Propeptiidid: prekursortalgud, töötlemine ja bioloogilised rollid

Propeptiid on valgu eelkäija küpsemisega seotud segment, mis tavaliselt eemaldatakse teatud ensümaatilise protsessi käigus. Enne eemaldamist võib see aga täita olulisi bioloogilisi funktsioone. Sõltuvalt valgust võib see aidata kaasa õigele kurdumisele, ennetada enneaegset bioloogilist aktiivsust, mõjutada molekulaarsete struktuuride kokkupanekut või reguleerida aega ja kohta, kus küps toode kättesaadavaks muutub.

See tähendab, et propeptiidi ei tohki mõista lihtsalt väikese peptiidi teise nimena. Samuti ei ole see automaatselt aktiivne hormoon, signaalpeptiid ega kosmeetiline komponent. See term kirjeldab suhet konkreetse järjestuse ja suurema eelkäijamolekuli küpsemisprotsessi vahel.

See eristus on eriti oluline, kuna propeptiid, provalk, prohormoon, preprovalk, signaalpeptiid ja prodomeen kirjeldavad omavahel seotud, kuid erinevaid bioloogilisi mõisteid. Samal ajal kasutatakse kosmeetikas ja kommertstoodetes mõnikord termineid nagu „propeptiid”, mis ei pruugi viidata bioloogilisele prekursorile.

Prekursorvalkude sünteesi ja töötlemise mõistmine hõlbustab seega nii teadusliku terminoloogia kui ka kommertstoodetes kasutatavate nimede tõlgendamist.

Selles artiklis on prekursorite töötlemise protsessi illustreeritud hormoonide tootmise, ensüümide küpsemise, kasvufaktorite regulatsiooni ja kollageeni bioloogia näidetega. Need näited toovad välja konkreetsed bioloogilised mehhanismid kindlates katsetingimustes. Need ei tõesta, et kosmeetikatoode või muu toode avaldab samasugust toimet pelgalt seetõttu, et selle nimetuses esineb termin „pro-peptiid”.

Propeptiid on valgu inaktiivne eelkäija, mis muutub aktiivseks valguks või peptiidiks pärast seda, kui sellest on teatud osa (proosa) ensümaatiliselt ära lõigatud.

Valkude küpsemises osalev segment

Paljusid valke ei sünteesita algselt täpselt sellisel molekulaarsel kujul, nagu nad oma lõplikku funktsiooni täidavad.

Rakud võivad kõigepealt toota prekursormolekuli, mis sisaldab täiendavaid aminohappejärjestusi. Küpsemise käigus võidakse mõned neist järjestustest eemaldada, keemiliselt modifitseerida, ümber korraldada või töödelda muul viisil, enne kui tekib lõplik funktsionaalne toode.

Propeptiid tähendab tavaliselt sellise prekursorvalgu segmenti, mis on seotud selle valmimisega, samas kui probalk viitab laiemalt suuremale prekursormolekulile, mis seda piirkonda sisaldab.

See eristus on kasulik, kuigi bioloogiline terminoloogia ei ole kõigis valkude perekondades täiesti ühtne.

Mõnes publikatsioonis kasutatakse terminit „prodomeen” suhteliselt suure struktuurse piirkonna kohta ja „propeptiid” sellele vastava segmendi kohta. Teised autorid kasutavad eellase molekulide arutamisel terminit propeptiid veidi laiemas tähenduses.

Seetõttu ei ole kõige usaldusväärsem lähenemisviis pelgalt eesliite tõlgendamine. Selle asemel tuleks analüüsida järjestuse piire, molekuli struktuuri, töötlemise etappe ja terminoloogiat, mida kasutavad antud valku uurivad teadlased.

Eesliide „pro” viitab selles bioloogilises kontekstis seosele prekursoriga või küpsemisprotsessiga.

See ei tähenda, et molekul oleks kosmeetikatoodesse lisamisel professionaalselt välja töötatud, tugevam, edasijõudnum, tõhusam ega tingimata kasulik.

Propeptiidid ei ole pelgalt tarbetu pakend„

Propeptiidi on lihtne ette kujutada tarbetu molekulaarse pakendina, mis küpse valgu moodustumisel lihtsalt eemaldatakse ja ära visatakse.

Bioloogia on aga sageli keerulisem.

Eemaldataval segmendil võib enne küpsest molekulist kadumist olla oluline funktsioon.

Uuringud bakteriaalse ensüümi subtilisiin E kohta on eriti selge näide. Teadlased on näidanud, et sünteetiline propeptiid võib aidata denatureeritud ensüümil taastada oma aktiivne kolmemõõtmeline struktuur. Sama propeptiid võis seonduda ka küpse ensüümiga ja pärssida selle aktiivsust. [1]

Need vaatlused näitavad kahte erinevat bioloogilist funktsiooni.

Esiteks võib propeptiid osaleda valgu voltumises.

Teiseks võib see aidata piirata ensümaatilist aktiivsust sobiva küpsemisetapini.

