stringtranslate.com

Коллаген IV типа

Коллаген IV (ColIV или Col4) — это тип коллагена, обнаруженный преимущественно в базальной пластинке . Домен C4 коллагена IV на С-конце не удаляется при посттрансляционном процессинге, и волокна соединяются друг с другом, а не параллельно. Кроме того, в коллагене IV отсутствует обычный глицин в каждом третьем остатке, необходимый для плотной коллагеновой спирали . Это делает общую компоновку более небрежной и изломной. Эти две особенности приводят к тому, что коллаген формируется в виде листа, напоминающего базальную пластинку. Коллаген IV является более распространенным, в отличие от старой терминологии «коллаген типа IV». [ нужна цитация ] Коллаген IV существует во всех типах многоклеточных животных, для которых он послужил эволюционной ступенькой к многоклеточности . [1]

С ним связаны шесть человеческих генов: [2]

Функция

Коллаген типа IV — это тип коллагена, который отвечает за обеспечение устойчивости и сборки каркаса. Он также преимущественно обнаруживается во внеклеточных базальных мембранах. [3] Он способствует адгезии клеток , миграции , выживанию , расширению и дифференцировке . [4]

Синтез

Начнем с того, что этот тип коллагена синтезируется путем сборки определенного тримера, когда три домена NC1 инициируют молекулярные взаимодействия между тремя α-цепями. Затем тримеризация протомера происходит от карбокси-конца с образованием полностью собранного протомера . Следующим шагом сборки является димеризация коллагена IV. Два протомера коллагена IV связываются через карбокси-концевой тример NC1 с образованием гексамера NC1. Эти взаимодействия составляют основу каркаса коллагена IV типа. Каркас превращается в суперструктуру коллагена IV за счет «сквозных» и латеральных связей между протомерами коллагена IV. Затем образуется молекула коллагена. Наконец, молекулы коллагена IV типа связываются вместе, образуя сложную белковую сеть. [3]

Подводя итог, можно сказать, что процесс синтеза коллагена происходит преимущественно в клетках фибробластов, которые являются специализированными клетками, основной функцией которых является синтез коллагена. Синтез коллагена происходит как внутриклеточно, так и внеклеточно. [5] Однако, если рассматривать конкретно коллаген типа IV, то он в основном синтезируется внеклеточно.

Состав

Домен C4 на С-конце не удаляется в посттрансляционном процессе, и в результате структуры волокон соединяются в формате «голова к голове», а не параллельно. [3] В нем также отсутствует глицин в каждом третьем аминокислотном остатке, который отвечает за плотную спираль коллагена, в результате он будет более гибким и изогнутым, чем другие типы коллагена. [3]

Чем коллаген типа IV отличается от коллагена типа I?

Наиболее распространенным коллагеном является коллаген I типа, который составляет 90% всего коллагена. Он обнаруживается во всех слоях дермы в больших количествах, тогда как коллаген типа IV обнаруживается только в базальной мембране эпидермального соединения. [6] Несмотря на различия в общности, они оба сильно изменяются во время старения или прогрессирования рака. [ нужна цитата ]

Клиническое значение

В зависимости от генетических и негенетических факторов, включая изменения в экспрессии генов, вариации сплайсинга, посттрансляционные модификации и специфическую сборку определенных α-цепей, различные органы могут быть затронуты во время их развития и в течение взрослой жизни. [2]

Коллаген IV был в центре обширных исследований, начиная от биохимии и заканчивая патологией и генетическими нарушениями. Это единственный тип коллагена, который кодируется шестью разными генами. Шесть α-цепей коллагена IV могут распознавать друг друга с невероятной специфичностью и объединяться в уникальные гетеротримеры . После секреции во внеклеточную мембрану эти молекулы в дальнейшем будут взаимодействовать с образованием более высокомолекулярных организаций. Они, наряду с другими белками, будут формировать уникальные базальные мембраны тканеспецифичным образом. Благодаря взаимодействиям со специфическими клеточными рецепторами, такими как интегрины , сети коллагена IV базальной мембраны не только обеспечивают структурную поддержку клеткам и тканям, но также влияют на биологическую скорость во время и после развития. Новые открытия продолжают раскрывать информацию о генетических мутациях, биосинтезе, молекулярной сборке и формировании сети коллагена типа IV, и это улучшает понимание критической роли этого коллагена в здоровье и болезнях. [2]

Синдром хорошего пастбища

Субъединица альфа-3 (COL4A3) коллагена IV считается антигеном, участвующим в синдроме Гудпасчера , при котором иммунная система атакует базальные мембраны клубочков и альвеол, поскольку антигенный сайт на субъединице альфа-3 становится незащищенным из-за воздействия окружающей среды.

