Überblick
Thymosin Beta 4 (TV4) ist ein niedermolekulares Protein, das aus mehreren Aminosäureresten besteht und in verschiedenen Geweben und Zellen des menschlichen Körpers weit verbreitet ist.[1][2] Als eines der wichtigsten Aktin-regulierenden Moleküle im menschlichen Körper, Es hat mehrere biologische Funktionen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Geweberegeneration, Umbau, Wundheilung, Aufrechterhaltung des Aktingleichgewichts, Tumorentwicklung und Metastasierung, Zellapoptose, Entzündung, Angiogenese, Haarfollikelentwicklung, und andere physiologische und pathologische Prozesse.
Biologische Funktionen und Wirkmechanismen
Tβ4 ist eines der wichtigsten Aktin-regulierenden Moleküle im menschlichen Körper und hat mehrere biologische Funktionen, spielen eine wichtige Rolle bei der Geweberegeneration, Umbau, Wundheilung, Aufrechterhaltung des Aktingleichgewichts, Tumorentwicklung und Metastasierung, Zellapoptose, Entzündung, Angiogenese, Haarfollikelentwicklung, und andere physiologische und pathologische Prozesse.
Quelle: Zahnärztliche Telefonleitung
- Aktin-regulierender Faktor: Actin macht etwa aus 10% des Gesamtproteins in Nicht-Muskelzellen und ist ein wesentlicher Bestandteil, der für die Zellstruktur benötigt wird, Zellbewegung, und Wundheilung. Das Vorhandensein von Tβ4 in Zellen reicht aus, um alle Aktinmonomere zu binden und an der Regulierung der Aktinpolymerisation und -depolymerisation beteiligt zu sein. Tβ4 kann in a an Aktinmonomere binden 1:1 Verhältnis, Verhinderung der Bildung von F-Aktin-Polymeren. Die Bindung von Tβ4 an Aktin geht mit der Dissoziation von gebundenem Wasser einher. Der C-Terminus von Tβ4 bindet an Aktin His-40, Dies führt zu einer Konformationsänderung der Aktinmonomere. Das Tβ4-Molekül enthält eine Aktin-bindende Domäne (GESPERRT), Dies ist die hauptsächliche elektrostatische Kontaktstelle. Sein N-terminales Fragment kann die Aktinpolymerisation durch sterische Hinderung hemmen. Wenn man alleine handelt, Tβ4 kann die Aktinpolymerisation und den Nukleotidaustausch auf Aktin hemmen. Dies steht im Gegensatz zur Rolle eines anderen Aktin-bindenden Proteins, Profil, welches den Austausch von ADP und ATP fördert, Beschleunigung der Aktin-Assemblierung. [1][2]Tβ4 und Profilin können die Aktinassemblierung synergistisch regulieren. Tβ4 kann die Umwandlung zwischen G-Aktin und F-Aktin regulieren. Es wurde berichtet, dass die Konzentration von Tβ4 erreicht 300 pmol in hochmobilen Blutzellen, während die Konzentration, die Tβ4 benötigt, um an G-Actin zu binden, geringer ist als 20 pmol. Mit einer Steigerung der Konzentration, Tβ4 verringert die Depolymerisationsfähigkeit von F-Aktin. Dies könnte der Grund dafür sein, dass Tβ4 die Funktion des zellulären Mikrofilamentsystems reguliert.
Förderung der Endothelzellmigration und Angiogenese: Studien mit der Chorioallantoismembran von Hühnern (NOCKEN) Angiogenese-Modelle haben gezeigt, dass sich Endothelzellen in röhrenförmige Strukturen differenzieren, der mRNA-Gehalt von Tβ4 erhöht sich um das Fünffache, und die Transfektion mit Tβ4 beschleunigt die Bildung röhrenförmiger Strukturen in Endothelzellklonen. Zusätzlich, Untersuchungen haben ergeben, dass Tβ4 durch Transglutaminase mit Fibrin und Kollagen interagieren kann (Faktor XIIIa) und spielen eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung. Außerdem, in einem Experiment zur Verletzung der Vollhauthaut an alternden diabetischen Mäusen, Tβ4 kann die Heilung großflächiger Hautwunden und tiefer Verbrennungen beschleunigen, fördern die Haut- und Hornhautreparatur, und zeigen die Fähigkeit, die Wundheilung zu beschleunigen.
