Введение

Сигнальный гликопротеин, регулирующий пролиферацию клеток. Тромбоцитарный фактор роста (PDGF) является одним из множества факторов роста, регулирующих рост и деление клеток. В частности, PDGF играет важную роль в ангиогенезе – образовании кровеносных сосудов из существующей ткани, митогенезе, то есть пролиферации мезенхимальных клеток, таких как фибробласты, остеобласты, теноциты, клетки гладкой мускулатуры сосудов и мезенхимальные стволовые клетки, а также в химиотаксисе – направленной миграции мезенхимальных клеток. Тромбоцитарный фактор роста – это димерный гликопротеин, который может состоять из двух субъединиц А (PDGF AA), двух субъединиц В (PDGF BB) или одной субъединицы каждого типа (PDGF AB). PDGF является мощным митогеном для клеток мезенхимального происхождения, включая фибробласты, клетки гладкой мускулатуры и глиальные клетки. У мышей и у человека сигнальная сеть PDGF состоит из пяти лигандов – PDGF AA, BB, CC, DD (включая AB) – и двух рецепторов, PDGFRalpha и PDGFRbeta. Все PDGF функционируют как секретируемые гомодимеры, связанные дисульфидными связями, но только PDGFA и PDGB способны образовывать функциональные гетеродимеры. Хотя PDGF синтезируется, хранится (в альфа-гранулах тромбоцитов) и высвобождается тромбоцитами при активации, он также продуцируется другими клетками, включая клетки гладкой мускулатуры, активированные макрофаги и эндотелиальные клетки.

Рекомбинантный PDGF используется в медицине для заживления хронических язв, а также в ортопедической хирургии и периодонтии в качестве альтернативы костному аутотрансплантату для стимуляции регенерации и восстановления костной ткани.

Типы и классификация

Существует пять различных изоформ PDGF, которые активируют клеточный ответ посредством двух различных рецепторов. Известные лиганды включают: PDGF AA (PDGFA), BB (PDGFB), CC (PDGFC), DD (PDGFD) и AB (гетеродимер PDGFA и PDGFB). Лиганды взаимодействуют с двумя мономерами рецепторов тирозинкиназы, PDGFRα (PDGFRA) и PDGFRβ (PDGFRB). Семейство PDGF также включает несколько других членов, в том числе подсемейство VEGF.

Механизмы

Рецептор PDGF, PDGFR, классифицируется как рецептор тирозинкиназы (RTK), тип клеточного поверхностного рецептора. Выявлены два типа PDGFR: PDGFR альфа-типа и PDGFR бета-типа. Альфа-тип связывается с PDGF AA, PDGF BB и PDGF AB, в то время как PDGFR бета-типа связывается с высокой аффинностью с PDGF BB и PDGF AB. PDGF связывается с лигандосвязывающим участком PDGFR, расположенным в пределах второго и третьего иммуноглобулиновых доменов. При активации PDGF эти рецепторы димеризуются и "включаются" посредством автофосфорилирования нескольких участков в их цитозольных доменах, что обеспечивает связывание кофакторов и последующую активацию передачи сигнала, например, через путь PI3K или посредством активации пути STAT3, опосредованной реактивными формами кислорода (ROS). Последующие эффекты включают регуляцию экспрессии генов и клеточного цикла. Роль PI3K была исследована в нескольких лабораториях. Накопленные данные свидетельствуют о том, что, хотя эта молекула в целом является частью комплекса сигналов роста, она играет более важную роль в контроле миграции клеток. Различные изоформы лигандов обладают различной аффинностью к изоформам рецепторов, а изоформы рецепторов могут вариабельно образовывать гетеро- или гомодимеры. Это приводит к специфичности нисходящей передачи сигналов. Показано, что онкоген sis происходит от гена B-цепи PDGF. PDGF BB является лигандом с наивысшей аффинностью к PDGFR бета; PDGFR бета является ключевым маркером активации звездчатых клеток печени в процессе фиброгенеза.

