Propeptider: prekursoriske proteiner, deres behandling og biologiske roller

Propeptyd er et segment relateret til modningen af den prekursoriske protein, som normalt fjernes under en bestemt enzymatisk proces. Men før det fjernes, kan det have vigtige biologiske funktioner. Afhængigt af proteinet kan det hjælpe med korrekt folding, forhindre for tidlig biologisk aktivitet, påvirke sammensætningen af molekylære strukturer eller regulere det tidspunkt og det sted, hvor det modne produkt bliver tilgængeligt.

Det betyder, at propeptidet ikke blot bør forstås som en anden betegnelse for et lille peptid. Det er heller ikke automatisk en aktiv hormon, signalpeptid eller kosmetisk ingrediens. Denne betegnelse beskriver forholdet mellem en bestemt sekvens og processen med modning af en større prekursor-molekyl.

Denne sondring er særligt vigtig, da propeptyd, probialbumin, prohormon, prepropeptyd, signalpeptid og prodomene beskriver sammenhængende, men forskellige biologiske begreber. Samtidig anvendes der i kosmetik og kommercielle produkter undertiden betegnelser som „pro-peptide”, som ikke nødvendigvis skal referere til den biologiske forløber.

Forståelsen af, hvordan prekursorproteiner dannes og bearbejdes, gør det derfor lettere at fortolke både den videnskabelige terminologi og betegnelserne i kommercielle produkter.

I dette artikul er processen for behandling af prekursorer beskrevet ved eksempler på produktion af hormoner, modning af enzymer, regulering af vækstfaktorer og kollagenbiologi. Disse eksempler viser bestemte biologiske mekanismer under specifikke eksperimentelle forhold. De beviser ikke, at et kosmetikprodukt eller et andet produkt fremkalder samme effekt kun fordi betegnelsen „pro-peptid” findes i dets navn.

Hvad er propeptyd?

Segmentet, der deltager i proteinsyntesen

Mange proteiner syntetiseres ikke oprindeligt nøjagtigt i den molekylære form, som de i sidste ende fungerer i.

Cellerne kan først fremstille en prekursorstofmolekyle, der indeholder yderligere aminosyresekvenser. Under udviklingen kan nogle af disse sekvenser fjernes, kemisk modificeres, omorganiseres eller undergå andre processer, før det endelige funktionelle produkt dannes.

Propeptyd betegner normalt segmentet af en sådan forløber, der er forbundet med dens modning, mens proalbumin anvendes mere generelt om en større prekursor-molekyle, der indeholder dette område.

Denne opdeling er nyttig, selvom biologisk terminologi ikke er helt ensartet i alle proteinfamilier.

I nogle publikationer anvendes begrebet „prodemina” om et relativt stort strukturelt område, og „propeptid” om det tilsvarende segment. Andre forfattere bruger betegnelsen "propeptid" i en lidt bredere betydning, når de beskæftiger sig med prekursormolekyler.

Derfor er den mest troværdige tilgang ikke at fortolke selve præfikset. I stedet bør man analysere sekvensens grænser, molekylets struktur, processerne og den terminologi, der anvendes af forskerne, der beskæftiger sig med det pågældende protein.

Det førordnede ord „pro” i denne biologiske sammenhæng henviser til en forbindelse med en forløber eller en udviklingsproces.

Det betyder ikke, at molekylet er professionelt udviklet, stærkere, mere avanceret, mere effektivt eller nødvendigvis mere fordelagtigt efter tilsætning til et kosmetisk produkt.

Propeptider er ikke blot en unødvendig „emballage”

Det er let at forestille sig propeptidet som et unødvendigt molekylært emballage, der simpelthen fjernes og bortskaffes under dannelsen af det modne protein.

Biologi er dog ofte mere kompliceret.

Den fjernede del kan have vigtige funktioner, før den forsvinder fra den modne partikel.

Forskning vedrørende det bakterielle enzym subtilizin E er et særligt tydeligt eksempel. Forskere har vist, at en syntetisk propeptid kan hjælpe det dereferrerte enzym med at genvinde sin aktive tredimensionelle struktur. Det samme propeptid kunne også binde sig til et modent enzym og hæmme dets aktivitet. [1]

Disse observationer viser to separate biologiske funktioner.

For det første kan propeptidet deltage i proteinfoldningen.

For det andet kan det hjælpe med at begrænse den enzymatiske aktivitet til det rette stadie af udviklingen.

Denne form for foldingstøtte kaldes en funktion i det interkjemiske omsorgsvæv. Det er en del af den prekursoriske molekyle, der hjælper en anden del af den samme molekyle med at opnå den rigtige struktur.

Eksempelvis viser subtilizin, hvorfor manglen på en given segment i enzymets endelige aktive form ikke betyder, at det var biologisk uvæsentligt.

Samtidig bør disse resultater ikke overvurderes.

Subtilysin er et bakterielt enzym. Dokumentation af en bestemt funktion relateret til folding og hæmning i dette system betyder ikke, at alle humane propeptider har de samme funktioner.

Efterfølgende undersøgelser af pro-subtilizin har knyttet flere stadier af modning sammen, herunder folding, self-assembly, frigivelse af propeptid og aktivering af enzymet.[2]

Disse eksperimenter viser en anden vigtig regel: Forløbet af progestagenets udvikling kan udgøre en koordineret sekvens af molekylære hændelser, i modsætning til en enkelt forstyrrelse, der umiddelbart fører til fuld biologisk aktivitet.

