Костный морфогенетический белок


Костный морфогенетический белок

Костный морфогенетический белок (BMP; bone morphogenetic protein) — это группа факторов роста (также известны как цитокины), первоначально открыты благодаря их способности воздействовать на формирование кости и хряща. Сейчас показано. что белки ВМР — одна из основных групп морфогенетических сигнальных белков, которые организуют построение тканей в теле. Важность ВМР иллюстрируется тем, что нарушения их работы связаны с многочисленными патологиями. Особенно часто нарушения регуляции сигнальной системы ВМР встречаются при раковых заболеваниях. Отсутствие сигнализирования  ВМР — это, например, важный фактор развития рака толстой кишки, а переизбыток ВМР-сигналов может стать причиной воспаления пищевода, провоцирует возникновение "пищевода Баррета" и, таким образом, играет важную роль в проявлении аденокарциномы пищевода.

Содержание

Виды

Первоначально были открыты семь таких белков. Из них шесть(ВМР2-ВМР7) относится к  суперсемейству трансформирующего ростового фактора-бета. ВМР1 — это металлопротеаза. С тех пор открыли ещё 13 видов белков ВМР. Таким образом, сейчас известно  двадцать видов ВМР.

Применение

ВМР сейчас производят с помощью методов генной инженерии. Операции в ротовой полости и ортопедические операции существенно выиграли от появления на рынке препаратов ВМР. ВМР также нашёл применение в регенерационной медицине. Поскольку стимуляцию роста с помощью ВМР необходимо локализовать и поддерживать несколько недель, ВМР помещают в костный имплантат, откуда он постепенно поступает к месту перелома для улучшения остеогенеза. Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США в данный момент разрешены к применению в медицинской практике (переломы длинных трубчатых костей, восстановление  межпозвоночного диска) два ВМР-продукта.  Это Infuse BMP-2 (Medtronic) и OP-1 BMP-7 (Stryker Biotech). Infuse-продукт был также разрешён для применения в некоторых областях стоматологии, однако компанию Medtronic обвинили в необъективности при проведении исследований для продвижении своего продукта на рынок. Хотя продукт выполняет свое предназначение, после имплантации он часто вызывает раздражение кожи и мышечной ткани вокруг.

Функции

ВМР воздействуют на клетки через специфические рецепторы на их поверхности, которые называются ВМР-рецепторы (ВМРR). Сигнальные пути, включающие ВМР, ВМРR и SMAD, играют важную роль в развитии сердца, центральной нервной системы и хряща, а также в постнатальном развитии кости. Они играют важную роль в эмбриональном развитии, в развитии зародыша и раннем формировании скелета. По существу, нарушение передачи сигналов ВМР может влиять на строение всего организма развивающегося зародыша. Например, ВМР4 и его ингибиторы NOG и хордин помогают регулировать полярность зародыша (то есть формирование передне-задней оси тела). Мутации в ВМР и их ингибиторах обуславливают ряд болезней человека, затрагивающих скелет. Некоторые ВМР также называются "морфогенетическими белками хрящевой ткани" (CDMP), в то время как остальные относятся к «факторам роста и дифференцировки» (GDF)

Открытие

Для детального изучения истории открытия и выделения ВМР рекомендуется прочитать книгу A. H. Reddi "Bone Morphogenetic Proteins: an Unconventional Approach to Isolation of First Mammalian Morphogens" издательства Cytokine и отчеты по ростовым факторам. Со времён Гиппократа было известно, что кости имеют большой потенциал к восстановлению. Николас Сен, хирург медицинского института в Чикаго, описал использование антисептических  декальцинированных костных имплантатов в лечении остеомиелита и некоторых костных деформаций. Пьер Лакро предположил, что существует гипотетическая субстанция, стимулирующая рост кости. Биологическая теория о костном морфогенезе была развита доктором Marshall R. Urist. Urist сделал ключевое открытие: установил, что деминерализованные части кости стимулируют остеогенез. Это открытие было опубликовано в 1995 году в журнале Science. M. Urist предложил название «Bone morphogenetic protein» в научной литературе в  Journal of Dental Research в 1971 году. Marshall Urist умер 4 февраля 2001 года. Дань уважения ему и его исследованиям была отдана в журнале Journal of Bone and Joint Surger. Костная индукция - это непрерывный многоэтапный процесс. Ключевыми ступенями являются  хемотаксис, митоз и дифференцировка. В ранних исследованиях H. Reddi определил последовательность процессов при костном морфогенезе. На основе этого труда казалось вероятным, что морфогены присутствуют в костном матриксе. Используя набор биопроб для формирования кости, он провел исследование по выделению и очистке предполагаемых ВМР. Главным камнем преткновения в выделении и очистке ВМР была нерастворимость деминерализованного костного матрикса. Чтобы преодолеть это препятствие, H. Reddi и Kuber Sampath использовали диссоциирующие экстракты, такие как 4M гуанидин HCL или 1% SDS. Эта работа стала прорывом на пути к окончательной очистке ВМР в лаборатории H. Reddi, а также позволило клонировать ген ВМР (John Wozney и его коллеги).

Список ВМР

ВМР1

ВМР1 не относится к семейству белков TGF-β. Это металлопротеаза, которая  воздействует на проколлаген I, II, и III. Участвует в развитии хряща. Хромосома:8; локализация 8з21

ВМР2

Воздействует на образование хряща и кости. Играет ключевую роль в дифференцировке остеобластов. Хромосома:20;локализация:20р12

ВМР3

Воздействует на образование кости. Хромосома:14; локализация:14р22

ВМР4

Регулируют образование зубов, конечностей. Также играют роль в заживлении переломов. Хромосома:14; локализация:14q22-q23

ВМР5

Играет роль в развитии хряща. Хромосома:6;локализация: 6p12.1

ВМР6

Контролируют гомеостаз с помощью регулировки гепсидина. Хромосома:6; локализация: 6p12.1

ВМР7

Играет ключевую роль в дифференцировке остеобластов. Также стимулирует образование SMAD1. Хромосома:20;локализация: 20q13

ВМР8а

Участвует в развитии кости и хряща. Хоромосома:1;локализация: 1p35-p32

ВМР8b

Экспрессируется в гиппокампе. Хромосома:1; локализация: 1p35-p32

ВМР10

Может играть роль в образовании перегородок в сердце эмбриона. Хромосома:2; локализация: 2p14

ВМР15

Может играть роль в развитии ооцитов и фолликулов. Хромосома:Х; локализация: Xp11.2

Применение в клинической практике

Белки группы ВМР потенциально полезны в терапии сочленений позвонков. BMP-2 и BMP-7 хорошо проявили себя в клинических исследованиях для лечения разных видов костных патологий, включая медленное срастание и несрастание. BMP-2 и BMP-7 были одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США и допущены для клинического применения при лечении людей. Стандартный курс лечения ВМР стоит от $6000 до $10,000, что существенно дороже других методов, таких как костная пластика, однако дешевле стоимости процедур, необходимых в многоступенчатой ортопедической хирургии. BMP-7 также недавно нашли применение в лечении хронических заболеваний почек. Компания Curis преуспела в разработке ВМР-7 для этих целей.  В 2001 году  Curis выдал лицензию на производство BMP-7 компании Ortho Biotech Products, дочерней компании Johnson & Johnson.

Примечания

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Костный морфогенетический белок" в других словарях: