Кіріспе

Homo sapiens-те кездесетін сүтқоректілердің ақуызы. Остеопонтин (OPN), сондай-ақ сүйек/сиалпротеин I (BSP 1 немесе BNSP), Т лимфоциттерінің ерте белсендірілуі (ETA 1), секрецияланатын фосфопротеин 1 (SPP1), 2ar және Рикеттсияға төзімділік (Ric) деп те аталады. Бұл ақуыз адамдарда SPP1 генімен (секрецияланатын фосфопротеин 1) кодталған. Егезкүштердегі гомологы – Spp1. Остеопонтин – SIBLING (гликопротеин) тобына жатады және алғаш рет 1986 жылы остеобластарда анықталды. «Остео» префиксі ақуыздың сүйекте экспрессияланатынын көрсетеді, бірақ ол басқа тіндерде де кездеседі. «Понтин» қосымшасы «көпір» деген мағына беретін латын тіліндегі «pons» сөзінен алынған, бұл остеопонтиннің байланыстырушы белок ретіндегі қызметін көрсетеді. Остеопонтин – жасушадан тыс құрылымдық ақуыз, сондықтан сүйектің органикалық құрамының бір бөлігі. Ген 7 экзоннан тұрады, ұзындығы 5 килобазаға жетеді және адамдарда 4-ші хромосоманың ұзын қолдағы 22-ші аймағында (4q1322.1) орналасқан. Ақуыз шамамен 300 аминқышқылынан тұрады және оған шамамен 30 көмірсу қалдықтары қосылған, оның ішінде 10 сиали қышқылы қалдықтары бар. Бұл қалдықтар Гольджи аппаратында посттрансляциялық модификация кезінде ақуызға қосылады. Ақуыз қышқыл қалдықтарына бай: 30-36% құрамы аспартик немесе глутамин қышқылынан тұрады.

Құрылымы

OPN - өте теріс зарядталған, күшті фосфорилирленген клеткадан тыс матрицалық белок, ішкі ретсіз белок ретінде кең ауқымды екінші құрылымы жоқ. OPN гені 7 экзоннан тұрады, олардың 6-сы кодтау тізбегін қамтиды. Бірінші екі экзон 5' трансляцияланбаған аймақты (5' UTR) құрайды. 2, 3, 4, 5, 6 және 7 экзондар сәйкесінше 17, 13, 27, 14, 108 және 134 аминқышқылына кодтайды.

Изоформалар

Толық ұзындығы OPN (OPN FL) тромбинмен кесу арқылы өзгертілуі мүмкін, бұл OPN R деп аталатын белоктың кесілген түрінде SVVYGLR деген жасырын тізбекті ашады (1-сурет). Бұл тромбинмен кесілген OPN (OPN R) α4β1, α9β1 және α9β4 интегралды рецепторларының эпитопын ашады. Бұл интегралды рецепторлар мастоциттер, нейтрофилдер және T жасушалары сияқты көптеген иммундық жасушаларда кездеседі. Сондай-ақ, моноциттер мен макрофагтарда да экспрессияланады. Осы рецепторларға байланысқаннан кейін жасушалар бірнеше сигналдық жолдарды қолданып, осы жасушаларда иммундық жауаптарды тудырады. OPN R карбоксипептидаза B (CPB) арқылы C терминалды аргинин қалдығын алып тастау нәтижесінде одан әрі кесіліп, OPN L-ге айналады. OPN L-дің функциясы көбінесе белгісіз. OPN-нің ішкі жасушалық түрі (iOPN) көші-қон, бірігу және қозғалыс сияқты көптеген жасушалық процестерге қатысады. Ішкі жасушалық OPN, жасуша сыртындағы изоформаны жасау үшін қолданылатын бірдей мРН түріндегі баламалы трансляциялық бастапқы нүктесін пайдалану арқылы өндіріледі. Бұл баламалы трансляциялық бастапқы нүктесі N терминалды эндоплазмалық ретикулумға бағытталған сигналдық тізбегінен төмен орналасқан, бұл OPN-нің цитоплазмалық трансляциясына мүмкіндік береді. Әртүрлі адам қатерлі ісіктері, соның ішінде сүт безі қатерлі ісігі, OPN-нің майлау түрлерін экспрессиялайды. Қатерлі ісікке тән майлау түрлері: остеопонтин a, остеопонтин b және остеопонтин c. Остеопонтин b-де 5-экзон жоқ, ал остеопонтин c-де 4-экзон жоқ. Остеопонтин синтезі кальцитриолмен (1,25 дигидрокси витамин D3) стимуляцияланады.