Momentet for frigivelse af propeptid kan derfor være lige så vigtigt som selve den oprindelige nedskæring.

Hvordan adskiller man sammenhængende begreber?

Nogle relaterede begreber dukker regelmæssigt op i diskussionerne om prekursorproteiner, men de bør ikke betragtes som ét begreb.

Disse kategorier overlapper delvist, da de beskriver forskellige aspekter af biologien af prekursorerne, men de er ikke synonymer.

Prohormon er for eksempel en bestemt type forløber, der er forbundet med dannelsen af hormonet eller de relaterede peptider.

Propeptyd kan imidlertid kun betyde et enkelt segment i en langt større prekursor-molekyl.

Denne sondring er vigtig ved fortolkningen af undersøgelser, da den biologiske funktion afhænger af den faktiske molekyle og den undersøgte signalvej for dens behandling.

Prøveudtagning og behandling af prekursorer

Pre-sekvensen er ansvarlig for at styre proteinet

For mange sekretoriske proteiner indeholder den tidligste form af prækursoren en indledende aminosyresekvens, der hjælper med at dirigere det nyligt syntetiserede protein til den rette intracellulære rute.

Denne sekvens kaldes almindeligt nok for et signalpeptid eller – i terminologien vedrørende præprober – en del af „pre”.

Dens rolle adskiller sig fra de funktioner, som propeptidet senere deltager i ved at foldes, hæmme, samle eller aktivere.

Strukturelle undersøgelser af det signalgenkendende sædvanlige kompleks analyserede den måde, hvorpå en intracellulær mekanisme til styring af proteiner genkender den opståede signalsekvens allerede under proteinsyntesen i ribosomen og hjælper med at koordinere dens transport mod membranen. [3]

Det er en intracellulær mekanisme til styring af proteiner.

Det bør ikke tolkes som bevis for, at et peptid, der anvendes eksternt i et kosmetikprodukt, automatisk trænger ind i hudcellerne eller følger den samme vej.

Afbrydelsen af signalsekvensen og den efterfølgende behandling af prækursoren udgør således separate biologiske processer.

Cellerne kan forekomme på forskellige steder, engagere forskellige enzymer og udføre forskellige funktioner.

I et overordnet perspektiv kan denne rute præsenteres som følger:

prøveæg → prøveæg → moden produkt

Det er dog kun en didaktisk model. De enkelte proteiner kan gennemgå yderligere modifikationer, midlertidige faser af skæring, foldning, transport og samling.

Ikke alle prædiktorer udvikler sig i samme tidsmæssige mønster.

Et eksempel på insulin

Insulin er et af de mest kendte eksempler på et hormon, der dannes ved omdannelse af en forløber.

Den tidligste forløber, preproinsulin, indeholder en styrende sekvens.

Efter fjernelse af denne signalsekvens forbliver proinsulin.

Herefter underkastes proinsulin en yderligere behandling, hvor den sammenhængende region adskilles fra de fragmenter, der i sidste ende danner de modne insulinkæder.

Dette eksempel viser, hvorfor præpro-protein, pro-protein og modnet protein ikke er udtrykkelige begreber. De beskriver forskellige molekylære stadier i den samme biosyntesestrøms proces.

I et af undersøgelserne af proinsulins behandling udtrykte forskerne proinsulin sammen med potentielle metaboliserende enzymer i dyrkede celler. Der blev observeret forskellige skæringspreferencer for PC2 og PC3, hvilket bekræftede deres rolle i insulinens modning. [4]

I senere terminologi kaldes PC3 almindeligt PC1/3.

Den vigtigste regel er, at behandlingen af prekursorstoffer er selektiv.

Enzymer, der bearbejder proteiner, skærer ikke tilfældigt de prekursorproteiner i mindre peptider.

At identificere det specifikke miljø for sekvensen og klippestedene hjælper derimod med at bestemme, hvilke modne molekylære produkter der vil blive dannet.

Forsøget med proinsulin viser også, hvorfor man i videnskabelige beskrivelser skal oplyse detaljer som enzymets identitet, substrattypen og det eksperimentelle design.

Disse faktorer kan i høj grad påvirke fortolkningen af resultaterne.

En prekursor kan føre til oprettelsen af flere produkter

En prekursor-molekyl behøver ikke føre til dannelsen af kun et aktivt produkt.

Nogle prekursorproteiner indeholder flere regioner, som i sidste ende kan blive til forskellige biologisk aktive peptider.

Et vigtigt eksempel er proopiomelanokortin, eller POMC.

POMC indeholder mange regioner, der kan blive omdannet til forskellige peptidhormonprodukter. Hvilke produkter der i sidste ende dannes, afhænger delvist af det enzymatiske apparat, der findes i de pågældende celler.

I en undersøgelse fra 1991 udtrykte forskerne sammen POMC fra PC1 eller PC2 i flere cellemodeller. For de enkelte enzymer blev der observeret forskellige skæringsmønstre. [5]

Forsøget gav således direkte beviser for, at forskellige metaboliserende enzymer kan generere forskellige modningsprodukter fra samme forløber.

Det forklarer, hvorfor kendskabet til en forløbersekvens ikke behøver at fortælle forskerne præcis, hvilke modne peptider der vil dukke op i hver enkelt væv.

Aminosyresekvensen angiver det molekylære materiale, der potentielt kan blive omdannet.

Det enzymatiske miljø og de intracellulære betingelser hjælper derimod med at bestemme, hvad der rent faktisk vil blive omdannet og produceret under de undersøgte biologiske betingelser.

