Thymus β4

티모신 β4 연구는 구체적으로 무엇을 말하나요?

개요

티모신 베타 4(Tβ4)는 여러 아미노산 잔기로 구성된 저분자 단백질로 인체의 다양한 조직과 세포에 널리 분포되어 있습니다.[1][2] 인체의 주요 액틴 조절 분자 중 하나로 다양한 생물학적 기능을 가지고 있으며 조직 재생, 리모델링, 상처 치유, 액틴 균형 유지, 종양 발생 및 전이, 세포 자멸사, 염증, 혈관 신생, 모낭 발달 및 기타 생리적 및 병리학적 과정에 중요한 역할을 합니다.

생물학적 기능 및 작용 메커니즘

Tβ4는 인체의 주요 액틴 조절 분자 중 하나이며 다양한 생물학적 기능을 가지고 있어 조직 재생, 리모델링, 상처 치유, 액틴 균형 유지, 종양 발생 및 전이, 세포 자멸사, 염증, 혈관 신생, 모낭 발달 및 기타 생리적 및 병리학적인 과정에서 중요한 역할을 합니다.

Thymus β4
  1. 액틴 조절 인자: 액틴은 비근육 세포에서 전체 단백질의 약 10%를 차지하며 세포 구조, 세포 이동 및 상처 치유에 필요한 필수 구성 요소입니다. 세포에 Tβ4가 존재하면 모든 액틴 단량체를 격리하고 액틴 중합 및 해합을 조절하는 데 참여하기에 충분합니다. Tβ4는 액틴 모노머와 1:1 비율로 결합하여 F-액틴 폴리머의 형성을 방지할 수 있습니다. Tβ4와 액틴의 결합은 결합된 물의 해리를 동반합니다. Tβ4의 C-말단은 액틴 His-40에 결합하여 액틴 모노머의 형태 변화를 일으킵니다. Tβ4 분자는 주요 정전기 접촉 부위인 액틴 결합 도메인(LKKTET)을 포함하고 있습니다. N-말단 단편은 입체 장애를 통해 액틴 중합을 억제할 수 있습니다. 단독으로 작용할 때 Tβ4는 액틴 중합과 액틴의 뉴클레오티드 교환을 억제할 수 있습니다. 이는 또 다른 액틴 결합 단백질인 프로필린의 역할과는 대조적인데, 프로필린은 ADP와 ATP의 교환을 촉진하여 액틴 조립을 가속화합니다. [1][2]Tβ4와 프로파일린은 액틴 조립을 상승적으로 조절할 수 있습니다. Tβ4는 G-액틴과 F-액틴 사이의 전환을 조절할 수 있습니다. 이동성이 높은 혈액 세포에서 Tβ4의 농도는 300 pmol에 이르는 반면, Tβ4가 G-actin에 결합하는 데 필요한 농도는 20 pmol 미만인 것으로 보고되었습니다. 농도가 증가하면 Tβ4는 F-액틴의 해중합 능력을 감소시킵니다. 이것이 Tβ4가 세포 미세 필라멘트 시스템의 기능을 조절하는 이유일 수 있습니다.
  2. 내피 세포 이동 및 혈관 형성 촉진: 닭 융모막(CAM) 혈관 신생 모델을 사용한 연구에 따르면 내피 세포가 관형 구조로 분화할 때 Tβ4의 mRNA 함량이 5배 증가하고, Tβ4를 감염시키면 내피 세포 클론에서 튜브형 구조가 형성되는 것이 가속화되는 것으로 나타났습니다. 또한 연구에 따르면 Tβ4는 트랜스글루타미나제(인자 XIIIa)가 매개하는 피브린 및 콜라겐과 상호 작용하여 혈액 응고 과정에서 중요한 역할을 할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 노화 당뇨병 마우스를 대상으로 한 전체 두께 피부 손상 실험에서 Tβ4는 넓은 면적의 피부 상처와 깊은 화상의 치유를 가속화하고 피부와 각막 회복을 촉진하며 상처 치유를 촉진하는 능력을 입증했습니다.