Реттеу

Остеопонтин генінің экспрессиясын реттеу толыққанды түсінілмеген. Әртүрлі жасуша түрлері OPN генін реттеу механизмдері бойынша өзгеше болуы мүмкін. OPN экспрессиясы сүйекте негізінен остеобластар мен остеоциттер (сүйекті құрастырушы жасушалар), сондай-ақ остеокластар (сүйекті қайта сіңіретін жасушалар) арқылы жүзеге асырылады. Runx2 (Cbfa1 деп те аталады) және osterix (Osx) транскрипциялық факторлары OPN экспрессиясы үшін қажет, сондай-ақ Col1α1, Bsp және Opn сияқты остеобласттарға тән гендердің промоторларымен байланысып, транскрипцияны күшейтеді. Гипокальциемия және гипофосфатемия (бүйрек проксимальды түтікшелерінің жасушаларын кальцитриол (1α,25 дигидроксивитамин D3) өндіруге ынталандыратын жағдайлар) OPN транскрипциясының, трансляциясының және секрециясының жоғарылауына алып келеді. Бұл OPN генінің промоторындағы жоғары ерекшелікке ие D витаминінің жауап беру элементінің (VDRE) болуымен байланысты. Остеопонтин (OPN) экспрессиясы Schistosoma mansoni жұмыртқа антигенімен модуляцияланады. Schistosoma mansoni жұмыртқа антигендері тікелей профиброгендік молекула остеопонтин (OPN) экспрессиясын ынталандырады, ал жүйелік OPN деңгейлері аурудың ауырлығымен күшті корреляцияда болады, бұл оның потенциалды ауру биомаркері ретінде қолданылуын ұсынады. Praziquantel қолданудың жүйелік OPN деңгейлеріне және созылмалы егежейлі шистосомоз кезінде бауыр коллагенінің жинақталуына тигізетін әсерін зерттеу Praziquantel емдеуі жүйелік OPN деңгейлерін және бауыр коллагенінің жинақталуын айтарлықтай төмендеткенін көрсетті, бұл OPN PZQ тиімділігін және фиброздың регрессиясын бақылау үшін сенімді құрал болатынын көрсетеді. OPN экспрессиясының стимуляциясы жасушалардың қабынуға ықпал ететін цитокиндерге, жіті қабынудың классикалық медиаторларына (мысалы, ісік некроз факторы α [TNFα], интерлейкин 1β [IL 1β]), ангиотензин II, трансформациялық өсу факторы β (TGFβ) және паратиреоидтық гормонға (PTH) әсер етуі кезінде де байқалады, бірақ осы реттеу жолдарының толыққанды механизмі әлі белгісіз. Гипергликемия және гипоксия да OPN экспрессиясын арттыратыны белгілі.

Апоптоз

ОПН көптеген жағдайларда маңызды антиапоптотикалық фактор болып табылады. ОПН зиянды әсерге ұшыраған макрофагтардың, Т-жасушаларының, фибробластардың және эндотелий жасушаларының белсендіру арқылы болатын жасуша өлімін тоқтатады. ОПН қабынулы колитте бағдарламаланбаған жасуша өлімінің алдын алады.

