Кіріспе
Перлекан (PLC), сондай-ақ, базалық мембранаға тән гепаран сульфаты протеогликан ядролық белок (HSPG) немесе гепаран сульфаты протеогликан 2 (HSPG2) деп те аталады, адамдарда HSPG2 генімен кодталған белок. HSPG2 гені молекулалық салмағы 468 829 болатын 4391 аминқышқылынан тұратын ақуызды кодтайды. Бұл – белгілі ең үлкен ақуыздардың бірі. Перлекан атауы, оның айналмалы көлеңкеленген суреттерде "мұржа жіп" сияқты көрінуінен шыққан. Перлекан бастапқыда ісік жасушаларының желісінен бөлініп алынған және барлық табиғи базалық мембраналарда кездесетіні дәлелденген. Перлекан – үлкен көп доменді (бес домен, I-V деп белгіленген) белок. Перлекан қан тамырларының эндотелий және тегіс бұлшық жасушаларымен синтезделіп, парагозоандардың жасушадан тыс матрицасына жиналады. Перлекан түрлер арасында жоғары сақталған және қолда бар деректер оның ежелгі ата-бабалардан гендік дупликация және экзондық алмасу арқылы пайда болғанын көрсетеді. HS тізбектері ақуыздың дұрыс бүгілуі мен секрециясы үшін қажет болмаса да, HS жетіспеушілігі немесе сульфацияның төмендеуі перлеканның матрицалық ақуыздармен өзара әрекеттесу қабілетін төмендетуі мүмкін. HS тізбектерін жою матрицаның ұйымдасуына және эндотелий бөгетінің функциясына әсер етуі мүмкін. II домен, LDL рецепторының лигандты байланыстыру бөлігіне гомологты төрт қайталанудан тұрады, алты сақталған цистеин қалдықтары және LDL рецепторының лигандты байланыстыруын қамтамасыз ететін DGSDE пентапептиді бар. III домен ламининнің IVa және IVb домендерімен гомологияға ие. IV домен IG модульдерінің сериясынан тұрады. IV домендегі 3-иммуноглобулин (IG) тәрізді қайталану құрылымы "HSPG2" деп белгіленген суретте көрсетілген. Ламининнің ұзын қолының G доменіне гомологиясы бар C-терминалды V домені өзін-өзі құрастыруға жауапты және in vivo базалық мембрананың қалыптасуы үшін маңызды болуы мүмкін. V домен HS/CS тізбектері үшін байланыс орындарына да ие. Осылайша, перлекан ядролық ақуызы және HS тізбектері матрицаның құрастырылуын, жасушалардың көбеюін, липопротеиндермен байланысуын және жасушалардың жабысуын реттеуге қабілетті.
Функция
Перлекан - хрящтың клеткадан тыс матрицасының маңызды құрауышы және оның негізгі белгісінің III домені арқылы FGF 18-ге әсер етеді, сондай-ақ олардың FGF рецепторларына әсерін қамтамасыз етеді. Перлекан эндохондральды сүйектену кезінде FGF 2 және FGF 18-дің тоқтатылуына және/немесе жеткізілуіне қатысты маңызды рөл атқарады. Перлекан қан тамырларының клеткадан тыс матрицасының да маңызды құрауышы болып табылады, онда ол басқа матрицалық құрауыштармен өзара әрекеттеседі және эндотелиальды кедергі функциясын сақтауға көмектеседі. Перлекан тегіс бұлшық жасушаларының көбеюін күшті түрде тежейді, сондықтан тамырлардың гомеостазын сақтауға көмектеседі деп саналады. Перлекан өсу факторларының (мысалы, FGF2) активтілігін де арттырып, эндотелийдің өсуін және жаңаруын ынталандырады.
Гликозаминогликан тізбектерін өзгерту
C және N терминалды домендердегі гепаран сульфат тізбектерінің модификациялары перлеканның секрециялық жолындағы ең жақсы зерттелген айырмашылықтар болып табылады. Хондроитин сульфатын гепаран сульфатымен алмастыруға болады, сондай-ақ сульфат қосылуы немесе тізбектердің қант құрамы өзгеруі мүмкін. Гепаран сульфатының синтезіне қатысатын ферменттердің жоғалуы бірқатар ауруларға алып келеді. Гепаран сульфат тізбегінің дифференциалды модификациясы бірнеше реттеуші сигналдар арқылы жүзеге асуы мүмкін. Егеуқұйрықтың ұзын сүйектерінің өсу аймағындағы перлекан хондроциттердің тынығу аймағынан көбею аймағына өркендеуі кезінде гликозилдеудегі өзгерістерді көрсетеді. Бастапқыда перлеканның гликозаминогликан (GAG) тізбектерінің тек гепаран сульфатынан тұратыны есептелгенімен, бұл хондроциттер өндірген сиыр перлеканына қосылған хондроитин сульфаты GAG тізбектерін көрсеткен бұрынғы деректермен және қытай хамыршасының жұмыртқалық жасушаларында экспрессияланғанда рекомбинантты адам I доменді ақуызының гепаран және хондроитин сульфаты тізбектерімен гликозильденгенін көрсететін мәліметтермен сәйкес келеді. I және V домендерге гепаран сульфаты немесе хондроитин сульфаты тізбектерін басымдықпен қосу мезенхималық тіндердің шеміршекке, сүйекке немесе басқа да тіндерге дифференциациялануына әсер етуі мүмкін, бірақ гепаран сульфатынан хондроитин сульфатына ауысудың реттеу механизмі толыққанды түсініксіз. Протеогликан құрамының нефриттік пермеативтілікке тигізетін әсерін зерттеу кезінде, адам гломерулярлық эндотелиялық жасушаларын (HGEC) пуромицинмен емдеудің перлекан сияқты протеогликандардағы GAG тізбектерінің сульфация деңгейін өзгерткені анықталды, бұл өз кезегінде GAG тізбектерінің тұрақсыздығына әкеп соқты. Протеогликандардың негізгі ақуыздық мРНК деңгейлеріне әсер етілмеді, демек GAG тізбектерінің төмендеуі басқа фактордың салдарынан болды, ол GAG биосинтезінде маңызды рөл атқаратын сульфат трансфераза ферменттерінің экспрессиясының төмендеуі болып шықты. Гепаран сульфаты протеогликанының экспрессиясының жоғалуынан және гепаран сульфаты биосинтезіне қатысатын ферменттердің жоғалуынан туындайтын ауруларда белгілі бір ортақ белгілер болуы мүмкін.
