Ген ELN кодирует белок, который является одним из двух компонентов эластичных волокон . Кодируемый белок богат гидрофобными аминокислотами, такими как глицин и пролин , которые образуют подвижные гидрофобные области, ограниченные поперечными связями между остатками лизина . Для этого гена были обнаружены множественные варианты транскриптов, кодирующие различные изоформы. [8] Растворимым предшественником эластина является тропоэластин. [9]
Механизм упругой отдачи
Характеристика беспорядка согласуется с механизмом упругой отдачи, управляемым энтропией. Сделан вывод, что конформационный беспорядок является конститутивной чертой структуры и функции эластина. [10]
В организме эластин обычно связан с другими белками в соединительных тканях. Эластичное волокно в организме представляет собой смесь аморфного эластина и фиброзного фибриллина . Оба компонента в основном состоят из более мелких аминокислот, таких как глицин , валин , аланин и пролин . [11] [14] Общее количество эластина составляет от 58 до 75% веса сухой обезжиренной артерии в нормальных артериях собак. [15] Сравнение между свежими и переваренными тканями показывает, что при 35% деформации минимум 48% артериальной нагрузки несет эластин, и минимум 43% изменения жесткости артериальной ткани обусловлено изменением жесткости эластина. [16]
Эластин – очень долгоживущий белок, период полураспада которого у человека составляет более 78 лет. [18]
Клинические исследования
Была изучена возможность использования рекомбинантного человеческого тропоэластина для производства эластиновых волокон с целью улучшения эластичности кожи при ранах и рубцевании. [19] [20] После подкожных инъекций рекомбинантного человеческого тропоэластина в свежие раны было обнаружено, что не наблюдается улучшения рубцевания или эластичности окончательного рубца. [19] [20]
Биосинтез
Предшественники тропоэластина
Эластин производится путем связывания вместе множества небольших растворимых молекул предшественников тропоэластина (50-70 кДа ), чтобы создать конечный массивный, нерастворимый, прочный комплекс. Несвязанные молекулы тропоэластина обычно не доступны в клетке, так как они становятся сшитыми в эластиновые волокна сразу после их синтеза клеткой и экспорта во внеклеточный матрикс . [21]
Каждый тропоэластин состоит из цепочки из 36 небольших доменов , каждый весом около 2 кДа в случайной спиральной конформации . Белок состоит из чередующихся гидрофобных и гидрофильных доменов, которые кодируются отдельными экзонами , так что структура домена 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 из-за взаимодействия между гидрофобными доменами в процессе, называемом коацервацией . Этот процесс обратим и термодинамически контролируется и не требует расщепления белка . Коацерват становится нерастворимым из-за необратимого сшивания.
У млекопитающих геном содержит только один ген тропоэластина, называемый ELN . Ген ELN человека представляет собой сегмент размером 45 кб на хромосоме 7 и имеет 34 экзона, прерываемых почти 700 интронами, причем первый экзон является сигнальным пептидом, определяющим его внеклеточную локализацию. Большое количество интронов предполагает, что генетическая рекомбинация может способствовать нестабильности гена, приводя к таким заболеваниям, как SVAS . Экспрессия мРНК тропоэластина строго регулируется по крайней мере восемью различными сайтами начала транскрипции .
Тканеспецифические варианты эластина производятся путем альтернативного сплайсинга гена тропоэластина. Известно по крайней мере 11 изоформ тропоэластина человека. Эти изоформы находятся под регуляцией развития, однако существуют минимальные различия между тканями на одной и той же стадии развития. [11]
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000049540 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000029675 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ Mithieux SM, Weiss AS (2005). "Эластин". Достижения в области белковой химии . 70 : 437–461. doi :10.1016/S0065-3233(05)70013-9. ISBN9780120342709. PMID 15837523.
^ Vindin H, Mithieux SM, Weiss AS (ноябрь 2019 г.). «Архитектура эластина». Matrix Biology . 84 : 4–16. doi :10.1016/j.matbio.2019.07.005. PMID 31301399. S2CID 196458819.
^ Curran ME, Atkinson DL, Ewart AK, Morris CA, Leppert MF, Keating MT (апрель 1993 г.). «Ген эластина нарушается транслокацией, связанной с надклапанным аортальным стенозом». Cell . 73 (1): 159–168. doi :10.1016/0092-8674(93)90168-P. PMID 8096434. S2CID 8274849.
^ ab "Entrez Gene: эластин".
^ "Эластин (ELN)". Архивировано из оригинала 13 марта 2017 года . Получено 31 октября 2011 года .
^ Muiznieks LD, Weiss AS, Keeley FW (апрель 2010 г.). «Структурный беспорядок и динамика эластина». Биохимия и клеточная биология . 88 (2): 239–250. doi :10.1139/o09-161. PMID 20453927.
^ abc Vrhovski B, Weiss AS (ноябрь 1998 г.). «Биохимия тропоэластина». European Journal of Biochemistry . 258 (1): 1–18. doi : 10.1046/j.1432-1327.1998.2580001.x . PMID 9851686.
