ملخص
ثيموسين بيتا 4 (TV4) هو بروتين جزيء صغير يتكون من بقايا أحماض أمينية متعددة ويتم توزيعه على نطاق واسع في مختلف أنسجة وخلايا الجسم البشري.[1][2] باعتبارها واحدة من الجزيئات الرئيسية التي تنظم الأكتين في جسم الإنسان, وله وظائف بيولوجية متعددة ويلعب دورًا حاسمًا في تجديد الأنسجة, إعادة عرض, شفاء الجروح, الحفاظ على توازن الأكتين, تطور الورم والانبثاث, موت الخلايا المبرمج, اشتعال, تولد الأوعية, تطوير بصيلات الشعر, وغيرها من العمليات الفسيولوجية والمرضية.
الوظائف البيولوجية وآليات العمل
Tβ4 هو أحد الجزيئات الرئيسية المنظمة للأكتين في جسم الإنسان وله وظائف بيولوجية متعددة, تلعب دورا هاما في تجديد الأنسجة, إعادة عرض, شفاء الجروح, الحفاظ على توازن الأكتين, تطور الورم والانبثاث, موت الخلايا المبرمج, اشتعال, تولد الأوعية, تطوير بصيلات الشعر, وغيرها من العمليات الفسيولوجية والمرضية.
مصدر: خط هاتف الأسنان
- عامل تنظيم الأكتين: حسابات الأكتين حوالي 10% من البروتين الكلي في الخلايا غير العضلية وهو عنصر أساسي مطلوب لبنية الخلية, حركة الخلية, والتئام الجروح. إن وجود Tβ4 في الخلايا يكفي لعزل جميع مونومرات الأكتين والمشاركة في تنظيم بلمرة الأكتين وإزالة بلمرة الأكتين.. يمكن أن يرتبط Tβ4 بمونومرات الأكتين في أ 1:1 نسبة, منع تكوين بوليمرات F-actin. يصاحب ربط Tβ4 بالأكتين تفكك الماء المرتبط. يرتبط الطرف C لـ Tβ4 بالأكتين His-40, مما تسبب في تغيير مطابق في مونومرات الأكتين. يحتوي جزيء Tβ4 على مجال ربط الأكتين (مغلق), وهو موقع الاتصال الكهروستاتيكي الرئيسي. يمكن لجزء N- الطرفي أن يمنع بلمرة الأكتين من خلال عائق استاتيكي. عندما يتصرف بمفرده, Tβ4 يمكن أن يمنع بلمرة الأكتين وتبادل النوكليوتيدات على الأكتين. وهذا على النقيض من دور بروتين آخر مرتبط بالأكتين, حساب تعريفي, الذي يعزز تبادل ADP وATP, تسريع تجميع الأكتين. [1][2]يمكن لـ Tβ4 وProfilin تنظيم تجميع الأكتين بشكل تآزري. يمكن لـ Tβ4 تنظيم التحويل بين G-actin وF-actin. تم الإبلاغ عن وصول تركيز Tβ4 300 pmol في خلايا الدم عالية الحركة, في حين أن التركيز المطلوب لربط Tβ4 بـ G-actin أقل من 20 pmol. مع زيادة في التركيز, Tβ4 يقلل من قدرة إزالة البلمرة لـ F-actin. قد يكون هذا هو السبب وراء قيام Tβ4 بتنظيم وظيفة نظام الخيوط الدقيقة الخلوية.
تعزيز هجرة الخلايا البطانية وتولد الأوعية: دراسات باستخدام الغشاء المشيمائي الأنتويكي للدجاج (كام) أظهر نموذج تكوين الأوعية أنه عندما تتمايز الخلايا البطانية إلى هياكل أنبوبية, يزيد محتوى mRNA لـ Tβ4 بمقدار خمسة أضعاف, وترنسفكأيشن مع Tβ4 يسرع تشكيل هياكل تشبه الأنبوب في استنساخ الخلايا البطانية. بالإضافة إلى ذلك, وجدت الأبحاث أن Tβ4 يمكن أن يتفاعل مع الفيبرين والكولاجين بوساطة ناقلة الجلوتاميناز (العامل الثالث عشر أ) وتلعب دوراً هاماً في عملية تخثر الدم. بالإضافة إلى, في تجربة إصابة الجلد بسماكة كاملة في الفئران المصابة بالسكري, يمكن لـ Tβ4 تسريع شفاء الجروح الجلدية الكبيرة والحروق العميقة, تعزيز إصلاح الجلد والقرنية, وإثبات القدرة على تسريع التئام الجروح.
