Кератин для волос

Кератин для волос — это тип кератина, который содержится в волосах и ногтях .

Функция

возникший из эмбрионального эпидермиса, Волосяной фолликул, превращается в одну из самых сложных структур человеческого организма, состоящую из 7–8 отдельных участков ткани. ^[1] В основании волосяного фолликула находится луковица, в которой расположены дермальные фибробласты, известные как дермальный сосочек , играющие решающую роль в морфогенезе и циклической активности волосяного фолликула. Эти клетки окружает матриксная клеточная область, пролиферативный отдел волосяного фолликула, ответственный за формирование различных компартментов фолликула (кроме ORS) и выработку важнейших структурных элементов волос - волосяных кератинов и связанных с ними белков, известных как KAP. ^[1]

Кератин — это важнейший волокнистый белок, обнаруженный у животных, образующий прочные структуры, такие как волосы, перья, ногти и рога. Он классифицируется в зависимости от происхождения ткани и содержания серы: мягкие кератины содержат меньше серы, тогда как твердые кератины, обнаруженные в волосах и когтях, содержат больше серы, создавая более прочную структуру. ^[2] Кератины принадлежат к двум типам — кислому типу I и нейтрально-основному типу II, которые далее подразделяются на тип I а и b и тип II а и b. Начальным шагом в формировании кератина является выравнивание полипептидов кератина типа I и типа II для создания гетеродимера, который затем агрегируется в структурные единицы более высокого порядка. ^[2] Подобно другим белкам-субъединицам промежуточных филаментов , существует преобладающая вторичная структура: хорошо сохранившийся центральный альфа-спиральный домен, состоящий из четырех спиральных сегментов вместе с неспиральными концевыми доменами, которые различаются по последовательностям и длине [14]. . Недавние результаты показывают, что взаимодействие между кислыми и основными мягкими кератинами начинается с создания гетеродимера. Этот гетеродимер включает кислый и основной мономерный кератин. Два из этих гетеродимеров затем объединяются, образуя тетрамер, который впоследствии полимеризуется, что приводит к образованию окончательной нитевидной структуры размером 10 нанометров. ^[3]

Стабильность

Благодаря своей роли структурных стабилизаторов в эпителиальных клетках кератиновые нити вызвали значительный интерес в биологии, эмбриологии, патологии и дерматологии. Эта фундаментальная функция цитоскелета выходит за рамки отдельных клеточных уровней. Обычно кератиновые нити интегрируются в десмосомы (см. рис. 1б, г) и гемидесмосомы, способствуя не только межклеточной стабильности, но и прикреплению к базальной мембране и соединительной ткани внутри конкретного эпителия. ^[4] В нестратифицированном (простом) эпителии внутренних органов, испытывающих минимальную механическую нагрузку, лишь несколько типов кератина образуют в цитоплазме редко распределенные нити. Однако более значительное количество типов кератина участвует в цитоскелетном каркасе промежуточных нитей плоского эпителия, который становится более заметным в ороговевших многослойных эпителиях, таких как эпидермис, покрывающий внешнюю поверхность тела. Здесь кератины обильны и плотно упакованы, образуя тонофиламенты. ^[4]

Заживление ран

В последнее время внимание было привлечено к замечательным способностям заживления ран и превосходной биосовместимости кератина, полученного из человеческих волос. Хотя рекомбинантные кератиновые белки, полученные с помощью технологии рекомбинантной ДНК, обладают более высокой чистотой по сравнению с экстрагированным кератином, их ранозаживляющие свойства остаются неясными. Два рекомбинантных трихоцитарных кератина — кератин волос I типа человека 37 и кератин волос типа II человека 81 — были экспрессированы с использованием бактериальной системы экспрессии и впоследствии образовали наночастицы рекомбинантного кератина (RKNP) посредством ультразвукового диспергирования. ^[5] В лабораторных условиях было обнаружено, что РКНП значительно усиливают пролиферацию и миграцию клеток. Более того, при нанесении на кожные раны in vivo RKNP способствовали улучшению заживления ран, что приводило к усилению эпителизации, васкуляризации, отложению коллагена и ремоделированию. Важно отметить, что тесты на биосовместимость in vivo не выявили признаков системной токсичности. РКНП имеют потенциал как многообещающий подход к ускорению заживления ран и открывают новые возможности для разработки биоматериалов на основе кератина. ^[5]