Hemmung der Zellapoptose: Tβ4 hat eine erhebliche Schutzwirkung auf Hornhautepithelzellen, die durch ätzende Substanzen wie Benzalkoniumchlorid oder Ethanol geschädigt wurden. Eine Hochregulierung der Tβ4-Genexpression trägt zur Verbesserung der Hypoxieresistenz von Zellen bei.[2][3]
Herunterregulierung wichtiger Entzündungsmoleküle: Die Wundheilung ist ein komplexer biologischer Prozess, der in drei verschiedene Phasen unterteilt werden kann: Entzündung, Zellproliferation, und Gewebeumbau, Dabei wird die Genexpression relevanter Proteine in jedem Stadium hoch- und dann herunterreguliert. Für chronische Wunden, Dieser Regulierungsprozess kann durch Faktoren wie das Alter gestört werden, Grunderkrankungen, und immunsuppressive Medikamente, Dies führt zu einer übermäßigen Produktion von Entzündungsmolekülen, übermäßige Entzündung, und behinderte die Zellproliferation und den Gewebeumbau. Untersuchungen haben ergeben, dass Tβ4 die Menge an freien Radikalen reduzieren kann, verlangsamt die Lipidperoxidation, hemmen die Produktion von entzündlichen Zytokinen wie IL-1, Makrophagen-Entzündungsprotein 1α (MIP1α), MIP1β, Monozyten-chemotaktisches Protein-1 (MCP-1), Senkung der Thromboxan- und Prostaglandin-2α-Spiegel, Dadurch werden Entzündungen gelindert. daher, Es kann zur Behandlung von entzündlichen Erkrankungen wie segmentaler Enteritis und Muskelatrophie eingesetzt werden.
Stimulation der Differenzierung adulter epikardialer Stammzellen: Tβ4 spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen Aspekten der Entwicklung von Herzkranzgefäßen und kann das Wachstum ruhender epikardialer Transplantate erwachsener Mäuse erheblich stimulieren, Wiederherstellung der Multipotenz von Fibroblasten, glatte Muskelzellen, und Endothelzellen, und ihre Differenzierung herbeiführen.[1][2] Das Ausschalten des Tβ4-Gens im Herzen führt zu einer signifikanten Abnahme der Menge des angiogenen Spaltprodukts von Tβ4 (AcSDKP). Obwohl die Injektion von AcSDKP das Herz nicht wiederherstellen kann, Es kann die Differenzierung epikardialer Vorläuferzellen erwachsener Mäuse in Endothelzellen erheblich verbessern. Dies legt nahe, dass Tβ4 und AcSDKP starke Stimulatoren der Koronar- und Neovaskularisation sind, und Tβ4-induzierte epikardiale Zellen erwachsener Mäuse können als Quelle der Gefäßregeneration dienen, Dies führt zu einer anhaltenden Regeneration des beeinträchtigten Gefäßsystems auf niedrigem Niveau nach einer Herzverletzung.
Stimulierung der Haarfollikelentwicklung: Tβ4 fördert die Migration, Differenzierung, und extrazelluläre Matrixrekonstruktion von Haarfollikelstammzellen, Dadurch wird das Haarwachstum reguliert. Studien an Ratten und Mäusen haben gezeigt, dass dies während des Haarwachstumszyklus der Fall ist, Eine bestimmte Untergruppe von Haarfollikel-Keratinozyten, die aus der Wölbungsregion stammen, exprimiert Tβ4 stark, während Hautstammzellen auch in der Ausbuchtung des Haarfollikels vorhanden sind. Wenn die Tβ4-Konzentration im nanomolaren Bereich liegt, Die Migration und Differenzierung von Stammzellen wird gefördert, und die Anwesenheit von Tβ4 erhöht auch die Expression und Sekretion von Matrix-Metalloproteinase-2 (MMP-2), ein Enzym, das die extrazelluläre Matrix abbaut.
Zusammenhang mit der Tumorbildung: In verschiedenen Tumorzellen wurde eine Hochregulierung des Tβ4-Gens beobachtet, einschließlich medulläres Schilddrüsenkarzinom, Darmkrebs, hochmalignes Melanom, Brustkrebs, und orales Plattenepithelkarzinom. Tβ4 kann die Expression des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors wirksam induzieren, Förderung der Angiogenese und Aktivierung der Zellmigrationseigenschaften, zu bösartigen Tumoren führen. Eine Hochregulierung der Tβ4-Expression führt zu einer Herunterregulierung der E-Cadherin-Expression, Schwächung der Zelladhäsion, und erhöhte Expression von Matrix-Metalloproteinasen, Bereitstellung von Wachstumsvorteilen und invasiven Eigenschaften für Krebszellen, trägt somit zur Malignität bei. Tβ4 besitzt antiapoptotische Fähigkeiten, und eine erhöhte Expression von Tβ4 kann das Ausmaß der Zellapoptose verringern, möglicherweise aufgrund der Tatsache, dass Tβ4 die Freisetzung von Cytochrom C hemmt und die Einleitung des Apoptoseprozesses stört, Dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal bösartiger Tumoren.
