Panoramica
Timosina beta 4 (TV4) è una proteina di piccole dimensioni composta da più residui di aminoacidi ed è ampiamente distribuita in vari tessuti e cellule del corpo umano.[1][2] Come una delle principali molecole che regolano l'actina nel corpo umano, ha molteplici funzioni biologiche e svolge un ruolo cruciale nella rigenerazione dei tessuti, rimodellamento, guarigione delle ferite, mantenimento dell’equilibrio dell’actina, sviluppo del tumore e metastasi, apoptosi cellulare, infiammazione, angiogenesi, sviluppo del follicolo pilifero, e altri processi fisiologici e patologici.
Funzioni biologiche e meccanismi d'azione
Tβ4 è una delle principali molecole che regolano l'actina nel corpo umano e ha molteplici funzioni biologiche, svolgendo un ruolo significativo nella rigenerazione dei tessuti, rimodellamento, guarigione delle ferite, mantenimento dell’equilibrio dell’actina, sviluppo del tumore e metastasi, apoptosi cellulare, infiammazione, angiogenesi, sviluppo del follicolo pilifero, e altri processi fisiologici e patologici.
- Fattore di regolazione dell'actina: L'actina rappresenta circa 10% della proteina totale nelle cellule non muscolari ed è un componente essenziale richiesto per la struttura cellulare, movimento cellulare, e la guarigione delle ferite. La presenza di Tβ4 nelle cellule è sufficiente per sequestrare tutti i monomeri di actina e partecipare alla regolazione della polimerizzazione e depolimerizzazione dell'actina. Tβ4 può legarsi ai monomeri di actina in a 1:1 rapporto, prevenendo la formazione di polimeri F-actina. Il legame di Tβ4 all'actina è accompagnato dalla dissociazione dell'acqua legata. Il terminale C di Tβ4 si lega all'actina His-40, causando un cambiamento conformazionale nei monomeri di actina. La molecola Tβ4 contiene un dominio legante l'actina (BLOCCATO), che è il principale sito di contatto elettrostatico. Il suo frammento N-terminale può inibire la polimerizzazione dell'actina attraverso un ostacolo sterico. Quando agisci da solo, Tβ4 può inibire la polimerizzazione dell'actina e lo scambio di nucleotidi sull'actina. Ciò è in contrasto con il ruolo di un'altra proteina legante l'actina, Profilo, che promuove lo scambio di ADP e ATP, accelerando l’assemblaggio dell’actina. [1][2]Tβ4 e Profilin possono regolare sinergicamente l'assemblaggio dell'actina. Tβ4 può regolare la conversione tra G-actina e F-actina. È stato riferito che la concentrazione di Tβ4 raggiunge 300 pmol nelle cellule del sangue altamente mobili, mentre la concentrazione richiesta affinché Tβ4 si leghi alla G-actina è inferiore a 20 pmol. Con un aumento della concentrazione, Tβ4 riduce la capacità di depolimerizzazione della F-actina. Questo potrebbe essere il motivo per cui Tβ4 regola la funzione del sistema di microfilamenti cellulari.
Promozione della migrazione delle cellule endoteliali e dell’angiogenesi: Studi utilizzando la membrana corioallantoidea di pollo (CAMMA) modello di angiogenesi hanno dimostrato che quando le cellule endoteliali si differenziano in strutture tubolari, il contenuto di mRNA di Tβ4 aumenta di cinque volte, e la trasfezione con Tβ4 accelera la formazione di strutture tubolari nei cloni di cellule endoteliali. Inoltre, la ricerca ha scoperto che il Tβ4 può interagire con la fibrina e il collagene mediati dalla transglutaminasi (Fattore XIIIa) e svolgono un ruolo importante nel processo di coagulazione del sangue. Inoltre, in un esperimento di lesioni cutanee a tutto spessore in topi diabetici anziani, Tβ4 può accelerare la guarigione di ferite cutanee di ampie dimensioni e ustioni profonde, promuovere la riparazione della pelle e della cornea, e dimostrare la capacità di accelerare la guarigione delle ferite.