Биоминерализация

OPN секрецияланатын қышқылды ақуыздар (SIBLINGs, Small Integrin Binding LIgand N Glycosylated proteins) отбасына жатады, олардың мүшелерінде Asp және Glu сияқты теріс зарядталған аминқышқылдарының көп мөлшері кездеседі. OPN-де сондай-ақ, серин қалдықтарының фосфоссеринге айналуына себеп болатын трансляциялық фосфорилирлеуге арналған консенсус тізбектердің саны көп, бұл қосымша теріс зарядты қамтамасыз етеді. OPN-де жоғары теріс зарядталған тізбектік бөліктер анықталды және олар полиАсп мотиві (полиаспарт қышқылы) және ASARM мотиві (қышқыл серин және аспартатқа бай мотив) деп аталды, соңғысында бірнеше фосфорилирлеу орындары бар. OPN-нің жалпы теріс заряды, оның ерекше қышқылдық мотивтері және OPN-нің ашық және икемді құрылымдарға ие болуы, түрлі биоминералдардағы кристалл беттеріндегі кальций атомдарымен берік байланысуға мүмкіндік береді. OPN-нің кальцийге негізделген биоминералдардың әртүрлі түрлеріне – мысалы, сүйектер мен тістердегі кальций фосфат минералына, ішкі құлақтағы отокониядағы кальций карбонат минералына және құс жұмыртқа қабықшаларындағы кальций оксалат минералына, бүйрек тастарына – байланысуы минералдануды тежеуші ретінде әрекет етеді, минералдық алғыр фазаларды тұрақтандыру және кристалл беттеріне тікелей байланысу арқылы кристалл өсуін реттейді. OPN – бірқатар ферменттердің субстрат ақуызы, олардың әрекеттері OPN-нің минералдануды тежеу функциясын өзгерте алады. PHEX (фосфатты реттейтін эндопептидаза гомологы X-хромосомасына байланысты) – OPN-ні кеңінен ыдырататын ферменттердің бірі, ал оның инактивациялайтын гендік мутациялары (X-хромосомасына байланысты гипофосфатемияда, XLH) OPN-нің өңделуінің өзгеруіне алып келеді, нәтижесінде тежеуші OPN ыдырамайды және сүйек (және тіс) клеткадан тыс матрицасында жиналады, бұл XLH-қа тән остеомаляцияға (жұмсақ гипоминералданған сүйектер) және одонтомаляцияға (жұмсақ тістер) себеп болады. OPN патологиялық, эктопиялық кальцификация орындарында, мысалы, уролитиаз кезінде де жоғары реттеледі. Атап айтқанда, OPN остеокласттарды сүйектің бетіне бекітеді, онда оның минералды байланыстыру қасиеттері арқасында бекітіліп қалады, бұл оның RGD мотивін остеокласт интеграциясымен байланыстырып, жасушаның жабысуы мен қозғалуына мүмкіндік береді. Сүйектің органикалық бөлігі құрғақ салмақтың шамамен 20% құрайды және остеопонтиннен басқа, I типті коллаген, остеокальцин, остеонектин және сілтілік фосфатазаны қамтиды. I типті коллаген ақуыз массасының 90% құрайды. Сүйектің минералдық бөлігі – гидроксиапатит, Ca10(PO4)6(OH)2. Сүйектің жоғалуы остеопорозға алып келуі мүмкін, себебі диетамен жеткіліксіз кальций түскен жағдайда сүйек кальцийден тозады. OPN остеокласттардың сүйек резорбциясын бастау үшін олардың бүршіктелген жиектерін дамыту процесін бастауға көмектеседі. OPN RGD интегралин байланыстыру мотивін қамтиды.

Ұяшықты белсендіру

Белсенділенген Т-жасушалары IL 12 арқылы Th1 түріне дифференциациялануына көмектеседі, IL 12 және IFNγ сияқты цитокиндерді өндіреді. ОПН Th2 цитокині IL 10 өндірісін тежейді, бұл Th1 жауабын күшейтеді. ОПН жасушалық иммунитетке әсер етеді және Th1 цитокиніне тән функцияларды атқарады. Ол В-жасушаларының иммуноглобулин өндіруін және көбеюін күшейтеді.