Функция

PDGF являются митогенными на ранних стадиях развития, стимулируя пролиферацию недифференцированного мезенхима и некоторых прогениторных популяций. На более поздних стадиях созревания сигнализация PDGF вовлечена в ремоделирование тканей и клеточную дифференциацию, а также в индуктивные процессы, участвующие в паттернировании и морфогенезе. Помимо стимуляции мезенхимальной пролиферации, было показано, что PDGF направляет миграцию, дифференциацию и функцию различных специализированных мезенхимальных и мигрирующих типов клеток как в процессе развития, так и у взрослого организма. Другие факторы роста этого семейства включают факторы роста эндотелия сосудов B и C (VEGF B, VEGF C), которые активны в ангиогенезе и росте эндотелиальных клеток, и плацентарный фактор роста (PlGF), также активный в ангиогенезе. PDGF играет роль в эмбриональном развитии, пролиферации клеток, миграции клеток и ангиогенезе. Повышенная экспрессия PDGF связана с рядом заболеваний, таких как атеросклероз, фибротические расстройства и злокачественные новообразования. Синтез происходит под воздействием внешних стимулов, таких как тромбин, низкое парциальное давление кислорода или другие цитокины и факторы роста. PDGF является необходимым фактором для клеточного деления фибробластов – типа клеток соединительной ткани, особенно распространенного при заживлении ран. Показано, что у моноцитов, макрофагов и фибробластов экзогенно вводимый PDGF стимулирует хемотаксис, пролиферацию и экспрессию генов, а также значительно усиливает приток воспалительных клеток и фибробластов, ускоряя формирование внеклеточного матрикса и коллагена и, таким образом, сокращая время заживления. В отношении остеогенной дифференциации мезенхимальных стволовых клеток, при сравнении PDGF с эпидермальным фактором роста (EGF), который также участвует в стимуляции роста, пролиферации и дифференциации клеток, вортманнин, являясь специфическим ингибитором PI3K, при обработке клеток вортманнином в сочетании с PDGF приводил к усиленной дифференциации остеобластов по сравнению с использованием только PDGF, а также по сравнению с EGF. Также известно, что PDGF поддерживает пролиферацию клеток-предшественников олигодендроцитов (OPC). Кроме того, было показано, что фактор роста фибробластов (FGF) активирует сигнальный путь, который положительно регулирует рецепторы PDGF в OPC.

История

PDGF был одним из первых изученных факторов роста и способствовал пониманию механизмов многих сигнальных путей факторов роста. Первый сконструированный доминантно-отрицательный белок был разработан для ингибирования PDGF.

Медицина

Рекомбинантный PDGF используется для заживления хронических язв, а также в ортопедической хирургии и периодонтике для стимуляции регенерации и восстановления костной ткани. PDGF может быть полезен как при самостоятельном применении, так и, особенно, в комбинации с другими факторами роста для стимуляции заживления мягких и твердых тканей (Lynch et al. 1987, 1989, 1991, 1995).

Исследования

Как и многие другие факторы роста, связанные с заболеваниями, PDGF и его рецепторы создали рынок для антагонистов рецепторов, используемых для лечения этих заболеваний. Такие антагонисты включают (но не ограничиваются ими) специфические антитела, нацеленные на интересующую молекулу, действующие исключительно нейтрализующим образом. Онкоген "c-Sis" происходит от PDGF. Показано, что возрастное снижение экспрессии рецептора PDGF на бета-клетках островков поджелудочной железы предотвращает пролиферацию этих клеток как в животных, так и в человеческих клетках, а его повторная экспрессия стимулирует пролиферацию бета-клеток и восстанавливает регуляцию глюкозы посредством секреции инсулина. Невирусный PDGF "биопластырь" способен регенерировать утраченную или поврежденную костную ткань, доставляя ДНК в наноразмерных частицах непосредственно в клетки посредством генов. Среди потенциальных применений – восстановление переломов костей, коррекция черепно-лицевых дефектов и улучшение приживления зубных имплантатов. Пластырь использует коллагеновую матрицу, засеянную частицами, содержащими гены, необходимые для производства костной ткани. В экспериментах новая костная ткань полностью закрывала раны черепа у животных, а также стимулировала рост стромальных клеток костного мозга человека. Добавление PDGF в определенные моменты времени, как было показано, стабилизирует сосудистую сеть в коллагеново-гликозаминогликановых каркасах.