Кіріспе
Анатомиялық дамуға қатысты ақуыздар отбасысы. Фибробласт өсу факторлары (FGF) – макрофагтар өндіретін жасушалық сигнал беруші ақуыздар отбасысы; олар көптеген процестерге қатысады, ең бастысы – жануарлар жасушаларының қалыпты дамуы үшін өте маңызды элементтер. Олардың жұмысындағы кез келген бұзылыс даму ақауларына алып келеді. Бұл өсу факторлары көбінесе жасушалық сыртқы ортадан шыққан жүйелік немесе жергілікті қан айналымындағы молекулалар ретінде әрекет етеді, олар жасуша беткейлік рецепторларын белсендіреді. FGF-тің ерекше қасиеті – олар гепаринмен және гепаран сульфатымен байланысады. Сондықтан, кейбіреулері гепаран сульфат протеогликандары бар тіндердің жасушадан тыс матрицасында жинақталады және жарақат алғанда немесе тіндерді жаңарту кезінде жергілікті түрде босатылады.
Fibroblast growth factors (FGF) are a family of cell signalling proteins produced by macrophages; they are involved in a wide variety of processes, most notably as crucial elements for normal development in animal cells. Any irregularities in their function lead to a range of developmental defects. These growth factors typically act as systemic or locally circulating molecules of extracellular origin that activate cell surface receptors. A defining property of FGFs is that they bind to heparin and to heparan sulfate. Thus, some are sequestered in the extracellular matrix of tissues that contains heparan sulfate proteoglycans and are released locally upon injury or tissue remodeling.
Қабылдағыштар
Сүтқоректілердің фибробласттық өсу факторы рецепторлары отбасы 4 мүшеден тұрады: FGFR1, FGFR2, FGFR3 және FGFR4. FGFR-лар үш клеткадан тыс иммуноглобулиндік доменнен (D1-D3), бір трансмембраналық доменнен және клеткаішілік бөлінген тирозинкиназа доменінен құралған. FGF-тар D2 және D3 домендерімен өзара әрекеттеседі, ал D3 доменінің өзара әрекеттесуі лигандты байланыстырудың ерекшелігі үшін жауапты (төменде қараңыз). Гепаран сульфатымен байланысу D3 домені арқылы жүзеге асады. D1 және D2 домендері арасындағы қышқыл аминоқышқылдардың қысқа бөлігі автоингибиторлық функцияларды атқарады. Бұл "қышқыл қорап" мотиві гепаран сульфатымен байланысу орнымен өзара әрекеттесіп, FGF-тардың болмауында рецепторлардың белсендірілуін тоқтатады. Балама мРНЖ жұптасуы FGFR1, 2 және 3-тің "b" және "c" варианттарын тудырады. Осы механизм арқылы жасуша бетінде жеті түрлі FGFR сигналдау субтиптері экспрессиялана алады. Әр FGFR FGF-тардың белгілі бір жиынтығына байланысады. Сол сияқты, көптеген FGF-тар бірнеше түрлі FGFR субтиптеріне байланыса алады. FGF1 кейде "әмбебап лиганд" деп аталады, өйткені ол барлық 7 түрлі FGFR-ді белсендіре алады. Керісінше, FGF7 (кератиноциттердің өсу факторы, KGF) тек FGFR2b (KGFR) ғана байланысады. Жасуша бетіндегі сигналдық кешен екі бірдей FGF лигандтары, екі бірдей FGFR суббірлігі және бір немесе екі гепаран сульфат тізбегі арасында құрылған үштік кешен деп есептеледі.
