Белок, позволяющий тканям тела восстанавливать форму после растяжения.
Толстые эластические волокна, состоящие из пучков эластина в легких человека.
Эластин — это белок , который у человека кодируется геном ELN . Эластин является ключевым компонентом внеклеточного матрикса челюстноротых (челюстных позвоночных ) . [3] Он очень эластичен и присутствует в соединительной ткани , что позволяет многим тканям организма восстанавливать свою форму после растяжения или сжатия. [4] Эластин помогает коже вернуться в исходное положение при поколачивании или защемлении. Эластин также является важной несущей тканью в организме позвоночных и используется в местах, где необходимо хранить механическую энергию. [5]
Функция
Ген ELN кодирует белок, который является одним из двух компонентов эластичных волокон . Кодируемый белок богат гидрофобными аминокислотами, такими как глицин и пролин , которые образуют мобильные гидрофобные области, связанные поперечными связями между остатками лизина . [6] Для этого гена обнаружено множество вариантов транскриптов, кодирующих различные изоформы. [6] Растворимым предшественником эластина является тропоэластин. [7] Характеристика беспорядка согласуется с энтропийным механизмом упругой отдачи. Сделан вывод, что конформационный беспорядок является конститутивным признаком структуры и функции эластина. [8]
В организме эластин обычно связан с другими белками соединительных тканей. Эластические волокна в организме представляют собой смесь аморфного эластина и волокнистого фибриллина . Оба компонента в основном состоят из более мелких аминокислот, таких как глицин , валин , аланин и пролин . [9] [12] Общее количество эластина колеблется от 58 до 75% веса сухой обезжиренной артерии в нормальных артериях собак. [13] Сравнение свежих и переваренных тканей показывает, что при 35% растяжении минимум 48% артериальной нагрузки переносится эластином, и минимум 43% изменения жесткости артериальной ткани обусловлено изменением в жесткости эластина. [14]
Эластин — очень долгоживущий белок, период полураспада которого у человека составляет более 78 лет. [16]
Клинические исследования
Была изучена возможность использования рекомбинантного человеческого тропоэластина для производства эластиновых волокон для улучшения эластичности кожи при ранах и рубцах. [17] [18] После подкожных инъекций рекомбинантного человеческого тропоэластина в свежие раны не было обнаружено улучшения рубцов или гибкости возможных рубцов. [17] [18]
Биосинтез
Предшественники тропоэластина
Эластин производится путем соединения множества небольших растворимых молекул белка- предшественника тропоэластина (50-70 кДа ) с образованием конечного массивного, нерастворимого и прочного комплекса. Несвязанные молекулы тропоэластина обычно недоступны в клетке, поскольку они сшиваются в волокна эластина сразу после их синтеза клеткой и экспортируются во внеклеточный матрикс . [19]
Каждый тропоэластин состоит из цепочки из 36 небольших доменов , каждый из которых весит около 2 кДа в случайной конформации клубка . Белок состоит из чередующихся гидрофобных и гидрофильных доменов, которые кодируются отдельными экзонами , так что доменная структура тропоэластина отражает экзонную организацию гена. Гидрофильные домены содержат мотивы Lys-Ala (KA) и Lys-Pro (KP), которые участвуют в сшивании во время образования зрелого эластина. В доменах KA остатки лизина встречаются в виде пар или триплетов, разделенных двумя или тремя остатками аланина (например, AAAKAAKAA), тогда как в доменах KP остатки лизина разделены в основном остатками пролина (например, KPLKP).
Агрегация
Тропоэластин агрегирует при физиологической температуре за счет взаимодействия между гидрофобными доменами в процессе, называемом коацервацией . Этот процесс обратим , термодинамически контролируем и не требует расщепления белка . Коацерват становится нерастворимым за счет необратимой сшивки.
