Visão geral
Timosina beta 4 (TV4) é uma proteína de molécula pequena composta por múltiplos resíduos de aminoácidos e é amplamente distribuída em vários tecidos e células do corpo humano.[1][2] Como uma das principais moléculas reguladoras da actina no corpo humano, tem múltiplas funções biológicas e desempenha um papel crucial na regeneração dos tecidos, remodelação, cicatrização de feridas, manutenção do equilíbrio de actina, desenvolvimento de tumor e metástase, apoptose celular, inflamação, angiogênese, desenvolvimento do folículo capilar, e outros processos fisiológicos e patológicos.
Funções Biológicas e Mecanismos de Ação
Tβ4 é uma das principais moléculas reguladoras de actina no corpo humano e tem múltiplas funções biológicas, desempenhando um papel significativo na regeneração dos tecidos, remodelação, cicatrização de feridas, manutenção do equilíbrio de actina, desenvolvimento de tumor e metástase, apoptose celular, inflamação, angiogênese, desenvolvimento do folículo capilar, e outros processos fisiológicos e patológicos.
- Fator regulador de actina: Actin é responsável por cerca de 10% da proteína total em células não musculares e é um componente essencial necessário para a estrutura celular, movimento celular, e cicatrização de feridas. A presença de Tβ4 nas células é suficiente para sequestrar todos os monômeros de actina e participar na regulação da polimerização e despolimerização da actina. Tβ4 pode se ligar a monômeros de actina em um 1:1 razão, impedindo a formação de polímeros de F-actina. A ligação do Tβ4 à actina é acompanhada pela dissociação da água ligada. O terminal C de Tβ4 liga-se à actina His-40, causando uma mudança conformacional nos monômeros de actina. A molécula Tβ4 contém um domínio de ligação à actina (BLOQUEADO), que é o principal local de contato eletrostático. Seu fragmento N-terminal pode inibir a polimerização da actina através de impedimento estérico. Ao agir sozinho, Tβ4 pode inibir a polimerização da actina e a troca de nucleotídeos na actina. Isto contrasta com o papel de outra proteína de ligação à actina, Perfil, que promove a troca de ADP e ATP, acelerando a montagem de actina. [1][2]Tβ4 e Profilin podem regular sinergicamente a montagem da actina. Tβ4 pode regular a conversão entre G-actina e F-actina. Foi relatado que a concentração de Tβ4 atinge 300 pmol em células sanguíneas altamente móveis, enquanto a concentração necessária para Tβ4 se ligar à G-actina é menor que 20 pmol. Com um aumento na concentração, Tβ4 reduz a capacidade de despolimerização da F-actina. Esta pode ser a razão pela qual o Tβ4 regula a função do sistema de microfilamentos celulares.
Promoção da migração de células endoteliais e angiogênese: Estudos utilizando a membrana corioalantóica de frango (CAM) modelo de angiogênese mostraram que quando as células endoteliais se diferenciam em estruturas tubulares, o conteúdo de mRNA de Tβ4 aumenta cinco vezes, e a transfecção com Tβ4 acelera a formação de estruturas semelhantes a tubos em clones de células endoteliais. Adicionalmente, pesquisa descobriu que Tβ4 pode interagir com fibrina e colágeno mediado pela transglutaminase (Fator XIIIa) e desempenham um papel importante no processo de coagulação do sangue. Além disso, em um experimento de lesão cutânea de espessura total em ratos diabéticos idosos, Tβ4 pode acelerar a cicatrização de feridas cutâneas de grandes áreas e queimaduras profundas, promover o reparo da pele e da córnea, e demonstrar a capacidade de acelerar a cicatrização de feridas.
Inibição da apoptose celular: Tβ4 tem um efeito protetor significativo nas células epiteliais da córnea danificadas por substâncias corrosivas, como cloreto de benzalcônio ou etanol. A regulação positiva da expressão do gene Tβ4 é benéfica para aumentar a resistência à hipóxia das células.[2][3]
Regulação negativa das principais moléculas inflamatórias: A cicatrização de feridas é um processo biológico complexo que pode ser dividido em três etapas distintas: inflamação, proliferação celular, e remodelação tecidual, com a expressão gênica de proteínas relevantes sendo regulada positivamente e depois regulada negativamente em cada estágio. Para feridas crônicas, este processo regulatório pode ser interrompido por fatores como idade, doenças subjacentes, e medicamentos imunossupressores, levando à produção excessiva de moléculas inflamatórias, inflamação excessiva, e impediu a proliferação celular e a remodelação dos tecidos. A pesquisa descobriu que o Tβ4 pode reduzir os níveis de radicais livres, retardar a peroxidação lipídica, inibir a produção de citocinas inflamatórias, como IL-1, proteína inflamatória de macrófagos 1α (MIP1α), MIP1β, proteína quimiotática de monócitos-1 (MCP-1), diminuir os níveis de tromboxano e prostaglandina 2α, aliviando assim a inflamação. Portanto, pode ser usado para o tratamento de doenças inflamatórias, como enterite segmentar e atrofia muscular.