Sellist voltimisabi nimetatakse rakusisese šaperooni funktsiooniks. See on eelkäija molekuli osa, mis aitab sama molekuli teisel fragmendil võtta vastu õige struktuuri.

Subtiliini näide näitab seega, miksi teatud segmendi puudumine ensüümi lõplikus aktiivses vormis ei tähenda, et see oleks bioloogiliselt tähtsusetu.

Samas ei tohいを neeme tulemusi liigselt üldistada.

Subtilisiin on bakteriaalne ensüüm. Konkreetse voltimise ja inhibeerimisega seotud funktsiooni demonstreerimine selles süsteemis ei tähenda, et iga inimeste propeptiid täidaks samu funktsioone.

Hilisemad uuringud prosubtilisiini kohta on omavahel sidunud mitu küpsemisetappi, sealhulgas voltimise, isemoonutuse, propeptiidi vabanemise ja ensüümi aktiveerimise. [2]

Need eksperimendid näitavad veel üht olulist põhimõtet: prekursorite küpsemine võib kujutada endast koordineeritud molekulaarsete sündmuste jada, mitte ühteainsat lõikust, mis viib koheselt täieliku bioloogilise aktiivsuseni.

Propeptiidi vabanemise hetk võib seega olla sama oluline kui esialgne lõige ise.

Kuidas eristada seotud mõisteid?

Prekursorvalkude üle peetavates aruteludes kerkib regulaarselt esile mitu seotud terminit, kuid neid ei tohiks käsitleda ühe ja sama mõistena.

Need kategooriad kattuvad osaliselt, kuna kirjeldavad eelkäijate bioloogia erinevaid aspekte, kuid need ei ole sünonüümid.

Prohormoon on näiteks teatud tüüpi eelühend, mis on seotud hormooni või seotud peptiidide tekkeajaga.

Propeptiid võib aga tähendada vaid ühte palju suurema prekursormolekuli segmenti.

See eristus on uuringute tõlgendamisel oluline, kuna bioloogiline funktsioon sõltub tegelikust molekulist ja selle uuritavast töötlemisrajast.

Eeltöötlus ja prekursorite töötlemine

Sekvents „pre” vastutab valgu suunamise eest

Paljude sekretoorsete valkude puhul sisaldab eelkäija varaseim vorm N-terminaalset aminohappejärjestust, mis aitab suunata vast sünteesitud molekuli sobivasse rakusisesesse rajasse.

Seda järjestust nimetatakse tavaliselt signaalpeptiidiks või preprovalkude terminoloogias pre-osaks.

Tema roll erineb hiljem valgu voltimises, pärssimises, koostamises või aktiveerimises osaleva propeptiidi funktsioonist.

Imetajate signaalituvastuskompleksi struktuuriuuringud analüüsisid, kuidas intratsellulaarne valkude suunamise mehhanism tunneb ära tekkiva signaaljärjestuse juba valgusünteesi ajal ribosoomil ja aitab koordineerida selle transporti membraani suunas. [3]

See on raku sisemine valkude suunamise mehhanism.

Seda ei tohki tõlgendada tõendina, et kosmeetikatootes välispidiselt kasutatud peptiid tungib automaatselt naharakkudesse või järgib sama rada.

Signaaljärjestuse eemaldamine ja prekursori hilisem töötlemine on seega eraldiseisvad bioloogilised sündmused.

Need võivad toimuda raku erinevates piirkondades, hõlmata erinevaid ensüüme ja täita erinevaid funktsioone.

Lihtsustatult võib seda rada esitada järgmiselt:

eelvalk → valk → küps toode

See on siiski vaid õpetlik mudel. Üksikud valgud võivad läbida täiendavaid modifikatsioone, vaheetappe lõikamisel, voltimisel, transportimisel ja kokkupanemisel.

Mitte iga eelkäija ei küpse ühesuguse ajakava järgi.

Insuliini näide

Insuliin on üks tuntumaid näiteid hormoonist, mis tekib eelkäija töötlemise teel.

Varaseim eelkäija, preproinsuliin, sisaldab juhtjärjestust.

Pärast selle signaaljärjestuse eemaldamist jääb järele proinsuliin.

Seejärel töödeldakse proinsuliini edasi, mille käigus ühenduspiirkond eraldatakse fragmentidest, millest lõpuks moodustuvad küpsed insuliiniahelad.

See näide toob esile, miks eelvalk, provalk ja küps valk ei ole omavahel asendatavad mõisted. Need kirjeldavad sama biosünteesi raja erinevaid molekulaarseid etappe.

Ühes proinsuliini töötlemise uuringus ekspresseerisid teadlased proinsuliini koos võimalike töötlemisfermentidega kultiveeritud rakkudes. PC2 ja PC3 puhul täheldati erinevaid lõikamise eelistusi, mis kinnitas nende osalust insuliini küpsemises. [4]

Hilisemas terminoloogias nimetatakse PC3 sageli PC1/3-ks.

Kõige olulisem reegel on see, et lähteainete töötlemine on selektiivne.