Förderung der Hornhautreparatur: Thymosin β4 hat in verschiedenen Hornhautverletzungsmodellen seine Fähigkeit gezeigt, die Wundheilung zu fördern und die Produktion bestimmter wichtiger Zytokine zu regulieren. Untersuchungen haben ergeben, dass Thymosin β4 die Expression von Matrixmetalloproteinasen reduzieren kann, fördern den Umbau der extrazellulären Matrix, und Zytokine aktivieren. Speziell, es hemmt die Aktivität von Matrix-Metalloproteinasen, im Gegensatz zu der Schlussfolgerung, die aus mit Thymosin β4 behandelten Hautverletzungsmodellen gezogen wurde. [1][2][3]Dies legt nahe, dass die Regulationswege spezifischer Enzyme im Gewebereparaturprozess entweder hoch- oder herunterreguliert werden können.
Vorbereitungsmethode
Momentan, Es gibt zwei Hauptquellen für Thymosin Beta 4 (TV4) Wird in klinischen und Forschungsumgebungen verwendet: Extraktion aus Rinderthymus und chemische Synthese. Die Extraktion von Tβ4 aus Rinderthymus ist nicht nur kostspielig, sondern auch durch die Materialverfügbarkeit und Extraktionstechniken begrenzt, Dies führt zu geringer Reinheit und niedrigem Gehalt. Auch das Vorhandensein von Verunreinigungen bringt viele Probleme mit sich, insbesondere angesichts der zunehmenden Anzahl von Viren bei Rindern, was den Extraktionsprozess erschwert. Mit der Entwicklung der Gentechnik, Der Einsatz gentechnischer Methoden zur Herstellung von Tβ4 wird eine neue Richtung sein. In unserem Labor, Wir planen, eine Tandem-Expression von künstlich synthetisiertem Tβ4 in Pflanzen durchzuführen, um transgene Pflanzen mit effizienter Expression von Tβ4 zu erhalten. Im Vergleich zu natürlich extrahiertem Tβ4, Mit transgenen Pflanzen hergestelltes Tβ4 hat den Vorteil einer höheren Bioaktivität, höhere Reinheit, und weniger Nebenwirkungen. Zusätzlich, Es stellt den optimalen Ansatz zur Reduzierung der Produktionskosten dar, Minimierung der Kontamination, und ermöglicht eine Produktion in großem Maßstab.[3]
Hintergrund
Thymosin Beta 4 ist ein Peptid bestehend aus 43 Aminosäurereste mit einem isoelektrischen Punkt von 5.1 und ist bei Säugetieren hochkonserviert. Es handelt sich eher um ein zytoplasmatisches Protein als um ein Kernprotein, im Gegensatz zu Thymosin alpha oder ähnlichen Thymosinen. [2][3]Thymosin Beta 4 ist an verschiedenen physiologischen Funktionen beteiligt, einschließlich der Immunfunktion, Entwicklung des Nervensystems, Wundheilung, und Aktin-Proteinfunktionen.