Деградация
Жасушалар сигналдар мен стресске жауап ретінде өздерінің клеткадан тыс матрицасын және базалық мембраналарын өзгерте алады. Клеткалар қозғалуға немесе қоршаған ортасын өзгертуге себеп болғанда, нақты протеазалар клеткадан тыс ортадағы белоктарға әсер етеді. Катепсин S – цистеин протеазасы, ол FGF-оң жасушалардың перлекан-оң субстратқа байланысуын орташа деңгейде әлсіретеді. Катепсин S – базалық мембранадағы немесе стромадағы перлеканның негізгі белгісіне әсер ететін потенциалды протеаза. Перлеканның гепаран сульфат тізбектері ЭКМ-дегі өсу факторларын байланыстырады және рецепторларға байланысқанда ко-лигандтар немесе лигандты күшейтетін факторлар ретінде қызмет етеді. Басқа зерттеуде HS-мен байланысқан негізгі FGF-тің мәдениетте стромэлизинмен, I гепаритиназамен, егеуқұйрық коллагеназасымен және плазминмен емдеу арқылы босатылуы мүмкін екендігі көрсетілді, ал осы протеолиз орындары 1-суретте көрсетілген. Бұл перлеканның гепаран сульфат тізбектерінен өсу факторларын босатуға қатысатын протеазалардың толық емес тізімі деп ұсынылды. Whitelock және авторлар тромбиннің бөліну консенсустық тізбектері перлеканның негізгі белкесінде бар екенін болжады, сонымен қатар перлеканның кез келген тромбинмен белсендірілуі басқа ЭКМ компоненттерінің бөлінуінен туындайды деп санайды. Бұл мақалада гепараназа матрицадағы перлеканның гепаран сульфат тізбектерін бөледі делінген. Бұл гепаран сульфатына байланысқан өсу факторларын, әсіресе FGF 10-ды босатады. Гепараназаны базалық мембранадағы эпителий жасушаларының өсіріліміне қосу FGF 10-ның босатылуы арқасында эпителий жасушаларының көбеюіне әкелді. Мүйіз қабығының эпителийін пайдалана отырып, in vitro эксплант өсу моделінде Matrix Metalloproteinase (MMP) 2 экспрессиясы бастапқы базалық мембрананың ыдырауымен байланысты. Базалық мембрананың қайта құрылуы мәдениетте MMP 2-нің тұрақты экспрессиясына қарағанда MMP 9-дың бастапқы жоғарылауынан кейін төмендеуіне байланысты. Бұл MMP 2 және MMP 9 перлекан белгісін in vivo тікелей бөледі дегенді білдірмейді, бірақ ақуыздар базалық мембрананың жетілуіндегі кейбір факторларды анық реттейді. Металлопротеазалардың тағы бір тобы, Сүйек морфогенетикалық белок 1/Толloid сияқты отбасы, перлекан негізгі белгісінің C-терминалды эндорепелин доменін босатады. Ламининге ұқсас глобулярлы домен эндорепелиннің белсенді мотивін қамтиды және BMP 1 белоктарының мутантты және белсенді емес түрлерін экспресстейтін жасушалармен бөлінбейді. Бұған қоса, осы бөліну үшін қажетті маңызды қалдық Asp4197-ге орналасқан. Бұл протеолитикалық процесс ауруларда маңызды болуы мүмкін, өйткені тиісті фрагмент бүйрек жеткіліксіздігінің соңғы сатысымен азаптанушы пациенттердің зәрiнде және жүкті әйелдердің амниотикалық сұйықтығында мембрананың мерзімінен бұрын жарылуынан зардап шеккендерде табылды.
