Översikt
Thymosin beta 4 (TV4) är ett småmolekylärt protein som består av flera aminosyrarester och är brett distribuerat i olika vävnader och celler i människokroppen.[1][2] Som en av de viktigaste aktinreglerande molekylerna i människokroppen, den har flera biologiska funktioner och spelar en avgörande roll i vävnadsregenerering, ombyggnad, sårläkning, upprätthålla aktinbalansen, tumörutveckling och metastasering, cellapoptos, inflammation, angiogenes, utveckling av hårsäckar, och andra fysiologiska och patologiska processer.
Biologiska funktioner och verkningsmekanismer
Tβ4 är en av de viktigaste aktinreglerande molekylerna i människokroppen och har flera biologiska funktioner, spelar en viktig roll i vävnadsregenerering, ombyggnad, sårläkning, upprätthålla aktinbalansen, tumörutveckling och metastasering, cellapoptos, inflammation, angiogenes, utveckling av hårsäckar, och andra fysiologiska och patologiska processer.
Källa: Dental telefonlinje
- Aktinreglerande faktor: Aktin står för ca 10% av det totala proteinet i icke-muskelceller och är en väsentlig komponent som krävs för cellstruktur, cellrörelse, och sårläkning. Närvaron av Tβ4 i celler är tillräcklig för att sekvestrera alla aktinmonomerer och delta i regleringen av aktinpolymerisation och depolymerisation. Tβ4 kan binda till aktinmonomerer i en 1:1 förhållande, förhindrar bildandet av F-aktinpolymerer. Bindningen av Tβ4 till aktin åtföljs av dissocieringen av bundet vatten. C-terminalen av Tβ4 binder till aktin His-40, orsakar en konformationsförändring i aktinmonomerer. Tβ4-molekylen innehåller en aktinbindande domän (LÅST), som är den huvudsakliga elektrostatiska kontaktplatsen. Dess N-terminala fragment kan hämma aktinpolymerisation genom steriskt hinder. När man agerar ensam, Tβ4 kan hämma aktinpolymerisation och nukleotidutbyte på aktin. Detta i motsats till rollen av ett annat aktinbindande protein, Profil, som främjar utbyte av ADP och ATP, accelererande aktinmontage. [1][2]Tβ4 och Profilin kan synergistiskt reglera aktinsammansättningen. Tβ4 kan reglera omvandlingen mellan G-aktin och F-aktin. Det har rapporterats att koncentrationen av Tβ4 når 300 pmol i mycket rörliga blodkroppar, medan koncentrationen som krävs för att Tβ4 ska binda till G-aktin är mindre än 20 pmol. Med ökad koncentration, Tβ4 minskar depolymerisationsförmågan hos F-aktin. Detta kan vara anledningen till att Tβ4 reglerar funktionen hos det cellulära mikrofilamentsystemet.
Främjande av migration av endotelceller och angiogenes: Studier med användning av kyckling chorioallantoic membran (KAM) angiogenesmodell har visat att när endotelceller differentierar till tubulära strukturer, mRNA-innehållet i Tβ4 ökar med fem gånger, och transfektion med Tβ4 påskyndar bildandet av rörliknande strukturer i endotelcellskloner. Dessutom, forskning har funnit att Tβ4 kan interagera med fibrin och kollagen som förmedlas av transglutaminas (Faktor XIIIa) och spelar en viktig roll i processen för blodkoagulering. Dessutom, i ett hudskadaexperiment i full tjocklek i åldrande diabetiska möss, Tβ4 kan påskynda läkningen av stora hudsår och djupa brännskador, främja hud- och hornhinnereparation, och visa förmågan att påskynda sårläkning.
Hämning av cellapoptos: Tβ4 har en signifikant skyddande effekt på korneala epitelceller skadade av frätande ämnen som bensalkoniumklorid eller etanol. Uppreglering av Tβ4-genuttryck är fördelaktigt för att förbättra cellers hypoxiresistens.[2][3]
Nedreglering av viktiga inflammatoriska molekyler: Sårläkning är en komplex biologisk process som kan delas in i tre olika stadier: inflammation, cellproliferation, och vävnadsremodellering, där genuttrycket av relevanta proteiner uppregleras och sedan nedregleras i varje steg. För kroniska sår, denna regulatoriska process kan störas av faktorer som ålder, underliggande sjukdomar, och immunsuppressiva läkemedel, leder till överdriven produktion av inflammatoriska molekyler, överdriven inflammation, och hindrade cellproliferation och vävnadsombildning. Forskning har funnit att Tβ4 kan minska nivåerna av fria radikaler, bromsa lipidperoxidationen, hämma produktionen av inflammatoriska cytokiner såsom IL-1, makrofag inflammatoriskt protein 1α (MIPla), MIP1β, monocyt kemotaktisk protein-1 (MCP-1), minska nivåerna av tromboxan och prostaglandin 2α, därigenom lindra inflammation. Därför, det kan användas för behandling av inflammatoriska störningar såsom segmentell enterit och muskelatrofi.