  3. 세포 아포토시스 억제: Tβ4는 염화벤잘코늄이나 에탄올과 같은 부식성 물질에 의해 손상된 각막 상피 세포에 상당한 보호 효과가 있습니다. Tβ4 유전자 발현의 상향 조절은 세포의 저산소증 저항성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.[2][3]

  4. 주요 염증 분자의 하향 조절: 상처 치유는 염증, 세포 증식, 조직 리모델링의 세 가지 단계로 나눌 수 있는 복잡한 생물학적 과정으로, 각 단계에서 관련 단백질의 유전자 발현이 상향 조절되고 하향 조절됩니다. 만성 상처의 경우 나이, 기저 질환, 면역 억제제 등의 요인으로 인해 이러한 조절 과정이 중단되어 염증 분자가 과도하게 생성되고 염증이 과도하게 발생하며 세포 증식과 조직 리모델링이 방해될 수 있습니다. 연구에 따르면 Tβ4는 활성산소 수치를 낮추고 지질 과산화를 늦추며 IL-1, 대식세포 염증성 단백질 1α(MIP1α), MIP1β, 단핵구 화학 주성 단백질-1(MCP-1)과 같은 염증성 사이토카인의 생성을 억제하고 트롬복산 및 프로스타글란딘 2α 수치를 낮추어 염증을 완화하는 효과가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 분절성 장염 및 근육 위축과 같은 염증성 질환의 치료에 사용할 수 있습니다.

  5. 성체 심외막 줄기세포 분화 자극: Tβ4는 관상동맥 혈관 발달의 다양한 측면에서 중요한 역할을 하며 정지 상태의 성인 마우스 심외막 이식편의 성장을 크게 자극하여 섬유아세포, 평활근 세포 및 내피 세포의 다능성을 회복하고 분화를 유도할 수 있습니다.[1][2] 심장에서 Tβ4 유전자를 녹아웃시키면 Tβ4의 혈관 신생 절단 산물(AcSDKP)의 수준이 현저히 감소합니다. AcSDKP를 주입해도 심장을 회복시킬 수는 없지만, 성체 마우스 심외막 전구세포의 내피 세포로의 분화를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이는 Tβ4와 AcSDKP가 관상동맥 및 신생 혈관 형성의 강력한 자극제이며, Tβ4 유도 성체 마우스 심외막 세포가 혈관 재생의 원천으로 작용하여 심장 손상 후 낮은 수준에서 손상된 혈관을 지속적으로 재생할 수 있음을 시사합니다.

  6. 모낭 발달 자극: Tβ4는 모낭 줄기세포의 이동, 분화 및 세포 외 기질 재구성을 촉진하여 모발 성장을 조절합니다. 쥐와 생쥐를 대상으로 한 연구에 따르면 모발 성장 주기 동안 모낭 돌출 부위에서 유래한 모낭 각질 세포의 특정 하위 집합이 Tβ4를 높게 공동 발현하며 피부 줄기 세포도 모낭 돌출 부위에 존재하는 것으로 나타났습니다. Tβ4 농도가 나노몰 수준이면 줄기세포의 이동과 분화가 촉진되고, Tβ4의 존재는 세포 외 기질 분해 효소인 매트릭스 메탈로프로테아제-2(MMP-2)의 발현과 분비도 증가합니다.

  7. 종양 형성과의 관계: 갑상선 수질암, 대장암, 악성 흑색종, 유방암, 구강 편평세포암을 포함한 다양한 종양 세포에서 Tβ4 유전자의 상향 조절이 관찰되었습니다. Tβ4는 혈관 내피 성장 인자의 발현을 효과적으로 유도하여 혈관 신생을 촉진하고 세포 이동성을 활성화하여 종양 악성화를 유발할 수 있습니다. Tβ4 발현의 상향 조절은 E-카데린 발현의 하향 조절, 세포 접착력 약화, 매트릭스 메탈로프로테아제 발현 증가를 초래하여 암세포에 성장 이점과 침습적 특성을 제공하여 악성화에 기여합니다. Tβ4는 항세포 사멸 능력을 가지고 있으며, Tβ4의 발현이 증가하면 세포 사멸의 정도를 줄일 수 있는데, 이는 아마도 Tβ4가 사이토크롬 c의 방출을 억제하고 세포 사멸 과정의 시작을 방해하여 악성 종양의 또 다른 중요한 특징인 세포 사멸을 방해하기 때문일 수 있습니다.

