ببتيد تهجين الكولاجين

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

رسم تخطيطي لسلسلة بروتين CHP (موسومة بعلامة "X") تتهجن مع سلاسل الكولاجين المتفككة لتكوين حلزون ثلاثي للكولاجين. أثناء تطور المرض، أو نمو الأنسجة، أو الشيخوخة، يمكن أن يتحلل الكولاجين بشكل كبير بواسطة البروتيازات المحللة للكولاجين، مما يؤدي إلى تفكك حلزونه الثلاثي عند درجة الحرارة الفسيولوجية نتيجة لانخفاض استقراره الحراري. قد تمثل X علامة بيوتين أو علامة فلورية.

ببتيد تهجين الكولاجين ( CHP ) هو تسلسل ببتيدي اصطناعي يتكون عادةً من 6 إلى 10 وحدات متكررة من ثلاثية الأحماض الأمينية Gly-Xaa-Yaa ، والتي تحاكي التسلسل المميز للكولاجين الطبيعي . [ 1 ] [ 2 ] يتميز ببتيد CHP عادةً بمحتوى عالٍ من البرولين والهيدروكسي برولين في الموضعين Xaa وYaa، مما يمنحه ميلًا قويًا لتكوين بنية الحلزون الثلاثي الفريدة للكولاجين . [ 1 ] [ 3 ] في حالته أحادية السلسلة (أحادية الوحدة)، يستطيع الببتيد التعرف على خيوط الكولاجين المتفككة في الأنسجة من خلال تكوين حلزون ثلاثي مهجن معها. [ 2 ] يحدث هذا عبر تجميع سلسلة الحلزون الثلاثي والروابط الهيدروجينية بين السلاسل، بطريقة مشابهة لارتباط البادئات بخيوط الحمض النووي المتفككة أثناء تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) . [ 4 ] لا يعتمد الارتباط على تسلسل أو موقع محدد على الكولاجين، مما يُمكّن البروتينات المضادة للبكتيريا من استهداف سلاسل الكولاجين المتغيرة من أنواع مختلفة. [ 5 ] [ 6 ]

الكولاجين، CHP، CMP، وCLP

رسم تخطيطي يوضح العلاقة بين CMP وCHP. يمكن تسخين CMP ثلاثي الحلزون (فوق درجة حرارة محددة) ليتفكك إلى CHP أحادي الوحدة؛ وعند التبريد، يمكن أن تتجمع خيوط CHP مرة أخرى لتشكل حلزونًا ثلاثيًا بمرور الوقت.

الكولاجين هو المكون الرئيسي للمادة الخلوية خارج الخلية (ECM). [ 7 ] تتكون عائلة الكولاجين الفائقة من 28 نوعًا مختلفًا من الكولاجين. [ 7 ] على الرغم من اختلاف وظيفة هذه الكولاجينات وبنيتها الهرمية، إلا أنها تشترك جميعًا في السمة البنيوية المميزة المعروفة باسم الحلزون الثلاثي، [ 1 ] حيث تتجمع ثلاثة حلزونات من نوع بوليبرولين II (PPII) ذات التفاف يساري لتشكيل نمط حلزوني فائق الالتفاف ذي التفاف يميني. [ 1 ] [ 8 ] لعبت الببتيدات الاصطناعية القصيرة، المعروفة باسم ببتيدات محاكاة الكولاجين (CMPs) أو الببتيدات الشبيهة بالكولاجين (CLPs)، دورًا رئيسيًا في توضيح البنية ثلاثية الأبعاد للحلزون الثلاثي للكولاجين ، وحركية طيه، واستقراره الحراري كنماذج حلزونية ثلاثية صغيرة. [ 3 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] تتشابه بروتينات CMPs وCLPs وCHPs تشابهاً كبيراً من حيث تسلسل الأحماض الأمينية، ولكن فقط عند تسخين بروتينات CMPs أو CLPs فوق درجة انصهارها، فإنها توجد في حالة منفصلة أحادية السلسلة ويمكن اعتبارها بروتينات CHPs. [ 2 ]