сшивание
Для образования зрелых эластиновых волокон молекулы тропоэластина сшиваются через остатки лизина с молекулами, сшивающими десмозин и изодесмозин . Ферментом, который осуществляет сшивку, является лизилоксидаза , использующая реакцию синтеза пиридина Чичибабина in vivo . [20]
Молекулярная биология
Доменная структура тропоэластина человека
У млекопитающих геном содержит только один ген тропоэластина, называемый ELN . Ген ELN человека представляет собой сегмент длиной 45 т.п.н. на хромосоме 7 и имеет 34 экзона, прерываемых почти 700 интронами, причем первый экзон представляет собой сигнальный пептид , определяющий его внеклеточную локализацию. Большое количество интронов позволяет предположить, что генетическая рекомбинация может способствовать нестабильности гена, что приводит к таким заболеваниям, как СВАС . Экспрессия мРНК тропоэластина строго регулируется по меньшей мере в восьми различных сайтах начала транскрипции .
Тканеспецифичные варианты эластина производятся путем альтернативного сплайсинга гена тропоэластина. Существует по меньшей мере 11 известных изоформ тропоэластина человека. эти изоформы находятся под регуляцией развития, однако между тканями на одной и той же стадии развития существуют минимальные различия. [9]
^ abc Хосен М.Дж., Ламоен А., Де Паепе А., Ванаккер О.М. (2012). «Гистопатология эластической псевдоксантомы и связанных с ней нарушений: гистологические признаки и диагностические признаки». Научка . 2012 : 598262. doi : 10.6064/2012/598262 . ПМЦ 3820553 . ПМИД 24278718. -Creative Commons Attribution 3.0 Непортированная лицензия
^ Килти CM, Шерратт MJ, Шаттлворт, Калифорния (июль 2002 г.). «Эластичные волокна». Журнал клеточной науки . 115 (Часть 14): 2817–2828. дои : 10.1242/jcs.115.14.2817 . ПМИД 12082143.
^ Фишер GM, Ллаурадо JG (август 1966 г.). «Содержание коллагена и эластина в артериях собак, выбранных из функционально разных сосудистых руслов». Исследование кровообращения . 19 (2): 394–399. дои : 10.1161/01.res.19.2.394 . ПМИД 5914851.
^ Ламмерс С.Р., Као П.Х., Ци Х.Дж., Хантер К., Лэннинг С., Альбитц Дж. и др. (октябрь 2008 г.). «Изменения в структурно-функциональных отношениях эластина и его влияние на механику проксимальных легочных артерий гипертонических телят». Американский журнал физиологии. Физиология сердца и кровообращения . 295 (4): H1451–H1459. дои : 10.1152/ajpheart.00127.2008. ПМЦ 2593497 . ПМИД 18660454.
^ Сейдж Э.Х., Грей WR (1977). «Эволюция структуры эластина». Эластин и эластичная ткань . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 79. стр. 291–312. дои : 10.1007/978-1-4684-9093-0_27. ISBN978-1-4684-9095-4. ПМИД 868643.
^ Тояма Б.Х., Хетцер М.В. (январь 2013 г.). «Белковый гомеостаз: живи долго, не процветай». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 14 (1): 55–61. дои : 10.1038/nrm3496. ПМК 3570024 . ПМИД 23258296.
^ ab Соуто Э.Б., Рибейро А.Ф., Феррейра М.И., Тейшейра М.К., Симоджо А.А., Сориано Дж.Л. и др. (январь 2020 г.). «Новые нанотехнологии для лечения и восстановления ожогов кожи». Международный журнал молекулярных наук . 21 (2): 393. doi : 10.3390/ijms21020393 . ПМК 7013843 . ПМИД 31936277.
^ аб Се Х, Лучези Л, Чжэн Б, Ладич Э, Пинеда Т, Мертен Р и др. (1 сентября 2017 г.). «Лечение ожогов и хирургических ран рекомбинантным тропоэластином человека приводит к образованию новых волокон эластина в рубцах». Журнал ухода за ожогами и исследований . 38 (5): е859–е867. дои : 10.1097/BCR.0000000000000507. PMID 28221299. S2CID 39251937.
^ Валенсуэла К.Д., Вагнер В.Л., Беннетт Р.Д., Исаси А.Б., Белль Дж.М., Молтер К. и др. (сентябрь 2017 г.). «Внеклеточная сборка элемента эластиновой кабельной линии в развивающемся легком». Анатомическая запись . 300 (9): 1670–1679. дои : 10.1002/ar.23603. ПМК 6315300 . ПМИД 28380679.