Синдром Гудпасчера проявляется нефритическим синдромом и кровохарканьем . Микроскопическая оценка биопсии почечной ткани выявит линейные отложения иммуноглобулина G методом иммунофлуоресценции . Это классически у молодых взрослых мужчин.

Синдром Альпорта

Мутации генов [COL4A5], кодирующих коллаген IV, приводят к синдрому Альпорта . Это приведет к истончению и расщеплению клубочковой базальной мембраны . Он проявляется в виде изолированной гематурии , нейросенсорной тугоухости и глазных нарушений и передается генетически, обычно Х-сцепленно , хотя встречаются и более редкие аутосомные формы.

Болезнь печени

Фиброз и цирроз печени связаны с отложением коллагена IV в печени. Концентрации коллагена IV в сыворотке коррелируют с уровнями коллагена IV в печеночной ткани у пациентов с алкогольной болезнью печени и гепатитом С и снижаются после успешной терапии. [7] [8]

HANAC-синдром

Мутации в 24 и 25 экзонах COL4A1 связаны с HANAC ( аутосомно-доминантной наследственной ангиопатией с нефропатией , аневризмами и мышечными судорогами ). [9] Также было подтверждено, что мутации в гене COL4A1 возникают у некоторых пациентов с порэнцефалией и шизэнцефалией . [10] [11]

Врожденная катаракта

Было обнаружено, что у людей новая мутация гена COL4A1, кодирующего коллаген IV типа, связана с аутосомно-доминантной врожденной катарактой в китайской семье. Эта мутация не была обнаружена ни у незатронутых членов семьи, ни у 200 несвязанных контрольных групп. В этом исследовании анализ последовательности подтвердил, что аминокислотный остаток Gly782 является высококонсервативным. [12] Это сообщение о новой мутации в гене COL4A1 является первым сообщением о несиндромальной аутосомно-доминантной врожденной катаракте, которое подчеркивает важную роль коллагена типа IV в физиологических и оптических свойствах хрусталика. [12]

Сердечно-сосудистые заболевания

Коллаген IV типа является основным компонентом базальных мембран в различных тканях (включая артерии). [13]

За последнее десятилетие исследования неоднократно обнаруживали, что однонуклеотидные полиморфизмы , расположенные в генах коллагена (COL) 4A1 и COL4A2, связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями , а локус 13q34, содержащий эти гены, является одним из 160 полногеномных локусов значимого риска сердечно-сосудистых заболеваний. ишемическая болезнь сердца. COL4A1 и COL4A2 кодируют α1- и α2-цепи коллагена IV типа. Это основной компонент базальных мембран в различных тканях, включая артерии. Имеются клинические сообщения о связи 13q34 с ишемической болезнью сердца , атеросклерозом и уплотнением артерий, полученные в результате экспериментальных исследований на сосудистых клетках и тканях. [13]

Кроме того, в области сердечно-сосудистой системы области COL4A1 и COL4A2 на хромосоме 13q34 являются высокореплицируемым локусом ишемической болезни сердца. В нормальной стенке артерий коллаген IV типа подавляет пролиферацию гладкомышечных клеток. Соответственно, было продемонстрировано, что экспрессия белка коллагена типа IV в гладкомышечных клетках сосудов человека регулируется как белком SMAD3, так и опосредованной TGFβ стимуляцией мРНК. [14] В целом был сделан вывод, что патогенез ишемической болезни сердца может регулироваться генами COL4A1 и COL4A2. [14]

Раковые клетки поджелудочной железы

Этот тип коллагена может вызывать увеличение количества раковых клеток поджелудочной железы и способен ингибировать апоптоз посредством аутокринной петли . [4]

Эта аутокринная петля обеспечивает важные сигналы выживания клеток рака поджелудочной железы. [4]

Коллаген типа IV экспрессируется вблизи раковых клеток in vivo , образуя на поверхности раковых клеток структуры, подобные базальной мембране, которые колокализуются с рецепторами интегрина . Взаимодействие между коллагеном IV типа, продуцируемым раковой клеткой, и интегринами на поверхности раковых клеток важно для непрерывного роста раковых клеток, поддержания миграционного фенотипа и предотвращения апоптоза. [4]

Цинга

Цинга – это дефицит водорастворимого витамина С или аскорбиновой кислоты. В развивающихся странах оно встречается редко и чаще всего наблюдается у младенцев, пожилых людей и алкоголиков, у всех которых может быть недостаточное питание и недоедание. [5]