آلية التجليد

ترتبط جزيئات الكولاجين أحادية السلسلة (CHPs) بسلاسل الكولاجين المتغيرة والجيلاتين بطريقة فريدة تختلف عن آليات الاستهداف الأخرى، إذ تتعرف تحديدًا على نمط بنيوي فريد ( اللولب الثلاثي للكولاجين ) لطيّه وتجميع السلاسل، على عكس ارتباطها بمواقع محددة كما هو الحال مع الأجسام المضادة وحيدة النسيلة (mAbs)، على سبيل المثال. [ 12 ] وبفضل آلية الاستهداف الفريدة هذه، تتمتع جزيئات الكولاجين أحادية السلسلة (CHPs) بانتقائية ارتباط عالية تجاه سلاسل الكولاجين المتغيرة، بينما تكاد تنعدم لديها الألفة تجاه الكولاجين السليم (اللولب الثلاثي). [ 13 ] تستطيع جزيئات الكولاجين أحادية السلسلة (CHPs) استهداف سلاسل الكولاجين التي تغيرت طبيعتها بفعل العمليات الحرارية، [ 13 ] أو الكيميائية، [ 14 ] أو الميكانيكية، [ 15 ] أو الإنزيمية، [ 13 ] بالإضافة إلى أنواع متعددة من الكولاجين (مثل الكولاجين من النوع الأول والثاني والرابع ). [ 5 ] [ 6 ] كما أظهرت الدراسات أن جزيئات الكولاجين أحادية السلسلة (CHPs ) ومقترناتها الفلورية تتمتع بثبات فائق عند ملامستها للمصل. [ 16 ]

الكولاجين المتغير كعلامة حيوية لإعادة تشكيل الأنسجة وتلفها

صورة فلورية لمقطع عرضي محوري لقلب فأر في اليوم الرابع عشر بعد احتشاء عضلة القلب، مصبوغ بصبغة هوكست 33342 (أزرق) وبروتين CHP الموسوم بالبيوتين (تم الكشف عنه باستخدام ستربتأفيدين-أليكسا فلور 647، أحمر). مقياس الرسم: 1 مم.

يُعدّ تنظيم تجدد الكولاجين أمرًا بالغ الأهمية لنمو الجنين، وتكوين الأعضاء، فضلًا عن صيانة الأنسجة وإصلاحها. [ 17 ] ومع ذلك، ترتبط اضطرابات توازن الكولاجين بالعديد من الأمراض والحالات المرضية. وقد يرتبط التحلل المفرط للكولاجين بانتشار السرطان ، وشيخوخة الجلد ، والتهاب المفاصل ، وهشاشة العظام . [ 17 ] تستطيع جزيئات الكولاجين المهدرجة (CHPs) استهداف الأنسجة التي تخضع لإعادة التشكيل نظرًا لقدرتها على الارتباط بخيوط الكولاجين المتحللة وغير المطوية من خلال تكوين بنية حلزونية ثلاثية. وباعتبارها جزيئات استهدافية، تُوفر جزيئات الكولاجين المهدرجة إمكانات هائلة في علم الأنسجة المرضية ، والتشخيص، وإيصال الأدوية لعلاج طيف واسع من الأمراض.

تعتمد معظم طرق تقييم تمسخ الكولاجين في الحالات المرضية على أساليب غير مباشرة، مثل الكشف عن نشاط إنزيمات الماتريكس المعدنية (MMP) أو قياس كمية شظايا ببتيد الكولاجين في البول أو المصل أو السائل الزلالي . [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] وباستخدام الطرق التقليدية لاستهداف الكولاجين مباشرةً، اعتمد الباحثون على ببتيدات ربط الكولاجين المختارة بتقنية عرض العاثيات ، [ 21 ] والمشتقة من بروتينات ربط الكولاجين، [ 22 ] أو الأجسام المضادة المُنتجة ضد الكولاجين. لسوء الحظ، لا تستطيع هذه المركبات استهداف الكولاجينات المتمسخة غير المنظمة والتي لا تُظهر مُحددًا ثلاثي الأبعاد. إضافةً إلى ذلك، فإن الأجسام المضادة التي أُفيد بقدرتها على تمييز شظايا الكولاجين المتحللة لا تستطيع التعرف إلا على نوع واحد أو أنواع قليلة من الكولاجين. [ 2 ] [ 23 ] في المقابل، من حيث المبدأ، تستطيع ببتيدات ربط الكولاجين (CHPs) الارتباط بجميع أنواع الكولاجينات المتمسخة. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