^ Умеда Х., Такеучи М., Суяма К. (апрель 2001 г.). «Две новые сшивки эластина, имеющие пиридиновый скелет. Влияние аммиака на сшивку эластина in vivo». Журнал биологической химии . 276 (16): 12579–12587. дои : 10.1074/jbc.M009744200 . ПМИД 11278561.
дальнейшее чтение
Ян С.Л., Чан С.К., Фу Ю.К., Лин С.Дж. (июнь 2009 г.). «Исследование гена эластина у детей с изолированной врожденной аневризмой артериального протока». Акта Кардиологика . 64 (3): 363–369. дои : 10.2143/ac.64.3.2038023. PMID 19593948. S2CID 31411296.
Кили Ф.В., Беллингем СМ, Вудхаус К.А. (февраль 2002 г.). «Эластин как самоорганизующийся биоматериал: использование рекомбинантно экспрессируемых полипептидов эластина человека в качестве модели для исследования структуры и самосборки эластина». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 357 (1418): 185–189. дои : 10.1098/rstb.2001.1027. ПМК 1692930 . ПМИД 11911775.
Чоудри Р., Макговерн А., Ридли С., Кейн С.А., Болдуин А., Ван М.К. и др. (сентябрь 2009 г.). «Дифференциальная регуляция образования эластических волокон фибулином-4 и -5». Журнал биологической химии . 284 (36): 24553–24567. дои : 10.1074/jbc.M109.019364 . ПМК 2782046 . ПМИД 19570982.
Хубмахер Д., Цирулис Дж.Т., Миао М., Кили Ф.В., Рейнхардт Д.П. (январь 2010 г.). «Функциональные последствия гомоцистеинилирования белков эластических волокон фибриллина-1 и тропоэластина». Журнал биологической химии . 285 (2): 1188–1198. дои : 10.1074/jbc.M109.021246 . ПМК 2801247 . ПМИД 19889633.
Кулен Н.А., Схоутен К.К., Мидделькооп Э., Ульрих М.М. (январь 2010 г.). «Сравнение кожи плода человека и кожи взрослого». Архив дерматологических исследований . 302 (1): 47–55. дои : 10.1007/s00403-009-0989-8. ПМЦ 2799629 . ПМИД 19701759.
Макгичи М., Рамони Р.Л., Михалецкий Дж.К., Фьюри К.Л., Дрейфусс Дж.М., Лю Ю. и др. (декабрь 2009 г.). «Интегративная прогностическая модель кальцификации коронарных артерий при атеросклерозе». Тираж . 120 (24): 2448–2454. doi : 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.865501. ПМК 2810344 . ПМИД 19948975.
Ёсида Т., Като К., Ёкой К., Огури М., Ватанабэ С., Метоки Н. и др. (август 2009 г.). «Связь генетических вариантов с хронической болезнью почек у людей с различным липидным профилем». Международный журнал молекулярной медицины . 24 (2): 233–246. дои : 10.3892/ijmm_00000226 . ПМИД 19578796.
Акима Т., Наканиси К., Сузуки К., Катаяма М., Осузу Ф., Каваи Т. (ноябрь 2009 г.). «Растворимый эластин снижается при формировании атеромы в аорте человека». Тиражный журнал . 73 (11): 2154–2162. doi : 10.1253/circj.cj-09-0104 . ПМИД 19755752.
Чен Ц, Чжан Т, Рошецкий Дж. Ф., Оуян З., Эссерс Дж., Фань С. и др. (сентябрь 2009 г.). «Фибулин-4 регулирует экспрессию гена тропоэластина и последующее образование эластичных волокон фибробластами человека». Биохимический журнал . 423 (1): 79–89. дои : 10.1042/BJ20090993. ПМК 3024593 . ПМИД 19627254.