У пациентов могут отмечаться общая усталость, слабость, плохое заживление ран, анемия и заболевания десен. Клинически один из первых признаков цинги возникает на коже и проявляется перифолликулярными кровоизлияниями, при которых фолликулы кожи закупориваются кератином . Эти области выглядят как синяки вокруг волосяных фолликулов. Также могут быть хрупкие волоски, уложенные в виде штопора. [5]

Недостаток аскорбиновой кислоты приводит к гиперметилированию эпигенетической ДНК и ингибирует транскрипцию различных типов коллагена, обнаруженного в коже, кровеносных сосудах и тканях. [15]

Коллаген-гибридизирующие пептиды

Коллаген , основной структурный компонент почти всех тканей млекопитающих, подвергается обширному протеолитическому ремоделированию во время развития и различных опасных для жизни заболеваний, таких как рак, инфаркт миокарда и фиброз. Хотя деградированный коллаген может быть важным маркером повреждения тканей, его трудно обнаружить и нацелить с помощью обычных инструментов. В результате пептид, гибридизующий коллаген, специфически гибридизуется с деградированными развернутыми цепями коллагена, его можно использовать для визуализации деградированного коллагена и информирования об активности ремоделирования тканей в различных тканях. [16]

Помеченный 5-карбоксифлуоресцеином и биотином, гибридизирующий коллаген пептид может обеспечить прямую локализацию и количественную оценку деградации коллагена в изолированных тканях при патологических состояниях, начиная от остеоартрита и инфаркта миокарда до гломерулонефрита и фиброза легких , а также в нормальных тканях во время программ развития, связанных с с эмбриональным костеобразованием и старением кожи. [16]

Общая корреляция между уровнем ремоделирования коллагена и количеством денатурированного коллагена в ткани показывает, что пептидные зонды, гибридизующие коллаген, можно использовать для разных видов и типов коллагена (включая коллаген типа IV), предоставляя универсальный инструмент не только для изучения патологии и развития. биологические исследования, а также диагностика заболеваний с помощью гистологии. [16]

Также сообщалось об аутосомно-рецессивной энцефалопатии, связанной с мутациями в этом гене. [17]