التطبيقات

تلوين الأنسجة

صورة فلورية لمقطع سهمي لجنين فأر عمره 18 يومًا بعد الإخصاب، مصبوغة بصبغتين: الأولى باستخدام CHP المُؤَشَّر بالبيوتين (يُكشف عنه بواسطة ستربتأفيدين AlexaFluor647، برتقالي اللون)، والثانية باستخدام جسم مضاد للكولاجين من النوع الأول (يُكشف عنه بواسطة جسم مضاد IgG H&L من حمار مُؤَشَّر بـ AlexaFluor555، سماوي اللون). mx: الفك العلوي؛ md: عظم الفك السفلي؛ bp: العظم الوتدي القاعدي؛ bo: العظم القذالي القاعدي؛ vc: العمود الفقري؛ rb: الضلع؛ h: عظم الورك؛ d: عظام الأصابع. مقياس الرسم: 3 مم.

تُستخدم صبغات الكولاجين المُوسومة بالفلوروفور أو البيوتين كعامل تلوين للكشف عن تحلل الكولاجين وتغير طبيعته عبر تطبيقات التألق المناعي والكيمياء النسيجية المناعية . [ 5 ] يمكن لصبغات الكولاجين تلوين مقاطع الأنسجة المجمدة ، ومقاطع الأنسجة المثبتة بالفورمالين والمضمنة في البارافين (FFPE)، [ 5 ] بالإضافة إلى الأنسجة الطازجة. [ 14 ] [ 15 ] تُناسب صبغات الكولاجين عينات الأنسجة من أنواع متعددة ومجموعة من الأمراض، مثل احتشاء عضلة القلب ، والتهاب المفاصل ، والتهاب الكلى ، والتليف . [ 5 ]

التصوير الحيوي

يمكن أيضًا وسم جزيئات CHPs بفلوروفورات قريبة من الأشعة تحت الحمراء للتصوير الفلوري في الجسم الحي . [ 13 ] [ 24 ]

تحديد الكولاجين

يمكن استخدام بروتينات CHP لتصوير أنواع مختلفة من حزم الكولاجين في هلامات SDS-PAGE . [ 6 ] يتم تغيير طبيعة الكولاجين بالتسخين في وجود SDS قبل تحميله على الهلام. وتُصوَّر حزم الكولاجين من خلال تهجين الكولاجين مع بروتينات CHP عند تلوين الهلامات ببروتينات CHP الموسومة بالفلورة. [ 6 ]

