Коллаген-гибридизирующий пептид

CHP Гибридизирующий коллаген пептид ( , ) представляет собой синтетическую пептидную последовательность, обычно содержащую от 6 до 10 повторяющихся единиц триплета аминокислот Gly-Xaa-Yaa которая имитирует характерную последовательность природных коллагенов . [ 1 ] [ 2 ] Пептид CHP обычно обладает высоким содержанием пролина и гидроксипролина коллагена в положениях Xaa и Yaa, что придает ему сильную склонность к образованию уникальной конформации тройной спирали . [ 1 ] [ 3 ] В одноцепочечном (мономерном) состоянии пептид может распознавать денатурированные нити коллагена в тканях, образуя гибридизованную тройную спираль с нитями коллагена. [ 2 ] Это происходит посредством сборки тройной спиральной цепи и межцепочечных водородных связей, аналогично связыванию праймеров с расплавленными ДНК нитями во время ПЦР . [ 4 ] Связывание не зависит от конкретной последовательности или эпитопа коллагена, что позволяет CHP воздействовать на денатурированные цепи коллагена разных типов. [ 5 ] [ 6 ]
Коллаген, CHP, CMP и CLP
[ редактировать ]
Коллаген является основным компонентом внеклеточного матрикса (ECM). [ 7 ] Суперсемейство коллагена состоит из 28 различных типов коллагена. [ 7 ] Хотя функции и иерархическая структура этих коллагенов могут различаться, все они имеют общую определяющую структурную особенность, известную как тройная спираль. [ 1 ] где три левые спирали полипролина II-типа (PPII) собираются, образуя правосторонний сверхспиральный спиральный мотив. [ 1 ] [ 8 ] Короткие синтетические пептиды, известные как пептиды-миметики коллагена (CMP) или коллагеноподобные пептиды (CLP), сыграли важную роль в выяснении трехмерной структуры тройной спирали коллагена , кинетики ее сворачивания и термической стабильности в качестве небольших трехспиральных моделей. [ 3 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] CMP, CLP и CHP очень похожи с точки зрения их аминокислотных последовательностей, но только когда CMP или CLP нагреваются выше температуры плавления, они существуют в диссоциированном одноцепочечном состоянии и могут рассматриваться как CHP. [ 2 ]
Механизм привязки
[ редактировать ]Одноцепочечные CHP связываются с денатурированными цепями коллагена и желатином способом, который уникален по сравнению с другими механизмами нацеливания, поскольку они специфически распознают уникальный структурный мотив ( тройную спираль коллагена ) для сворачивания и сборки цепи, в отличие от связывания специфических эпитопов, которое для моноклональных антител (мАт). наблюдается , например, [ 12 ] Благодаря своему уникальному механизму нацеливания CHP обладают высокой специфичностью связывания с денатурированными цепями коллагена, но практически не имеют сродства к интактному (тройному спиральному) коллагену. [ 13 ] CHP могут широко воздействовать на цепи коллагена, которые были денатурированы термическим, [ 13 ] химическая, [ 14 ] механический, [ 15 ] или ферментативные процессы, [ 13 ] а также несколько типов коллагена (например, Col I , II , IV ). [ 5 ] [ 6 ] Исследования также показали, что ГКП и их флуорофорные конъюгаты обладают превосходной стабильностью при контакте с сывороткой. [ 16 ]
Денатурированный коллаген как биомаркер ремоделирования и повреждения тканей
[ редактировать ]
Контролируемый обмен коллагена имеет решающее значение для эмбрионального развития, морфогенеза органов, а также поддержания и восстановления тканей. [ 17 ] Однако изменения гомеостаза коллагена связаны с многочисленными заболеваниями и патологическими состояниями. Чрезмерная деградация коллагена может быть связана с метастазами рака , старением кожи , артритом и остеопорозом . [ 17 ] CHP могут воздействовать на ткани, подвергающиеся ремоделированию, благодаря их способности связываться с деградировавшими и развернутыми нитями коллагена посредством образования тройной спирали. В качестве нацеливающего фрагмента CHP обладают большим потенциалом в гистопатологии , диагностике и доставке лекарств для широкого спектра заболеваний.