To celler, der producerer den samme prekursor, kan derfor producere forskellige blandinger af modne peptider, hvis deres modtagende apparat er forskelligt.

Behandling er mere end blot at skære i en kæde

Proteolytisk nedbrydning er kun et af elementerne i proteins modning.

Afhængigt af molekylet kan modningen også omfatte proteinfoldning, dannelsen af difosforyler, intracellulær transport, binding til andre molekyler samt kemiske modifikationer.

Disse processer kan påvirke hinanden.

Skæringspunktet kan være til stede i aminosyresekvensen, men forblive utilgængeligt for den enzymatiske omdannelsesproces på grund af proteinets tredimensionelle struktur.

På samme måde kan korrekt folderning afhænge af tidligere trin i processen.

Derfor skal der under vurderingen af undersøgelserne af prekursorer stilles tre spørgsmål:

Er prekursor blevet fremstillet?

Er det blevet korrekt forarbejdet til et identificerbart moden produkt?

Har det fremstillede produkt vist passende biologisk aktivitet?

Disse spørgsmål er forbundne, men de er ikke ensartede.

Måling af mængden af forløberen kan give svar på det første spørgsmål, men giver ikke svar på det andet og tredje spørgsmål samtidig.

For eksempel kan en test, der på samme tid opdager både prekursor og flere af dets fragmenter, give en betydelig samlet mængde protein, men give kun lidt information om den faktiske mængde af det modne, aktive produkt.

Hvis den biologiske fortolkning afhænger af modningsprocessen, er der derfor brug for analytiske metoder, der gør det muligt at skelne mellem prekursorer, mellemprodukter og modne former af molekylet.

Behandling kan finde sted uden for cellerne

Ikke alle væsentlige stadier af forarbejdningen af en prækursor finder sted inden for de udskillelige zoner eller andre celleområder.

Et vigtigt eksempel på den extracellulære proces er kollagenbiologien.

Prokolagendele indeholder de endelige propeptider. Fjernelsen af disse regioner er med til at modne og danne kollagenfibre.

I en undersøgelse fra 1996 blev knoglemorfogenetisk protein 1, BMP-1, identificeret som C-proteinase type I prokolagen.[6]

Studiet forbundt den specifikke enzym med fjerningen af C-terminale propeptider fra prokolagen type I.

Dette eksempel er nyttigt af flere årsager.

For det første viser det, at prækursorenhed kan være et vigtigt element i udviklingen af det cytoplasmatiske madretsystem, og ikke kun en hormonel signalering.

For det andet viser det, hvorfor navne på proteiner ikke bør tolkes udelukkende på baggrund af kendt terminologi. På trods af deres navn bør BMP-1 ikke automatisk betragtes som et protein, der virker på samme måde som alle andre proteiner, der betegnes som knoglevævsmorfogenetiske proteiner.

For det tredje viser dette eksempel, hvorfor propeptyd ikke automatisk er et hormon.

For prokolagen handler det biologiske kontekst om dannelsen og modningen af cytoplasmatiske membraner, og ikke om hormonel signalering rettet mod et fjernt organ.

Aktivering og skæring

Klipping ændrer molekylær identitet

Proteolytisk snit består i at bryde de valgte peptidbindinger i prækurseret.

Afhængigt af den specifikke molekyle og det specifikke skæringspunkt kan denne proces frigive en modnet peptid, fjerne det hæmmende område, afsløre det receptormekanismes bindingssted, muliggøre opbygningen af en molekylær struktur, fremstille en intermediær form eller på anden måde ændre molekylets biologiske egenskaber.

Skæring og aktivering er dog ikke synonymer.

Skæring beskriver en kemisk proces.

Aktivering beskriver dens funktionelle konsekvens.

Klipping kan aktivere en molekyle, men det kan også inaktivere den, skabe en mellemform eller føre til dannelse af fragmenter, hvis biologiske funktioner forbliver usikre.

Denne sondring forhindrer en overdrevent forenklet fortolkning af forsøg vedrørende forarbejdning af prekursorstoffer.

Bevis for, at en prekursor er blevet skåret ned, er ikke i sig selv et bevis på, at den forventede aktivitet af det modne produkt er øget.

For at påvise aktivering skal man normalt også vurdere den biologiske funktion af det fremkomne produkt.

Skæring betyder ikke altid øjeblikkelig frigivelse

Selv efter at den kovalente binding er brudt sammen, kan den fjernede del fortsat være fysisk forbundet med sin partner gennem ikke-kovalente interaktioner.

Det betyder, at nedskæringen ikke behøver at føre til en umiddelbar frigivelse af den fuldt tilgængelige aktive partikel.

Et godt eksempel er undersøgelserne af den strukturelle virkning af den skjulte transformerende vækstfaktor beta, TGF-β.

Studierne viste, hvordan prodomena kan skjule væksthormonet for receptoren og forbundne aktivering med strukturelle ændringer i det skjulte kompleks, herunder processer afhængige af styrke i det undersøgte system. [7]

Dette eksempel viser, at regulering kan gå ud over selve nedskæringen.

En prekursor kan allerede blive proteolytisk omdannet, mens den biologisk aktive komponent fortsat er begrænset af interaktioner med prodomenet eller andre molekylære partnere.

Det betyder ikke, at hver propeptid opfører sig som prodomenet TGF-β.

Den mere generelle regel er, at aktiveringen skal påvises for et bestemt biologisk system, og ikke udledes af den antagelse, at „nedsat betyder aktiv”.