Уменьшение кровотечения

Исследования эффективности гемостаза in vivo проводились с использованием крысиных моделей пункции печени и повреждения бедренной артерии. В обеих моделях для покрытия раневых участков применялись К37 и К81 (10 мг). В модели пункции печени время кровотечения значительно сократилось при использовании рекомбинантных K37 (приблизительно 38 с) и K81 (приблизительно 40 с) по сравнению с использованием только носителя (приблизительно 170 с, p < 0,01), при этом заметно снизилась общая кровопотеря (p < 0,01). .01). ^[6] Кроме того, в модели повреждения бедренной артерии рекомбинантные кератиновые белки значительно сокращали время кровотечения по сравнению с контрольной группой (приблизительно 50 с против 270 с). Примечательно, что K37 и K81 продемонстрировали более сильные гемостатические эффекты, чем экстрагированные кератины (приблизительно 80 с), при лечении повреждений печени у крыс. Кроме того, рекомбинантные кератиновые белки продемонстрировали надежную способность способствовать образованию сгустка фибрина в месте повреждения, эффективно останавливая кровотечение. Следовательно, рекомбинантные кератины человеческих волос открывают потенциал для разработки новых гемостатических продуктов на основе кератиновых биоматериалов. ^[6]

Типы

Кератин для волос бывает двух типов:

кислотный кератин для волос I типа
базовый кератин для волос II типа

Связанные белки

Стержень волоса в основном состоит из волосяных кератинов и связанных с ними белков (KRTAP). KRTAP являются продуктами различных семейств генов, возникающими в результате событий дупликации генов в их эволюционной истории. Эти гены обычно небольшие и содержат один экзон длиной менее 1000 пар оснований. За последнее десятилетие у млекопитающих, включая человека, было идентифицировано множество генов KRTAP. Их подразделяют на три группы в зависимости от аминокислотного состава: с высоким содержанием серы (с <30 мол.% цистеина), со сверхвысоким содержанием серы (>30 мол.% цистеина) и с высоким содержанием глицина/тирозина. ^[7] Кератины волос образуют промежуточные нити (KIF) внутри трихоцитов, специализированных клеток, которые способствуют образованию волос. По мере продвижения этих клеток вверх по коре головного мозга KIF агрегируются, окруженные пространством, называемым матрицей. KRTAP, также известные как KAP, являются важной частью этой матрицы между KIF. Предполагается, что KRTAP играют роль в создании перекрестной сети с KIF, способствуя созданию жесткого стержня волоса. ^[7]

Экспрессия генов

Во время роста волос, когда клетки луковицы фолликула быстро трансформируются в кератиноциты коры или кутикулы волоса, примерно 50-100 генов кератина активируются на уровне транскрипции. ^[8] Однако этот сложный процесс можно упростить, используя несколько хорошо сохранившихся семейств генов. В кортикальных кератиноцитах очевидны различные закономерности экспрессии генов кератина, что указывает на наличие различных иерархических процессов транскрипции среди различных типов клеток. Исследование промоторных областей кератинового гена выявило консервативные мотивы последовательности, которые могут управлять этими специфичными для клеток признаками. ^[8] Более того, благодаря выделению родственных генов кератина кутикулы овцы и человека были обнаружены консервативные мотивы ДНК и закономерности экспрессии во время дифференцировки клеток кутикулы. Кроме того, экспрессия генов IF фолликула овечьей шерсти и генов кератина с высоким содержанием серы у трансгенных мышей позволяет предположить, что регуляторные элементы ДНК и белки, связанные с генами кератина волос, поддерживают функциональную консервативность у всех видов млекопитающих. ^[8]

Клиническое значение

Рак молочной железы

Кератин представляет собой большое мультигенное семейство, известное как цитокератины. Эти цитокератины по-разному экспрессируются в различных типах эпителия и широко изучаются в качестве маркеров рака молочной железы. Они подразделяются на цитокератины кислого типа I и цитокератины от основного до нейтрального типа II. ^[9] Сеть промежуточных филаментов образована необходимым спариванием равных количеств кератинов типа I и типа II. Хотя кератины волос, такие как KRT81, типичны для твердоороговевших структур, таких как волосы и ногти, считается, что они служат структурными белками, специфичными для этих органов и не экспрессируются в других местах, например, в молочной железе.