Большинство методов оценки денатурации коллагена при болезненных состояниях являются косвенными, например, определение активности матриксной металлопротеиназы (ММП) или количественное определение фрагментов пептида коллагена в моче, сыворотке или синовиальной жидкости . [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Используя традиционные методы прямого воздействия на коллаген, исследователи вынуждены полагаться на пептиды, связывающие коллаген, выбранные с помощью фагового дисплея . [ 21 ] полученные из белков, связывающих коллаген, [ 22 ] или антитела, выработанные против коллагенов. К сожалению, эти соединения не могут воздействовать на денатурированные коллагены, которые не структурированы и не имеют определенного трехмерного эпитопа. Кроме того, антитела, которые, как сообщается, различают определенные фрагменты деградированного коллагена, могут распознавать только один или несколько типов коллагена. [ 2 ] [ 23 ] Напротив, CHP в принципе могут связываться со всеми типами денатурированных коллагенов. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Приложения
[ редактировать ]Окрашивание тканей
[ редактировать ]
CHP, меченные флуорофором или биотином, используются в качестве красителя для обнаружения деградации и денатурации коллагена с помощью иммунофлуоресценции и иммуногистохимии . [ 5 ] CHP могут окрашивать замороженные срезы тканей , срезы, фиксированные формалином и залитые парафином (FFPE), [ 5 ] а также свежие ткани. [ 14 ] [ 15 ] Метод CHP применим к образцам тканей различных видов и ряда заболеваний, таких как инфаркт миокарда , артрит , нефрит и фиброз . [ 5 ]
Визуализация in vivo
[ редактировать ]CHP также можно пометить флуорофорами ближнего инфракрасного диапазона для in vivo . флуоресцентной визуализации [ 13 ] [ 24 ]
Идентификация коллагена
[ редактировать ]CHP можно использовать для визуализации множества различных типов коллагеновых полос в SDS-PAGE . гелях [ 6 ] Коллаген денатурируют путем нагревания в присутствии ДСН перед загрузкой геля. Коллагеновые полосы визуализируются посредством гибридизации CHP-коллагена, когда гели окрашиваются флуоресцентно-меченными CHP. [ 6 ]
Обнаружение механических повреждений соединительной ткани
[ редактировать ]Коллаген обеспечивает механическую прочность несущих нагрузку тканей организма, таких как сухожилия, связки и кости. Когда к этим тканям прикладывают силы, тройная спираль коллагена может быть повреждена и раскрутиться, а CHP позволяют обнаруживать механические повреждения на молекулярном уровне в таких соединительных тканях. [ 15 ] [ 25 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Плечи, Мэтью Д.; Рейнс, Рональд Т. (2009). «Структура и стабильность коллагена» . Ежегодный обзор биохимии . 78 : 929–958. doi : 10.1146/annurev.biochem.77.032207.120833 . ISSN 1545-4509 . ПМЦ 2846778 . ПМИД 19344236 .
- ^ Jump up to: а б с д Вахьюди, Хендра; Рейнольдс, Аманда А.; Ли, Ян; Оуэн, Шон С.; Ю, С. Майкл (октябрь 2016 г.). «Нацеливание на коллаген для диагностической визуализации и терапевтической доставки» . Журнал контролируемого выпуска . 240 : 323–331. дои : 10.1016/j.jconrel.2016.01.007 . ПМЦ 4936964 . ПМИД 26773768 .
- ^ Jump up to: а б Персиков А.В.; Рамшоу, Дж.А.; Киркпатрик, А.; Бродский, Б. (05.12.2000). «Склонность аминокислот к тройной спирали коллагена». Биохимия . 39 (48): 14960–14967. дои : 10.1021/bi001560d . ISSN 0006-2960 . ПМИД 11101312 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Ян; Ю, С. Майкл (декабрь 2013 г.). «Нацеливание и имитация коллагена посредством сборки тройного спирального пептида» . Современное мнение в области химической биологии . 17 (6): 968–975. дои : 10.1016/j.cbpa.2013.10.018 . ISSN 1879-0402 . ПМЦ 3863647 . ПМИД 24210894 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Хван, Чонмин; Хуан, Юфэн; Беруэлл, Тимоти Дж.; Петерсон, Норман К.; Коннор, Джейн; Вайс, Стивен Дж.; Ю, С. Майкл; Ли, Ян (24 октября 2017 г.). «Визуализация ремоделирования тканей in situ с помощью пептидов, гибридизующих коллаген» . АСУ Нано . 11 (10): 9825–9835. дои : 10.1021/acsnano.7b03150 . ISSN 1936-0851 . ПМЦ 5656977 . ПМИД 28877431 .