Inibizione dell'apoptosi cellulare: Tβ4 ha un significativo effetto protettivo sulle cellule epiteliali corneali danneggiate da sostanze corrosive come il benzalconio cloruro o l'etanolo. La sovraregolazione dell'espressione del gene Tβ4 è utile per migliorare la resistenza all'ipossia delle cellule.[2][3]
Downregulation delle principali molecole infiammatorie: La guarigione delle ferite è un processo biologico complesso che può essere suddiviso in tre fasi distinte: infiammazione, proliferazione cellulare, e rimodellamento dei tessuti, con l'espressione genica delle proteine rilevanti che viene sovraregolata e quindi sottoregolata in ogni fase. Per ferite croniche, questo processo di regolamentazione può essere interrotto da fattori come l’età, malattie sottostanti, e farmaci immunosoppressori, portando ad una produzione eccessiva di molecole infiammatorie, infiammazione eccessiva, e ostacolato la proliferazione cellulare e il rimodellamento dei tessuti. La ricerca ha scoperto che il Tβ4 può ridurre i livelli di radicali liberi, rallentare la perossidazione lipidica, inibire la produzione di citochine infiammatorie come IL-1, proteina infiammatoria dei macrofagi 1α (MIP1α), MIP1β, proteina chemiotattica monocitaria-1 (MCP-1), diminuire i livelli di trombossano e prostaglandina 2α, alleviando così l'infiammazione. Perciò, può essere utilizzato per il trattamento di disturbi infiammatori come enteriti segmentali e atrofia muscolare.
Stimolazione della differenziazione delle cellule staminali epicardiche adulte: Tβ4 svolge un ruolo cruciale in vari aspetti dello sviluppo dei vasi coronarici e può stimolare significativamente la crescita di innesti epicardici di topi adulti quiescenti, ripristinare la multipotenza dei fibroblasti, cellule muscolari lisce, e cellule endoteliali, e inducendone la differenziazione.[1][2] L'eliminazione del gene Tβ4 nel cuore porta ad una significativa diminuzione dei livelli del prodotto di scissione angiogenico di Tβ4 (AcSDKP). Sebbene l'iniezione di AcSDKP non possa ripristinare il cuore, può migliorare significativamente la differenziazione delle cellule progenitrici epicardiche del topo adulto in cellule endoteliali. Ciò suggerisce che Tβ4 e AcSDKP sono potenti stimolatori della coronaria e della neovascolarizzazione, e le cellule epicardiche di topo adulto indotte da Tβ4 possono fungere da fonte di rigenerazione vascolare, portando alla rigenerazione sostenuta del sistema vascolare compromesso a un livello basso dopo una lesione cardiaca.
Stimolazione dello sviluppo del follicolo pilifero: Tβ4 promuove la migrazione, differenziazione, e ricostruzione della matrice extracellulare delle cellule staminali del follicolo pilifero, regolando così la crescita dei capelli. Studi su ratti e topi hanno scoperto che durante il ciclo di crescita dei capelli, un sottogruppo specifico di cheratinociti del follicolo pilifero originari della regione del rigonfiamento co-esprime altamente Tβ4, mentre le cellule staminali della pelle sono presenti anche nel rigonfiamento del follicolo pilifero. Quando la concentrazione di Tβ4 è a livello nanomolare, la migrazione e la differenziazione delle cellule staminali vengono migliorate, e la presenza di Tβ4 aumenta anche l'espressione e la secrezione della metalloproteinasi-2 della matrice (MMP-2), un enzima che degrada la matrice extracellulare.