Skæringspunkter og enzymer skal passe sammen

Mange hormonsubstitutter indeholder basiske aminosyrer i nærheden af vigtige bearbejdningssteder.

Forekomsten af en bestemt par eller samling af aminosyrer betyder dog ikke, at hvert sådant sted vil blive overskåret på samme måde.

Behandlingen afhænger bl.a. af enzymets specifikke egenskaber, det lokale kontekst for sekvensen, proteinets konformation, cellelokaliseringen og tilgængeligheden af det relevante enzymsystem.

Forsøg med proinsulin og POMC demonstrerer denne principper på grundlag af forskellige prekursorer og konverteringsenzymer. [4][5]

Deres resultater bekræfter selektiv enzymatisk behandling, og ikke den universelle regel, ifølge hvilken selve den korte sekvensmængde bestemmer den videre udvikling af processen.

Den forventede skæringspunkt skal derfor betragtes som en hypotese, der kan verificeres.

Bevis bliver stærkere, når forskerne identificerer det faktiske produkt af processen og forbinder dets dannelse med det foreslåede enzym og de relevante biologiske betingelser.

Hvilke eksperimenter bekræfter forarbejdningen af en forløber?

En troværdig påstand om behandling er normalt baseret på flere komplementære typer af beviser, og ikke på én isoleret observation.

Forskere kan identificere de opståede fragmenter ved hjælp af massespektrometri eller sekventering. De kan sammenligne mængden af forløberen og det færdige produkt over tid, ændre det foreslåede klippested eller begrænse aktiviteten eller ekspressionen af det potentielle processerende enzym.

Funktionelle eksperimenter kan derefter fastslå, om det fremkomne produkt udviser den biologiske aktivitet, der tilskrives dets modne form.

Hver af disse tilgange har begrænsninger.

Ændringen i den tilsyneladende molekylmasse i gelen kan tyde på forarbejdning, men den identificerer ikke det præcise sted for skæringen.

Enzymhæmmer kan påvirke mere end én biologisk vej.

En ændring af det foreslåede klippested kan forstyrre både proteinfoldningen og enzymets opførsel.

Massespektrometri kan identificere molekylære produkter, men på egen hånd bekræfter det ikke deres biologiske aktivitet.

Derfor er overensstemmelsen mellem resultaterne opnået ved hjælp af uafhængige analytiske og funktionelle metoder generelt mere overbevisende end en enkelt måling.

Disse regler tjener til at fortolke undersøgelserne. De bør ikke betragtes som et laboratoriumprotokol eller som en erklæring om, at hvert undersøgelse, der er nævnt her, har gennemført alle mulige forsøg.

Hvilke dokumenter der kræves afhænger af, om undersøgelsesspørgsmålet vedrører molekylær identitet, processmekanisme, enzymets specifikitet eller biologisk funktion.

Defragmenterede fragmenter kan have deres egen aktivitet.

Et fragment, der er frigivet fra propeptidregionen eller identificeret inden for dens rammer, kan nogle gange selv blive genstand for undersøgelser.

Et passende eksempel stammer fra undersøgelser af kollagen.

Forskere identificerede pentapeptidet KTTKS i regionen for propeptidet prokolagen type I og undersøgte dets biologiske aktivitet i dyrkede mesenchymale celler. Der blev observeret en effekt på kollagen- og fibronektyninproduktionen. [8]

Denne resultats skal beskrives på et niveau, som faktisk er blevet påvist.

Et bestemt peptidsæt ændrede de målte parametre relateret til det cytoplasmiske matrix i et eksperiment med cellekulturer.

Det betyder ikke, at en fuldstændig propeptid-kolagendel, en isoleret KTTKS-sekvens, kemisk modificerede derivater af KTTKS eller ethvert kosmetikprodukt, der indeholder en lignende ingrediens, er ens.

Hver af disse tilfælde repræsenterer en anden eksperimentel eller formulativ kontekst.

Resultatet bekræfter heller ikke, at anvendelsen af et kosmetisk produkt på menneskelig hud genaktiverer den normale intracellulære eller extracellulære proces for prokolagenes omdannelse.

Det biologiske oprindelse kan udgøre et interessant videnskabeligt argument for undersøgelsen af en given peptidsekvens.

Det eliminerer dog ikke spørgsmål vedrørende formulering, koncentration, stabilitet, penetration, eksponering, virkning af det færdige produkt og resultater fra undersøgelser på mennesker.

I kosmetisk sammenhæng er det også værd at adskille denne mekanisme fra det bredere emne. Signalkomponenter i hudpleje, Fordi sekvensen fra forløberen ikke automatisk betyder en bestemt virkning for det færdige kosmetikprodukt.

Propeptider og det kosmetiske begreb „pro-peptide”

Overskriften på etiketten identificerer ikke sekvensen

Navnet „pro-peptide” på en læbestift, serum, creme eller andet kosmetikprodukt identificerer ikke i sig selv en bestemt molekyle.

Det kan henvise til et mærke af ingredienser, producentens egen terminologi, markedsføringsstrategien eller en generel erklæring om produktet.

At fastslå, hvad der faktisk er indeholdt i produktet, kræver en analyse af ingredienslisten samt — hvis disse er tilgængelige — relevante tekniske dokumenter.

Videnskabeligt anvendelig molekylær identifikation bør angive bestanddelen og i relevante tilfælde også dens aminosyresekvens, modifikation eller kemiske form.

Selv et entydigt fastslåelse af identiteten svarer kun til en del af spørgsmålet.