Химотаксис

ОПН алкогольдік бауыр ауруында нейтрофилдердің тартуында маңызды рөл атқарады. ОПН нейтрофилдердің in vitro миграциясы үшін қажет. Сонымен қатар, OPN коллагендік артрит моделіндегі ревматоидты артриттегі артриттік буындарға қабыну жасушаларын тартады. 2008 жылы жүргізілген жаңа in vitro зерттеуі OPN-нің маст жасушаларының миграциясында рөл атқаратынын көрсетті. Бұл жерде OPN жоқ маст жасушалары өсірілді және олар осы жасушаларда хемотаксистің төмендегенін байқады. ОПН макрофагтардың хемотаксистік факторы ретінде де әрекет ететіні анықталды. Резус маймылдарында ОПН макрофагтардың мидағы жиналу орынынан кетуіне кедері келтіреді, бұл хемотаксистің жоғары деңгейін көрсетеді.

Иммундық жүйе

ОПН лейкоциттерде экспрессияланатын α4β1, α9β1 және α9β4 сияқты бірнеше интеграл рецепторларына байланысады. Бұл рецепторлардың осы жасушаларда жасушалардың жабысуы, қозғалуы және тірі қалуындағы рөлі жақсы белгілі. Остеопонтин (ОПН) макрофагтар, нейтрофильдер, дендриттік жасушалар, микроглия және Т және В жасушалары сияқты иммундық жасушалардың әртүрлі кинетикасымен экспрессияланады. OPN әр түрлі жолдармен иммундық модулятор ретінде әрекет етеді. Біріншіден, ол жасушаларды қабыну ошақтарына тартуға көмектесетін хемотактикалық қасиеттерге ие. Сонымен қатар, ол жасушалардың байланысуына және жараның жазылуына қатысатын адгезиялық ақуыз ретінде де жұмыс істейді. Бұдан өзге, OPN жасушалардың белсенділігін және цитокин өндірісін қамтамасыз етеді, сондай-ақ апоптозды реттеу арқылы жасушалардың тірі қалуын қолдайды. Бірақ басқа зерттеулер бұл нәтижені қайталай алмады. OPN аутоиммундық гепатит, аллергиялық тыныс жолдарының аурулары және қырсыққан склероз сияқты басқа аутоиммундық ауруларда да маңызды рөл атқарады.

Аллергия және астма

Соңғы уақытта остеопонтин аллергиялық қабыну және астмамен байланыстырылып келеді. Денсау адамдармен салыстырғанда, астмамен ауыратын науқастардың өкпе эпителий және субепителий жасушаларында Opn экспрессиясы айтарлықтай жоғарылайды. Аллергиялық тыныс жолдарының қабынуы бар егешқұйрықтардың өкпелерінде де Opn экспрессиясы жоғары реттеледі. Бұдан бөлек, жақында адамдардағы астмада OPN экспрессиясының жоғары реттелгені, тіндердің қайта құрылу өзгерістерімен байланысты екені және оның субепителийлік экспрессиясының аурудың ауырлығына сәйкес келетіні көрсетілді. Сонымен қатар, темекі шегетін астмамен ауыратын адамдардың қақырық сұйықтығында, сондай-ақ темекі шегетін контролдік топтар мен астмамен ауыратын адамдардың бронхоальвеолярлық шаю сұйықтығында (BALF) және бронх тіндерінде OPN деңгейінің жоғарылағаны хабарланды.