Тарих
Митогендік өсу факторының белсенділігі 1973 жылы Армелин гипофиз экстракттарында табылған, ал 1974 жылы Gospodarowicz баяндағандай, бұл зерттеушілер сиыр миының экстрактынан ақуыздарды оқшаулауды сипаттаған, нәтижесінде фибробласттардың көбеюіне себеп болатын биологиялық сынақта "фибробласт өсу факторы" деген ат берілді. 1975 жылы олар қышқыл және негізгі pH қолданып, экстрактты одан әрі фракциялады және "қышқыл фибробласт өсу факторы" (FGF1) және "негізгі фибробласт өсу факторы" (FGF2) деп аталатын екі сәл ерекшеленетін форманы бөліп алды. Бұл ақуыздардың аминқышқылдық тізбектерінде жоғары дәрежеде гомология байқалды, бірақ олар ерекше ақуыздар екені анықталды. FGF1 және FGF2 оқшауланғаннан кейін көп ұзамай, зерттеушілердің басқа тобы гепаринмен байланысатын HBGF1 және HBGF2 өсу факторларын оқшаулады, ал үшінші топ қан тамырлары эндотелий жасушаларын қамтитын биологиялық сынақта жасушалардың көбеюін тудыратын ECGF1 және ECGF2 өсу факторларын оқшаулады. Бұл тәуелсіз түрде ашылған ақуыздардың барлығы бір молекулалар екені көрсетілді, атап айтқанда, FGF1, HBGF1 және ECGF1 Gospodarowicz және авторлар сипаттаған бірдей қышқыл фибробласт өсу факторы болды, ал FGF2, HBGF2 және ECGF2 бірдей негізгі фибробласт өсу факторы еді. "Промискуалық" термині биохимия және фармакологиядағы бір рецепторға әртүрлі молекулалардың байланысып, жауапты реакцияны тудыру қабілетін сипаттайды. FGF жағдайында, төрт рецептор субтипі жиырмадан астам түрлі FGF лигандтарымен белсендірілуі мүмкін. Осылайша, FGF-тің даму процестеріндегі функциялары мезодерма индукциясын, алдыңғы-артқы өрнектерді қалыптастыруды, ал жетілген тіндерде/жүйелерде ангиогенезді, кератиноциттердің ұйымдасуын және жараның жазылу процестерін қамтиды. FGF омыртқалылар мен омыртқасыздардың қалыпты дамуы үшін маңызды, ал олардың функцияларындағы кез келген бұзылыс даму ақауларына әкелуі мүмкін. Құстардың гаструляциясы кезінде гипобласттар бөліп шығаратын FGF Wnt сигналдық жолын ынталандырады, бұл примитивтік жолақ қалыптасу кезінде Коллер қырқалы жасушаларының дифференциалдық қозғалысына қатысады. Сол жақта – сол жақ қарыншаның алдыңғы қабырғасындағы жаңадан пайда болған қан тамырлары желісінің ангиографиясы. Оң жақта – ангиогендік әсерді сандық бағалау талдауы. Көптеген FGF жасушалармен секрецияланып, алыстағы нысаналарға әсер ете алатын болса, кейбір FGF тіндердің ішінде және тіпті жасушаның ішінде жергілікті әрекет етеді. Адамның FGF2 төмен (LMW) және жоғары (HMW) молекулалық салмақты изоформаларында кездеседі. LMW FGF2 негізінен цитоплазмалық және автокриндік түрде жұмыс істейді, ал HMW FGF2 ядролық және интракриндік механизм арқылы әрекет етеді. FGF1 және FGF2-нің маңызды функцияларының бірі – эндотелиялық жасушалардың көбеюін және оларды түтік тәрізді құрылымдарға физикалық ұйымдастыруын ынталандыру. Осылайша, олар ангиогенезді, яғни жаңа қан тамырларының алдын ала бар қан тамырларынан өсуін қамтамасыз етеді. FGF1 және FGF2 қан тамырлары эндотелийлік өсу факторынан (VEGF) немесе тромбоциттен туындаған өсу факторынан (PDGF) гөрі күшті ангиогендік факторлар болып табылады. Клиникалық эксперименттік зерттеулерде FGF1 жүректе ангиогенезді тудыратыны көрсетілді, ал FGF2 егешқұйрықтың миының жасанды гирификациясын тудыру үшін қолданылды. FGF отбасының тағы бір мүшесі – FGF8 ми қабығының функционалдық аймақтарының (Бродман аймақтары) мөлшері мен орналасуын реттейді. FGF-тар ересек миді сақтау үшін де маңызды. Осылайша, FGF-тар даму кезінде де, ересек жаста да нейрондық жасушалардың тірі қалуының маңызды факторы болып табылады. Мысалы, гиппокамптағы ересек нейрогенезі FGF2-ге үлкен мөлшерде байланысты. Сонымен қатар, FGF1 және FGF2 синаптық пластикалық реттеуге және білім мен есте сақтау процестеріне қатысы бар сияқты, кем дегенде гиппокампта. FGF23 сүйекте өндіріледі, бірақ FGFR1 экспрессиялайтын бүйрек жасушаларына әсер етіп, D витаминінің синтезін және фосфат гомеостазын реттейді.
Құрылымы
FGF1-дің кристалдық құрылымы анықталды және ол интерлейкин 1 бетамен байланысты екені анықталды. Екі топтың да 12 жіпшелі бета-жапсырмадан тұратын бета-трифоль бүгілуі бар, бета-жапсырмалар орталық осьтің айналасында 3 ұқсас бөлікшеге орналасқан, ал 6 жіпше антипараллель бета-цилиндр құрайды. Жалпы, бета-жапсырмалар жақсы сақталған және кристалдық құрылымдар осы бөліктерде бір-бірімен сәйкес келеді. Аралық тізбекшелер нашар сақталған, 6 және 7 бета-жіпшелер арасындағы тізбекше интерлейкин 1 бета-да сәл ұзынырақ.
Клиникалық қолдану
FGF сигнализация жүйесінің бұзылуы, FGF экспрессиясының жоғарылауымен байланысты әртүрлі аурулардың себебі болып табылады. FGF сигнализациясын тежегіштер клиникалық тиімділік көрсеткен. Кейбір FGF лигандтары (әсіресе FGF2) түрлі клиникалық жағдайларда тіндердің жаңаруын (мысалы, тері күйігі, егіздер және жаралар) жақсартатыны дәлелденді.