^ Райт Б. «Эластоз». DermNet NZ .
^ abc Hosen MJ, Lamoen A, De Paepe A, Vanakker OM (2012). "Гистопатология эластической псевдоксантомы и связанных с ней расстройств: гистологические признаки и диагностические подсказки". Scientifica . 2012 : 598262. doi : 10.6064/2012/598262 . PMC 3820553. PMID 24278718 . -Лицензия Creative Commons Attribution 3.0 Unported
^ Kielty CM, Sherratt MJ, Shuttleworth CA (июль 2002 г.). «Эластичные волокна». Journal of Cell Science . 115 (Pt 14): 2817–2828. doi : 10.1242/jcs.115.14.2817 . PMID 12082143.
^ Фишер ГМ, Льяурадо ДжГ (август 1966). «Содержание коллагена и эластина в артериях собак, выбранных из функционально различных сосудистых русел». Исследования кровообращения . 19 (2): 394–399. doi : 10.1161/01.res.19.2.394 . PMID 5914851.
^ Lammers SR, Kao PH, Qi HJ, Hunter K, Lanning C, Albietz J, et al. (Октябрь 2008). «Изменения в структурно-функциональной взаимосвязи эластина и его влияние на проксимальную механику легочных артерий у гипертензивных телят». American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology . 295 (4): H1451–H1459. doi :10.1152/ajpheart.00127.2008. PMC 2593497. PMID 18660454 .
^ Sage EH, Gray WR (1977). "Эволюция структуры эластина". Эластин и эластичная ткань . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Т. 79. С. 291–312. doi :10.1007/978-1-4684-9093-0_27. ISBN978-1-4684-9095-4. PMID 868643.
^ Toyama BH, Hetzer MW (январь 2013 г.). «Белковый гомеостаз: живи долго, не процветай». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 14 (1): 55–61. doi :10.1038/nrm3496. PMC 3570024. PMID 23258296 .
^ ab Souto EB, Ribeiro AF, Ferreira MI, Teixeira MC, Shimojo AA, Soriano JL и др. (январь 2020 г.). «Новые нанотехнологии для лечения и восстановления инфекций, вызванных ожогами кожи». Международный журнал молекулярных наук . 21 (2): 393. doi : 10.3390/ijms21020393 . PMC 7013843. PMID 31936277 .
^ ab Xie H, Lucchesi L, Zheng B, Ladich E, Pineda T, Merten R и др. (1 сентября 2017 г.). «Лечение ожоговых и хирургических ран рекомбинантным человеческим тропоэластином приводит к образованию новых эластиновых волокон в рубцах». Journal of Burn Care & Research . 38 (5): e859–e867. doi :10.1097/BCR.00000000000000507. PMID 28221299. S2CID 39251937.
^ Valenzuela CD, Wagner WL, Bennett RD, Ysasi AB, Belle JM, Molter K и др. (сентябрь 2017 г.). «Внеклеточная сборка элемента эластиновой кабельной линии в развивающемся легком». Anatomical Record . 300 (9): 1670–1679. doi :10.1002/ar.23603. PMC 6315300 . PMID 28380679.
^ Umeda H, Takeuchi M, Suyama K (апрель 2001 г.). «Две новые поперечные связи эластина с пиридиновым скелетом. Влияние аммиака на поперечные связи эластина in vivo». Журнал биологической химии . 276 (16): 12579–12587. doi : 10.1074/jbc.M009744200 . PMID 11278561.
Дальнейшее чтение
Jan SL, Chan SC, Fu YC, Lin SJ (июнь 2009 г.). «Исследование гена эластина у младенцев с изолированной врожденной аневризмой артериального протока». Acta Cardiologica . 64 (3): 363–369. doi :10.2143/ac.64.3.2038023. PMID 19593948. S2CID 31411296.
Keeley FW, Bellingham CM, Woodhouse KA (февраль 2002 г.). «Эластин как самоорганизующийся биоматериал: использование рекомбинантно экспрессированных полипептидов человеческого эластина в качестве модели для исследований структуры и самосборки эластина». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 357 (1418): 185–189. doi :10.1098/rstb.2001.1027. PMC 1692930. PMID 11911775 .
Choudhury R, McGovern A, Ridley C, Cain SA, Baldwin A, Wang MC и др. (сентябрь 2009 г.). «Дифференциальная регуляция образования эластичных волокон фибулином-4 и -5». Журнал биологической химии . 284 (36): 24553–24567. doi : 10.1074/jbc.M109.019364 . PMC 2782046. PMID 19570982 .
Hubmacher D, Cirulis JT, Miao M, Keeley FW, Reinhardt DP (январь 2010 г.). «Функциональные последствия гомоцистеинилирования белков эластичных волокон фибриллина-1 и тропоэластина». Журнал биологической химии . 285 (2): 1188–1198. doi : 10.1074/jbc.M109.021246 . PMC 2801247. PMID 19889633 .