تثبيط موت الخلايا المبرمج: Tβ4 له تأثير وقائي كبير على الخلايا الظهارية القرنية التي تضررت بسبب المواد المسببة للتآكل مثل كلوريد البنزالكونيوم أو الإيثانول. يعد تنظيم التعبير الجيني Tβ4 مفيدًا لتعزيز مقاومة نقص الأكسجة في الخلايا.[2][3]
تقليل تنظيم الجزيئات الالتهابية الرئيسية: يعد التئام الجروح عملية بيولوجية معقدة يمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل متميزة: اشتعال, تكاثر الخلايا, وإعادة تشكيل الأنسجة, مع تنظيم التعبير الجيني للبروتينات ذات الصلة ثم تقليل تنظيمه في كل مرحلة. للجروح المزمنة, يمكن أن تتعطل هذه العملية التنظيمية بسبب عوامل مثل العمر, الأمراض الكامنة, والأدوية المثبطة للمناعة, مما يؤدي إلى الإفراط في إنتاج الجزيئات الالتهابية, التهاب مفرط, ويعيق تكاثر الخلايا وإعادة تشكيل الأنسجة. لقد وجدت الأبحاث أن Tβ4 يمكن أن يقلل من مستويات الجذور الحرة, إبطاء بيروكسيد الدهون, تمنع إنتاج السيتوكينات الالتهابية مثل IL-1, البلاعم البروتين الالتهابي 1α (MIP1α), MIP1β, بروتين كيميائي أحادي الخلية -1 (العملية التشاورية المتعددة الأطراف-1), انخفاض مستويات الثرومبوكسان والبروستاجلاندين 2α, وبالتالي تخفيف الالتهاب. لذلك, ويمكن استخدامه لعلاج الاضطرابات الالتهابية مثل التهاب الأمعاء القطعي وضمور العضلات.
تحفيز تمايز الخلايا الجذعية النخابية البالغة: يلعب Tβ4 دورًا حاسمًا في جوانب مختلفة من تطور الأوعية التاجية ويمكن أن يحفز بشكل كبير نمو الطعوم النخابية الفأرية البالغة الهادئة, استعادة القدرة المتعددة للخلايا الليفية, خلايا العضلات الملساء, والخلايا البطانية, والحث على تمايزهم.[1][2] يؤدي تعطيل جين Tβ4 في القلب إلى انخفاض كبير في مستويات منتج الانقسام الوعائي لـ Tβ4 (AcSDKP). على الرغم من أن حقن AcSDKP لا يمكنه استعادة القلب, يمكن أن يعزز بشكل كبير تمايز الخلايا السلفية النخابية للفأر البالغ إلى خلايا بطانية. يشير هذا إلى أن Tβ4 وAcSDKP منبهات قوية للشرايين التاجية والأوعية الدموية, والخلايا النخابية البالغة التي يسببها Tβ4 يمكن أن تكون بمثابة مصدر لتجديد الأوعية الدموية, مما يؤدي إلى تجديد مستدام للأوعية الدموية المعرضة للخطر عند مستوى منخفض بعد إصابة القلب.
تحفيز نمو بصيلات الشعر: Tβ4 يعزز الهجرة, التمايز, وإعادة بناء المصفوفة خارج الخلية للخلايا الجذعية لبصيلات الشعر, وبالتالي تنظيم نمو الشعر. وقد وجدت الدراسات التي أجريت على الجرذان والفئران ذلك خلال دورة نمو الشعر, مجموعة فرعية محددة من الخلايا الكيراتينية لبصيلات الشعر التي تنشأ من منطقة الانتفاخ تشارك بشكل كبير في التعبير عن Tβ4, بينما توجد الخلايا الجذعية الجلدية أيضًا في انتفاخ بصيلات الشعر. عندما يكون تركيز Tβ4 عند المستوى النانومولي, يتم تعزيز هجرة الخلايا الجذعية وتمايزها, كما أن وجود Tβ4 يزيد أيضًا من التعبير وإفراز المصفوفة metalloproteinase-2 (MMP-2), إنزيم خارج الخلية مهين المصفوفة.
العلاقة مع تكوين الورم: وقد لوحظ زيادة تنظيم الجين Tβ4 في الخلايا السرطانية المختلفة, بما في ذلك سرطان الغدة الدرقية النخاعي, سرطان القولون والمستقيم, سرطان الجلد الخبيث للغاية, سرطان الثدي, وسرطان الخلايا الحرشفية عن طريق الفم. Tβ4 يمكن أن يحفز بشكل فعال التعبير عن عامل نمو بطانة الأوعية الدموية, تعزيز تكوين الأوعية الدموية وتفعيل خصائص الخلية المهاجرة, مما يؤدي إلى ورم خبيث. يؤدي تنظيم تعبير Tβ4 إلى تقليل تنظيم تعبير E-cadherin, إضعاف التصاق الخلايا, وزيادة التعبير عن البروتينات المعدنية المصفوفة, توفير ميزة النمو والخصائص الغازية للخلايا السرطانية, وبالتالي المساهمة في الأورام الخبيثة. يمتلك Tβ4 قدرات مضادة لموت الخلايا المبرمج, وزيادة التعبير عن Tβ4 يمكن أن تقلل من مدى موت الخلايا المبرمج, ربما يرجع ذلك إلى تثبيط Tβ4 لإطلاق السيتوكروم c وتعطيل بدء عملية موت الخلايا المبرمج, وهي خاصية أخرى مهمة للأورام الخبيثة.