Stimulering av differentiering av epikardiell stamcell hos vuxna: Tβ4 spelar en avgörande roll i olika aspekter av kranskärlsutveckling och kan avsevärt stimulera tillväxten av vilande epikardialtransplantat från vuxna mus., återställande av multipotensen hos fibroblaster, glatta muskelceller, och endotelceller, och framkalla deras differentiering.[1][2] Knockout av Tβ4-genen i hjärtat leder till en signifikant minskning av nivåerna av den angiogena klyvningsprodukten av Tβ4 (AcSDKP). Även om injektion av AcSDKP inte kan återställa hjärtat, det kan avsevärt förbättra differentieringen av epikardiella stamfaderceller från vuxna mus till endotelceller. Detta tyder på att Tβ4 och AcSDKP är potenta stimulatorer av koronar och neovaskularisering, och Tβ4-inducerade epikardceller från vuxna mus kan tjäna som en källa till vaskulär regenerering, leder till ihållande regenerering av den komprometterade kärlstrukturen på en låg nivå efter hjärtskada.
Stimulering av hårsäcksutveckling: Tβ4 främjar migrationen, differentiering, och extracellulär matrixrekonstruktion av hårsäcksstamceller, reglerar därmed hårväxten. Studier på råttor och möss har funnit att under hårväxtcykeln, en specifik undergrupp av hårsäckskeratinocyter som härstammar från utbuktningsområdet uttrycker starkt Tβ4, medan hudstamceller också finns i hårsäckens utbuktning. När Tβ4-koncentrationen är på nanomolär nivå, migrationen och differentieringen av stamceller förstärks, och närvaron av Tβ4 ökar också uttrycket och utsöndringen av matrismetalloproteinas-2 (MMP-2), ett extracellulärt matrisnedbrytande enzym.
Samband med tumörbildning: Uppreglering av Tβ4-genen har observerats i olika tumörceller, inklusive medullär sköldkörtelkarcinom, kolorektal cancer, mycket malignt melanom, bröstcancer, och oral skivepitelcancer. Tβ4 kan effektivt inducera uttrycket av vaskulär endotelial tillväxtfaktor, främjar angiogenes och aktiverar cellmigrerande egenskaper, leder till tumörmalignitet. Uppreglering av Tβ4-uttryck resulterar i nedreglering av E-cadherin-uttryck, försvagar cellvidhäftningen, och ökat uttryck av matrismetalloproteinaser, ger tillväxtfördelar och invasiva egenskaper till cancerceller, vilket bidrar till malignitet. Tβ4 har anti-apoptotiska egenskaper, och ökat uttryck av Tβ4 kan minska graden av cellapoptos, möjligen på grund av att Tβ4 hämmar frisättningen av cytokrom c och stör initieringen av apoptosprocessen, vilket är en annan viktig egenskap hos maligna tumörer.
Främjande av reparation av hornhinnan: Thymosin β4 har visat sin förmåga att främja sårläkning i olika hornhinneskadamodeller och reglera produktionen av vissa nyckelcytokiner. Forskning har funnit att tymosin β4 kan minska uttrycket av matrismetalloproteinaser, främja ombyggnad av extracellulär matris, och aktivera cytokiner. Speciellt, det hämmar aktiviteten hos matrismetalloproteinaser, i motsats till slutsatsen från tymosin β4-behandlade hudskademodeller. [1][2][3]Detta tyder på att de reglerande vägarna för specifika enzymer i vävnadsreparationsprocessen kan antingen uppregleras eller nedregleras.
Beredningsmetod
För närvarande, det finns två huvudsakliga källor till tymosin beta 4 (TV4) används i kliniska och forskningsmiljöer: extraktion från bovin tymus och kemisk syntes. Att extrahera Tβ4 från bovin tymus är inte bara kostsamt utan också begränsat av materialtillgänglighet och extraktionstekniker, vilket resulterar i låg renhet och lågt innehåll. Förekomsten av föroreningar ger också många problem, särskilt med tanke på det ökande antalet virus hos nötkreatur, vilket komplicerar utvinningsprocessen. Med utvecklingen av genteknik, att använda genteknik för att producera Tβ4 kommer att bli en ny riktning. I vårt laboratorium, vi planerar att utföra tandemexpression av artificiellt syntetiserad Tβ4 i växter för att erhålla transgena växter med effektivt uttryck av Tβ4. Jämfört med naturligt extraherad Tβ4, Tβ4 producerat med hjälp av transgena växter har fördelarna med högre bioaktivitet, högre renhet, och färre biverkningar. Dessutom, det representerar den optimala metoden för att minska produktionskostnaderna, minimera kontaminering, och möjliggör storskalig produktion.[3]
Bakgrund
Thymosin beta 4 är en peptid som består av 43 aminosyrarester med en isoelektrisk punkt på 5.1 och är mycket konserverad hos däggdjur. Det är ett cytoplasmatiskt protein snarare än ett nukleärt protein, till skillnad från tymosin alfa eller liknande tymosiner. [2][3]Thymosin beta 4 är involverad i olika fysiologiska funktioner, inklusive immunfunktion, utveckling av nervsystemet, sårläkning, och aktinproteinfunktioner.
