунных реакциях.

Нарушение баланса между синтезом и деградацией коллагена связано с рядом патологий: артритами, фиброзом, опухолевой инвазией и метастазированием. Активность ферментов регулируется тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (TIMP).

¶Применение

В лабораторной практике. Коллагеназы применяют для дезагрегации тканей и выделения отдельных клеток — например, при получении первичных культур гепатоцитов, адипоцитов, клеток островков Лангерганса. Это стандартный реагент в клеточной биологии.

В медицине. Препараты на основе бактериальной коллагеназы используются для ферментативного очищения ран, лечения контрактуры Дюпюитрена (инъекции коллагеназы Clostridium histolyticum), а также в косметологии.

В пищевой промышленности. Коллагенолитические протеазы применяют для размягчения мяса и обработки желатина.

В научных исследованиях. Фермент служит инструментом изучения структуры коллагена и механизмов внеклеточного матрикса.

¶Свойства и условия работы

Большинство коллагеназ — металлоферменты, для катализа им необходимы ионы кальция и цинка. Оптимум pH и температуры зависит от источника: бактериальные ферменты часто активны при 37 °C и нейтральном pH. Активность подавляется хелатирующими агентами (ЭДТА) и ингибиторами металлопротеиназ.

¶Ингибиторы и регуляция

Специфические ингибиторы коллагеназ (например, доксициклин в субантибактериальных дозах) исследуются как средства терапии при заболеваниях, связанных с избыточной деградацией матрикса. Синтетические ингибиторы MMP применялись в клинических испытаниях при онкологических заболеваниях, однако результаты оказались неоднозначными из-за широкого спектра физиологических функций ферментов.