Кіріспе

Адамдағы белок және кодтаушы ген Сүйек морфогенетикалық белок 4 - адамда BMP4 генінің кодымен кодталатын белок. BMP4 14q22 q23 хромосомасында кездеседі. BMP4 - трансформирушы өсу факторы бета суперотбасының бөлігі болып табылатын сүйек морфогенетикалық ақуыздар отбасының мүшесі. Суперотбасы өсу және дифференциациялау факторларының үлкен отбасыларын қамтиды. BMP4 эволюциялық тұрғыдан өте консервативті. BMP4 эмбриондардың ерте дамуында вентральды шеттік аймақта, көзде, жүрек қанында және көздің көкшелі қуысында кездеседі.

Ашылу

Сүйек морфогенетикалық ақуыздары бастапқыда деминералданған сүйек экстрактінің экстраскелеттік жерде ин виво эндохондральдық остеогенезді тудыратын қабілеті арқылы анықталды.

Функция

BMP4 - TGF β белоктар суперотбасысына жататын полипептид. Ол, басқа сүйек морфогенетикалық ақуыздар сияқты, сүйек пен кеміршектің дамуына, әсіресе тіс пен аяқ-қолдың дамуына және сынықтарды қалпына келтіруге қатысады. Бұл тұқымдас ағза адамда эндохондральдық сүйектің пайда болуына маңызды әсер етеді. Бұлшықеттердің дамуына, сүйектердің минералдануына және несеп қарыншасының дамуына қатысы бар екені дәлелденді. BMP4 эктодермиялық тіннің дифференциациясын ынталандырады. Сүйек морфогенетикалық ақуыздары ересек жануарларда сүйек түзілуін ынталандырады. Бұл остеобласттық байланысқа және мезенхималық дің жасушалары сияқты дің жасушаларының дифференциациясына әсер етеді деп есептеледі. БМП- ның эмбриональды дамуда үлкен рөл атқараты белгілі. Эмбриондағы BMP4 - генопоз жабайысының арқалық-желтілік осьінің пайда болуына желтілік мезодермасын индукциялау арқылы көмектеседі. Тышқанда BMP4- ті мақсатты түрде белсенділігінен айыру мезодерманың қалыптасуын бұзады. Сонымен қатар, BMP7 көмегімен дамушы нейрон түтігінің дорсальды вентральды үлгісін қалыптастырады және дорсальды сипаттамаларды тудырады. BMP4 сонымен қатар Xenopus эмбриондарындағы нейролингтің неврологиялық тіннің орнына эпидермистің пайда болуын тудырады. Олар сомиттердегі бүйірлік сипаттамаларды пайда етуге көмектеседі. Сомиттер кеміршектің, сүйектің, дененің артқы жағындағы дерманың, кеуде бұлшық еттерінің және аяқ-қолдың дамуы үшін қажет. BMP4 дамушы бас үлгісін қалыптастыруға көмектеседі, бірақ нейрокристальды жасушалардың апоптозын тудырады; бұл мидың артқы бөлігінде жүзеге асырылады. Ересектерде BMP4 нейрогенез үшін маңызды (яғни жаңа нейрондардың пайда болуы) және өмір бойы мидың екі нейрогендік нишасында, гиппокамптың тісті гирусында және жамбас асты қарыншаларына іргелес субвентрикулярлық аймақта (SVZ) пайда болады. Бұл ошақтарда жаңа нейрондар түбір жасушалардан үнемі пайда болады. Шын мәнінде, дентатты гируста BMP4 нейролық түбір жасушаларын тыныш күйде ұстап, сонда түбір жасушалар қорының тозуына жол бермейді. SVZ-да, Smad4 арқылы BMP медиацияланған сигнализация ересек нейроағзалық түбір жасушаларынан нейрогенезді бастау және олигодендроглиогенездің баламалы тағдырын басу үшін қажет. Сонымен қатар, SVZ-де BMP4 продифференциациялық әсерге ие екендігі дәлелденді, өйткені ол SVZ нейросфераларында терминалды дифференциациялаудың ақаулығын қалпына келтіреді, онда терминалды дифференциациялау үшін қажетті Tis21 / BTG2 генін өшіреді. Tis21 - SVZ- де BMP4 экспрессиясының оң регуляторы. БМП4 және басқа БМП сигналдары цифрлардың пайда болуына әсер етеді. Санааралық мезенхимде BMP4 бар, ол осы аймақтың апоптозын болдырмайды. Тіс түзілуі BMP4 экспрессиясына байланысты, ол Msx 1 және 2- ге әсер етеді. Бұл транскрипция факторлары қалыптасқан тісті тіс тірілтушіге айналдырады. BMP4 майлы тінде маңызды рөл атқарады: ол ақ адипогенез үшін маңызды және адипоциттердің дифференциациясын ынталандырады. Сонымен қатар, қоңыр май үшін де маңызды, онда ол термогенезді термогенезге байланысты UCP1 индуцируі мүмкін. BMP4 организаторлық тінге қарсылық танытады және эктодермалық және мезодермалық тіннің ерте дамуында экспрессияланады. Гаструляция кезінде BMP4 транскрипциясы дамушы эмбриондардың дорсализациялық жағының тежеуіне байланысты вентролатеральды шеткі аймаққа шектеледі. BMP4 мезодерманың вентрализациясына көмектеседі, ол арқалық вентральді осьтің қалыптасуына басшылық етеді. Ксенопуста BMP4 қан мен қан аралдары түзілуіне көмектеседі. Бастапқыда эпидермисте экспрессияланатын BMP4 нейрон түтігінің пайда болуы кезінде шатыр пластинасында кездеседі. BMP сигналының градиенті Sonic hedgehog-ке қарама-қарсы, Шш, градиент. BMP4 экспрессиясы арқалық нейрондарды қалыптастырады. BMP4 FGF2- мен бірлесіп, терідегі мезодермиялық желілерге түбірлі жасушалардың дифференциациясын ынталандырады. Дифференциациядан кейін BMP4 және FGF2 емделген жасушалар, әдетте, емделмеген дің жасушаларына қарағанда остеогендік және хондрогендік дифференциацияның жоғары мөлшерін тудырады. Сонымен қатар, FGF2- мен бірлесіп, ол тышқан мен адамдағы плюрипотентті дің жасушаларынан қалқанша безінің бас клеткаларын да өндіре алады. BMP4 somitic mesoderm- ден кеміршектің пайда болуына әсер ететін Msx гендер отбасының экспрессиясын тудырады. БМП4, паракриндік өсу факторы, тышқанның жұмыртқалық бездерінде табылған. BMP4 және BMP7 бірігіп жұмыртқалық фолликулдардың ерте дамуын және первичный фолликулдың первичныйға ауысуын ретте...