Relazione con la formazione del tumore: La sovraregolazione del gene Tβ4 è stata osservata in varie cellule tumorali, compreso il carcinoma midollare della tiroide, cancro del colon-retto, melanoma altamente maligno, tumore al seno, e carcinoma orale a cellule squamose. Tβ4 può indurre efficacemente l'espressione del fattore di crescita dell'endotelio vascolare, promuovendo l’angiogenesi e attivando le proprietà migratorie delle cellule, portando alla malignità del tumore. La sovraregolazione dell'espressione di Tβ4 determina una sottoregolazione dell'espressione della E-caderina, indebolimento dell’adesione cellulare, e maggiore espressione delle metalloproteinasi della matrice, fornendo vantaggi di crescita e caratteristiche invasive alle cellule tumorali, contribuendo così alla malignità. Tβ4 possiede capacità anti-apoptotiche, e una maggiore espressione di Tβ4 può ridurre l'entità dell'apoptosi cellulare, probabilmente a causa del fatto che Tβ4 inibisce il rilascio del citocromo c e interrompe l'inizio del processo di apoptosi, che è un'altra caratteristica importante dei tumori maligni.
Promozione della riparazione corneale: La timosina β4 ha dimostrato la sua capacità di promuovere la guarigione delle ferite in vari modelli di lesioni corneali e di regolare la produzione di alcune citochine chiave. La ricerca ha scoperto che la timosina β4 può ridurre l'espressione delle metalloproteinasi della matrice, promuovere il rimodellamento della matrice extracellulare, e attivare le citochine. Nello specifico, inibisce l'attività delle metalloproteinasi della matrice, contrariamente alla conclusione tratta dai modelli di lesioni cutanee trattate con timosina β4. [1][2][3]Ciò suggerisce che i percorsi regolatori di specifici enzimi nel processo di riparazione dei tessuti possono essere sovraregolati o sottoregolati.
Metodo di preparazione
Attualmente, ci sono due fonti principali di timosina beta 4 (TV4) utilizzato in contesti clinici e di ricerca: estrazione dal timo bovino e sintesi chimica. L’estrazione del Tβ4 dal timo bovino non solo è costosa ma è anche limitata dalla disponibilità del materiale e dalle tecniche di estrazione, con conseguente bassa purezza e basso contenuto. Anche la presenza di impurità comporta molti problemi, soprattutto considerando il numero crescente di virus nei bovini, che complica il processo di estrazione. Con lo sviluppo dell'ingegneria genetica, l’utilizzo di metodi di ingegneria genetica per produrre Tβ4 diventerà una nuova direzione. Nel nostro laboratorio, prevediamo di eseguire l'espressione tandem di Tβ4 sintetizzato artificialmente nelle piante per ottenere piante transgeniche con un'espressione efficiente di Tβ4. Rispetto al Tβ4 estratto naturalmente, Il Tβ4 prodotto utilizzando piante transgeniche presenta i vantaggi di una maggiore bioattività, purezza più elevata, e meno effetti collaterali. Inoltre, rappresenta l'approccio ottimale per ridurre i costi di produzione, riducendo al minimo la contaminazione, e consentire la produzione su larga scala.[3]
Sfondo
Timosina beta 4 è un peptide composto da 43 residui amminoacidici con punto isoelettrico pari a 5.1 ed è altamente conservato nei mammiferi. È una proteina citoplasmatica piuttosto che una proteina nucleare, a differenza della timosina alfa o di timosine simili. [2][3]Timosina beta 4 è coinvolto in varie funzioni fisiologiche, compresa la funzione immunitaria, sviluppo del sistema nervoso, guarigione delle ferite, e funzioni della proteina actina.