الكشف عن التلف الميكانيكي للأنسجة الضامة

يُوفر الكولاجين قوة ميكانيكية للأنسجة الحاملة للأحمال في الجسم، مثل الأوتار والأربطة والعظام. عند تطبيق قوى على هذه الأنسجة، قد يتضرر التركيب الحلزوني الثلاثي للكولاجين وينفك، وتتيح تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي النووي (CHPs) الكشف على المستوى الجزيئي عن التلف الميكانيكي في هذه الأنسجة الضامة. [ 15 ] [ 25 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 شولدرز، ماثيو د.؛ راينز، رونالد ت. (2009). " بنية الكولاجين واستقراره" . المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 78 : 929-958 . doi : 10.1146/annurev.biochem.77.032207.120833 . ISSN 1545-4509 . PMC 2846778. PMID 19344236 .   
  2. 1 2 3 4 واهيدي، هندرا؛ رينولدز، أماندا أ.؛ لي، يانغ؛ أوين، شون س.؛ يو، س. مايكل (أكتوبر 2016). "استهداف الكولاجين للتصوير التشخيصي والتوصيل العلاجي" . مجلة التحكم في الإطلاق . 240 : 323-331 . doi : 10.1016 / j.jconrel.2016.01.007 . PMC 4936964. PMID 26773768 .  
  3. 1 2 بيرسيكوف، أ. ف.؛ رامشو، ج. أ.؛ كيركباتريك، أ.؛ برودسكي، ب. (2000-12-05). "ميول الأحماض الأمينية لتكوين اللولب الثلاثي للكولاجين". الكيمياء الحيوية . 39 (48): 14960-14967 . doi : 10.1021/bi001560d . ISSN 0006-2960 . PMID 11101312 .  
  4. 1 2 لي، يانغ؛ يو، إس. مايكل (ديسمبر 2013). "استهداف الكولاجينات ومحاكاتها عبر تجميع الببتيدات ثلاثية الحلزون" . الرأي الحالي في البيولوجيا الكيميائية . 17 (6): 968-975 . doi : 10.1016/j.cbpa.2013.10.018 . ISSN 1879-0402 . PMC 3863647. PMID 24210894 .   
  5. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ هوانغ، جيونغمين؛ هوانغ، يوفينغ؛ بورويل، تيموثي جيه؛ بيترسون، نورمان سي؛ كونور، جين؛ وايس، ستيفن جيه؛ يو، إس. مايكل؛ لي، يانغ (٢٠١٧-١٠-٢٤). "التصوير الموضعي لإعادة تشكيل الأنسجة باستخدام ببتيدات تهجين الكولاجين" . ACS Nano . ١١ (١٠): ٩٨٢٥-٩٨٣٥ . doi : 10.1021/acsnano.7b03150 . ISSN 1936-0851 . PMC 5656977. PMID 28877431 .   
  6. 1 2 3 4 5 لي، يانغ؛ هو، دانيال؛ مينغ، هوان؛ تشان، تانيا ر.؛ آن، بو؛ يو، هانري؛ برودسكي، باربرا؛ جون، ألبرت س.؛ مايكل يو، س. (16 يناير 2013). "الكشف المباشر عن البروتينات الكولاجينية بواسطة ببتيدات محاكاة الكولاجين الموسومة بالفلورة" . كيمياء الاقتران الحيوي . 24 (1): 9-16 . doi : 10.1021/bc3005842 . ISSN 1043-1802 . PMC 3586774. PMID 23253177 .   
  7. 1 2 بيرك، ديفيد إي.؛ بروكنر، بيتر (12-04-2005)، "البنى الفوقية للكولاجين"، مواضيع في الكيمياء الحالية ، سبرينغر برلين هايدلبرغ، ص 185-205 ، doi : 10.1007/b103823 ، ISBN  978-3-540-23272-8
  8. ↑ إنجل، يورغن؛ باخينجر، هانز بيتر (12 أبريل 2005)، "بنية واستقرار وطي الحلزون الثلاثي للكولاجين"، مواضيع في الكيمياء الحالية ، سبرينغر برلين هايدلبرغ، ص 7-33 ، doi : 10.1007/b103818 ، ISBN  978-3-540-23272-8