Estimulação da diferenciação de células-tronco epicárdicas adultas: O Tβ4 desempenha um papel crucial em vários aspectos do desenvolvimento dos vasos coronários e pode estimular significativamente o crescimento de enxertos epicárdicos de camundongos adultos quiescentes, restaurando a multipotência dos fibroblastos, células musculares lisas, e células endoteliais, e induzindo sua diferenciação.[1][2] A nocaute do gene Tβ4 no coração leva a uma diminuição significativa nos níveis do produto de clivagem angiogênica de Tβ4 (AcSDKP). Embora a injeção de AcSDKP não possa restaurar o coração, pode aumentar significativamente a diferenciação de células progenitoras epicárdicas de camundongos adultos em células endoteliais. Isto sugere que Tβ4 e AcSDKP são potentes estimuladores da coronária e da neovascularização, e células epicárdicas de camundongos adultos induzidas por Tβ4 podem servir como fonte de regeneração vascular, levando à regeneração sustentada da vasculatura comprometida em um nível baixo após lesão cardíaca.
Estimulação do desenvolvimento do folículo capilar: Tβ4 promove a migração, diferenciação, e reconstrução da matriz extracelular de células-tronco do folículo piloso, regulando assim o crescimento do cabelo. Estudos em ratos e camundongos descobriram que durante o ciclo de crescimento do cabelo, um subconjunto específico de queratinócitos do folículo piloso originários da região protuberante altamente co-expressam Tβ4, enquanto as células-tronco da pele também estão presentes na protuberância do folículo piloso. Quando a concentração de Tβ4 está no nível nanomolar, a migração e diferenciação de células-tronco são melhoradas, e a presença de Tβ4 também aumenta a expressão e secreção da metaloproteinase de matriz-2 (MMP-2), uma enzima que degrada a matriz extracelular.
Relação com formação de tumor: A regulação positiva do gene Tβ4 foi observada em várias células tumorais, incluindo carcinoma medular da tireoide, câncer colorretal, melanoma altamente maligno, câncer de mama, e carcinoma espinocelular oral. Tβ4 pode induzir efetivamente a expressão do fator de crescimento endotelial vascular, promovendo a angiogênese e ativando propriedades migratórias celulares, levando à malignidade do tumor. A regulação positiva da expressão de Tβ4 resulta na regulação negativa da expressão da E-caderina, enfraquecendo a adesão celular, e aumento da expressão de metaloproteinases de matriz, fornecendo vantagem de crescimento e características invasivas às células cancerígenas, contribuindo assim para a malignidade. Tβ4 possui capacidades anti-apoptóticas, e o aumento da expressão de Tβ4 pode reduzir a extensão da apoptose celular, possivelmente devido ao Tβ4 inibir a liberação do citocromo c e interromper o início do processo de apoptose, que é outra característica importante dos tumores malignos.
Promoção do reparo da córnea: A timosina β4 demonstrou sua capacidade de promover a cicatrização de feridas em vários modelos de lesões da córnea e regular a produção de certas citocinas essenciais. A pesquisa descobriu que a timosina β4 pode reduzir a expressão de metaloproteinases de matriz, promover a remodelação da matriz extracelular, e ativar citocinas. Especificamente, inibe a atividade das metaloproteinases da matriz, contrário à conclusão tirada de modelos de lesões cutâneas tratadas com timosina β4. [1][2][3]Isto sugere que as vias regulatórias de enzimas específicas no processo de reparação tecidual podem ser reguladas positivamente ou reguladas negativamente..
Método de preparação
Atualmente, existem duas fontes principais de timosina beta 4 (TV4) usado em ambientes clínicos e de pesquisa: extração do timo bovino e síntese química. A extração de Tβ4 do timo bovino não é apenas cara, mas também limitada pela disponibilidade de material e técnicas de extração, resultando em baixa pureza e baixo teor. A presença de impurezas também traz muitos problemas, especialmente considerando o número crescente de vírus em bovinos, o que complica o processo de extração. Com o desenvolvimento da engenharia genética, a utilização de métodos de engenharia genética para produzir Tβ4 se tornará uma nova direção. Em nosso laboratório, planejamos realizar a expressão tandem de Tβ4 sintetizado artificialmente em plantas para obter plantas transgênicas com expressão eficiente de Tβ4. Comparado com Tβ4 extraído naturalmente, Tβ4 produzido a partir de plantas transgênicas tem as vantagens de maior bioatividade, maior pureza, e menos efeitos colaterais. Adicionalmente, representa a abordagem ideal para reduzir custos de produção, minimizando a contaminação, e permitindo a produção em larga escala.[3]
Fundo
Timosina beta 4 é um peptídeo composto por 43 resíduos de aminoácidos com ponto isoelétrico de 5.1 e é altamente conservado em mamíferos. É uma proteína citoplasmática em vez de uma proteína nuclear, ao contrário da timosina alfa ou timosinas semelhantes. [2][3]Timosina beta 4 está envolvido em diversas funções fisiológicas, incluindo função imunológica, desenvolvimento do sistema nervoso, cicatrização de feridas, e funções da proteína actina.
