Elastine

Elastine is een structureel eiwit dat betrokken is bij de opbouw van het bindweefsel van de longen, bloedvaten en huid. In tegenstelling tot collageen, dat ook in bindweefsel voorkomt, is het erg elastisch. De elastinemoleculen netwerken met elkaar in het extracellulaire gebied.

Wat is elastine?

Alle gewervelde dieren bevatten het vezeleiwit elastine. Het is een structureel eiwit dat verantwoordelijk is voor de vorming van belangrijke organen zoals de longen, bloedvaten of huid. Samen met collageen vormt het het bindweefsel van deze organen.

De eigenschappen van elastine en collageen vullen elkaar aan. Elastine is, zoals de naam al doet vermoeden, zeer elastisch in tegenstelling tot collageen. Dit maakt het bindweefsel van huid, longen en bloedvaten elastisch en vervormbaar. De functies van deze drie orgels vereisen een constante aanpassing van de grootte. Elastine is hoofdzakelijk samengesteld uit de aminozuren alanine, glycine, proline, valine, lysine, leucine en isoleucine. Hydrofobe en hydrofiele gebieden wisselen elkaar af binnen het molecuul.

Karakteristieke eenheden van de vier aminozuren alanine, proline, glycine en valine worden herhaald in elk hydrofoob domein. De hydrofiele gebieden bevatten voornamelijk lysine. Het lysineresidu wordt geoxideerd tot allysine door het enzym lysyloxidase. De terminale aminogroep is vervangen door een carboxylgroep. De lysineresten van de verschillende eiwitketens combineren met elkaar tot een ringvormig desmosine en verknopen zo de verschillende ketens met elkaar.

Functie, effect en taken

Als structureel eiwit in het bindweefsel heeft elastine de taak om de vorm en elasticiteit van de longen, bloedvaten en huid te waarborgen. Alle drie de organen zijn afhankelijk van de flexibiliteit van het bindweefsel. Ze zijn onderhevig aan constante veranderingen in volume.

Als structureel eiwit bevat het bindweefsel voornamelijk collageen. Het is scheurvast, maar zou te stijf zijn als enig structureel element. Alleen de combinatie van de eigenschappen van elastine en collageen zorgt ervoor dat het bindweefsel elastisch en tegelijkertijd scheurvast wordt. De basisbouwsteen van elastine is tropo-elastine. Tropoelastin is samengesteld uit afwisselende hydrofobe en hydrofiele domeinen. Het heeft een geschatte molecuulmassa van 72 kilodalton. De tropoelastine-eenheden netwerken met elkaar op de lysineresiduen.

Hoewel tropoelastine in water oplosbaar is vanwege de vele hydrofiele domeinen, wordt de oplosbaarheid in water van het verknoopte polymeer teniet gedaan. Tropoelastin wordt gevormd in de cellen en bereikt het extracellulaire gebied via membraantransport. Hier vindt het netwerken van de basisbouwstenen plaats, waarbij op de netwerkpunten ringvormige desmosine-eenheden worden gevormd. Drie allysineresiduen en één lysineresidu nemen altijd deel aan de vorming van desmosine. Omdat allysine een oxidatieproduct is van lysine, worden uiteindelijk vier lysineresiduen aan elkaar gekoppeld.

Deze verbindingsvorm geeft het elastine zijn bijzondere elasticiteit. De verknoping beschermt ook elastine tegen denaturatie en afbraak door bijna alle proteasen. Het enzym elastase is echter een uitzondering, het is het enige protease dat elastine kan afbreken. Op deze manier worden de via de voeding ingenomen elastines afgebroken.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Zoals reeds vermeld, is elastine een noodzakelijk onderdeel van het bindweefsel van de longen, bloedvaten en huid. Dit treft alle gewervelde dieren. De basisbouwsteen tropoelastin is in dierlijk weefsel nauwelijks op te sporen. Na de omzetting van lysineresiduen in allysine door het lysyloxidase, worden drie allysineresiduen onmiddellijk gecrosslinkt met één lysineresidu. Elastine komt bijna uitsluitend voor in zijn genetwerkte vorm.

Desalniettemin was de detectie van tropoelastine in dierproeven door de synthese van lysyloxidase te remmen succesvol. Als dit enzym ontbreekt, is er geen omzetting van lysine in allysine en dus ook geen vorming van elastine. Door de weerstand van elastine tegen afbraak door proteasen worden de huid, longen en bloedvaten optimaal beschermd. Het afbrekende effect van elastase wordt beperkt door elastase-remmers.

Ziekten en aandoeningen

Mutaties in het ELN-gen kunnen erfelijke ziekten veroorzaken waarbij de structuur van elastine verandert. Bij de zogenaamde dermatochalasis zijn er veranderingen in het bindweefsel, die zich uiten in een niet-elastische, slappe huid die in plooien inzakt.

De ziekte kan zowel verworven als erfelijk zijn. Familiale clusters worden waargenomen. Deze bindweefselzwakte komt naast vele andere symptomen ook voor bij het Williams-Beuren-syndroom. Dit is ook een erfelijke structurele afwijking van elastine. De oorzaak van deze ziekte is een mutatie op chromosoom 7. Verder is er ook nog een aangeboren aortastenose, die is gebaseerd op een verstoring van de structuur van elastine. De hoofdslagader van het hart is versmald. De bloedstroom van de linker hartkamer naar de bloedbaan wordt vertraagd.

Hartfalen treedt op de lange termijn op. Vijf tot zes procent van alle aangeboren hartafwijkingen zijn aangeboren aortastenose. Van sommige vormen van het Ehlers-Danlos-syndroom wordt ook aangenomen dat het elastine-misvormingen zijn. Deze ziekte wordt gekenmerkt door een overrekbare huid, die rubberen huid wordt genoemd. De zwakte van bindweefsel tast veel organen aan, waaronder het hart en het spijsverteringskanaal. Het syndroom wordt meestal overgeërfd als een autosomaal dominante eigenschap.

Bij het zogenaamde Menkes-syndroom is er naast vele andere symptomen ook sprake van een zwakte van het bindweefsel, waarvan de oorzaak ligt in een verstoorde elastinesynthese. Eigenlijk wordt het Menkes-syndroom gekenmerkt door een verstoring van de opname van koper in het lichaam. Koper is echter een cofactor voor veel enzymen. Hieronder valt onder andere ook lysyloxidase. Zonder koper is het enzym niet effectief. De omzetting van de lysineresten in allysine vindt niet meer plaats. Als resultaat kan de verknoping van de lysineresiduen tot desmosine niet langer functioneren.