Даму кезеңіндегі көрініс
Гендік экспрессияның даму кезеңіндегі уақыты тінден тіңге өзгереді. Негізгі мембраналар көбінесе эпителийді стромадан және дәнекер тінінен бөлудің қозғаушы күші болып табылады. Перлеканның жүрек-қан тамырлары, жүйке және шеміршек дамуындағы маңызы ерекше. Имплантацияға дейінгі бластоцист дамуы – гендік реттеу және жасушааралық сигналдаманың бақыланатын тізбегі. Жасушадан тыс перлекан егеуқұйрық эмбрионының бластоцист сатысында байқалады, әсіресе эмбрион «жабысу қабілетіне» жеткен кезде жоғары реттеледі. Бұл нәтиже RT-ПТР және иммунобояу арқылы көрсетілген мРНК және ақуыз деңгейінде де расталды. Кейінгі эмбриональды даму имплантацияға дейінгі даму сияқты дәл реттеледі, бірақ барлық тіндердің дифференциациялануына байланысты күрделірек. Перлеканның эмбриональды даму кезіндегі экспрессиясын зерттеудің алғашқы нәтижесі бойынша, ақуыз алғаш рет жүрек-қан тамырлары жүйесінің дамуы кезінде экспрессияланады, ал кейіннен ағзаның көптеген тіндерінің жетілуімен, яғни эпителий қабаттарының эндотелий мен стромадан базалық мембраналардың бөлінуімен байланысты. Бұл ретте жүрек-қан тамырларының дамуы кезінде перлеканның С-терминалының эндорепеллин рөлімен қатар жүреді. Перлекан генінің даму кезіндегі транс-активациясындағы кеңістіктік-уақыттық ерекшелігі базалық мембраналардың жетілуіне және осылайша эпителийдің эндотелий мен стромадан толық ажырауына әсер етеді. Тауық эмбрионының дамуы кезінде перлекан экспрессиясын егжей-тегжейлі зерттеу перлеканның морула сатысында және дамудың қалған кезеңінде бар екенін көрсетті, бірақ кейбір тіндердің алдыңғы сатыларында экспрессия уақытша және дәл уақытпен болуы мүмкін. Ет эмбрионында перлекан экспрессиясы жасушалық тегіс бұлшық еттер клеткаларында (ЖТБЖ) ұрық дамуының 19-шы күнінен кейін артады. Бұл ЖТБЖ-нің 18-ші күні көбейіп кетуінің тоқтауымен және олардың фенотипіне өзгерістермен сәйкес келеді. Осы зерттеуде ұсынылған теория бойынша, перлекан белгілі бір даму нүктесіне жеткенде ЖТБЖ үшін антипролиферативтік рөл атқарады, мәдениеттегі конфлюенцияға тәуелді экспрессияға ұқсас. Бұл нәтижелер семіздіктің өкпе артериясы мен өкпе эпителийін зерттеуден алынған ұқсас нәтижелермен расталды. Бұл тіндер ұрықтың 19-шы күнінде жасушалар бөлінуін тоқтатқаннан кейін перлекан өндірісін бастайтыны анықталды. Жүйке жүйесінің дамуы мен аксондардың өсуі клеткадан тыс матрица молекулаларының сигналдарымен дәл басқарылады. Тышқанда иіс сезу нейриттерінің өсуі, кем дегенде, ішінара иіс сезу эпителий жасушалары (ИЭЖ) белгілеген ЭКМ арқылы басқарылады. Перлекан мен ламинин 1 осы бағыттау жолында маңызды болып көрінеді, бірақ перлеканның индукциясы ламининге қарағанда сәл кейінірек болады. Бұл деректер FGF1-ді иіс сезу қабілеті дамуы кезінде экспресс ететінін және перлекан FGF1-дің бар болуы кезінде мәдениетте иіс сезу нейриттерінің өсуін ынталандыра алатынын көрсететін бұрынғы деректермен расталады. Перлеканның жүйкеге жабысатын қасиеттері де бұрын жүргізілген зерттеуде байқалды, бұл оның ламининмен бірге тартымды әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді. Шеміршектер мен сүйектердің дамуы перлекан экспрессиясына байланысты екені дәлелденді. PNL генінің жоқтығы милардың тұрақты шеміршегін ұстай алмайтындығын көрсететін деректерді ескере отырып, перлекан шеміршек құрылымының жетілуіне және тұрақтылығына аса маңызды екені анық. Бұл зерттеу перлекан өндірісін төмендетудің C3H10T1/2 фибробластарындағы хондрогендік дифференциацияның соңғы сатыларын тежейтінін көрсетеді. Сүйектердің дамуы, яғни шеміршек тінінің минералдануы, перлекан мен гепаран сульфатының жоғалуымен байланысты. Гепаран сульфаты мен перлеканның мезенхималық түбірлі жасушаларды остеогендік жолға қалай бағыттағанын түсіну үшін, адам мезенхималық түбірлі жасушаларын культурада гепараназа және хондроитиназамен емделді. Бұл остеоциттер маркерлерінің минералдануын және экспрессиясын арттырды, бұл шеміршек-сүйек біріктіруінде (ШСБ) гепаран сульфатының жоғалуы остеогенездің негізгі факторы екенін көрсететін деректерді растайды. Гепараназа мен хондроитиназаның остеогенезді белсендіре түсуінің қозғаушы күші – гепаран сульфат тізбектерінде байланған сүйек морфогенетикалық ақуыздың босауы деп есептеледі.