Det angiver ikke, hvor meget af det pågældende stof der er i den færdige formel, om det forbliver stabilt under opbevaring, om det når frem til det rette biologiske sted eller om hele formuleringen giver en mærkbar effekt hos mennesker.

Tilstedeværelsen eller fraværet af en forbindelse i navnet giver ikke nogen videnskabelig garanti.

Navnene „propeptide”, „pro-peptide” og „propeptide” kan føre til delvist overlappende søgeresultater, men forekomsten af et af disse i produktnavnet bør ikke automatisk tolkes i overensstemmelse med definitionen af propeptid anvendt i molekylærbiologi.

Biologien for forløberstofferne bekræfter ikke kosmetiske påstande

En undersøgelse, der viser, at propeptidet hjælper med at folde enzymet, giver information om dette enzym og det specifikke eksperimentelle system.

Det beviser ikke, at en læbestift forbedrer fugtniveauet.

På samme måde er undersøgelsen vedrørende behandling af prokolagen ikke i sig selv et bevis på, at den færdige creme reducerer synligheden af rynker.

Det drejer sig om forskellige videnskabelige spørgsmål, der kræver forskellige former for beviser.

En brugbar kosmetisk undersøgelse bør angive den færdige formulering, metoden til dens anvendelse, den undersøgte population, en komparator, varighed og det vurderede resultat.

Hvis erklæringen vedrører fugtighed, skal der anvendes en passende metode til vurdering af fugtigheden.

Hvis det handler om udseendet af rynker, bør undersøgelsen anvende relevante slutpunkter relateret til udseendet og tage højde for effekten af produktets fugtgivende base.

Hvis produktet specifikt deklarerer en effekt på forarbejdningen af prekursorstoffer, skulle beviserne vise en relevant biologisk proces, og ikke blot henvise til en generel publikation om prekursorstoffbiologi.

Hvis undersøgelserne, der understøtter erklæringen, udelukkende omfatter renset protein, beregningsmodeller eller dyrkede celler, bør formuleringen overholde disse begrænsninger.

„Studeret i cellemodel” er ikke det samme som at sige „det er blevet påvist hos personer, der bruger den færdige formulering”.

Tre spørgsmål letter vurderingen af erklæringen

Tre enkle spørgsmål kan lette vurderingen af både biologiske og kommercielle påstande.

Det første lyder således:

Hvad er det præcist, der er til stede?

Dette gør det muligt at fastslå, om diskussionen drejer sig om et biologisk propeptid, en defineret syntetisk sekvens, et modificeret peptid, en blanding eller blot om handelsbetegnelser.

Det andet spørgsmål lyder:

Hvilket eksperiment blev faktisk udført?

Det gør det muligt at bestemme, om beviserne stammer fra undersøgelser af renset protein, celler, dyr, test af en ingrediens eller undersøgelser af færdige produkter hos mennesker.

Det tredje spørgsmål lyder:

Fungerer det målte resultat faktisk som det deklarerede resultat?

Molekylær virkning er ikke automatisk et bevis på en reduktion af rynker. Øget ekspression af et laboratoriummærke er ikke automatisk et bevis på en synlig forbedring af hudens udseende.

Disse spørgsmål hjælper med at forhindre situationer, hvor videnskabelig terminologi erstatter manglende beviser.

Et kosmetikprodukt kan meget godt fugte huden uden at indeholde biologisk propylenglykol.

På den anden side garanterer tilstedeværelsen af et stof forbundet med et biologisk prækursor ikke nogen synlig effekt.

Det færdige produkt kan således vurderes ud fra dets egne beviser, uden at man er nødt til at opstille en ubestridt forklaring baseret på aktiveringen af en forløber.

Denne sondring gør det muligt at beskrive både grundlæggende biologi og kosmetiske data nøjagtigt uden at indlede en fejlagtig antagelse om, at forkortelsen „pro” repræsenterer en effektivitetsmåling.

Ofte stillede spørgsmål

1. Er propeptider aktive hormoner?

Ikke nødvendigvis. Mange propeptider er segmenter af prekursorer, der deltager i proteinfolding, hæmning af aktivitet, strukturbinding eller modning, men ikke i aktive hormoner. Nogle prekursorproteiner fører i sidste ende til dannelse af hormoner, men andre modner til enzymer, strukturelle proteiner, vækstfaktorer eller andre biologiske molekyler. Prokolagens og subtilizinets folding viser de meget forskellige funktioner, som propeptider kan have. [6][1] Det er derfor nødvendigt at fastslå, om en bestemt propeptid udviser hormonaktivitet, for denne specifikke molekyle, og ikke at udlede det ud fra begrebet alene.

2. Identificerer betegnelsen „pro-peptide” på produktets etikette en bestemt molekyle?

Nej. Kun betegnelsen „pro-peptide” ikke sikrer en ensartet molekylær identifikation. Det kan betyde en kommerciel koncepter, et mærke kompleks, en marketing term eller en egen betegnelse for det aktive stof anvendt af producenten, men ikke et biologisk defineret prekursorsegment. For at fastslå, hvilken substans der faktisk er til stede, er en liste over ingredienser og relevant teknisk dokumentation nødvendig. Selvom identifikation er fastslået, er der stadig brug for beviser for det færdige produkt for at fastslå, om det leverer den deklarerede effekt. Produktnavnet kan ikke erstatte enten molekylær identifikation eller dokumentation for effektivitet.