- ^ Jump up to: а б с д и Ли, Ян; Хо, Дэниел; Мэн, Хуан; Чан, Таня Р.; Ан, Бо; Ю, Генри; Бродский, Варвара; Джун, Альберт С.; Майкл Ю, С. (16 января 2013 г.). «Прямое обнаружение коллагеновых белков с помощью флуоресцентно меченных пептидов-миметиков коллагена» . Биоконъюгатная химия . 24 (1): 9–16. дои : 10.1021/bc3005842 . ISSN 1043-1802 . ПМЦ 3586774 . ПМИД 23253177 .
- ^ Jump up to: а б Бирк, Дэвид Э.; Брукнер, Питер (12 апреля 2005 г.), «Коллагеновые супраструктуры», «Темы современной химии» , Springer Berlin Heidelberg, стр. 185–205, doi : 10.1007/b103823 , ISBN 9783540232728
- ^ Энгель, Юрген; Бэхингер, Ганс Петер (12 апреля 2005 г.), «Структура, стабильность и сворачивание тройной спирали коллагена», « Темы современной химии» , Springer Berlin Heidelberg, стр. 7–33, doi : 10.1007/b103818 , ISBN 9783540232728
- ^ Будко, Сергей; Фрэнк, Сабина; Каммерер, Ричард А.; Штетефельд, Йорг; Шультесс, Тереза; Ландвер, Рут; Люстиг, Ариэль; Бэхингер, Ганс Петер; Энгель, Юрген (март 2002 г.). «Зарождение и распространение тройной спирали коллагена в одноцепочечных и тримеризованных пептидах: переход от кинетики третьего к первому порядку». Журнал молекулярной биологии . 317 (3): 459–470. дои : 10.1006/jmbi.2002.5439 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 11922677 .
- ^ Бэхингер, Ганс Петер; Моррис, Николас П.; Дэвис, Дженис М. (15 января 1993 г.). «Термическая стабильность и сворачивание тройной спирали коллагена и влияние мутаций при несовершенном остеогенезе на тройную спираль коллагена I типа». Американский журнал медицинской генетики . 45 (2): 152–162. дои : 10.1002/ajmg.1320450204 . ISSN 0148-7299 . PMID 8456797 .
- ^ Холмгрен, Стивен К.; Тейлор, Кимберли М.; Бретшер, Линн Э.; Рейнс, Рональд Т. (апрель 1998 г.). «Расшифрован код стабильности коллагена». Природа . 392 (6677): 666–667. дои : 10.1038/33573 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 9565027 . S2CID 4425523 .
- ^ Сюй, Цзинсун; Родригес, Дороти; Ким, Дженни Дж.; Брукс, Питер К. (октябрь 2000 г.). «Получение моноклональных антител к скрытым участкам коллагена с помощью субтрактивной иммунизации». Гибридома . 19 (5): 375–385. дои : 10.1089/02724570050198893 . ISSN 0272-457X . ПМИД 11128027 .
- ^ Jump up to: а б с д Ли, Ю.; Фосс, Калифорния; Саммерфилд, Д.Д.; Дойл, Джей-Джей; Торок, СМ; Дитц, ХК; Помпер, М.Г.; Ю, С.М. (27 августа 2012 г.). «Нацеливание на нити коллагена посредством фототриггерной гибридизации тройной спирали» . Труды Национальной академии наук . 109 (37): 14767–14772. дои : 10.1073/pnas.1209721109 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 3443117 . ПМИД 22927373 .
- ^ Jump up to: а б Хван, Чонмин; Сан, Бой Хоа; Тернер, Нил Дж.; Уайт, Лиза Дж.; Фолк, Денвер М.; Бадилак, Стивен Ф.; Ли, Ян; Ю, С. Майкл (апрель 2017 г.). «Молекулярная оценка денатурации коллагена в децеллюляризированных тканях с использованием пептида, гибридизующего коллаген» . Акта Биоматериалы . 53 : 268–278. doi : 10.1016/j.actbio.2017.01.079 . ISSN 1742-7061 . ПМК 5462463 . ПМИД 28161576 .
- ^ Jump up to: а б с Вайс, Джеффри А.; Ю, С. Майкл; Бюлер, Маркус Дж.; Риз, Шон П.; Депалль, Батист; Сан, Бой Хоа; Цинь, Чжао; Ли, Ян; Зитней, Джаред Л. (22 марта 2017 г.). «Обнаружение молекулярного уровня и локализация механических повреждений в коллагене с помощью пептидов, гибридизующих коллаген» . Природные коммуникации . 8 : 14913. дои : 10.1038/ncomms14913 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 5364439 . ПМИД 28327610 .