Жануарлар үлгілері
Перлеканның эмбриональды зебра балықтарында перлекан транскриптіне бағытталған морфолиноларды қолдану арқылы перлеканды жоюға қол жеткізілді. Морфолинолар перлеканның сүйек және тамыр дамуындағы функциясын зерттеу барысында зебра балық эмбриондарындағы перлекан мРНК-ның трансляциясын тоқтату үшін қолданылды. Морфолино перлекан мРНК-ның 5’ аударылмаған аймағын нысаналайды, осылайша хабарламаның трансляциясын бұзады. Бұл балықтарда перлекан ақуызының жоғалтылуы ауыр миопатиялар мен қан айналымының бұзылуына әкелді. Кейінгі зерттеуде сол зертханада көрсетілгендей, бұл фенотип экзогенді VEGF A қосылуы арқылы қалпына келтірілуі мүмкін. Перлеканның сүтқоректілердің дамуындағы маңыздылығы перлекан генінің нокаут эксперименттері арқылы дәлелденген. Кейбір тышқандар туғаннан кейін қалыпты емес базалық мембрананың қалыптасуы, бас және ұзын сүйектердің дамуындағы ақаулар және ахондроплазия сияқты ауыр кемшіліктермен бірге өледі. Перлеканды жою стратегиясының бірі фибробласт өсу факторларының рецепторын нокауттауды қамтиды. Тағы бір тышқан нокаут моделінде перлекан гені гомологиялық рекомбинация арқылы өзгертілді, онда эндогенді перлекан генінің 2 және 5 кб гомологиялық қолдарымен қоршалған 3 экзоны жойылды, себебі I домендегі бір гепаран сульфатының байланыс орнынан басқа, V доменде де байланыс орны бар. Алайда, эксон 3 нокаутты тышқандардағы I және V домендеріндегі гепаран сульфатының қалған байланыс орындары FGF2 байланысына қол жетімді. Эксон 3 нокаутты тышқандарда эпидермальды жарақат немесе мүйіз қабығына FGF2 қосылғанда жараның жазылуы және ангиогенез қабілетінің төмендеуі байқалды, бұл гепаран сульфаты жоқ перлеканның өсу факторларын тұтқындауының төмендеуіне байланысты болуы мүмкін. Эпидермальды жарақат зерттеуінде эксон 3 теріс және бақылау тышқандарында эпидермистің барлық тереңдігін қамтитын жара жасалды, ал нокаут тышқандарында ангиогенез және жараның жазылу белгілері баяу дамыды. Ұқсас нәтиже мүйіз қабығының микроқалташа зерттеуінде де алынды, онда FGF2 тышқанның мүйіз қабығына имплантацияланды және қалыпты тышқандарда ангиогенездік әсер тудырды. Нокаут тышқандарында бұл ангиогенездік әсер әлсіреген, бірақ толыққанды жойылған жоқ. II типті коллаген промоторының бақылауымен толық ұзындығы бар перлекан конструкциясы перлекан трансгенді тышқанын жасау үшін қолданылды. II типті коллаген промоторы перлекан экспрессиясын тек хондроциттер жасаған клеткадан тыс матрицада ғана, бірақ эндотелиялық, эпителиялық немесе бұлшықет клеткалары жасаған базалық мембраналарда емес, қамтамасыз етті. Перлекансыз тышқанда перлекан трансгені өлімді жойып, ұзын сүйектердің өсуін қалыпқа келтірді. Бұл перлеканның шеміршек дамуында маңызды рөл атқаратынын көрсетеді. Алайда, перлекан трансгенді тышқандарда бұлшықет гипертрофиясы байқалды, бұл перлеканның бұлшықет дамуында, сондай-ақ шеміршек өсу табақшасы арқылы ұзын сүйектердің өсуінде де рөл атқаратынын көрсетеді. Гендік нокаутты тышқандар мен адам ауруларының зерттеулері перлеканның шеміршек дамуындағы және нейромыскулярлық қосылыс белсенділігіндегі маңызды in vivo рөлін көрсетті.
Сигнал беру жолдары және олардың сөз сөйлеуге әсері
Сигнал беру жолдары гендердің транскрипция деңгейін жоғарылату немесе төмендету үшін жұмыс істейді, бұл өз кезегінде жасушалардың гендік экспрессия профилін өзгертеді. Сигнал беру жолдарының соңғы әсері гендердің промоторларына танысады, ол транскрипциялық басталу орнының жоғары немесе төменгі ағысындағы элементтерді қамтуы мүмкін, соның ішінде транскрипцияланған геннің ішінде де кездесе алады. Трансформациялық өсу факторы Бета (TGF β), интерлейкин (IL) және тамыр эндотелийлік өсу факторы (VEGF) молекулаларының отбасылары сияқты бірқатар сигнал молекулалары перлекан экспрессиясының өзгеруіне әсер етеді.
Транскрипциялық белсендіру
Перлекан промоторының жоғары жағындағы 2,5 килобазасы әртүрлі гистологиялық текті жасуша желілерінде CAT белсендіру арқылы зерттелді. Бұл зерттеуде транскрипциялық басталу орнынан 285 негіз жұбы жоғарыда орналасқан промоторда TGF β-ға жауап беретін элемент бар екендігі анықталды. Бұл нәтиже адам ішегінің қатерлі ісігі жасушалары сияқты тіндерде, цитокиннің жасуша культурасы ортасына in vitro қосылуы арқылы расталды. TGF β1 сигнализациясының in vitro зерттеулері және оның перлекан экспрессиясына тигізетін әсері әртүрлі жасуша түрлерінде әртүрлі нәтижелер бере алады. Адамның коронарлық тегіс бұлшық жасушаларында TGF β1 сигнализациясы перлекан экспрессиясына әсер етпесе де, матрицаның басқа құраушыларын жоғарылатты. Перлеканның динамикалық реттелуін және оның жасушадан тыс сигнализация жолдарымен бақылануын in vivo жағдайында көрсету, ақуыздың дамудағы рөлін түсіну үшін маңызды. Осы мақсатта, шошқаның TGF β1-ін линзаға тән αA кристаллинінің IL 4 промоторымен экспрессиялейтін трансгенді тышқан желісі жасалды. Адамдың тіс еті фибробластарын IL 1 бетамен in vitro емдеу әртүрлі гепаран сульфат протеогликандарының, соның ішінде перлеканның өндірісін арттырды. Адамның өкпе фибробластарын in vitro жағдайында IL 1 бетамен емдеу перлекан өндірісінің айтарлықтай жоғарылауына әкелмеді. pln транскрипциясын күшейтетін тағы бір сигнализация жолы – VEGF жолы. Адам миының микроқан тамырларының эндотелий жасушаларын VEGF165-пен емдеу pln транскрипциясын күшейтеді. Бұл молекула VEGF рецепторы 2 (VGFR2) лиганды болып табылады және бұл VEGF165 жауабы перлеканды жоғарылатуға ерекше болып көрінеді, нәтижесінде эндотелийлік зақымдануға жауап ретінде фибробласт өсу факторы (FGF), FGF рецепторы (FGFR) және VEGFR2 қатысатын оң кері байланыс циклы пайда болады. VEGF165-тің микроқан тамырларын ерекше реттеуі, перлеканның антикоагулянтты функциясы ми эндотелийлеріндегі зақымдануды бақылау процесінің бір бөлігі болуы мүмкін деген гипотеза тудырады. Протеинкиназа С сигнализациясы кейбір протеогликандардың, соның ішінде перлеканның транскрипциясы мен трансляциясын жоғарылату үшін жауапты. HeLa жасушаларының эндоциттік жолы мутант динаминнің артық экспрессиясымен тежелгенде, протеинкиназа С белсендіріледі және перлеканның РНК және ақуызы артады. Керісінше, гипергликемияға жауап ретінде перлеканның әдеттегі төмендеуі PKC α-ға теріс жасушаларда жоғалады.