3. Hvordan adskiller propeptidet sig fra probiaktivet?

Proalbumin er normalt en større prekursor-molekyl, mens propeptid normalt refererer til et modningstrinnet i dette prekursor eller til et segment som frigøres under dets bearbejdning. Terminologien kan variere mellem proteinfamilier, hvorfor grænserne for sekvensen samt definitionerne anvendt i et bestemt forsøg er afgørende. Propeptid kan også have en vigtig funktion før fjernelse, selvom det ikke findes i det endelige modne protein. Det kan derfor være vanskeligt at forstå den beskrevne bearbejdningsmekanisme at behandle proalbumin og propeptid som nøjagtige synonymer.

4. Er signalpeptidet det samme som propeptidet?

Nej. Et signalpeptyd hjælper normalt med at dirigere det nyligt syntetiseret protein til den rette intracellulære rute, mens et propeptyd ofte deltager i senere modning, folding, inhibition, deposition eller aktivering. Begge kan forekomme i det samme præpro-peptidet, men de udfører forskellige funktioner. Strukturelle undersøgelser vedrørende signalgenkendelse beskriver den intracellulære mekanisme for proteinens ledelse, i stedet for at antage, at hver af de fjernes regioner har den samme funktion. [3] Derfor er det vigtigt at definere en specifik sekvens og procesfase i stedet for at antage, at hver fjernes region har den samme funktion.

5. Hvorfor producerer celler prækurser i stedet for kun modne proteiner?

Produktionen af prekursormolekyler giver cellerne mulighed for at koordinere mange aspekter af proteinbiologien, herunder deres styring, folding, transport, samling og det øjeblik, hvor aktiviteten opnås. Nogle proteiner kan kræve at forbli inaktive eller begrænset indtil de når det rette sted eller opnår den rette tredimensionelle struktur. Undersøgelser af propeptidet viser, at propeptidet kan hjælpe med folding samtidig med at det hæmmer enzymet, før modningen er afsluttet. [1] Dette er en klar biologisk fordel ved prekursormolekylerne, selvom forskellige proteiner anvender forskellige modningsstrategier.

6. Aktiverer skæring altid proteinet?

Nej. Klipping kan aktivere en molekyle, deaktivere den, føre til dannelse af en intermediær form eller skabe fragmenter med forskellige eller usikre funktioner. Selvom segmentet fjernes efter klippet, kan det undertiden forbli ikke-kovalent bundet til den modne del og fortsat begrænse dens aktivitet. Undersøgelser af skjult TGF-β viser, hvorfor funktionel aktivering kan kræve mere end blot at afbryde peptidsbindingen i prekursoren. [7] Aktiviteten bør derfor bekræftes med relevante funktionelle beviser, og ikke kun udledes af klippet.

7. Kan der dannes flere peptider fra én prækursor?

Ja. En prekursor kan indeholde flere regioner, som i sidste ende dannes til forskellige peptidhormonprodukter. Et vigtigt eksempel er POMC. Eksperimenter har vist, at forskellige konverteringer fører til forskellige mønstre for bearbejdning af den samme prekursor. [5] Enzymerne, der bearbejder det i en bestemt celle, påvirker således, hvilke modne produkter der dannes og i hvilke forhold. Prekursorsækkens sekvens definerer de mulige produkter, men bestemmer ikke selv, hvilke der vil dominere i hver enkelt væv eller biologisk situation.

8. Findes propeptider altid i begyndelsen af et protein?

Nej. Segmenterne forbundet med prekursoren kan være forskellige steder afhængigt af strukturen af det pågældende protein. Prokolagen indeholder slutpropeptider, herunder den C-terminale region, der fjernes under modningen, mens proinsulin indeholder den interne forbindelse, der fjernes under dannelsen af modnet insulin.[6][4] Placeringen er således en egenskab ved det specifikke prekursor og bør ikke udledes af blot præfikset „pro”.

9. Er propeptider simpelthen affaldsprodukter?

Nej. Nogle propeptider udfører vigtige funktioner før fjernelse, og nogle af de frigivne fragmenter er også blevet undersøgt for deres egen biologiske aktivitet. Forskning med subtilizin giver eksperimentelle eksempler på både at støtte folding og at hæmme enzymet af propeptider. [1] Det faktum at nogle propeptider har vigtige funktioner betyder dog ikke, at ethvert frigivet segment af forløberen har en positiv effekt. Biologisk betydning skal undersøges individuelt i stedet for automatisk at antage dens tilstedeværelse eller fravær.

10. Hvad er intercellulært omsorgsvæv protein?

Intercellulær omsorgsprotein er regionen af et protein, der hjælper en anden del af den samme molekyle med at opnå den korrekte tredimensionelle struktur. En propeptid kan have denne funktion, hvilket er blevet påvist i undersøgelser af subtilizinens modning. [2] Dette begreb beskriver molekylets foldningsmekanisme og ikke kategorien af kosmetiske ingredienser. Beviset for, at et enzym bruger en propeptid som intercellulær omsorgsprotein, betyder ikke, at en ikke-associeret peptid eller kosmetisk ingrediens har den samme funktion.

11. Anvender alle prekursorer den samme metaboliserende enzym?

Nej. Forskellige enzymer, der bearbejder forskellige substrater, kan have forskellige præferencer for hvilke snitpunkter de skal bearbejde. Forsøg med proinsulin og POMC viste forskellige bearbejdningsmønstre forbundet med forskellige konverteringer. [4][5] Resultatet kan påvirkes af enzymets tilgængelighed, den lokale aminosyresekvens, proteinets konformation, den intracellulære placering og tilgængeligheden af snitpunktet. Det generelle begreb „aktiverende enzymer” giver derfor mindre videnskabelig information end angivelsen af et specifikt enzym og en prækursor, som faktisk er blevet undersøgt.