Тинтар Д., Самуйлан В., Дандуранд Дж., Лакабанн С., Пепе А., Бокиккио Б., Тамбурро А.М. (ноябрь 2009 г.). «Последовательность тропоэластина человека: динамика полипептида, кодируемого экзоном 6, в растворе» (PDF) . Биополимеры . 91 (11): 943–952. дои : 10.1002/bip.21282. ПМИД 19603496.
Дикстерхейс Л.Б., Вайс А.С. (июнь 2010 г.). «Модели гомологии доменов 21-23 тропоэластина человека проливают свет на сшивку лизина». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 396 (4): 870–873. дои : 10.1016/j.bbrc.2010.05.013. ПМИД 20457133.
Ромеро Р., Велес Эдвардс Д.Р., Кусанович Дж.П., Хасан С.С., Мазаки-Тови С., Вайсбух Э. и др. (май 2010 г.). «Идентификация однонуклеотидных полиморфизмов плода и матери в генах-кандидатах, которые предрасполагают к спонтанным преждевременным родам при интактных оболочках». Американский журнал акушерства и гинекологии . 202 (5): 431.e1–431.34. дои : 10.1016/j.ajog.2010.03.026. ПМЦ 3604889 . ПМИД 20452482.
Фан Б.Дж., Фигиередо Сена Д.Р., Паскуале Л.Р., Гросскройц К.Л., Ри Дж., Чен Т.С. и др. (сентябрь 2010 г.). «Отсутствие связи полиморфизмов эластина с псевдоэксфолиативным синдромом и глаукомой». Журнал глаукомы . 19 (7): 432–436. дои : 10.1097/IJG.0b013e3181c4b0fe. ПМК 6748032 . ПМИД 20051886.
Бертрам С., Хасс Р. (октябрь 2009 г.). «Клеточное старение эпителиальных клеток молочной железы человека (HMEC) связано с измененной передачей сигналов MMP-7 / HB-EGF и повышенным образованием эластин-подобных структур». Механизмы старения и развития . 130 (10): 657–669. дои : 10.1016/j.mad.2009.08.001. PMID 19682489. S2CID 46477586.
Робертс К.Э., Кавут С.М., Кроука М.Дж., Браун Р.С., Троттер Дж.Ф., Шах В. и др. (июль 2010 г.). «Генетические факторы риска гепатопульмонального синдрома у пациентов с прогрессирующим заболеванием печени». Гастроэнтерология . 139 (1): 130–9.e24. doi :10.1053/j.gastro.2010.03.044. ПМЦ 2908261 . ПМИД 20346360.
Розенблум Дж. (декабрь 1984 г.). «Эластин: связь структуры белка и генов с болезнями». Лабораторные исследования; Журнал технических методов и патологии . 51 (6): 605–623. ПМИД 6150137.
Бакс Д.В., Роджерс УР, Билек М.М., Вайс А.С. (октябрь 2009 г.). «Адгезия клеток к тропоэластину опосредуется через С-концевой мотив GRKRK и интегрин альфаVbeta3». Журнал биологической химии . 284 (42): 28616–28623. дои : 10.1074/jbc.M109.017525 . ПМК 2781405 . ПМИД 19617625.
Родригес-Ревенга Л., Иранзо П., Баденас К., Пуч С., Каррио А., Мила М. (сентябрь 2004 г.). «Новая мутация гена эластина, приводящая к аутосомно-доминантной форме лакса кожи». Архив дерматологии . 140 (9): 1135–1139. дои : 10.1001/archderm.140.9.1135. ПМИД 15381555.
Микале Л., Туртуро М.Г., Фуско С., Ауджелло Б., Хурадо Л.А., Иззи С. и др. (март 2010 г.). «Идентификация и характеристика семи новых мутаций гена эластина в группе пациентов, страдающих надклапанным стенозом аорты». Европейский журнал генетики человека . 18 (3): 317–323. дои : 10.1038/ejhg.2009.181. ПМК 2987220 . ПМИД 19844261.
Цафлиду М (2004). «Роль коллагена и эластина в возрастной коже: подход к обработке изображений». Микрон . 35 (3): 173–177. doi :10.1016/j.micron.2003.11.003. ПМИД 15036271.