  9. ↑ بودكو، سيرجي؛ فرانك، سابين؛ كاميرر، ريتشارد أ.؛ ستيتفيلد، يورغ؛ شولتيس، تيريز؛ لاندوير، روث؛ لوستيج، أرييل؛ باخينجر، هانز بيتر؛ إنجل، يورغن (مارس 2002). "تكوين وانتشار الحلزون الثلاثي للكولاجين في الببتيدات أحادية السلسلة وثلاثية الوحدات: الانتقال من حركية الدرجة الثالثة إلى حركية الدرجة الأولى". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 317 (3): 459-470 . doi : 10.1006/jmbi.2002.5439 . ISSN 0022-2836 . PMID 11922677 .  
  10. ↑ باخينجر، هانز بيتر؛ موريس، نيكولاس ب.؛ ديفيس، جانيس م. (15 يناير 1993). "الاستقرار الحراري وطَيّ اللولب الثلاثي للكولاجين وتأثير الطفرات في مرض تكون العظم الناقص على اللولب الثلاثي للكولاجين من النوع الأول". المجلة الأمريكية لعلم الوراثة الطبية . 45 (2): 152-162 . doi : 10.1002/ajmg.1320450204 . ISSN 0148-7299 . PMID 8456797 .  
  11. ↑ هولمغرين، ستيفن ك.؛ تايلور، كيمبرلي م.؛ بريتشر، لين إي.؛ راينز، رونالد ت. (أبريل 1998). " فك شفرة استقرار الكولاجين". مجلة نيتشر . 392 (6677): 666-667 . doi : 10.1038/33573 . ISSN 0028-0836 . PMID 9565027. S2CID 4425523 .   
  12. ↑ شو، جينغسونغ؛ رودريغيز، دوروثي؛ كيم، جيني جيه؛ بروكس، بيتر سي. (أكتوبر 2000). "توليد الأجسام المضادة وحيدة النسيلة لمواقع الكولاجين الخفية باستخدام التحصين الطرحي". هايبريدوما . 19 (5): 375-385 . doi : 10.1089/02724570050198893 . ISSN 0272-457X . PMID 11128027 .  
  13. 1 2 3 4 لي، واي؛ فوس، سي إيه؛ سمرفيلد، دي دي؛ دويل، جيه جيه؛ توروك، سي إم؛ ديتز، إتش سي؛ بومبر، إم جي؛ يو، إس إم (27 أغسطس 2012). "استهداف خيوط الكولاجين عن طريق التهجين ثلاثي الحلزون المُحفَّز ضوئيًا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 109 (37): 14767-14772 . doi : 10.1073/pnas.1209721109 . ISSN 0027-8424 . PMC 3443117. PMID 22927373 .   
  14. ١ ٢ هوانغ، جيونغمين؛ سان، بوي هوا؛ تيرنر، نيل جيه؛ وايت، ليزا جيه؛ فولك، دنفر إم؛ باديلك، ستيفن إف؛ لي، يانغ؛ يو، إس. مايكل (أبريل ٢٠١٧). "التقييم الجزيئي لتمسخ الكولاجين في الأنسجة منزوعة الخلايا باستخدام ببتيد مهجن للكولاجين" . أكتا بيوماتيريليا . ٥٣ : ٢٦٨-٢٧٨ . doi : 10.1016/j.actbio.2017.01.079 . ISSN 1742-7061 . PMC 5462463. PMID 28161576 .   
  15. 1 2 3 وايس، جيفري أ.؛ يو، إس. مايكل؛ بوهلر، ماركوس ج.؛ ريس، شون ب.؛ ديبال، بابتيست؛ سان، بوي هوا؛ تشين، تشاو؛ لي، يانغ؛ زيتناي، جاريد ل. (22 مارس 2017). " الكشف على المستوى الجزيئي وتحديد موقع الضرر الميكانيكي في الكولاجين باستخدام ببتيدات تهجين الكولاجين" . نيتشر كوميونيكيشنز . 8 14913. doi : 10.1038/ncomms14913 . ISSN 2041-1723 . PMC 5364439. PMID 28327610 .   
  16. ↑ بينينك، لوكاس ل.؛ سميث، دانيال ج.؛ فوس، كاثرين أ.؛ بومبر، مارتن ج.؛ لي، يانغ؛ يو، س. مايكل (2017-05-08). "استقرار عالٍ في مصل الدم للببتيدات المهجنة للكولاجين ومقترناتها الفلورية" . الصيدلة الجزيئية . 14 (6): 1906-1915 . doi : 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00009 . ISSN 1543-8384 . PMC 8063002. PMID 28445649 .   
  17. بونان ، كارولين؛ تشو، جوناثان؛ ويرب، زينا (ديسمبر 2014). " إعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلوية في النمو والمرض" . مجلة نيتشر ريفيوز لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي . 15 (12): 786-801 . doi : 10.1038/nrm3904 . ISSN 1471-0072 . PMC 4316204. PMID 25415508 .   