12. Kan behandlingen finde sted uden for cellen?

Ja. Nogle trin i forarbejdningen af prekursorer finder sted intracellulært. Et eksempel på dette i forbindelse med udvikling af det cytoplasmatiske madrets er fjernelsen af C-propeptid fra prokolagen af BMP-1.[6] Dette adskiller sig fra forarbejdningen af mange hormonprækursorer inden for den sekretoriske vej. Placeringen af forarbejdningen afhænger derfor af et specifikt protein og bør fastslås eksperimentelt, i stedet for at generaliseres ud fra et kendt prekursor-system.

13. Måler propeptiderne sig at være meget korte?

Nej. Termen propeptid beskriver forbindelsen med prekursors modning, og ikke det nøjagtige antal aminosyrer. Den undersøgte eksperimentelle propeptidsubstitut indeholder 77 aminosyreresters, hvilket viser, at propeptidet ikke behøver at betyde en meget lille peptidstruktur, som ofte forekommer i kosmetikmarkedsføring. [1] Andre segmenter forbundet med prekursorer og prodomener kan have betydeligt forskellige længder og strukturelle kompleksitet. Selve sekvenslængden giver derfor ikke mulighed for at fastslå, om en given struktur er en biologisk propeptid.

14. Beviser detektionen af en prækurser tilstedeværelsen af dets modne produkt?

Nej. Påvisningen af en prækursor bekræfter tilstedeværelsen af den påviste prekursorform. Det må ikke betyde, at behandlingen har været korrekt eller at et modent, biologisk aktivt produkt er blevet dannet. Behandlingen kan være ufuldstændig eller forandret, og det modne produkt kan derefter blive nedbrudt. Når denne sondring er vigtig, er det nødvendigt med test, der muliggør sondringen mellem prekursor-, mellem- og modnet form. Den samlede mængde protein må ikke automatisk sammenlignes med mængden af det aktive produkt.

15. Er KTTKS det samme som hele kollagenpropeptidet?

Nej. KTTKS er en kort sekvens identificeret i regionen af propeptidet prokolagen type I, og ikke hele propeptidet. Forskere har undersøgt KTTKS i dyrkede celler og beskrev effekten på produktionen af extracellulære matrixkomponenter. [8] Disse resultater bør forbli forbundet med den nøjagtige sekvens og det eksperimentelle model, der undersøges. Den fuldstændige prekursorsekvens, isoleret KTTKS, kemisk modificerede derivater og færdige kosmetiske produkter, der indeholder lignende komponenter, er forskellige materialer og bør ikke automatisk overtage hinandens beviser.

16. Er den forventede klippested nok til at bekræfte det biologiske system?

Nej. Det estimerede snitsted angiver den sandsynlige placering af processen, men det beviser ikke, at det rent biologisk faktisk sker dér. Eksperimenter er nødvendige for at identificere de fremkomne produkter og knytte deres dannelse til det relevante enzym og de relevante betingelser. Proteinfoldning og tilgængeligheden af snitstedet kan også afgøre, om det teoretisk genkendelige sted faktisk bliver omdannet. Forudsigelser er derfor nyttige til at udvikle og teste hypoteser, men de bør ikke fremstilles som en fuldstændig validering af mekanismen.

17. Hvilke beviser kan understøtte den kosmetiske erklæring om „pro-peptidet”?

En entydigt identificeret komponent sammen med en passende designet undersøgelse af den færdige formulering giver langt mere brugbare beviser end selve terminologien. Undersøgelsen bør vurdere den deklarerede effekt ved brug af en passende komparator, en passende population, en passende varighed og en passende målemetode. Hvis erklæringen specifikt siger, at et kosmetikprodukt ændrer aktiveringen eller forarbejdningen af en forløber, kræver også denne mekanisme direkte beviser. En generel publikation inden for molekylærbiologi om proteiners behandling, deres folding eller aktivitet af kollagenforløbere kan ikke alene bekræfte virkningen af et kosmetikprodukt.

Sammenfatning

Propeptider er en vigtig del af de biologiske mekanismer, som gør det muligt for mange proteiner at blive fremstillet, reguleret, transporteret, foldet og undergået en modningsproces.

Det definerer dem simpelthen ikke ved at give en kort sekvens af aminosyrer.

Denne betegnelse beskriver i stedet deres forhold til forløberen og processen med dens modenhed.

Forskellige propeptider kan have meget forskellige funktioner.

Nogle hjælper med at folde proteiner korrekt.

Andre begrænser den biologiske aktivitet til det relevante stadie af udvikling.

Nogle deler deltar i dannelsen af molekylære strukturer, mens bestemte frigivne fragmenter kan udvise egen biologisk aktivitet og blive et uafhængigt emne for undersøgelse.

Hormonpræparater, prekursorformer af enzymer, systemer af vækstfaktorer og prokolagen viser, hvor varierede disse mekanismer kan være.

Det er særligt vigtigt at skelne mellem nedbrydning og aktivering. Afbrydelse af peptidsbindingen kan ændre molekylær identitet uden umiddelbar påvirkning af biologisk aktivitet. Den frigjorte del kan fortsat være forbundet med den modne molekyle, nedbrydningen kan føre til dannelse af en intermediær form i stedet for det endelige produkt, og korrekt behandling bekræfter ikke automatisk den funktionelle aktivitet.