Транскрипциялық төмендеу
Интерферон γ сигналы перлекан генінің транскрипциялық репрессиясын қамтамасыз етеді. Бұл алғаш рет колореялық қатерлі ісік жасушаларының желілерінде, кейін басқа тіндерден алынған жасушалардың желілерінде көрсетілді, бірақ әрбір жағдайда сигналдың күшіне жету үшін толыққанды STAT1 транскрипциялық факторы қажет болды. Бұл зерттеушілерді STAT1 транскрипциялық факторының Pln промоторымен транскрипцияның басталу орнынан жоғары 660 базалық жұпқа орналасқан алыс аймақта өзара әрекеттеседі деген сенімге жеткізді. Перлекан экспрессиясының төмендеуі бұрын көрсетілгендей, STAT1 транскрипциялық факторының активтілігі арқылы транскрипцияның төмендеуінен туындайды. Аталған in vitro нәтижелер қалыпты физиологиялық интерферон γ концентрациясын көрсете бермейді, сондай-ақ цитокин кеңінен экспрессияланбайды, оның орнына өте нақты даму кезеңдерінде ғана экспрессияланады. Маңыздысы, перлекан экспрессиясы интерферон γ сияқты экзогенді цитокинмен емдеу арқылы төмендеуі мүмкін, ал цитокин экспрессиясының физиологиялық жағдайдағы бұзылуы имплантация процесіне кедергі келтіруі мүмкін.
Жасушалық стресстер және олардың экспрессияға әсері
Механикалық және химиялық стресс негіздік мембраналарға немесе оларды қолдайтын жасушаларға зақым келтіруі мүмкін. Бұл жасушалардың гендік экспрессия профиліне, әсіресе олардың жасушадан тыс матрицасына әсер етуі мүмкін, ол көбінесе жасушаларға физикалық қолдау және химиялық кедергі жасайды. Гипоксия, қабыну, механикалық және химиялық стресс перлекан экспрессиясымен байланысты зерттелді. Гипоксия – ауру күйлерінде және жарақат алғанда кездесетін жағдай, ол көбінесе эндотелий жасушаларының көбеюінің төмендеуіне әкеледі. Бұл және перлеканның эндорепеллин рөлі гипоксиялық жағдайларда эндотелий жасушаларының перлекан экспрессиясын реттеудің мәнін зерттеуге түрткі болды. Гипоксиялық жағдайларда бұл зерттеуде егеуқұйрық жүректің микротамырларының эндотелий жасушаларында перлекан экспрессиясы қалыпты бақылау жасушаларымен салыстырғанда 61%-ға төмендегені анықталды. Бұл мақаланың негізгі идеясы – перлекан деңгейінің төмендеуі FAK белсенділігінің жоғалуына, соның салдарынан ERK сигналдауының әлсіреуіне және жасушалардың көбеюінің төмендеуіне алып келеді. Эндотелий жасушаларының перлекан мен оның эндорепеллин бөлігінің жоғалуынан көбею жылдамдығының төмендеуі интуитивті емес сияқты көрінеді. Мүмкін, бұл эндотелий жасушалары гипоксиялық жағдайларға жауап ретінде көптеген гендердің транскрипциясын төмендеткен болар. Басқа зерттеуде гипоксия апоптоз және жасуша өлімімен байланысты гендердің индукциясына әкелді, бірақ гендердің басуы белгілі бір жолмен байланысты ақуыздармен ғана шектелмеді. T84 ішек эпителий жасушалары 24 сағат бойы гипоксиялық жағдайларға ұшырағанда перлекан мРНК және белок өндірісінің айтарлықтай артуы байқалды. Олар бұл құбылысты гипоксияға жауап ретінде жоғарылаған көптеген гендердің промоторларында cAMP жауап элементінің (CRE) болуымен байланыстырады, сондай-ақ pln генінің де осындай элементке ие екенін көрсетеді. 2007 жылғы зерттеудегі эндотелий жасушалары мен осы эксперименттерде зерттелген эпителий жасушалары арасындағы айырмашылық перлеканның реттелу механизмдерінің әртүрлі жасуша түрлерінде қаншалықты әртүрлі болатынын көрсетеді. Мида бета-амилоид плакаттарының пайда болуы Альцгеймер ауруының басталуымен байланысты. Бұл плакаттар жинақталған жерлерде тұрақты қабыну күйін тудырады, бұл қабынумен байланысты белгілі бір ген өнімдерінің экспрессиясына әкеледі, олардың кейбіреулері мидағы қабынуды күшейтеді. Жоғарыда айтылғандай, ми қабынуының перлекан экспрессия деңгейіне тигізетін әсерін зерттеу үшін тышқандардың миында инемен жасалған жаралар жасалды, содан кейін қабынудан және әртүрлі қалпына келу кезеңдерінен кейін мРНК және белок деңгейлері in situ гибридтеу және иммунобояу арқылы бағаланды. Перлекан деңгейі гиппокампта, бірақ стриатумда емес, емделу кезеңінде жоғарылаған, сонымен қатар IL-1α экспрессиясы да байқалды. Организмік деңгейде механикалық стресс жасушадан тыс матрицаның тұтастығына терең әсер етеді және тіндердің стромасы мен негіздік мембраналарында ЭКМ-ді жөндеу және қайта құру үшін бірқатар ЭКМ гендерін индукциялауға себеп болады. Бір зерттеуде микробөрнек әдісі мен жасушаларды созу жүйесі арқылы көздің ішкі қысымын оптикалық жүйенің жасушалық жасушасында (қосылмалы тіні) симуляциялау үшін жалпы ген транскрипциясына қысымның in vitro әсерін зерттеді. Олардың зерттеулері бойынша, перлекан және басқа да бірнеше протеогликандар созылу стимулына жауап ретінде жоғары реттелді. TGF-β2 және VEGF де индукцияланды, бұл перлекан транскриптісі мен белогының жоғарылауына ықпал етуі мүмкін. Автокриндік