Белоктың құрылымы

116 қалдықтан тұратын белсенді карбокси терминал пептиді пайда болған адам bmp4 бастапқыда 40% қалдық препротеин ретінде синтезделеді, ол трансляциядан кейін бөлініп шығады. BMP4- тің жеті қалдықтары консервіленген және гликозильденген. Мономерлер дисульфид көпірлері мен 3 жұп цистеин амин қышқылдары арқылы ұсталады. Бұл конформация цистиндi түйін деп аталады. BMP4 ұқсас BMPS-пен гомодимерлер немесе гетеродимерлер құрауы мүмкін. Бұған мысал ретінде BMP7 алайық. Гомодимерлер немесе гетеродимерлер құрау қабілеті bmp4-ке қарағанда остеоиндуктивті белсенділікті арттырады. BMPS- нің клетка сыртындағы матрицамен қалай әсерлесетіндігі туралы әлі көп мәлімет жоқ. Сонымен қатар, BMP4- ті бұзатын жолдар туралы аз мәлімет бар.

Ингибициялау

BMP4 сигналының тежелуі (хордин, ноггин немесе фоллистатин арқылы) эктодерманың нейропластинаға дифференциациялануына әкеледі. Егер бұл жасушалар FGF-тен сигналдар алса, олар омыртқа миына бөлінеді; FGF болмаған жағдайда жасушалар ми тіндеріне айналады. BMP4 экспрессиясының шамадан тыс экспрессиясы вентрализацияға әкелуі мүмкін, ал басым теріс ингибициясы эмбриондардың толық дорсализациясына немесе екі осьтің пайда болуына әкелуі мүмкін. Белгілі болғандай, BMP4 толық белсенділігі жойылған тышқандар әдетте гаструляция кезінде өледі. Адамның BMP4 белсенділігінен айырудың да осындай әсері болады деп күтілуде. Алайда, адамдарда BMP4-ті толықтай белсенділігін жоймайтын мутациялар фенотиптік жағынан да кішкене әсерге ие болуы мүмкін және тіс агенезі мен остеопорозға қатысы бар.

Изоформалар

Бұл геннің 5' трансляцияланбаған аймағындағы баламалы шлемдеу сипатталды және барлық бірдей белокты кодтайтын үш нұсқа сипатталды.