  18. ↑ نيميروفسكي، أو. في.؛ دوفيلد، دي. آر.؛ سونير، تي.؛ أغاروال، بي.؛ ويلش، دي. جيه.؛ ماثيوز، دبليو. آر. (فبراير 2007). "اكتشاف وتطوير مؤشر حيوي من نوع نيوإبيتوب الكولاجين من النوع الثاني (TIINE) لنشاط الميتالوبروتياز المصفوفي: من المختبر إلى الجسم الحي". الكيمياء الحيوية التحليلية . 361 (1): 93-101 . doi : 10.1016/j.ab.2006.10.034 . PMID 17187753 . 
  19. ↑ غارفيكان، إيلين ر.؛ فوغان-توماس، آن؛ إينيس، جون ف.؛ كليغ، بيتر د. (يوليو 2010). "المؤشرات الحيوية لتجديد الغضروف. الجزء 1: مؤشرات تحلل الكولاجين وتكوينه". المجلة البيطرية . 185 (1): 36-42 . doi : 10.1016/j.tvjl.2010.04.011 . PMID 20488735 . 
  20. ↑ روسو، جان-شارل؛ ديلماس، بيير د (يونيو 2007). "المؤشرات الحيوية في التهاب المفاصل". مجلة Nature Clinical Practice Rheumatology . 3 (6): 346-356 . doi : 10.1038/ncprheum0508 . ISSN 1745-8382 . PMID 17538566. S2CID 13168927 .   
  21. ↑ هيلمز، بريت أ.؛ رولين، سان دبليو إيه؛ نيهويس، سيباستيان؛ غراف-هوفلمانز، بيغي تي إتش إم دي؛ ميركس، مارتن؛ ماير، إي دبليو (26 أغسطس/آب 2009). "استهداف الكولاجين عالي الألفة باستخدام الببتيدات ومحاكاة العاثيات الاصطناعية: من عرض العاثيات إلى عرض الدندريمر". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 131 (33): 11683-11685 . doi : 10.1021/ja902285m . ISSN 0002-7863 . PMID 19642697 .  
  22. ^ ليانغ ، هوي. لي، شياوران؛ تشن، بنج. وانغ بن. تشاو، يانان؛ تشوانغ، يان؛ شين هو. تشانغ، تشيجون. داي ، جيانوو (يوليو 2015). "جزء من الجسم المضاد Fv أحادي السلسلة المرتبط بالكولاجين لعلاج السرطان المستهدف". مجلة الإصدار الخاضع للرقابة . 209 : 101– 109. دوى : 10.1016/j.jconrel.2015.04.029 . بميد 25916496 . 
  23. ↑ فرايمارك، بروس؛ كلارك، ديريك؛ بيرناسيتي، فلافيا؛ نيكل، جيف؛ ميسزكا، ديفيد؛ باورلي، باتريك أ.؛ فان إيبس، دينيس (يوليو 2007). "استهداف الجسم المضاد البشري D93 لمواقع تكوين الأوعية الدموية ونمو الورم عن طريق الارتباط بالعديد من الحواتم على الكولاجينات المتغيرة". علم المناعة الجزيئية . 44 (15): 3741-3750 . doi : 10.1016/j.molimm.2007.03.027 . PMID 17507095 . 
  24. ↑ بينينك، لوكاس ل.؛ لي، يانغ؛ كيم، بومجين؛ شين، إيك جاي؛ سان، بوي هوا؛ زانغاري، ماوريتسيو؛ يون، دونغهون؛ يو، إس. مايكل (نوفمبر 2018). "تصوير تحلل الكولاجين بواسطة تهجين الببتيد: من زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد إلى التصوير الحيوي" . مواد حيوية . 183 : 67-76 . doi : 10.1016/j.biomaterials.2018.08.039 . PMID 30149231 . 
  25. ↑ كونفرس، ماثيو آي؛ والثر، ريموند جي؛ إنغرام، جاستن تي؛ لي، يانغ؛ يو، إس. مايكل؛ مونسون، كينيث إل. (2018-02-01). "الكشف عن تلف الكولاجين على المستوى الجزيئي وتوصيفه في الشرايين الدماغية المتمددة" . مجلة أكتا بيوماتيريليا . 67 : 307-318 . doi : 10.1016/j.actbio.2017.11.052 . ISSN 1742-7061 . PMC 5794621. PMID 29225149 .