Колит

ОПН ішек қабыну ауруларында (ІҚБ) жоғары реттеледі. ОПН экспрессиясы ішек иммундық және иммундық емес жасушаларында, Крон ауруы (КВ) және ойық ішек ауруы (ОК) бар пациенттердің плазмасында, сондай-ақ эксперименттік колитпен ауыратын тышқанның ішегінде және плазмасында жоғары реттеледі. Плазмадағы Opn деңгейінің жоғарылауы КВ қабынуының ауырлығына байланысты, ал Opn генінің кейбір (Spp1) гаплотипі КВ сезімталдығын өзгертеді. ОПН сонымен қатар ТНБС және декстран сульфат натрий (DSS) колитісі кезінде қабынуға ықпал етеді, бұл IBD үшін тышқан үлгілері болып табылады. Opn мидың мезентериялық лимфа түйіндерінен (MLN) алынған дендриттік жасушалардың (DC) ерекше кіші жиынтығында жоғары экспрессияланатын және іріңді қабыну кезінде қабынуға ықпал ететіні анықталды. Дендриттік жасушалар ішек қабынуы бар адамдарда және эксперименттік колитпен ауыратын тышқандарда ішек қабынуының дамуы үшін маңызды. Бұл қабыну MLN DC субжиынының экспрессиясы олардың патогендік әрекеті үшін маңызды. ОПН өкпе, сүт безі, колоректальді қатерлі ісіктер, асқазан қатерлі ісігі, жұмыртқа безі қатерлі ісігі, папиллярлық қалқанша безінің карциномы, меланома және плевралық мезотелиома сияқты әртүрлі қатерлі ісіктерде артық экспрессияланады; ОПН гломерулонефрит пен тубулоинтерстициалдық нефритке де әсер етеді; және ОПН артериялардағы атероматтық плакаларда кездеседі. Осылайша, плазмадағы OPN деңгейін басқару аутоиммундық ауруларды, қатерлі ісік метастаздарын, остеопорозды және кейбір стресс түрлерін емдеуде пайдалы болуы мүмкін. Ол PDAC-тің үш шплицтік түрінің бірі ретінде, остеопонтин a барлық PDAC-тің ішінде, остеопонтин b экспрессиясы тіршілікке байланысты, ал остеопонтин c метастаздық аурумен байланысты. PDAC остеопонтиннің альтернативті шплицтелген түрлерін бөліп шығарады, сондықтан ол ісікті және аурудың нақты кезеңін мақсат ету мүмкіндігі бар. PDAC-те остеопонтиннің нақты сигнализациясы белгісіз болса да, ол CD44 және интегралдарға байланыстырып, ісіктің прогрессиясы мен комплементтің тежелуін бастайды. Остеопонтин сондай-ақ тамыр эндотелийлік өсу факторының (VEGF) және матрицалық металлопротеазаның (MMP) босауын қозғай отырып, метастаздарды тудырады, бұл остеопотинді құлату арқылы тежеледі. Бұл процесті никотин де ынталандырады, бұл темекі шегушілердің ПК қаупінің жоғарылауын түсіндіретін механизм болып табылады. Остеопонтинді ПК-ның маркері ретінде зерттеу жүргізілуде. Ол CA19.9-дан IPMN [80] және панкреатиттен резекцияланатын PDAC-ті ажыратуда жақсы жұмыс істейтіні анықталды. Остеопонтин шектен тыс із пайда болуына да себепші болып табылады және оның әсерін тежейтін гель әзірленді. Pfizer, Inc. компаниясы остеопотонның ингибиторы ретінде әзірлеген AOM1 антиостеопотонды моноклоналды антиденелік дәрілік заты NSCLC миы модельдеріндегі ірі метастаздық ісіктердің прогрессиясының алдын алуда үміттендірді. Opn метастаздарды алға жылжытып, қатерлі ісік биомаркері ретінде қолданыла алса да, соңғы зерттеулер оның ісік дамуы кезінде туа біткен жасушалар популяциясында жаңа қорғаныс функцияларын сипаттады. Әсіресе, иммундық функциясы оңтайлы табиғи өлтіруші (NK) жасушалар қорын сақтау қатерлі ісіктің пайда болуына қарсы қорғаныс үшін өте маңызды. PNAS журналында жарияланған зерттеуде iOpn функциялық NK жасушаларының кеңейуін қамтамасыз ететін маңызды молекулалық компонент екені айтылған. IOPN-нің болмауы нормальды NK жасушалық қуаттылығын сақтаудың сәтсіздігіне және цитокин IL 15-ті ынталандырудан кейін жасушалық өлімнің артуына әкеледі. ОПН жетіспейтін NK жасушалары иммундық жауаптың жиырылу фазасын сәтті өткізе алмайды, нәтижесінде ұзақ өмір сүретін NK жасушаларының кеңейуі бұзылады және ісікті жасушаларға деген жауаптар бұзылады. Сонымен қатар, плазмоцитоидты дендриттік жасушалар (pDC) меланомадан қорғайды, ал бұл әсер І типті IFN арқылы жүзеге асады. JCB-де жүргізілген зерттеуде Opn ақуызының белгілі бір фрагменті (SLAYGLR) pDC-ларды меланоманың дамуынан қорғау үшін қолайлырақ ете алатыны көрсетілді. Бұл MyD88 тәуелсіз жаңа α4 интегралы/ IFN β осьін белсендіре отырып, PI3K/ mTOR/ IRF3 жолы арқылы жүзеге асырылды.