  8. 각막 회복 촉진: 티모신 β4는 다양한 각막 손상 모델에서 상처 치유를 촉진하고 특정 주요 사이토카인의 생성을 조절하는 능력이 입증되었습니다. 연구에 따르면 티모신 β4는 매트릭스 메탈로프로테아제의 발현을 감소시키고 세포 외 매트릭스 리모델링을 촉진하며 사이토카인을 활성화할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다. 특히, 티모신 β4로 처리한 피부 손상 모델에서 도출된 결론과는 달리 기질 금속 단백질 분해 효소의 활성을 억제합니다. [1][2][3]이는 조직 복구 과정에서 특정 효소의 조절 경로가 상향 조절되거나 하향 조절될 수 있음을 시사합니다.

준비 방법

현재 임상 및 연구 환경에서 사용되는 티모신 베타 4(Tβ4)의 주요 공급원은 소 흉선에서 추출하는 방법과 화학 합성의 두 가지가 있습니다. 소 흉선에서 Tβ4를 추출하는 것은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 재료 가용성과 추출 기술의 제한으로 인해 순도가 낮고 함량이 낮습니다. 또한 불순물의 존재는 많은 문제를 야기하며, 특히 소의 바이러스 수가 증가함에 따라 추출 과정이 복잡해집니다. 유전공학의 발달로 유전공학 방법을 활용하여 Tβ4를 생산하는 것이 새로운 방향이 될 것입니다. 우리 연구실에서는 인공적으로 합성한 Tβ4를 식물에서 동시에 발현시켜 Tβ4가 효율적으로 발현되는 형질전환 식물을 얻을 계획입니다. 형질전환 식물을 이용해 생산한 Tβ4는 자연에서 추출한 Tβ4에 비해 생리활성이 높고 순도가 높으며 부작용이 적다는 장점이 있습니다. 또한 생산 비용을 절감하고 오염을 최소화하며 대량 생산이 가능한 최적의 접근 방식입니다.[3]

배경

티모신 베타 4는 43개의 아미노산 잔기로 구성된 펩타이드로 등전점이 5.1이며 포유류에서 고도로 보존되어 있습니다. 티모신 알파 또는 유사한 티모신과는 달리 핵 단백질이 아닌 세포질 단백질입니다. [2][3]티모신 베타 4는 면역 기능, 신경계 발달, 상처 치유, 액틴 단백질 기능 등 다양한 생리적 기능에 관여합니다.