Im Gegensatz zu Thymosin Alpha oder ähnlichen Thymosinen, Thymosin Beta 4 ist eher ein zytoplasmatisches Protein als ein Kernprotein. Es enthält weniger hydrophobe Aminosäuren und enthält nicht die Strukturregion Lys-Lys-Xaa-Lys. Chemische Konformationsstudien haben gezeigt, dass Thymosin Beta 4 existiert und funktioniert als eine einzige Kette. Es hat eine interne Wiederholungsregion zwischen den Resten 31-43 Und 18-30, mit sechs identischen Aminosäuren. Obwohl es zwischen den Resten zwei stark helikale Bereiche gibt 4-12 Und 32-40, Thymosin Beta 4 bildet keine Prolinumdrehung. In Bezug auf die biologische Verbreitung und Expression, Thymosin Beta 4 wurde zunächst aus der Thymusdrüse gereinigt. daher, Ursprünglich wurde angenommen, dass es sich um ein Thymushormon handelt, das auf die T-Zell-Reifung im Frühstadium einwirkt. Jedoch, Thymosin Beta 4 ist in anderen Geweben weit verbreitet, Organe, und Zellen, mit den höchsten Konzentrationen in der Milz, Thymusdrüse, Lunge, und Peritonealmakrophagen, gefolgt vom Gehirn, Leber, Nieren, Hoden, und Herz. Sogar Zellen des nicht-retikuloendothelialen Systems wie Fibroblasten können Thymosin Beta synthetisieren 4. Thymozyten haben einen siebenmal höheren Gehalt an Thymosin Beta 4 mRNA als Thymusstromazellen, und Thymosin Beta 4 Die Expression wird in verschiedenen Blutzelltypen beobachtet. Studien zu Thymosin Beta 4 cDNA hat gezeigt, dass ihr ein Signalpeptid fehlt.[1] Allerdings gibt es im Körper auch sezernierte Proteine, denen Signalpeptide fehlen, wie Interleukin-1 (IL-1) und endotheliale Wachstumsfaktoren, Experten glauben immer noch, dass Thymosin Beta 4 Es ist unwahrscheinlich, dass es sich um ein sekretiertes Protein handelt und es ist wahrscheinlicher, dass es für bestimmte grundlegende Zellfunktionen essentiell ist.
Anwendung
Grundlagenforschung und angewandte Forschung zur Optimierung der Funktion endothelialer Vorläuferzellen mit Thymosin Beta 4 (TV4)
Die Inzidenz- und Mortalitätsraten ischämischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen steigen von Jahr zu Jahr, eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen. Die Pathogenese dieser Erkrankungen ist äußerst komplex, und die Funktionsstörung der Endothelzellen spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung ischämischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Obwohl reife Endothelzellen Endothelschäden reparieren können, Ihre Regenerationsfähigkeit ist begrenzt. Endotheliale Vorläuferzellen (EPCs) sind eine Art Vorläuferzelle für vaskuläre Endothelzellen und haben das Potenzial, sich in Endothelzellen zu differenzieren. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass EPCs verschiedene Rollen bei der Gefäßreparatur und Neovaskularisation spielen. Jedoch, Die klinische Anwendung der EPC-Transplantation steht noch vor vielen Herausforderungen. Mehrere Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Risikofaktoren wie Alterung, Hypertonie, Hypercholesterinämie, und Diabetes können die Anzahl der zirkulierenden EPCs verringern und ihre Funktion beeinträchtigen, was ihre Anwendung bei ischämischen Herz-Kreislauf-Erkrankungen stark einschränkt. daher, Die Verbesserung der Funktion von EPCs wird eine wichtige Strategie für die zukünftige EPC-Transplantationstherapie sein.[1][2]
Thymosin Beta 4 (TV4), ein niedermolekulares Protein bestehend aus 43 Aminosäurereste, ist an der Vermittlung verschiedener biologischer Reaktionen wie der Angiogenese beteiligt, Wundheilung, und Entzündungskontrolle. Unsere früheren Untersuchungen haben ergeben, dass Tβ4 die Proliferation und Migration menschlicher EPCs im peripheren Blut fördern und gleichzeitig deren Apoptose und Seneszenz hemmen kann. Tβ4 erhöht die angiogene Fähigkeit von EPCs erheblich, zeigt eine dosisabhängige Beziehung mit einer maximalen Wirkung bei 1000 von/ml (im Vergleich zur Kontrollgruppe, 33.33±1,86 vs. 18,34±2,02, P<0.05). Die Western-Blot-Analyse zeigt, dass Tβ4 die Phosphorylierung von Akt Ser473 und eNOS Ser1177 fördert, zeigt auch eine dosisabhängige Beziehung. Akt-siRNA und eNOS-siRNA hemmen beide signifikant die proangiogene Wirkung von Tβ4 auf EPCs.
- Behandlung von Hautwunden
- Behandlung von Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Verletzungen
- Behandlung von Augenverletzungen
- Andere Anwendungen
Aufgrund seiner biologischen Funktionen, einschließlich der Förderung der Endothelzellmigration, Verhinderung der Zellapoptose, entzündungshemmende Wirkung, und Förderung der Haarfollikelentwicklung, Auch in der Hautpflege weist Tβ4 ein erhebliches Potenzial auf, Bekämpfung der Hautalterung, und fördert das Nachwachsen der Haare, unter anderem Aspekte der Gesundheitsversorgung.
