Mouse bone collagenase

Abstract

The amount of mouse bone collagenase recovered in the tissue culture medium of bone culturedin vitro was increased by the addition of heparin at an optimal concentration of approximately 50 units/ml of tissue culture medium. Dextran sulfate and Treburon (a synthetic polysaccharide-sulfuric ester) which are structurally and chemically related to heparin were as effective as heparin in increasing the amount of mouse bone collagenase recovered in the tissue culture medium. In addition to stimulating the synthesis and/or release of mouse bone collagenase, heparin was also found to increase the specific activity of both crude and purified preparations of the enzyme when assayed using collagen in the solid state as the substrate, but showed no enhancement of enzyme activity when assayed using collagen in solution as the substrate. Dextran sulfate was as effective as heparin in increasing the activity of the enzyme using collagen in the solid state as a substrate. Neither heparin or dextran sulfate enhanced the activity ofClostridium histolyticum collagenase. For the first time, a purified tissue collagenase has been shown to both degrade and solubilize undenatured, insoluble tissue collagen at 37°. Moreover, since this action was markedly enhanced by the addition of heparin, it suggests that heparin and similar substances may play an important role in the regulation of collagen degradation during the remodeling of collagenous tissuesin vivo.

Résumé

La quantité de collagénase d'os de souris, obtenue dans un milieu de culture d'os, cultivéin vitro, est augmentée pas l'addition d'héparine à une concentration optimale d'environ 50 unités/ml de milieu de culture. Le sulfate de dextrane et le Treburon (un ester polysaccharide-sulfurique synthétique), qui sont voisins au point de vue chimique et structural à l'héparine, sont aussi efficaces que l'héparine pour augmenter la quantité de collagénase de l'os de souris, récupérée dans le milieu de culture. L'héparine, outre son action de stimulation de synthèse et/ou de libération de callogénase d'os de souris, augmente aussi l'activeté spicifique des préparations globales et purifiées de l'enzyme, dont l'activité est testée sur du collagène à l'état solide comme substrat. Aucune augmentation d'activité enzymatique n'est notée lorsque du collagène en solution est utilisé comme substrat. Le sulfate de dextrane est aussi effectif que l'héparine pour obtenir une augmentation de l'activité enzymatique, en utilisant le collagène solide comme substrat. Ni l'héparine ou le sulfate de dextrane augmente l'activité de la collagénase deClostridium histolyticum. Pour la première fois, une collagénase tissulaire purifiée dégrade et solubilise du collagène tissulaire non dénaturé et insoluble à 37° C. De plus, étant donné que cette action est nettement augmentée par l'addition d'héparine, il semble que cette dernière et des substances similaires peuvent jouer un rôle important dans la régulation de la dégradation collagénique pendant le remaniement des tissus collagéniquesin vivo.

Zusammenfassung

Die Menge von Mäuseknochen-Kollagenase, die sich im Gewebezucht-Medium vonin vitro gezüchteten Knochen wiederfindet, konnte durch Zusatz von Heparinat in einer optimalen Konzentration von ungefähr 50 E/ml Medium erhöht werden. Dextransulfat und Treburon (ein synthetischer Polysaccharid-Sulfatester), welche strukturmäßig und chemisch dem Heparin nahestehen, wirkten sich auf die Erhöhung der im Gewebezucht-Medium zurückgewonnenen Mäuseknochen-Kollagenase im gleichen Maße aus wie Heparin. Nebst der stimulierenden Wirkung auf die Synthese und/oder die Freisetzung von Mäuseknochen-Kollagenase vermochte Heparin auch die spezifische Aktivität von ungereinigten und von gereinigten Enzympräparaten zu erhöhen, wenn für den Versuch Kollagen in fester Form als Substrat verwendet wurde. Mit gelöstem Kollagen als Substrat trat diese Wirkung dagegen nicht ein. Dextransulfat zeigte die gleiche Wirksamkeit wie Heparin, indem es die Enzymaktivität zu erhöhen vermochte, wenn Kollagen in fester Form als Substrat vorlag. Weder Heparin noch Dextransulfat erhöhten die Aktivität der Kollagenase ausClostridium histolyticum. Erstmals konnte gezeigt werden, daß eine gereinigte Gewebe-Kollagenase in der Lage ist, nicht-denaturiertes, unlösliches Gewebekollagen bei 37° sowohl abzubauen als auch aufzulösen. Da diese Wirkung durch Zusatz von Heparin noch deutlich erhöht werden konnte, läßt sich überdies vermuten, daß Heparin und heparinähnlichen Substanzen bei der Regulierung des Kollagen-Abbaues während der Umgestaltung von Kollagengewebein vivo eine wichtige Rolle zufällt.