Повышенное клубочковое и мезангиальное отложение коллагена IV наблюдается при диабетической нефропатии , а повышение его уровня в моче связано со степенью поражения почек. [18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Буте Н., Exposito JY, Бури-Эсно Н., Васелет Дж., Норо Н., Миядзаки К. и др. (1996). «Коллаген типа IV в губках, недостающее звено в повсеместном распространении базальной мембраны». Биология клетки . 88 (1–2): 37–44. дои : 10.1016/S0248-4900(97)86829-3. PMID  9175266. S2CID  32293092.
  2. ^ abc Хошнуди Дж., Педченко В., Хадсон Б.Г. (май 2008 г.). «Коллаген млекопитающих IV». Микроскопические исследования и техника . 71 (5): 357–370. дои : 10.1002/jemt.20564. ПМЦ 4788096 . ПМИД  18219669. 
  3. ^ abcd Абреу-Велес AM, Ховард MS (январь 2012 г.). «Коллаген IV в нормальной коже и при патологических процессах». Североамериканский журнал медицинских наук . 4 (1): 1–8. дои : 10.4103/1947-2714.92892 . ПМЦ 3289483 . ПМИД  22393540. 
  4. ^ abcd Олунд Д., Франклин О., Лундберг Е., Лундин С., Сунд М. (март 2013 г.). «Коллаген типа IV стимулирует пролиферацию, миграцию раковых клеток поджелудочной железы и ингибирует апоптоз через аутокринную петлю». БМК Рак . 13 : 154. дои : 10.1186/1471-2407-13-154 . ПМК 3618250 . ПМИД  23530721. 
  5. ^ abc Ву М, Кронин К., Крейн Дж.С. (сентябрь 2022 г.). «Биохимия, синтез коллагена». StatPearls [Интернет] . Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing. ПМИД  29939531.
  6. ^ Нгуен Т.Т., Гобинет С., Феру Дж., Паско С.Б., Манфаит М., Пиот О. (октябрь 2012 г.). «Характеристика коллагенов типов I и IV с помощью рамановской микроспектроскопии: идентификация спектральных маркеров дермо-эпидермального соединения». Спектроскопия . 27 (5–6): 421–427. дои : 10.1155/2012/686183 .
  7. ^ Цуцуми М, Такасе С, Урасима С, Уэсима Ю, Кавахара Х, Такада А (декабрь 1996 г.). «Сывороточные маркеры фиброза печени при алкогольной болезни печени: какой маркер лучше: проколлаген III типа, коллаген IV типа, ламинин, тканевой ингибитор металлопротеиназы или пролилгидроксилазы?». Алкоголизм: клинические и экспериментальные исследования . 20 (9): 1512–1517. doi :10.1111/j.1530-0277.1996.tb01692.x. ПМИД  8986196.
  8. ^ Ябу К., Кийосава К., Мори Х., Мацумото А., Ёсидзава К., Танака Э., Фурута С. (май 1994 г.). «Сывороточный коллаген IV типа для оценки фиброза и резистентности к терапии интерфероном при хроническом гепатите С». Скандинавский журнал гастроэнтерологии . 29 (5): 474–479. дои : 10.3109/00365529409096841. ПМИД  7518613.
  9. ^ Плезье Э., Грибуваль О., Аламович С., Мужено Б., Прост С., Верпон MC и др. (декабрь 2007 г.). «Мутации COL4A1 и наследственная ангиопатия, нефропатия, аневризмы и мышечные судороги». Медицинский журнал Новой Англии . 357 (26): 2687–2695. doi : 10.1056/NEJMoa071906 . ПМИД  18160688.
  10. ^ Йонеда Ю., Хагиноя К., Като М., Осака Х., Ёкочи К., Араи Х. и др. (Январь 2013). «Фенотипический спектр мутаций COL4A1: от порэнцефалии до шизэнцефалии». Анналы неврологии . 73 (1): 48–57. дои : 10.1002/ana.23736. PMID  23225343. S2CID  3218598.
  11. ^ Смигель Р., Кабала М., Якубиак А., Кодера Х., Сасиадек М.Дж., Мацумото Н. и др. (апрель 2016 г.). «Новая мутация COL4A1 у младенца с тяжелым дисморфическим синдромом с шизэнцефалией, перивентрикулярными кальцификациями и катарактой, напоминающей врожденную инфекцию». Исследование врожденных дефектов. Часть A. Клиническая и молекулярная тератология . 106 (4): 304–307. дои : 10.1002/bdra.23488. ПМИД  26879631.
  12. ^ ab Ся XY, Ли Н, Цао X, Ву QY, Ли ТФ, Чжан С и др. (август 2014 г.). «Новая мутация гена COL4A1 приводит к аутосомно-доминантной несиндромальной врожденной катаракте в китайской семье». BMC Медицинская генетика . 15:97 . дои : 10.1186/s12881-014-0097-2 . ПМК 4236509 . ПМИД  25124159. 
  13. ^ аб Стеффенсен Л.Б., Расмуссен Л.М. (сентябрь 2018 г.). «Роль коллагена IV типа в сердечно-сосудистых заболеваниях?». Американский журнал физиологии. Физиология сердца и кровообращения . 315 (3): H610–H625. дои : 10.1152/ajpheart.00070.2018 . PMID  29677463. S2CID  5018123.
  14. ^ Аб Тернер А.В., Никпай М., Сильва А., Лау П., Мартинюк А., Линсеман Т.А. и др. (октябрь 2015 г.). «Функциональное взаимодействие между локусами риска COL4A1/COL4A2 и SMAD3 ишемической болезни сердца». Атеросклероз . 242 (2): 543–552. doi :10.1016/j.atherosclerosis.2015.08.008. ПМИД  26310581.
  15. ^ Максфилд Л., Крейн Дж.С. (октябрь 2022 г.). «Дефицит витамина С». StatPearls [Интернет] . Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing. ПМИД  29630239.
  16. ^ abc Хван Дж., Хуан Ю., Бервелл Т.Дж., Петерсон Н.К., Коннор Дж., Вайс С.Дж. и др. (октябрь 2017 г.). «Визуализация ремоделирования тканей in situ с помощью пептидов, гибридизующих коллаген». АСУ Нано . 11 (10): 9825–9835. doi : 10.1021/acsnano.7b03150. ПМЦ 5656977 . ПМИД  28877431. 
  17. ^ Ярамис А., Лохмюллер Х., Тёпф А., Сонмезлер Э., Йилмаз Э., Хиз С. и др. (февраль 2020 г.). «Аутосомно-рецессивная энцефалопатия, связанная с COL4A1, у 2 турецких детей». Неврология. Генетика . 6 (1): e392. дои : 10.1212/NXG.0000000000000392. ПМК 6975172 . ПМИД  32042920. 
  18. ^ Оконоги Х., Нисимура М., Уцуномия Ю., Хамагути К., Цучида Х., Миура Ю. и др. (май 2001 г.). «Экскреция коллагена IV типа с мочой отражает морфологические изменения почек и экспрессию коллагена IV типа у пациентов с сахарным диабетом 2 типа». Клиническая нефрология . 55 (5): 357–364. ПМИД  11393380. ИНИСТ 985198. 

Внешние ссылки