Молекулалық механизмдер

BMP4, трансформациялық өсу факторы β (TGF β) отбасының мүшесі ретінде BMPR1 және BMPR2 деп аталатын серинтреонин киназа рецепторларының 2 түрлі түрімен байланысады.

Smad сигналды беру жолы

TGF β отбасы рецепторлары көбінесе Smad сигналды жолды трандуциация сигналдарына пайдаланады. MAPKKK- нің белсенділігі негізінен GTPазалардың немесе протеинкиназалардың басқа тобының өзара әрекеттесуі арқылы жүзеге асады. TGF β рецепторлары ERK, JNK және p38 MAPK сигналды жолдарын индукциялайды. ERK және JNK жолдарының белсенділігі Smad- ті фосфорилендіреді, сондықтан оның белсенділігін реттейді. Сонымен қатар, MAPK жолдары екі сигналды жолдардың конвергенциясын тудыратын JNK немесе p38 субстрат арқылы Smad өзара әрекеттесетін транскрипция факторларына тікелей әсер етуі мүмкін. Бұл конвергенция негізінен кооперативтік мінез-құлықтан тұрады, дегенмен, олардың кейде бір-біріне қарсы әрекет етуі мүмкін екендігі туралы деректер бар. Сонымен қатар, осы сигналды жолдардың тікелей белсендірілуі арасындағы тепе- теңдік TGF β индуцирленген жасушалық жауаптарға елеулі әсер етеді. Сыршаның жарылуына қатысы бар кандидат гендердің тізбектеу зерттеулерінен сүйек морфогенетикалық белок 4 (BMP4) геніндегі мутациялар сабы мен ауыздың жарылуының патогенезінде байланысты болуы мүмкін екендігіне айқын дәлелдер бар.

Көздің дамуы

Организмдер, әсіресе құрлықтағы омыртқалы жануарлар үшін аңдар мен кедергілерді байқау үшін көздер өте маңызды; бұл олардың тіршілігі үшін өте маңызды. Көздің пайда болуы нейроэктодермадан алынған оптикалық көпіршіктер мен линзалар ретінде басталады. Сүйек морфогендік ақуыздар көздің линзасының түзілуін ынталандырады. Көздің ерте дамуы кезінде тышқанда оптикалық көпіршік түзілуі өте маңызды, ал BMP4 оптикалық көпіршікте қатты, ал оны қоршаған мезенхимда және беткі эктодермада әлсіз экспрессияланады. Оптикалық көпіршіктегі BMP4 концентрациясының бұл градиенті линзаның индукциясы үшін өте маңызды. Д-р Фурута мен д-р Хоган мысық эмбриондарында лазерлік мутация жасап, BMP4 гомозиготалық нөлдік мутацияны пайда етсе, эмбрионда линза дамымайтынын анықтады. Сонымен қатар олар BMP4 генінің гибридтілігін тестіледі, онда жасыл түсті және қызыл түсті Sox2 генін көрсетті, олар бұл линзаның пайда болуына да қатысы бар деп ойлады. Осы екі гибридтілік жұмысты мысық эмбриондарында жүргізгеннен кейін олар мысық эмбриондарының оптикалық көпіршігінде жасыл және қызыл түстердің бар екенін анықтады. Бұл BMP4 және Sox2 оптикалық көпіршіктің дұрыс уақытында дұрыс жерде экспрессияланатындығын және линзаның индукциясы үшін кейбір маңызды функциялары бар екенін дәлелдейді. Сонымен қатар, олар BMP4 гомозиготалық мутант эмбриондарына BMP4 инъекциясын енгізу арқылы линзаның қалыптасуын құтқаратын қосымша эксперимент жүргізді (12). Бұл линзаның пайда болуына БМП4 міндетті түрде қажет екенін көрсетті. Алайда зерттеушілер кейбір мутацияланған тышқандарды құтқаруға болмайтынын анықтады. Кейіннен олар бұл мутанттарға BMP4 белсендіретін Msx 2 деген геннің жоқтығын анықтады. Олардың болжаған механизмі BMP4 оптикалық көпіршікте Msx2 белсенділігін арттырады және BMP4 мен Msx2 концентрациясының үйлесімі Sox2 белсенділігін арттырады және Sox2 линзаның дифференциациясы үшін маңызды. Noggin- ді тышқанның линзалық талшықты жасушаларына инъекциялау жасушалардағы BMP4 ақуыздарын едәуір төмендетеді. Бұл Noggin BMP4 өндірісін тежеуге жеткілікті екенін көрсетеді. Сонымен қатар, басқа ингибиторлы ақуыз, Alk6 табылды, ол BMP4-ті Msx2-ді белсендіре алмай, линзаның дифференциациясын тоқтатады. Алайда, BMP4-ті тежеу механизмі және Sox2-ді төмендету туралы әлі де көп нәрсе белгісіз. Болашақта зерттеушілер көздің толық дамуының толықтай жолдарын табуды мақсат етіп, бір күні генетикалық себепті көз ауруларын емдеудің жолын таба алады деп үміттенеді.