Coolen NA, Schouten KC, Middelkoop E, Ulrich MM (январь 2010 г.). «Сравнение кожи плода и взрослого человека». Архивы дерматологических исследований . 302 (1): 47–55. doi :10.1007/s00403-009-0989-8. PMC 2799629. PMID 19701759 .
McGeachie M, Ramoni RL, Mychaleckyj JC, Furie KL, Dreyfuss JM, Liu Y и др. (декабрь 2009 г.). «Интегративная прогностическая модель кальцификации коронарных артерий при атеросклерозе». Circulation . 120 (24): 2448–2454. doi :10.1161/CIRCULATIONAHA.109.865501. PMC 2810344 . PMID 19948975.
Yoshida T, Kato K, Yokoi K, Oguri M, Watanabe S, Metoki N и др. (август 2009 г.). «Связь генетических вариантов с хронической болезнью почек у лиц с различными липидными профилями». Международный журнал молекулярной медицины . 24 (2): 233–246. doi : 10.3892/ijmm_00000226 . PMID 19578796.
Акима Т., Наканиши К., Сузуки К., Катаяма М., Осудзу Ф., Каваи Т. (ноябрь 2009 г.). «Растворимый эластин уменьшается в ходе формирования атеромы в аорте человека». Circulation Journal . 73 (11): 2154–2162. doi : 10.1253/circj.cj-09-0104 . PMID 19755752.
Chen Q, Zhang T, Roshetsky JF, Ouyang Z, Essers J, Fan C и др. (сентябрь 2009 г.). «Фибулин-4 регулирует экспрессию гена тропоэластина и последующее образование эластичных волокон фибробластами человека». The Biochemical Journal . 423 (1): 79–89. doi :10.1042/BJ20090993. PMC 3024593 . PMID 19627254.
Тинтар Д., Самуйлан В., Дандуран 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.
Dyksterhuis LB, Weiss AS (июнь 2010 г.). «Модели гомологии для доменов 21–23 человеческого тропоэластина проливают свет на сшивание лизина». Biochemical and Biophysical Research Communications . 396 (4): 870–873. doi :10.1016/j.bbrc.2010.05.013. PMID 20457133.
Romero R, Velez Edwards DR, Kusanovic JP, Hassan SS, Mazaki-Tovi S, Vaisbuch E и др. (май 2010 г.). «Идентификация фетальных и материнских однонуклеотидных полиморфизмов в генах-кандидатах, которые предрасполагают к спонтанным преждевременным родам при неповрежденных плодных оболочках». American Journal of Obstetrics and Gynecology . 202 (5): 431.e1–431.34. doi :10.1016/j.ajog.2010.03.026. PMC 3604889 . PMID 20452482.
Fan BJ, Figuieredo Sena DR, Pasquale LR, Grosskreutz CL, Rhee DJ, Chen TC и др. (сентябрь 2010 г.). «Отсутствие ассоциации полиморфизмов эластина с псевдоэксфолиативным синдромом и глаукомой». Journal of Glaucoma . 19 (7): 432–436. doi :10.1097/IJG.0b013e3181c4b0fe. PMC 6748032 . PMID 20051886.
Bertram C, Hass R (октябрь 2009 г.). «Клеточное старение эпителиальных клеток молочной железы человека (HMEC) связано с измененной сигнализацией MMP-7/HB-EGF и повышенным образованием эластиноподобных структур». Механизмы старения и развития . 130 (10): 657–669. doi :10.1016/j.mad.2009.08.001. PMID 19682489. S2CID 46477586.
Roberts KE, Kawut SM, Krowka MJ, Brown RS, Trotter JF, Shah V 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. PMC 2908261. PMID 20346360.
Rosenbloom J (декабрь 1984 г.). «Эластин: связь структуры белка и гена с болезнью». Лабораторные исследования; Журнал технических методов и патологии . 51 (6): 605–623. PMID 6150137.
Bax DV, Rodgers UR, Bilek MM, Weiss AS (октябрь 2009 г.). «Клеточная адгезия к тропоэластину опосредуется через C-концевой мотив GRKRK и интегрин alphaVbeta3». Журнал биологической химии . 284 (42): 28616–28623. doi : 10.1074/jbc.M109.017525 . PMC 2781405. PMID 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.
Micale L, Turturo MG, Fusco C, Augello B, Jurado LA, Izzi C и др. (март 2010 г.). «Идентификация и характеристика семи новых мутаций гена эластина в когорте пациентов, страдающих надклапанным аортальным стенозом». European Journal of Human Genetics . 18 (3): 317–323. doi :10.1038/ejhg.2009.181. PMC 2987220 . PMID 19844261.
Tzaphlidou M (2004). «Роль коллагена и эластина в стареющей коже: подход к обработке изображений». Micron . 35 (3): 173–177. doi :10.1016/j.micron.2003.11.003. PMID 15036271.
.png/1280px-Domain_structure_human_tropoelastin_(EN).png)