Жүрек жетіспеушілігі

Остеопонтиннің экспрессиясы қалыпты жағдайда минималды болады, бірақ жүрек функциясы нашарлағанда тез жинақталады. Атап айтқанда, ол миокард инфарктісіне жауап ретінде жүректің қайта құрылуында орталық рөл атқарады және гипертрофиялық (ГКМ) және кеңейген кардиомиопатияда (ДКМ) күрт жоғарылайды.

Паркинсон ауруы

ОПН оксидативтік және нитрозативтік стресс, апоптоз, митохондриялық дисфункция және экзитотоксикалықта рөл атқарады, бұл факторлар Паркинсон ауруының патогенезіне де қатысты. Паркинсон ауруымен ауырған науқастардың қан сарысуы мен цереброспиналдық сұйықтығында (ЦСС) ОПН концентрациясы зерттелді, нәтижесінде Паркинсон ауруымен ауырған науқастардың дене сұйықтығында ОПН деңгейінің жоғары екені анықталды.

Бұлшықет аурулары мен жарақаттары

Остеопонтин скелет бұлшық еттерінің ауруларында, мысалы, Дюшеннің бұлшықет дистрофиясында, бірнеше рөл атқаратынын көрсететін деректер жинақталуда. Остеопонтин дистрофиялық және зақымдалған бұлшық еттердің қабыну ортасының құрамдас бөлігі ретінде сипатталған, сондай-ақ, егде жастағы дистрофиялық егеуқұйрықтардың диафрагма бұлшық еттерінің талшықтануын күшейтетіні көрсетілген. Жақында жүргізілген зерттеу остеопонтин Дюшеннің бұлшықет дистрофиясымен ауыратын науқастарда аурудың ауырлығын анықтайтын фактор екенін анықтады. Аталған зерттеуде остеопонтин генінің промоторындағы мутация, остеопонтин экспрессиясының төмен деңгейіне себеп болатыны белгілі болды, және бұл мутация Дюшеннің бұлшықет дистрофиясымен ауыратын науқастарда жүру қабілетінің жоғалу жасын және бұлшықет күшін төмендетумен байланысты екендігі анықталды.

Бүйрек остеоартриті

Идиопатиялық жамбас остеоартритімен ауыратын науқастарда плазмадағы OPN деңгейінің артуы байқалды. Бұдан әрі, OPN плазмасы деңгейі мен аурудың қыршыны арасындағы байланыс анықталды.

Ұрықтандырылған жұмыртқаны имплантациялау

ОПН имплантация кезінде эндометрий жасушаларында экспрессияланады. Жұмыртқалықтардың прогестерон өндіруінің нәтижесінде ОПН бұл процеске көмектесу үшін күрт жоғары реттеледі. Эндометрий децидуализацияға ұшырауы керек – бұл эндометрийдің имплантацияға дайындық үшін өзгерістерге түсуі, нәтижесінде эмбрионның бекінуіне әкеледі. Эндометрийде эмбрионның бекінуі үшін қажетті ортаны жасауға дифференциацияланатын стромальды жасушалар орналасқан (децидуализация). ОПН – стромальды жасушалардың көбеюі мен дифференциациясы үшін өте маңызды белок, сондай-ақ ол αvβ3 рецепторына байланысып, жабысуға көмектеседі. ОПН және децидуализация бірлесіп, ерте эмбрионның сәтті имплантациялануына жағдай жасайды. ОПН генін жою ана-бала интерфейсінде бекінудің тұрақсыздығына алып келеді.