TGF-β сигналдауы эндотелий жасушаларында механикалық стресстің компенсаторлық нәтижесі болып табылатыны көрсетілді. Артериялық қысымды еліктейтін ұқсас жасушалық созу механизмін қолдану арқылы бұл зерттеу перлекан өндірісінің механикалық жүктемеге жауап ретінде өскенін көрсетті. Бұл TGF-β автокриндік сигналдауының p38 және ERK-пен оң кері байланыс циклында болуына байланысты. Эндотелий жасушаларында VSMC өсуін тежеушілердің (мысалы, гепарин) өндірісінің артуы VSMC-да кері қайтарылады, онда механикалық стресс көбеюді тудырады. Өсімдіктегі VSMC жасушаларының деформациясы перлеканның жоғарылауына әкеледі, гепаран сульфат тізбектерінің сульфациялануының айтарлықтай артуы байқалады. Бұл, перлеканның VSMC-нің көбеюіне қарсы әсер ететінін көрсететін, егеуқұйрықтың VSMC-інде e19-дан кейін перлекан экспрессиясы тұрақты болып келетін деректерге қайшы келмейді. Бұл жағдайда молекуланың сигнал беру функциясы, әсіресе гепаран сульфаты тізбегінің сульфациялануының артуына байланысты, жоғары реттелетін фактор болып табылады. Химиялық зақым органдарға жасушалардың генетикалық және механикалық тұтастығына ғана емес, сонымен қатар тіндердің жасушадан тыс матрицасына да әсер етуі мүмкін. Химиялық зақымның бауыр жасушаларына тигізетін әсерін зерттеу үшін Wistar егеуқұйрықтары 48 сағат бойы көміртетік торлы газбен өңделді, содан кейін өлтірілді. CCl4-ке ұшырамас бұрын, перлекан бояуы бауырдың өт жолдарымен және синусоидтық қантамырларымен шектелді. Өңдеуден кейін, перлекан бояуы некроз аймақтарында қарқынды болды. Бұл бауырдың капиллярлануының артуына байланысты болуы мүмкін, бұл зақымдалған тінді жаңартуға жасалған әрекет. Ацетаминофенмен тышқандарды өңдеуде де ұқсас нәтижелер байқалды, онда перлекан және басқа да матрицалық компоненттер бауырдың некрозды зақымдарында көп мөлшерде экспрессияланды.
Ұяшық мәдениетіндегі экспрессия
Бір дәлел, 2D пластикалық тақталардағы жасуша өсірудің in vitro нәтижелерінің дұрыстығына қарсы келетін, – осы ортадағы жағдай организмдегі жасушалардың шын ортасын дәл бейнелемейді. Бұл мәселені 3D жасуша мәдениетін дамыту арқылы шешуге тырысуда, онда жасушалар үшін тірек немесе орта ретінде әртүрлі субстраттар қолданылады. Мұндай жағдайда ЭКМ гендерінің экспрессиясы организмдегі нақты экспрессия профиліне жақындауы мүмкін. 3D тіректер, яғни өсірілген жасушалардың өсуіне арналған құрылымдар, басқа жасушалардан (кокультуралардан), жасушалардың табиғи ортасын еліктейтін синтетикалық полимерлерден немесе тазартылған ЭКМ-нан (мысалы, матригель) және осы үш компоненттің кез келген комбинациясынан тұруы мүмкін. Мұндай жүйелердің бірі терінің дамуын және кератиноциттер мен строма арасындағы базалық мембрананың қалыптасуын зерттеу үшін жасалған. Бұл жүйе стромадағы фибробластардың (бұл жағдайда I типті коллаген геліндегі фибробластар) және гельдің үстінде өскен кератиноциттер арасындағы базалық мембрананың дамуын анықтау үшін қолданылады. Осы жүйеде коллаген IV және ламинин γ1 тізбектерінің нидогенмен байланысуы перлекан экспрессиясына және, демек, базалық мембрананың жетілуіне байланысты. Бұл әсер дамушы тіндерде гемидесмосомалардың жетіспеушілігіне әкелді. Басқа бір жүйе, дезорганизацияланған гидратацияланған I коллаген гелін пайдаланып, алғашқы адам мүйіз қабығының фибробластары гельге еніп, I типті коллаген және перлеканнан, сондай-ақ бірнеше басқа сульфатталған матрицалық гликопротеиндерден тұратын матрица құратынын көрсетті. Бұл in vivo мүйіз қабығы фибробластарының даму бағдарламасын және жарақатқа жауап беруін имитациялайды. 3D жасуша мәдениетін құрудың басты мақсаты – көптеген ауруларға шалдыққан науқастарға ауыстыруға болатын тіндерді жасау. Тін инженериясы арқылы жасалған, I типті коллагенге, содан кейін эндотелий жасушаларына себілген жүрек клапандарында гепаран сульфаты протеогликанының экспрессиясы расталған, бірақ бұл тіндерде синдекан мен перлекан арасында ешқандай айырмашылық анықталған жоқ. Тін инженериясының көмегімен жүзеге асыруға болатын тағы бір процедура – кератоэпителиопластика. Ауыстырылған тіндердің тұтас болуы қажет, ол үшін алдын ала қалыптасқан базалық мембрана керек. Коллаген гельдері мәдениеттегі мүйіз қабығы эпителий жасушаларының толық базалық мембранасын қалыптастыруына көмектеседі. Перлекан да жасушаларды мәдениетте өсіру үшін тірек ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Адамның сілекей безінің протокалық және ацинарлық жасушалары перлекан ақуызының IV доменінде қайталанатын тізбекті қамтитын биоактивті пептидте сәтті өсірілді. Бұл жасушалар аналық безде кездесетінге ұқсас ацини тәрізді құрылымдарды және тығыз байланыстарды, сондай-ақ мәдениеттегі толық базалық мембраналарды көбейтті.