KRT81, кератин волос типа II, является основным белком волос, экспрессируемым в коре головного мозга волос. Интересно, что, несмотря на то, что экспрессия KRT81 обычно связана со структурами волос, она наблюдалась в клеточной линии рака молочной железы человека SKBR3 и метастатических лимфатических узлах карциномы молочной железы, но не в нормальных эпителиальных клетках молочной железы. Более того, было обнаружено, что экспрессируемый KRT81 представляет собой 5'-усеченную изоформу (ΔHb1), при этом полноразмерный белок не экспрессируется. ^[9] Однако точная функция этой усеченной формы в клетках рака молочной железы остается неясной.

Вестерн-блот-анализ выявил присутствие полного KRT81 массой 55 кДа в различных клеточных линиях рака молочной железы человека (MCF7, SKBR3, MDA-MB-231), нормальных эпителиальных клетках молочной железы человека (HMEC) и неопухолевых клетках (MCF10A). ^[9] Полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией подтвердила экспрессию полноразмерного KRT81, охватывающего его 5'-область, в клетках молочной железы. Иммуногистохимические и иммунофлуоресцентные исследования выявили KRT81 в цитоплазме. Кроме того, в клетках MDA-MB231 с нокдауном KRT81 зимография продемонстрировала снижение активности MMP9, тогда как анализы царапин и инвазии продемонстрировали снижение способности клеток к миграции и инвазии. ^[9] Это представляет собой первое свидетельство полной экспрессии KRT81 как в нормальных эпителиальных клетках молочной железы, так и в клетках рака молочной железы. Кроме того, результаты показывают, что KRT81 играет роль в миграции и инвазии клеток рака молочной железы.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Роджерс М.А., Лангбейн Л., Прецель-Вундер С., Винтер Х., Швейцер Дж. (январь 2006 г.). «Кератин-ассоциированные белки человеческих волос (КАП)» . Международный обзор цитологии . 251 . Академическая пресса: 209–263. дои : 10.1016/S0074-7696(06)51006-X . ISBN 9780123646552 . ПМИД 16939781 . Проверено 28 ноября 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Крус К.Ф., Азоя Н.Г., Матама Т., Кавако-Пауло А. (август 2017 г.). «Пептидно-белковые взаимодействия в кератинах волос человека». Международный журнал биологических макромолекул . 101 : 805–814. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2017.03.052 . hdl : 1822/56408 . ПМИД 28315768 .
^ Ю Дж, Ю Д.В., Чекла Д.М., Фридберг И.М., Бертолино А.П. (июль 1993 г.). «Кератин человеческих волос». Журнал исследовательской дерматологии . 101 (1 доп.): 56С–59С. дои : 10.1111/1523-1747.ep12362635 . ПМИД 7686952 .
^ Jump up to: ^а ^б Молл Р., Диво М., Лангбейн Л. (июнь 2008 г.). «Кератин человека: биология и патология» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (6): 705–733. дои : 10.1007/s00418-008-0435-6 . ПМК 2386534 . ПМИД 18461349 .
^ Jump up to: ^а ^б Гао Ф, Ли В, Дэн Дж, Кан Дж, Го Т, Ван Б, Хао С (май 2019 г.). «Рекомбинантные наночастицы кератина человеческих волос ускоряют заживление кожных ран». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 11 (20): 18681–18690. дои : 10.1021/acsami.9b01725 . ПМИД 31038908 . S2CID 141367865 .
^ Jump up to: ^а ^б Го Т, Ли В, Ван Дж, Луо Т, Лу Д, Ван Б, Хао С (2018). «Рекомбинантные кератиновые белки человеческих волос для остановки кровотечений» . Искусственные клетки, наномедицина и биотехнология . 46 (суп2): 456–461. дои : 10.1080/21691401.2018.1459633 . ПМИД 29621887 . S2CID 4620386 .
^ Jump up to: ^а ^б Фудзикава Х., Фудзимото А., Фарук М., Ито М., Симомура Ю. (июль 2012 г.). «Характеристика семейства генов кератин-ассоциированного белка 2 (KRTAP2) человеческих волос» . Журнал исследовательской дерматологии . 132 (7): 1806–1813. дои : 10.1038/jid.2012.73 . ПМИД 22495175 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Пауэлл BC, Нески А., Роджерс Дж.Е. (декабрь 1991 г.). «Регуляция экспрессии генов кератина при дифференцировке волосяных фолликулов». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 642 : 1–20. дои : 10.1111/j.1749-6632.1991.tb24376.x . ПМИД 1725577 . S2CID 33504645 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Нанашима Н., Хори К., Ямада Т., Симидзу Т., Цучида С. (май 2017 г.). «Кератин волос KRT81 экспрессируется в нормальных клетках и клетках рака молочной железы и способствует их инвазивности» . Отчеты онкологии . 37 (5): 2964–2970. дои : 10.3892/или.2017.5564 . ПМИД 28405679 .