티모신 알파 또는 유사한 티모신과 달리 티모신 베타 4는 핵 단백질이 아닌 세포질 단백질입니다. 소수성 아미노산이 더 적고 Lys-Lys-Xaa-Lys 구조 영역을 포함하지 않습니다. 화학적 형태 연구에 따르면 티모신 베타 4는 단일 사슬로 존재하고 기능하는 것으로 나타났습니다. 이 단백질은 6개의 동일한 아미노산으로 이루어진 31-43번과 18-30번 잔기 사이에 내부 반복 영역이 있습니다. 잔기 4-12와 32-40 사이에 두 개의 고도로 나선형 영역이 있지만 티모신 베타 4는 프롤린 턴을 형성하지 않습니다. 생물학적 분포와 발현 측면에서 티모신 베타 4는 처음에 흉선에서 정제되었습니다. 따라서 처음에는 초기 단계의 T세포 성숙에 작용하는 흉선 호르몬으로 여겨졌습니다. 그러나 티모신 베타 4는 다른 조직, 장기 및 세포에 널리 존재하며 비장, 흉선, 폐 및 복막 대식세포에서 가장 높은 수치가 발견되고 뇌, 간, 신장, 고환 및 심장에서 그 다음으로 많이 발견됩니다. 섬유아세포와 같은 비망상내피계 세포도 티모신 베타 4를 합성할 수 있습니다. 흉선 세포는 흉선 간질 세포보다 7배 높은 수준의 티모신 베타 4 mRNA를 가지고 있으며, 다양한 혈액 세포 유형에서 티모신 베타 4의 발현이 관찰됩니다. 티모신 베타 4 cDNA에 대한 연구에 따르면 티모신 베타 4에는 신호 펩타이드가 결여되어 있는 것으로 나타났습니다.[1] 인터루킨-1(IL-1)이나 혈관 내피 성장 인자와 같은 신호 펩타이드가 부족한 분비 단백질도 체내에 존재하지만, 전문가들은 티모신 베타 4가 분비 단백질일 가능성이 낮고 특정 기본 세포 기능에 필수적일 가능성이 더 높다고 보고 있습니다.

애플리케이션

티모신 베타 4(Tβ4)로 내피 전구세포 기능 최적화를 위한 기초 및 응용 연구

허혈성 심혈관 질환의 발생률과 사망률은 해마다 증가하여 인류 건강에 심각한 위협이 되고 있습니다. 이러한 질환의 발병 기전은 매우 복잡하며, 내피 세포 기능 장애는 허혈성 심혈관 질환의 발병에 중요한 역할을 합니다. 성숙한 내피 세포는 내피 손상을 복구할 수 있지만 재생 능력은 제한적입니다. 혈관 내피 전구세포(EPC)는 혈관 내피 세포의 전구 세포의 일종으로 내피 세포로 분화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 수많은 연구를 통해 EPC가 혈관 복구와 신생 혈관 생성에 다양한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러나 EPC 이식의 임상 적용은 여전히 많은 과제에 직면해 있습니다. 노화, 고혈압, 고콜레스테롤혈증, 당뇨병과 같은 여러 심혈관 질환 또는 위험 요인은 순환하는 EPC의 수를 감소시키고 기능을 손상시켜 허혈성 심혈관 질환에 대한 적용을 크게 제한할 수 있습니다. 따라서 EPC의 기능을 개선하는 것이 향후 EPC 이식 치료의 중요한 전략이 될 것입니다.[1][2]

43개의 아미노산 잔기로 구성된 저분자량 단백질인 티모신 베타 4(Tβ4)는 혈관 신생, 상처 치유, 염증 조절 등 다양한 생물학적 반응을 매개하는 데 관여합니다. 이전 연구에 따르면 Tβ4는 인간 말초혈액 EPC의 증식과 이동을 촉진하는 동시에 세포사멸과 노화를 억제할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다. Tβ4는 EPC의 혈관 신생 능력을 크게 증가시켜 1000ng/mL에서 최대 효과를 보이는 용량 의존적 관계를 보여줍니다(대조군 대비, 33.33±1.86 vs 18.34±2.02, P<0.05). 웨스턴 블롯 분석에 따르면 Tβ4는 Akt Ser473 및 eNOS Ser1177의 인산화를 촉진하며 용량 의존적 관계를 나타냅니다. Akt siRNA와 eNOS siRNA는 모두 EPC에 대한 Tβ4의 혈관 신생 효과를 크게 억제합니다.

  1. 피부 상처 치료
  2. 심혈관 및 뇌혈관 손상 치료
  3. 안과적 부상 치료
  4. 기타 애플리케이션

내피 세포 이동 촉진, 세포 사멸 방지, 항염증 효과, 모낭 발달 촉진 등의 생물학적 기능으로 인해 Tβ4는 스킨케어, 피부 노화 방지, 모발 재성장 촉진 등 건강 관리의 다른 측면에서도 상당한 잠재력을 발휘합니다.

 
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