Қатерлі ісік
Перлеканды басу нульді тышқандарда ісіктің өсуін және неоваскуляризацияны айтарлықтай тежеуге алып келеді, ал керісінше, перлеканды нульді жасушаларды жалаңаш тышқандарға енгізгенде, бақылау тобымен салыстырғанда ісіктің өсуі күшейеді. Қатерлі ісіктің дамуы мен патогенезі жасушадан тыс матрицаның құрамымен тығыз байланысты, ал перлекан мен басқа да ЭКМ молекулаларының қатерлі ісікке тигізетін әсерін көптеген зертханалар зерттеп жатыр. Базалық мембрана карцинома жасушаларының шығуына кедергі келтіретін алғашқы тосқауыл болғандықтан, перлеканның осы процестегі функциялары көп қырлы. Карцинома жасушаларында перлекан экспрессиясын зерттеу үшін қолданылатын модельдік жүйелердің бірі – MeWo/70W меланомасының метастаздық прогрессиясы жасушаларының штамдары. MeWo жасушалары 70W жасушалық штамдарымен салыстырғанда аз инвазивті. Бір зертхана 27 инвазивті меланомада перлекан экспрессиясын зерттеді, және 27 үлгінің 26-сында перлеканның деңгейі сол пациенттердің қалыпты тіндерімен салыстырғанда айтарлықтай жоғары болды. Содан кейін олар MeWo және 70W жасушалық штамдарын пайдаланып, нейротрофиндермен емдеу кезінде перлекан экспрессиясының өзгеріп-өзгермегенін зерттеді, себебі нейротрофиндер in vitro жағдайында матригель арқылы жасушалық инвазияны ынталандыра алады. Көбірек инвазивті 70W жасушалары нейротрофиндермен ынталандырылғаннан кейін он минуттан соң перлекан экспрессиясын көрсетті, ал MeWo жасушалары емдеуге қарамастан pln экспрессиясын көрсетпеді. Бұл зерттеуде перлеканның деңгейінің жоғарылауы экстравазация процесіне қатысатын маңызды белок – гепараназа деңгейінің жоғарылауынан бұрын орын алғаны ерекше атап өтілді. Жұмыртқа безінің қатерлі ісігінде, басқа қатерлі ісіктердегідей, перлекан экспрессиясы аурудың прогрессиясы бойынша әртүрлі болады. Инвазивті аденокарцинома бұзған жұмыртқа безінің базалық мембранасында перлекан бояуы жоғалады, бұл қалыпты жұмыртқа безінің базалық мембранасындағы және қатерсіз ісігі барлардағы перлекан бояуынан өзгеше, онда базалық мембрана біртекті және басқа қалыпты тіндердегідей құрамына ұқсас. Бұл басқа нәтижелермен сәйкес келеді, олар инвазивті жатыр мойны қатерлі ісігінің жамбас лимфа түйіндеріне таралуына байланысты базалық мембраналарда перлекан деңгейінің төмендеуін көрсетеді, бұл гепараназаның мРНК экспрессиясының жоғары деңгейінің жатыр мойны карциномасының инвазиясымен байланысты болуына байланысты емес. Ал, RT101 мысық эпителийлі жасушалар желісінің тышқанға енгізілуінен туындаған ісіктің пайда болуы мысық жасушаларының перлекан экспрессиясына байланысты болды, ал ендогенді тышқан перлеканының болуына байланысты емес. RT101 жасушаларында антисенс арқылы перлекан деңгейі төмендетілгенде ісік пайда болған жоқ, бірақ антисенс перлеканы экспрессиялаған және тышқан перлеканының I, II және III домендерін кодтайтын рекомбинантты конструкцияны экспрессиялаған жасушаларда ісік пайда болды. Осылайша, бұл жүйеде ісік жасушаларының перлекан экспрессиясы ісік агрегациясы үшін қажет. Қатерлі ісік жасушалары мен қатерлі емес жасушалар және қалыпты тіндермен салыстырғанда, инвазивті ісік жасушалары арқылы GAG тізбектері немесе ядролық белоктың модификациясына қатысты қосымша зерттеулер перлеканның қатерлі ісік көшіруіндегі рөлін жақсырақ түсінуге көмектесер еді. Бірнеше зертханалар перлекан хабарларына антисенс конструкцияларын қолдана отырып, in vitro ісік жасушаларының ангиогенезін зерттеді. Күшті промотормен басқарылатын толық ұзындығы кері комплементті сДНК перлекан экспрессиясын жою үшін әртүрлі жасуша түрлеріне трансфекцияланды. Ішек қатерлі ісігіндегі жасушалардағы антисенс перлекан трансляцияны бұзады, бұл ісіктің өсуін және ангиогенезін төмендетуге әкеледі. NIH 3T3 жасушаларында және антисенс перлекан мРНК экспрессиялайтын адам меланомасы жасушаларында да пролиферацияның осыған ұқсас in vitro төмендеуі байқалды. Капоси саркомасы жасушаларының желілері бойынша in vitro зерттеулер перлеканның антисенс конструкциясымен трансфекция арқылы жоғалуы осы жоғары метастаздық жасуша түрінің көбеюі мен көшіп кетуінің төмендеуіне әкелгенін көрсетті. Бұл нәтижелер Kaposi Sarcoma желілерінің in vivo