Внешние ссылки

Кератины + для волос в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
«Кератин для волос» . 31 мая 2006 года . Проверено 30 марта 2017 г.

[Rogers_2006-1] Jump up to: ^а ^б Роджерс М.А., Лангбейн Л., Прецель-Вундер С., Винтер Х., Швейцер Дж. (январь 2006 г.). «Кератин-ассоциированные белки человеческих волос (КАП)» . Международный обзор цитологии . 251 . Академическая пресса: 209–263. дои : 10.1016/S0074-7696(06)51006-X . ISBN 9780123646552 . ПМИД 16939781 . Проверено 28 ноября 2023 г.

[Cruz_2017-2] Jump up to: ^а ^б Крус К.Ф., Азоя Н.Г., Матама Т., Кавако-Пауло А. (август 2017 г.). «Пептидно-белковые взаимодействия в кератинах волос человека». Международный журнал биологических макромолекул . 101 : 805–814. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2017.03.052 . hdl : 1822/56408 . ПМИД 28315768 .

[3] Ю Дж, Ю Д.В., Чекла Д.М., Фридберг И.М., Бертолино А.П. (июль 1993 г.). «Кератин человеческих волос». Журнал исследовательской дерматологии . 101 (1 доп.): 56С–59С. дои : 10.1111/1523-1747.ep12362635 . ПМИД 7686952 .

[Moll_2008-4] Jump up to: ^а ^б Молл Р., Диво М., Лангбейн Л. (июнь 2008 г.). «Кератин человека: биология и патология» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (6): 705–733. дои : 10.1007/s00418-008-0435-6 . ПМК 2386534 . ПМИД 18461349 .

[Gao_2019-5] Jump up to: ^а ^б Гао Ф, Ли В, Дэн Дж, Кан Дж, Го Т, Ван Б, Хао С (май 2019 г.). «Рекомбинантные наночастицы кератина человеческих волос ускоряют заживление кожных ран». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 11 (20): 18681–18690. дои : 10.1021/acsami.9b01725 . ПМИД 31038908 . S2CID 141367865 .

[Guo_2018-6] Jump up to: ^а ^б Го Т, Ли В, Ван Дж, Луо Т, Лу Д, Ван Б, Хао С (2018). «Рекомбинантные кератиновые белки человеческих волос для остановки кровотечений» . Искусственные клетки, наномедицина и биотехнология . 46 (суп2): 456–461. дои : 10.1080/21691401.2018.1459633 . ПМИД 29621887 . S2CID 4620386 .

[Fujikawa_2012-7] Jump up to: ^а ^б Фудзикава Х., Фудзимото А., Фарук М., Ито М., Симомура Ю. (июль 2012 г.). «Характеристика семейства генов кератин-ассоциированного белка 2 (KRTAP2) человеческих волос» . Журнал исследовательской дерматологии . 132 (7): 1806–1813. дои : 10.1038/jid.2012.73 . ПМИД 22495175 .

[Powell_1991-8] Jump up to: ^а ^б ^с Пауэлл BC, Нески А., Роджерс Дж.Е. (декабрь 1991 г.). «Регуляция экспрессии генов кератина при дифференцировке волосяных фолликулов». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 642 : 1–20. дои : 10.1111/j.1749-6632.1991.tb24376.x . ПМИД 1725577 . S2CID 33504645 .

[Nanashima_2017-9] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Нанашима Н., Хори К., Ямада Т., Симидзу Т., Цучида С. (май 2017 г.). «Кератин волос KRT81 экспрессируется в нормальных клетках и клетках рака молочной железы и способствует их инвазивности» . Отчеты онкологии . 37 (5): 2964–2970. дои : 10.3892/или.2017.5564 . ПМИД 28405679 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]