Ao contrário da timosina alfa ou timosinas semelhantes, timosina beta 4 é uma proteína citoplasmática em vez de uma proteína nuclear. Contém menos aminoácidos hidrofóbicos e não contém a região estrutural Lys-Lys-Xaa-Lys. Estudos de conformação química mostraram que a timosina beta 4 existe e funciona como uma única cadeia. Possui uma região de repetição interna entre os resíduos 31-43 e 18-30, com seis aminoácidos idênticos. Embora existam duas regiões altamente helicoidais entre os resíduos 4-12 e 32-40, timosina beta 4 não forma uma volta de prolina. Em termos de distribuição e expressão biológica, timosina beta 4 foi inicialmente purificado do timo. Portanto, inicialmente acreditava-se que era um hormônio tímico que atuava no estágio inicial de maturação das células T. No entanto, timosina beta 4 está amplamente presente em outros tecidos, órgãos, e células, com os níveis mais altos encontrados no baço, timo, pulmões, e macrófagos peritoneais, seguido pelo cérebro, fígado, rins, testículos, e coração. Mesmo células do sistema não reticuloendotelial, como os fibroblastos, podem sintetizar timosina beta 4. Os timócitos têm níveis sete vezes mais elevados de timosina beta 4 mRNA do que células estromais do timo, e timosina beta 4 expressão é observada em vários tipos de células sanguíneas. Estudos sobre timosina beta 4 O cDNA mostrou que falta um peptídeo sinal.[1] Embora também existam proteínas secretadas no corpo que não possuem peptídeos sinalizadores, como interleucina-1 (IL-1) e fatores de crescimento endotelial, especialistas ainda acreditam que a timosina beta 4 é improvável que seja uma proteína secretada e é mais provável que seja essencial para certas funções celulares básicas.
Aplicativo
Pesquisa básica e aplicada sobre a otimização da função das células progenitoras endoteliais com timosina beta 4 (TV4)
As taxas de incidência e mortalidade das doenças cardiovasculares isquêmicas vêm aumentando ano a ano, representando uma séria ameaça à saúde humana. A patogênese dessas doenças é altamente complexa, e a disfunção das células endoteliais desempenha um papel crucial no desenvolvimento de doenças cardiovasculares isquêmicas. Embora as células endoteliais maduras possam reparar danos endoteliais, sua capacidade regenerativa é limitada. Células progenitoras endoteliais (EPCs) são um tipo de célula precursora de células endoteliais vasculares e têm potencial para se diferenciar em células endoteliais. Numerosos estudos demonstraram que as CPEs desempenham vários papéis na reparação vascular e na neovascularização. No entanto, a aplicação clínica do transplante de EPC ainda enfrenta muitos desafios. Várias doenças cardiovasculares ou fatores de risco, como o envelhecimento, hipertensão, hipercolesterolemia, e a diabetes podem diminuir o número de CPE circulantes e prejudicar a sua função, limitando muito sua aplicação em doenças cardiovasculares isquêmicas. Portanto, melhorar a função das CPEs será uma estratégia importante para a futura terapia de transplante de CPEs.[1][2]
Timosina beta 4 (TV4), uma proteína de baixo peso molecular composta por 43 resíduos de aminoácidos, está envolvido na mediação de várias respostas biológicas, como a angiogênese, cicatrização de feridas, e controle da inflamação. Nossa pesquisa anterior descobriu que o Tβ4 pode aumentar a proliferação e migração de EPCs do sangue periférico humano, ao mesmo tempo que inibe sua apoptose e senescência. Tβ4 aumenta significativamente a capacidade angiogênica das EPCs, mostrando uma relação dose-dependente com efeito máximo em 1000 de/mL (em comparação com o grupo controle, 33.33±1,86 versus 18,34±2,02, P<0.05). A análise de Western blot mostra que Tβ4 promove a fosforilação de Akt Ser473 e eNOS Ser1177, também exibindo uma relação dose-dependente. O siRNA Akt e o siRNA eNOS inibem significativamente os efeitos pró-angiogênicos do Tβ4 nas EPCs.
- Tratamento de feridas na pele
- Tratamento de lesões cardiovasculares e cerebrovasculares
- Tratamento de lesões oftálmicas
- Outras aplicações
Devido às suas funções biológicas, incluindo a promoção da migração de células endoteliais, prevenção da apoptose celular, efeitos anti-inflamatórios, e promovendo o desenvolvimento do folículo capilar, Tβ4 também demonstra potencial significativo em cuidados com a pele, combate ao envelhecimento da pele, e promovendo o crescimento do cabelo, entre outros aspectos da saúde.
Jinling Liu
Perfil: Jinling Liu é especializada na tradução de processos de medicamentos peptídicos em escala laboratorial (nível de miligramas) para produção em escala comercial (nível de quilograma). Ela está comprometida em reduzir significativamente os custos de produção de peptídeos e minimizar a poluição ambiental, otimizando as condições de clivagem, melhorando as proporções de reagentes de condensação, e introdução da tecnologia de síntese de fluxo contínuo. Ela liderou a otimização de vários projetos de peptídeos, alcançar com sucesso o baixo custo, produção em massa de alta pureza na escala de 100 quilogramas.
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