нәтижелеріне қарама-қайшы келеді, олар перлеканның төмендеуі ангиогенездің күшеюіне әкеледі, бұл миграцияны жеңілдетеді және осылайша ісіктің дәрежесінің артуымен байланысты. Бұл in vivo ірі ісіктің пайда болуын растайтын деректер, перлекан ақуызының C-түйіні эндостатик модуль ретінде әрекет ететінін көрсетеді, қазір endorepellin деп белгілі. Перлекан трансляциясы деңгейін төмендету үшін рибозима конструкциясы жасалды. Бұл рибозима перлекан ақуызының I доменін кодтайтын тізбекке бағытталды. Ол простата қатерлі ісігі жасушаларының C42B желісінде перлекан экспрессиясын 80%-ға дейін төмендетті. Бұрын талқыланған зерттеулерге қарамастан, бұл жасушалар атимиялық тышқандарға енгізілгенде, аталық жасушаларынан кішкентай ісіктерді жасады. Бұл нәтижелердің инвазияға қатысы белгісіз, бірақ перлеканның мезенхималық тіндердегі жасушадан тыс матрицаның құрамына кіретіні және эпителий-мезенхималық өтуге (EMT) ұшыраған жасушалар EMT бағдарламасының бөлігі ретінде перлекан экспрессиясын жоғарылатуы мүмкін екені белгілі.
Диабет және жүрек- қан тамырлары аурулары
Перлекан деңгейі көптеген аурулар кезінде төмендейді, мысалы, қант диабеті, атеросклероз және артрит. Перлекан гломерулярлық сүзгілеу кедергісін сақтауда маңызды рөл атқарады. Гломерулярлық базалық мембранадағы перлеканның азаюы диабетикалық альбуминурияның дамуындағы маңызды фактор болып табылады. Перлекан экспрессиясы көптеген атерогендік факторлармен төмендетіледі, сондықтан перлекан атеросклерозда қорғаныш рөлін атқарады деп саналады. Қант диабеті мен атеросклероз көбінесе бірге кездесетін синдромдар. Қант диабетімен байланысты өлімнің 80% атеросклероздан туындаған асқынулардың нәтижесі болып табылады, ал эндотелияның базалық мембранасы атерогендік процеске қатысады. Қант диабетімен ауыратын адамдардың артерияларында, сондай-ақ атеросклеротикалық зақымданулар дамыған артерияларда гепаран сульфатының синтезі төмендейді. Гепаран сульфатының төмендеу механизмі біраз уақыт бойы белгісіз болды. Бір теорияға сәйкес, қандағы жоғары глюкоза деңгейі перлеканға ГАГ тізбектерінің қосылуын азайтуы мүмкін, бірақ ГАГ тізбектерінің немесе негізгі белоктың синтез жолына әсер етпейді. Адамның аорта эндотелий жасушаларын жоғары глюкоза концентрациясы бар ортада өңдегеннен кейін, бөлінген перлеканның құрамында сульфаттың және жалпы ГАГ тізбегінің қосылуы азайған. ГАГ тізбегінің қосылуын азайтуға әкелетін сигналдық жол анықталмаған, бірақ протеиннің жалпы гликозильдеуіндегі 30% төмендеу, бұл модельдегі қант диабетімен байланысты гипергликемияда перлеканның үш HS тізбегінің біреуін жоғалтуды білдіруі мүмкін. Сондай-ақ, қант диабетімен ауыратын бүйректерде және жоғары глюкозамен өңделген бүйрек жасушаларында негізгі белок тізбегіне бояудың өзгеруі байқалмай, клеткадан тыс HS деңгейінің төмендеуі анықталды. Атеросклероз көбінесе жүрек ишемиялық ауруы және басқа да жүрек-қантамырлық аурулардың себебі болып табылады, ал атеросклеротикалық тақталарда перлеканның көп мөлшерде жиналуы осы аурудың белгісі болып табылады. Осы жағдайда VSMC жасушалары перлеканды өндіреді, сондықтан көптеген зерттеулер осы жағдайда перлекан экспрессиясын реттеудің механизмдерін түсінуге бағытталған. Эстериленбеген май қышқылының (қант диабеті мен атерогенездің белгісі) VSMC жасушаларындағы перлекан экспрессиясына тигізетін әсерін зерттеу кезінде, экспрессия бақылау жасушаларымен салыстырғанда өзгерген жоқ. Бұл басқа базалық мембрана протеогликандарының экспрессиясының 2-10 есеге артуына қайшы келеді. Тромбин – атерогенез және прокоагуляциямен байланысты тағы бір маркер, ол мәдениеттегі адам VSMC жасушаларында перлекан өндірісін селективті түрде жоғарылатады, бірақ басқа протеогликандарды жоғарылатпайды. Бұл әсер VSMC жасушалары конфлюенцияға жеткенде ғана байқалады, бірақ конфлюенцияға жеткенге дейін байқалмайды. Бұл тұжырымдама бұрынғы зерттеулермен сәйкес келеді, онда VSMC жасушалары даму кезінде көбеюін тоқтатқаннан кейін ғана перлеканды өндіреді. Атеросклерозда перлекан экспрессиясының маңыздылығын ескере отырып, перлекан экспрессиясына негізделген терапияны дамытуға мүмкіндік бар және зерттеулер ақырында осы бағытта жүргізілуі мүмкін.