På samme måde bekræfter detektionen af en forløber ikke tilstedeværelsen af et modent produkt.

Disse forskelle forklarer, hvorfor biologi over for forløbere normalt fastslås på grundlag af supplerende beviser vedrørende molekylær identitet, metabolisk proces, enzymatisk specificitet og biologisk funktion.

Den terminologi, der anvendes i kosmetik, kræver en særlig fortolkning.

Et produkt, der er mærket med betegnelsen „pro-peptide”, behøver ikke at indeholde et biologisk propeptid, reproducere den naturlige proces med forarbejdning af prekursorstofferne eller give synlige kosmetiske fordele.

Først skal den faktiske identitet af det pågældende element fastslås.

Herefter skal den færdige formulering vurderes på baggrund af beviser om det effekt, den faktisk deklarerer.

Et eksperiment vedrørende foldning af protein ikke beviser fugtighed i huden.

En undersøgelse af prokolagendannelsen er ikke i sig selv et bevis på en reduktion af rynkerne.

Et eksperiment med celleopdræt vedrørende sekvensen fra en forløber viser ikke, at det færdige produkt er effektivt til brug på mennesker.

Den mest nyttige regel er derfor at adskille molekylær identitet, biologiske mekanismer, eksperimentelle beviser og erklæringer om det færdige produkt.

Denne sondring gør det muligt at bevare den videnskabelige værdi af viden om propeptider uden at udvide laboratorieresultaterne ud over det, der faktisk er påvist i forsøgene.

Ansvarsfraskrivelse

Dette indlæg har udelukkende en uddannelsesmæssig og videnskabelig formål. Det forklarer emner relateret til prekursorproteiner, propeptider, proteinbehandling, skæring, modning og fortolkning af relateret kosmetisk terminologi.

Det udgør ikke en anbefaling vedrørende et kosmetisk produkt, et peptidisk stof, et supplement, en behandling, en formulering, en dosering eller en indgivelsesvej.

Resultaterne af laboratorieundersøgelser, der omfatter renset protein, prekursorstrukturer, dyrkede celler, enzymer eller enkeltpeptidsplitter, må ikke automatisk fortolkes som beviser for klinisk eller kosmetisk virkning for lignende handelsmæssige ingredienser.

Et produkt, der indeholder betegnelsen „pro-peptide”, bør vurderes ud fra det faktiske indhold og beviserne vedrørende den færdige formulering, og ikke ud fra antagelsen om, at det reproducerer den biologiske mekanisme forbundet med prækursoren.

Spørgsmål om behandling, sygdomme eller individuel sundhedstilstand bør om nødvendigt konsulteres med en relevant kvalificeret sundhedsperson.

Referencer

1. Ohta, Y., Hojo, H., Aimoto, S., Kobayashi, T., Zhu, X., Jordan, F., & Inouye, M. (1991). Pro-peptid som en intramolekylær chaperon: Renaturering af denatureret subtilisin E med et syntetisk pro-peptid [korrigeret]. Molekylær mikrobiologi, 5(6), 1507–1510. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.1991.tb00797.x
2. Yabuta, Y., Takagi, H., Inouye, M., & Shinde, U. (2001). Foldningsvej, formidlet af en intramolekylær chaperon: Propeptidfrigivelse modulerer aktiveringspræcisionen af pro-subtilisin. Journal of Biological Chemistry, 276(48), 44427–44434. https://doi.org/10.1074/jbc.M107573200
3. Jomaa, A., Eitzinger, S., Zhu, Z., Chandrasekar, S., Kobayashi, K., Shan, S. O., & Ban, N. (2021). Molekylær mekanisme for lastgenkendelse og overdragelse af lasten ved hjælp af pattedyrs signalgenkendelsespartikler. Cell Reports, 36(2), Artikel 109350. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109350
4. Smeekens, S. P., Montag, A. G., Thomas, G., Albiges-Rizo, C., Carroll, R., Benig, M., Phillips, L. A., Martin, S., Ohagi, S., & Gardner, P. (1992). Proinsulin-behandling ved hjælp af subtilisinrelaterede proprotein-omvandlere (furin, PC2 og PC3). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 89(18), 8822–8826. https://doi.org/10.1073/pnas.89.18.8822
5. Benjannet, S., Rondeau, N., Day, R., Chrétien, M., & Seidah, N. G. (1991). PC1 og PC2 er proprotein-konverteraser, der er i stand til at nedbryde proopiomelanocortin ved at affyre dem ved særlige par af basiske rester. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 88(9), 3564–3568. https://doi.org/10.1073/pnas.88.9.3564
6. Kessler, E., Takahara, K., Biniaminov, L., Brusel, M. & Greenspan, D. S. (1996). Bone morphogenetic protein-1: Type I procollagen C-proteinase. Videnskab, 271(5247), 360–362. https://doi.org/10.1126/science.271.5247.360
7. Shi, M., Zhu, J., Wang, R., Chen, X., Mi, L., Walz, T., & Springer, T. A. (2011). Latent TGF-β struktur og aktivering. Nature, 474(7351), 343–349. https://doi.org/10.1038/nature10152
8. Katayama, K., Armendariz-Borunda, J., Raghow, R., Kang, A. H., & Seyer, J. M. (1993). Et pentapeptid fra type I prokolagen fremmer produktionen af ekstracellulær matrix. Journal of Biological Chemistry, 268(14), 9941–9944. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8486721/