كيراتين الشعر

نظراً لدورها كمثبتات هيكلية في الخلايا الظهارية، حظيت خيوط الكيراتين باهتمام كبير في مجالات علم الأحياء، وعلم الأجنة، وعلم الأمراض، والأمراض الجلدية. ولا تقتصر هذه الوظيفة الهيكلية الخلوية الأساسية على مستوى الخلية الواحدة، بل تمتد لتشمل ما هو أبعد. عادةً ما تندمج خيوط الكيراتين في الجسيمات الرابطة (انظر الشكل 1ب، د) والجسيمات الرابطة النصفية، مما يساهم ليس فقط في استقرار الخلايا، بل أيضاً في ارتباطها بالغشاء القاعدي والنسيج الضام داخل الظهارة. ^{[ 4 ]} في الظهارات غير الطبقية (البسيطة) للأعضاء الداخلية التي تتعرض لأقل قدر من الإجهاد الميكانيكي، لا تشكل سوى أنواع قليلة من الكيراتين خيوطاً متفرقة داخل السيتوبلازم. ومع ذلك، يشارك عدد أكبر من أنواع الكيراتين في الإطار الهيكلي الخلوي للخيوط المتوسطة في الظهارات الحرشفية، والذي يبرز بشكل أكبر في الظهارات الطبقية المتقرنة، مثل البشرة التي تغطي سطح الجسم الخارجي. هنا، تكون الكيراتينات وفيرة ومتراصة بكثافة، لتشكل خيوطًا توترية. ^{[ 4 ]}

لفتت القدرات المذهلة للكيراتين المستخلص من شعر الإنسان على التئام الجروح والتوافق الحيوي الممتاز له انتباه الباحثين مؤخرًا. ورغم أن بروتينات الكيراتين المُعاد تركيبها، المُنتجة بتقنية الحمض النووي المُعاد تركيبه، تتميز بنقاء أعلى مقارنةً بالكيراتين المُستخلص، إلا أن خصائصها في التئام الجروح ظلت غير واضحة. تم إنتاج نوعين من كيراتين الخلايا الشعرية المُعاد تركيبها - كيراتين الشعر البشري من النوع الأول 37 وكيراتين الشعر البشري من النوع الثاني 81 - باستخدام نظام تعبير بكتيري، ثم تم تشكيل جسيمات نانوية من الكيراتين المُعاد تركيبه (RKNPs) من خلال التشتيت بالموجات فوق الصوتية. ^{[ 5 ]} وقد تبين أن هذه الجسيمات النانوية عززت بشكل ملحوظ تكاثر الخلايا وهجرتها في المختبر. علاوة على ذلك، عند تطبيقها على الجروح الجلدية في الجسم الحي، ساهمت هذه الجسيمات في تحسين التئام الجروح، مما أدى إلى تعزيز التئام البشرة، وتكوين الأوعية الدموية، وترسيب الكولاجين، وإعادة بناء الأنسجة. والأهم من ذلك، أن اختبارات التوافق الحيوي في الجسم الحي لم تُظهر أي علامات على سمية جهازية. تتمتع جسيمات RKNPs بإمكانات واعدة كنهج متطور لتعزيز التئام الجروح، وتقترح آفاقاً جديدة لتطوير المواد الحيوية القائمة على الكيراتين. ^{[ 5 ]}