Till skillnad från tymosin alfa eller liknande tymosiner, tymosin beta 4 är ett cytoplasmatiskt protein snarare än ett nukleärt protein. Den innehåller färre hydrofoba aminosyror och innehåller inte Lys-Lys-Xaa-Lys strukturella region. Kemiska konformationsstudier har visat att tymosin beta 4 existerar och fungerar som en enda kedja. Den har en intern upprepningsområde mellan resterna 31-43 och 18-30, med sex identiska aminosyror. Även om det finns två mycket spiralformade regioner mellan resterna 4-12 och 32-40, tymosin beta 4 bildar inte ett prolinvarv. När det gäller biologisk fördelning och uttryck, tymosin beta 4 renades initialt från tymus. Därför, Det antogs från början vara ett tymiskt hormon som verkar på tidig mognad av T-celler. Dock, tymosin beta 4 är allmänt närvarande i andra vävnader, organ, och celler, med de högsta nivåerna som finns i mjälten, bräss, lungorna, och peritoneala makrofager, följt av hjärnan, lever, njurar, testiklar, och hjärta. Även celler i icke-retikuloendotelsystemet, såsom fibroblaster, kan syntetisera tymosin beta 4. Thymocyter har sju gånger högre nivåer av tymosin beta 4 mRNA än tymiska stromaceller, och tymosin beta 4 uttryck observeras i olika blodcellstyper. Studier på tymosin beta 4 cDNA har visat att det saknar en signalpeptid.[1] Fast det finns även utsöndrade proteiner i kroppen som saknar signalpeptider, såsom interleukin-1 (IL-1) och endoteltillväxtfaktorer, experter tror fortfarande att tymosin beta 4 är osannolikt ett utsöndrat protein och är mer sannolikt nödvändigt för vissa grundläggande cellulära funktioner.
Ansökan
Grundläggande och tillämpad forskning om optimering av endotel-progenitorcellsfunktion med Thymosin Beta 4 (TV4)
Incidensen och dödligheten av ischemiska hjärt-kärlsjukdomar har ökat år för år, utgör ett allvarligt hot mot människors hälsa. Patogenesen av dessa sjukdomar är mycket komplex, och endotelcellsdysfunktion spelar en avgörande roll i utvecklingen av ischemiska kardiovaskulära sjukdomar. Även om mogna endotelceller kan reparera endotelskador, deras regenereringsförmåga är begränsad. Endotelceller (EPC:er) är en typ av prekursorcell för vaskulära endotelceller och har potential att differentiera till endotelceller. Många studier har visat att EPC spelar olika roller i vaskulär reparation och neovaskularisering. Dock, den kliniska tillämpningen av EPC-transplantation står fortfarande inför många utmaningar. Flera hjärt-kärlsjukdomar eller riskfaktorer som åldrande, hypertoni, hyperkolesterolemi, och diabetes kan minska antalet cirkulerande EPC och försämra deras funktion, avsevärt begränsar deras tillämpning vid ischemiska kardiovaskulära sjukdomar. Därför, att förbättra funktionen hos EPC:er kommer att vara en viktig strategi för framtida EPC-transplantationsterapi.[1][2]
Thymosin beta 4 (TV4), ett lågmolekylärt protein som består av 43 aminosyrarester, är involverad i att förmedla olika biologiska svar såsom angiogenes, sårläkning, och kontroll av inflammation. Vår tidigare forskning har funnit att Tβ4 kan förbättra spridningen och migrationen av mänskliga perifera blod-EPC:er samtidigt som den hämmer deras apoptos och åldrande. Tβ4 ökar signifikant den angiogena förmågan hos EPC, visar ett dosberoende samband med maximal effekt vid 1000 av/ml (jämfört med kontrollgruppen, 33.33±1,86 vs 18,34±2,02, P<0.05). Western blot-analys visar att Tβ4 främjar fosforyleringen av Akt Ser473 och eNOS Ser1177, uppvisar också ett dosberoende samband. Akt siRNA och eNOS siRNA hämmar båda signifikant de pro-angiogena effekterna av Tβ4 på EPC:er.
- Behandling av hudsår
- Behandling av kardiovaskulära och cerebrovaskulära skador
- Behandling av oftalmiska skador
- Andra applikationer
På grund av dess biologiska funktioner, inklusive främjande av migration av endotelceller, förhindra cellapoptos, antiinflammatoriska effekter, och främjar utveckling av hårsäckar, Tβ4 visar också betydande potential inom hudvård, motverka åldrande av huden, och främja håråterväxt, bland andra aspekter av vården.