تعزيز إصلاح القرنية: أثبت الثيموسين β4 قدرته على تعزيز التئام الجروح في نماذج مختلفة من إصابات القرنية وتنظيم إنتاج بعض السيتوكينات الرئيسية.. لقد وجدت الأبحاث أن الثيموسين β4 يمكن أن يقلل من التعبير عن البروتينات المعدنية المصفوفة, تعزيز إعادة عرض المصفوفة خارج الخلية, وتنشيط السيتوكينات. خاصة, أنه يمنع نشاط البروتينات المعدنية المصفوفة, على عكس الاستنتاج المستخلص من نماذج إصابة الجلد المعالجة بالثيموسين β4. [1][2][3]يشير هذا إلى أن المسارات التنظيمية لإنزيمات معينة في عملية إصلاح الأنسجة يمكن أن تكون إما منظمة أو أقل تنظيمًا.
طريقة التحضير
حالياً, هناك مصدران رئيسيان للثيموسين بيتا 4 (TV4) المستخدمة في الإعدادات السريرية والبحثية: استخراج من الغدة الصعترية البقري والتوليف الكيميائي. إن استخراج Tβ4 من الغدة الصعترية البقرية ليس مكلفًا فحسب، بل إنه محدود أيضًا بتوافر المواد وتقنيات الاستخراج, مما يؤدي إلى انخفاض النقاء وانخفاض المحتوى. وجود الشوائب يجلب أيضًا العديد من المشكلات, خاصة بالنظر إلى العدد المتزايد من الفيروسات في الماشية, مما يعقد عملية الاستخراج. مع تطور الهندسة الوراثية, سيصبح استخدام أساليب الهندسة الوراثية لإنتاج Tβ4 اتجاهًا جديدًا. في مختبرنا, نحن نخطط لإجراء تعبير ترادفي عن Tβ4 المُصنَّع في النباتات للحصول على نباتات محورة وراثيًا ذات تعبير فعال عن Tβ4. بالمقارنة مع Tβ4 المستخرج بشكل طبيعي, يتمتع Tβ4 المنتج باستخدام النباتات المعدلة وراثيا بمزايا النشاط الحيوي العالي, نقاء أعلى, وآثار جانبية أقل. بالإضافة إلى ذلك, إنه يمثل النهج الأمثل لتقليل تكاليف الإنتاج, التقليل من التلوث, وتمكين الإنتاج على نطاق واسع.[3]
خلفية
ثيموسين بيتا 4 هو الببتيد يتكون من 43 بقايا الأحماض الأمينية مع نقطة تساوي الجهد الكهربي 5.1 ويتم حفظه بشكل كبير في الثدييات. وهو بروتين السيتوبلازم وليس البروتين النووي, على عكس ثيموسين ألفا أو ثيموسين مماثل. [2][3]ثيموسين بيتا 4 وتشارك في مختلف الوظائف الفسيولوجية, بما في ذلك وظيفة المناعة, تطور الجهاز العصبي, شفاء الجروح, ووظائف بروتين الأكتين.