A differenza della timosina alfa o di timosina simili, timosina beta 4 è una proteina citoplasmatica piuttosto che una proteina nucleare. Contiene meno aminoacidi idrofobici e non contiene la regione strutturale Lys-Lys-Xaa-Lys. Studi di conformazione chimica hanno dimostrato che la timosina beta 4 esiste e funziona come un'unica catena. Ha una regione di ripetizione interna tra i residui 31-43 E 18-30, con sei aminoacidi identici. Sebbene ci siano due regioni altamente elicoidali tra i residui 4-12 E 32-40, timosina beta 4 non forma una svolta prolinica. In termini di distribuzione ed espressione biologica, timosina beta 4 inizialmente veniva purificato dal timo. Perciò, inizialmente si credeva che fosse un ormone timico che agisce sulla maturazione delle cellule T in fase iniziale. Tuttavia, timosina beta 4 è ampiamente presente in altri tessuti, organi, e cellule, con i livelli più alti riscontrati nella milza, timo, polmoni, e macrofagi peritoneali, seguito dal cervello, fegato, reni, testicoli, e cuore. Anche le cellule del sistema non reticoloendoteliale come i fibroblasti possono sintetizzare la timosina beta 4. I timociti hanno livelli sette volte più alti di timosina beta 4 mRNA rispetto alle cellule stromali del timo, e timosina beta 4 l'espressione è osservata in vari tipi di cellule del sangue. Studi sulla timosina beta 4 Il cDNA ha dimostrato che è privo di un peptide segnale.[1] Sebbene ci siano anche proteine secrete nel corpo prive di peptidi segnale, come l'interleuchina-1 (IL-1) e fattori di crescita endoteliale, gli esperti credono ancora che la timosina beta 4 è improbabile che sia una proteina secreta ed è più probabile che sia essenziale per alcune funzioni cellulari di base.
Applicazione
Ricerca di base e applicata sull'ottimizzazione della funzione delle cellule progenitrici endoteliali con timosina beta 4 (TV4)
L’incidenza e la mortalità delle malattie cardiovascolari ischemiche aumentano di anno in anno, che rappresentano una grave minaccia per la salute umana. La patogenesi di queste malattie è molto complessa, e la disfunzione delle cellule endoteliali gioca un ruolo cruciale nello sviluppo delle malattie cardiovascolari ischemiche. Sebbene le cellule endoteliali mature possano riparare il danno endoteliale, la loro capacità rigenerativa è limitata. Cellule progenitrici endoteliali (EPC) sono un tipo di cellule precursori delle cellule endoteliali vascolari e hanno il potenziale per differenziarsi in cellule endoteliali. Numerosi studi hanno dimostrato che le EPC svolgono vari ruoli nella riparazione vascolare e nella neovascolarizzazione. Tuttavia, l’applicazione clinica del trapianto di EPC deve ancora affrontare molte sfide. Diverse malattie cardiovascolari o fattori di rischio come l’invecchiamento, ipertensione, ipercolesterolemia, e il diabete può ridurre il numero di EPC circolanti e comprometterne la funzione, limitando notevolmente la loro applicazione nelle malattie cardiovascolari ischemiche. Perciò, il miglioramento della funzione delle EPC costituirà una strategia importante per la futura terapia di trapianto di EPC.[1][2]
Timosina beta 4 (TV4), una proteina a basso peso molecolare composta da 43 residui aminoacidici, è coinvolto nella mediazione di varie risposte biologiche come l'angiogenesi, guarigione delle ferite, e controllo dell'infiammazione. La nostra precedente ricerca ha scoperto che Tβ4 può migliorare la proliferazione e la migrazione delle EPC del sangue periferico umano inibendone l'apoptosi e la senescenza. Tβ4 aumenta significativamente la capacità angiogenica delle EPC, mostrando una relazione dose-dipendente con un effetto massimo a 1000 di/ml (rispetto al gruppo di controllo, 33.33±1,86 contro 18,34±2,02, P<0.05). L'analisi Western blot mostra che Tβ4 promuove la fosforilazione di Akt Ser473 e eNOS Ser1177, mostrando anche una relazione dose-dipendente. Akt siRNA e eNOS siRNA inibiscono entrambi significativamente gli effetti pro-angiogenici di Tβ4 sulle EPC.
- Trattamento delle ferite della pelle
- Trattamento delle lesioni cardiovascolari e cerebrovascolari
- Trattamento delle lesioni oftalmiche
- Altre applicazioni
Per le sue funzioni biologiche, inclusa la promozione della migrazione delle cellule endoteliali, prevenendo l’apoptosi cellulare, effetti antinfiammatori, e promuovere lo sviluppo del follicolo pilifero, Tβ4 dimostra anche un potenziale significativo nella cura della pelle, contrastare l’invecchiamento cutaneo, e favorendo la ricrescita dei capelli, tra gli altri aspetti dell’assistenza sanitaria.