- ^ Беннинк, Лукас Л.; Смит, Дэниел Дж.; Фосс, Кэтрин А.; Помпер, Мартин Г.; Ли, Ян; Ю, С. Майкл (08 мая 2017 г.). «Высокая стабильность в сыворотке коллаген-гибридизирующих пептидов и их флуорофорных конъюгатов» . Молекулярная фармацевтика . 14 (6): 1906–1915. doi : 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00009 . ISSN 1543-8384 . ПМК 8063002 . ПМИД 28445649 .
- ^ Jump up to: а б Боннан, Кэролайн; Чоу, Джонатан; Верб, Зена (декабрь 2014 г.). «Ремоделирование внеклеточного матрикса в развитии и заболеваниях» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 15 (12): 786–801. дои : 10.1038/nrm3904 . ISSN 1471-0072 . ПМК 4316204 . ПМИД 25415508 .
- ^ Немировский О.В.; Дафилд, ДР; Саньер, Т.; Аггарвал, П.; Уэлш, диджей; Мэтьюз, WR (февраль 2007 г.). «Открытие и разработка биомаркера неоэпитопа коллагена типа II (TIINE) активности матриксных металлопротеиназ: от in vitro к in vivo». Аналитическая биохимия . 361 (1): 93–101. дои : 10.1016/j.ab.2006.10.034 . ПМИД 17187753 .
- ^ Гарвикан, Элейн Р.; Воан-Томас, Энн; Иннес, Джон Ф.; Клегг, Питер Д. (июль 2010 г.). «Биомаркеры обновления хряща. Часть 1: Маркеры деградации и синтеза коллагена». Ветеринарный журнал . 185 (1): 36–42. дои : 10.1016/j.tvjl.2010.04.011 . ПМИД 20488735 .
- ^ Руссо, Жан-Шарль; Дельмас, Пьер Д. (июнь 2007 г.). «Биологические маркеры остеоартрита». Природная клиническая практика Ревматология . 3 (6): 346–356. дои : 10.1038/ncprheum0508 . ISSN 1745-8382 . ПМИД 17538566 . S2CID 13168927 .
- ^ Хелмс, Бретт А.; Ройлен, Санне, Вашингтон; Я возьму это, Себастьян; Грааф-Хёвельманс, Пегги ТМ де; Меркс, Мартен; Мейер, EW (26 августа 2009 г.). «Нацеливание на коллаген на основе высокоаффинных пептидов с использованием синтетических имитаторов фага: от фагового дисплея к дендримерному дисплею». Журнал Американского химического общества . 131 (33): 11683–11685. дои : 10.1021/ja902285m . ISSN 0002-7863 . ПМИД 19642697 .
- ^ Лян, Хуэй; Ли, Чен, Бин; Чжао, Яннан, Шен, Хэ; Чжан, Дай, Цзяньу (июль 2015 г.). Фрагмент антитела для таргетной терапии рака». Journal of Controlled Release . 209 : 101–109. doi : 10.1016/j.jconrel.2015.04.029 . PMID 25916496 .
- ^ Фреймарк, Брюс; Кларк, Дерек; Перназетти, Флавия; Никель, Джефф; Мышка, Дэвид; Бойерле, Патрик А.; Ван Эппс, Деннис (июль 2007 г.). «Нацеливание гуманизированного антитела D93 на участки ангиогенеза и роста опухоли путем связывания с несколькими эпитопами денатурированных коллагенов». Молекулярная иммунология . 44 (15): 3741–3750. дои : 10.1016/j.molimm.2007.03.027 . ПМИД 17507095 .
- ^ Беннинк, Лукас Л.; Ли, Ян; Ким, Бумджин; Шин, Ик Джэ; Сан, Бой Хоа; Зангари, Маурицио; Юн, Донхун; Ю, С.Майкл (ноябрь 2018 г.). «Визуализация протеолиза коллагена путем гибридизации пептидов: от 3D-культуры клеток к визуализации in vivo» . Биоматериалы . 183 : 67–76. doi : 10.1016/j.bimaterials.2018.08.039 . ПМИД 30149231 .
- ^ Конверс, Мэтью I.; Вальтер, Раймонд Г.; Ингрэм, Джастин Т.; Ли, Ян; Ю, С. Майкл; Монсон, Кеннет Л. (01 февраля 2018 г.). «Обнаружение и характеристика повреждений коллагена на молекулярном уровне в перерастянутых мозговых артериях» . Акта Биоматериалы . 67 : 307–318. дои : 10.1016/j.actbio.2017.11.052 . ISSN 1742-7061 . ПМЦ 5794621 . ПМИД 29225149 .