على عكس ثيموسين ألفا أو ثيموسين مماثل, ثيموسين بيتا 4 هو بروتين سيتوبلازمي وليس بروتين نووي. يحتوي على عدد أقل من الأحماض الأمينية الكارهة للماء ولا يحتوي على المنطقة الهيكلية Lys-Lys-Xaa-Lys. وقد أظهرت دراسات التشكل الكيميائي أن ثيموسين بيتا 4 موجود ويعمل كسلسلة واحدة. لديها منطقة تكرار داخلية بين المخلفات 31-43 و 18-30, مع ستة أحماض أمينية متطابقة. على الرغم من وجود منطقتين حلزونية للغاية بين المخلفات 4-12 و 32-40, ثيموسين بيتا 4 لا يشكل منعطفا برولين. من حيث التوزيع البيولوجي والتعبير, ثيموسين بيتا 4 تم تنقيته في البداية من الغدة الصعترية. لذلك, كان يُعتقد في البداية أنه هرمون الغدة الصعترية الذي يعمل على نضوج الخلايا التائية في المراحل المبكرة. لكن, ثيموسين بيتا 4 موجود على نطاق واسع في الأنسجة الأخرى, الأعضاء, والخلايا, مع أعلى المستويات الموجودة في الطحال, الغدة الزعترية, الرئتين, والبلاعم البريتوني, يليه الدماغ, الكبد, الكلى, الخصيتين, والقلب. حتى خلايا النظام غير الشبكية البطانية، مثل الخلايا الليفية، يمكنها تصنيع بيتا الثيموسين 4. تحتوي الخلايا الثيموسية على مستويات أعلى بسبع مرات من ثيموسين بيتا 4 مرنا من الخلايا اللحمية الغدة الصعترية, وثيموسين بيتا 4 ويلاحظ التعبير في أنواع مختلفة من خلايا الدم. دراسات على الثيموسين بيتا 4 وقد أظهرت [كدنا] أنه يفتقر إلى إشارة الببتيد.[1] على الرغم من وجود بروتينات مُفرزة في الجسم تفتقر إلى الببتيدات الإشارة, مثل الإنترلوكين-1 (إيل-1) وعوامل النمو البطانية, لا يزال الخبراء يعتقدون أن ثيموسين بيتا 4 من غير المرجح أن يكون بروتينًا مُفرزًا ومن المرجح أن يكون ضروريًا لبعض الوظائف الخلوية الأساسية.
طلب
بحث أساسي وتطبيقي حول تحسين وظيفة الخلايا السلفية البطانية باستخدام الثيموسين بيتا 4 (TV4)
تتزايد معدلات الإصابة والوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية الإقفارية عامًا بعد عام, تشكل تهديدا خطيرا لصحة الإنسان. التسبب في هذه الأمراض معقد للغاية, ويلعب خلل الخلايا البطانية دورًا حاسمًا في تطور أمراض القلب والأوعية الدموية الإقفارية. على الرغم من أن الخلايا البطانية الناضجة يمكنها إصلاح الضرر البطاني, قدرتها على التجدد محدودة. الخلايا السلفية البطانية (ابكس) هي نوع من الخلايا السليفة للخلايا البطانية الوعائية ولديها القدرة على التمايز إلى خلايا بطانية. أظهرت العديد من الدراسات أن EPCs تلعب أدوارًا مختلفة في إصلاح الأوعية الدموية والأوعية الدموية. لكن, لا يزال التطبيق السريري لزراعة EPC يواجه العديد من التحديات. العديد من أمراض القلب والأوعية الدموية أو عوامل الخطر مثل الشيخوخة, ارتفاع ضغط الدم, فرط كوليسترول الدم, ومرض السكري يمكن أن يقلل من عدد EPCs المنتشرة ويضعف وظيفتها, مما يحد بشكل كبير من تطبيقها في أمراض القلب والأوعية الدموية الإقفارية. لذلك, سيكون تحسين وظيفة EPCs بمثابة استراتيجية مهمة لعلاج زرع EPC المستقبلي.[1][2]
ثيموسين بيتا 4 (TV4), بروتين منخفض الوزن الجزيئي يتكون من 43 بقايا الأحماض الأمينية, وتشارك في التوسط في الاستجابات البيولوجية المختلفة مثل تكوين الأوعية, شفاء الجروح, والسيطرة على الالتهابات. لقد وجد بحثنا السابق أن Tβ4 يمكن أن يعزز تكاثر وهجرة خلايا الدم المحيطية البشرية EPCs مع تثبيط موت الخلايا المبرمج والشيخوخة.. يزيد Tβ4 بشكل كبير من القدرة الوعائية لـ EPCs, تظهر علاقة تعتمد على الجرعة مع أقصى تأثير عند 1000 من / مل (مقارنة مع المجموعة الضابطة, 33.33±1.86 مقابل 18.34±2.02, ص<0.05). يُظهر تحليل اللطخة الغربية أن Tβ4 يعزز الفسفرة في Akt Ser473 وeNOS Ser1177, تظهر أيضًا علاقة تعتمد على الجرعة. يمنع كل من Akt siRNA وeNOS siRNA بشكل كبير التأثيرات المؤيدة لتولد الأوعية لـ Tβ4 على EPCs.
- علاج الجروح الجلدية
- علاج إصابات القلب والأوعية الدموية والدماغية
- علاج إصابات العيون
- تطبيقات أخرى
بسبب وظائفها البيولوجية, بما في ذلك تعزيز هجرة الخلايا البطانية, منع موت الخلايا المبرمج, آثار مضادة للالتهابات, وتعزيز نمو بصيلات الشعر, يُظهر Tβ4 أيضًا إمكانات كبيرة في العناية بالبشرة, مكافحة شيخوخة الجلد, وتعزيز إعادة نمو الشعر, من بين جوانب أخرى من الرعاية الصحية.