أُجريت دراسات فعالية الإرقاء في الجسم الحي باستخدام نماذج الفئران المصابة بثقب الكبد وإصابة الشريان الفخذي. في كلا النموذجين،  استُخدم الكيراتين K37 وK81 (10 ملغ) لتغطية مناطق الجرح. في نموذج ثقب الكبد، انخفض زمن النزف بشكل ملحوظ مع الكيراتين K37 المُعاد تركيبه (حوالي 38 ثانية) وK81 (حوالي 40 ثانية) مقارنةً بالمادة الحاملة وحدها (حوالي 170 ثانية، p < 0.01)، مع انخفاض ملحوظ في إجمالي فقدان الدم (p < 0.01). ^{[ 6 ]} علاوة على ذلك، في نموذج إصابة الشريان الفخذي، قللت بروتينات الكيراتين المُعاد تركيبها زمن النزف بشكل ملحوظ مقارنةً بمجموعة التحكم (حوالي 50 ثانية مقابل 270 ثانية). والجدير بالذكر أن الكيراتين K37 وK81 أظهرا تأثيرات إرقاء أقوى من الكيراتينات المُستخلصة (حوالي 80 ثانية) في علاج إصابة كبد الفئران. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت بروتينات الكيراتين المُعاد تركيبها قدرةً فائقةً على تعزيز تكوين جلطة الفيبرين في موضع الإصابة، مما أدى إلى وقف النزيف بفعالية. ونتيجةً لذلك، تُوفر كيراتينات الشعر البشري المُعاد تركيبها إمكانية تطوير منتجات جديدة لوقف النزيف تعتمد على المواد الحيوية الكيراتينية. ^{[ 6 ]}

يشكل الكيراتين عائلة جينية كبيرة متعددة تُعرف باسم السيتوكيراتينات. وتُعبر هذه السيتوكيراتينات بشكلٍ متفاوت عبر أنواع مختلفة من الأنسجة الظهارية، وقد دُرست على نطاق واسع كعلامات لسرطان الثدي. تُصنف إلى نوعين: السيتوكيراتينات الحمضية من النوع الأول، والسيتوكيراتينات القاعدية إلى المتعادلة من النوع الثاني. ^{[ 9 ]} تتكون شبكة الخيوط المتوسطة من خلال اقتران كميات متساوية من السيتوكيراتينات من النوع الأول والنوع الثاني. في حين أن كيراتينات الشعر، مثل KRT81، شائعة في التراكيب الكيراتينية الصلبة كالشعر والأظافر، يُعتقد أنها تعمل كبروتينات هيكلية خاصة بهذه الأعضاء دون وجود تعبير عنها في أماكن أخرى، كالغدة الثديية.

يُعدّ KRT81، وهو كيراتين الشعر من النوع الثاني، بروتينًا رئيسيًا للشعر يُعبَّر عنه في قشرة الشعرة. على الرغم من ارتباطه عادةً ببنية الشعر، فقد لوحظ وجود KRT81 في خط خلايا سرطان الثدي البشري SKBR3 وفي العقد اللمفاوية النقيلية لسرطانات الثدي، ولكن ليس في خلايا الثدي الظهارية الطبيعية. علاوة على ذلك، وُجد أن KRT81 المُعبَّر عنه هو شكل متغاير مُقتطع من الطرف 5′ (ΔHb1)، حيث لا يُعبَّر عن البروتين كامل الطول. ^{[ 9 ]} مع ذلك، لا تزال الوظيفة الدقيقة لهذا الشكل المُقتطع في خلايا سرطان الثدي غير واضحة.

كشف تحليل لطخة ويسترن عن وجود بروتين KRT81 الكامل بوزن 55 كيلو دالتون في العديد من سلالات خلايا سرطان الثدي البشري (MCF7، SKBR3، MDA-MB-231)، وخلايا ظهارية طبيعية للثدي البشري (HMEC)، وخلايا غير سرطانية (MCF10A). ^{[ 9 ]}  أكد تفاعل البوليميراز المتسلسل للنسخ العكسي وجود بروتين KRT81 كامل الطول، بما في ذلك منطقته 5'، في خلايا الثدي. حددت الفحوصات المناعية النسيجية والمناعية الفلورية موقع KRT81 داخل السيتوبلازم. بالإضافة إلى ذلك، في خلايا MDA-MB231 المُثبَّطة لـ KRT81، أظهر التصوير الزيموغرافي انخفاضًا في نشاط MMP9، بينما أظهرت فحوصات الخدش والغزو انخفاضًا في قدرات هجرة الخلايا وغزوها. ^{[ 9 ]} يُمثل هذا أول دليل على التعبير الكامل عن KRT81 في كل من خلايا ظهارة الثدي الطبيعية وخلايا سرطان الثدي. علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن KRT81 يلعب دورًا في هجرة خلايا سرطان الثدي وغزوها.