Шаш құлау

Шаш түсіп кету немесе алопеция деп аталатын шаш түтікшелерінің морфологиясы мен шаш түтікшелерінің циклінің қалыпты емес өзгеруінен туындайды. Шаш түтікшелерінің циклдері өсу немесе анаген, регрессия немесе катаген, және демалу немесе телоген циклдері болып табылады. Сүтқоректілерде эпителийлік және мезенхималық өзара әрекеттесулер шаштың дамуын бақылайды. BMP4 және BMP2 сияқты гендер шаштың түбірінде белсенді. Нақты айтқанда, BMP4 дермалық папиллада кездеседі. BMP4 - шаштың өсуін бақылайтын сигналды желіге кіреді. Ол биохимиялық жолдарды индукциялау және анагенді түк жапырақтағы шашты дифференциациялауды реттеу үшін сигнал беру үшін қажет. Бұл шаштың дифференциациясын реттейтін транскрипциялық факторлардың экспрессиясын бақылау арқылы жүзеге асырылады. Алайда, генетикалық желіде BMP-тің қай жерде әрекет ететіндігі әлі белгісіз. bmp4 сигналы кератиндер сияқты терминалды дифференциациялау молекулаларының экспрессиясын бақылай алады. Басқа реттеушілердің де шашты түтікшелердің дамуын бақылайтыны дәлелденген. HOXC13 және FOXN1 маңызды реттеушілер болып саналады, өйткені функция жоғалту эксперименттері шашты шашты қалыптастыруға кедергі келтірмейтін шашты шашты шашты дифференциациялаудың бұзылуын көрсетеді. БМП4 эктопиялық түрде экспрессияланған кезде трансгенді тышқандарда түк қаптамасының сыртқы түбір қабығы (ОРС) жасушалық матрицаның көбеюін тежейді. BMP4 сонымен қатар шаштың кератин генінің экспрессиясын белсендіреді, бұл BMP4 шаштың шашын ажыратуда маңызды екенін атап көрсетеді. BMP4 ингибиторы ноггин шашты ұяшықтың матрицалық жасушаларында кездеседі. Шаштың дамуы кезінде қарастырылатын басқа да маңызды факторлар - бұл Шх (соник сіркей), БМП7, БМП2, ВНТ және β катениннің экспрессиясы, өйткені олар морфогенездің ерте кезеңінде қажет. BMP4- ті тежейтін немесе онымен әрекеттесетін басқа да гендер - ноггин, фоллистатин, гремлин, олардың барлығы дамушы түк қабықтарында экспрессияланады. Ноггин жетіспейтін тышқандарда қалыпты тышқанға қарағанда шашты түтікшелер аз болады және түтікшелердің дамуы тежеледі. Балапанның эмбриондарында эктопиялық экспрессияланған мойынның кеңейтілген фолликулдар туғызатыны және BMP4 сигнализациясы жақын маңдағы жасушаларда плакодтың жойылуын көрсетеді. BMP4 анагендік түк қапшықтағы шашты шашты дифференциациялауды реттеуге қатысы бар биологиялық жолдардың маңызды компоненті болып табылады. Экспрессияланған BMP4 ең жоғары деңгейі медулада, шашты ұңғы жасушаларында, дистальды шашты матрицада және қабықшаның ықтимал прекурсорларында кездеседі. BMP4-тің шаштың экспрессиясын тежейтін екі негізгі әдісі - шаштың матрицасындағы өсу факторларының экспрессиясын шектеу және өсу мен дифференциация сигналдарының антагонизмі. Шаш түтікшелерінің пайда болуын және шаштың өсуін реттейтін жолдар шашты жоғалту жағдайларын емдеу әдістерін әзірлеуде маңызды. Мұндай жағдайларға жаңа фолликулдардың пайда болуы, қолданыстағы фолликулдардың ерекшеліктерінің өзгеруі және қолданыстағы фолликулдардың шаштың өсуінің өзгеруі жатады. Сонымен қатар, BMP4 және оның әсер ету жолы шаштың түсіп кетуін болдырмау үшін терапиялық мақсаттарды қамтамасыз етуі мүмкін.