Töötlusensüümid ei lõigu eelvalke juhuslikult väiksemateks peptiidideks.

Konkreetse järjestuse ümbruse ja lõikamiskohtade äratundmine aitab aga kindlaks teha, milliseid küpseid molekulaarseid saadusi toodetakse.

Proinsuliini eksperiment näitab samuti, miksi teaduslikes kirjeldustes tuleb säilitada sellised üksikasjad nagu ensüümi identiteet, substraadi tüüp ja eksperimentaalne mudel.

Need tegurid võivad oluliselt mõjutada tulemuste tõlgendamist.

Üks prekursor võib viia mitme toote tekkeni

Lähteaine molekul ei pea tingimata andma vaid ühte aktiivset saadust.

Mõned prekursors valgud sisaldavad mitut piirkonda, millest võivad lõpuks tekkida erinevad bioloogiliselt aktiivsed peptiidid.

Oluline näide on proopiomelanokortiin ehk POMC.

POMC sisaldab mitmeid piirkoneid, mida saab töödelda erinevateks peptiidproduktideks. See, millised produktid lõpuks kogunevad, sõltub osaliselt antud rakkudes leiduvast ensümaatilisest aparatuurist.

1991. aasta uuringus ekspresseerisid teadlased POMC-d koos PC1 või PC2-ga mitmes rakumudelis. Üksikute ensüümide puhul täheldati erinevaid lõhustumismustreid. [5]

Eksperiment andis seega otseseid tõendeid selle kohta, et erinevad töötlevad ensüümid võivad samast prekursorist toota erinevaid küpsemissaadusi.

See selgitab, miksi prekursori järjestuse tundmine ei pea teadlastele ütlema täpselt, millised küpsed peptiidid igas koes tekivad.

Aminohappeline järjestus määrab molekulaarse materjali, mida saab potentsiaalselt töödelda.

Ensümaatiline keskkond ja intratsellulaarsed tingimused aitavad aga kindlaks teha, mida uuritavates bioloogilistes tingimustes tegelikult töödeldakse ja toodetakse.

Kaks sama eelühendit tootvat rakku võivad seega toota küpsete peptiidide erinevaid segusid, kui nende töötlemise eest vastutav aparatuur on erinev.

Töötlemine on enam kui lihtsalt keti läbisaagimine

Proteolüütiline lõikamine on vaid üks valgu küpsemise elemente.

Sõltuvalt molekulist võib küpsemine hõlmata ka valgu voltumist, disulfiidsildade moodustumist, rakusisest transporti, teiste molekulidega ühinemist ja keemilisi modifikatsioone.

Need protsessid võivad üksteist mõjutada.

Lõikesait võib aminohappejärjestuses olemas olla, kuid valgu kolmemõõtmelise struktuuri tõttu jääda töötlevale ensüümile kättesaamatuks.

Samamoodi võib õige kurdatus sõltuda varasematest töötlemisetappidest.

Seetõttu tuleb prekursorite uuringute hindamisel eristada kolme küsimust:

Kas prekursor on toodetud?

Kas see on nõuetekohaselt töödeldud tuvastatud küpseks tooteks?

Kas valmis toode näitas piisavat bioloogilist aktiivsust?

Need küsimused on omavahel seotud, kuid ei ole samaväärsed.

Prekursori koguse mõõtmine võib vastata esimesele küsimusele, ilma et see annaks vastust teisele ja kolmandale.

Näiteks test, mis tuvastab üheaegselt nii prekursorit kui ka mitut selle fragmenti, võib viidata suurele koguvalgu hulgale, andes vähe teavet küpse, aktiivse toote tegeliku koguse kohta.

Kui bioloogiline tõlgendus sõltub küpsemisprotsessist, on vaja analüütilisi meetodeid, mis võimaldavad eristada molekuli prekursorit, vaheprodukte ja küpseid vorme.

Töötlemine võib toimuda väljaspool rakke

Mitte iga prekursorite töötlemise oluline etapp ei toimu sekretoorsete graanulite või muude rakusiseste kompartmentide sees.

Oluline näide rakuvälisest protsessist on kollageeni bioloogia.

Prokolageeni molekulid sisaldavad terminaalseid propeptiide. Nende piirkondade eemaldamine osaleb kollageenikiudude küpsemises ja moodustumises.

1996. aasta uuringus tuvastati luu morfogeneetiline valk 1 ehk BMP-1 I tüüpi prokolageeni C-proteinasina. [6]

Uuring seostas konkreetse ensüümi I tüüpi prokolageeni C-lõpu propeptiidide eemaldamisega.

See näide on kasulik mitmel põhjusel.

Esiteks näitab see, et prekursorite töötlemine võib olla rakuvälise maatriksi valmimise oluline osa, mitte pelgalt hormonaalne signaalülekanne.

Teiseks näitab see, miksi valkude nimesid ei tohiks tõlgendada ainult tuntud terminoloogia põhjal. Vaatamata oma nimele ei tohiks BMP-1 automaatselt pidada valguks, mis toimib täpselt samamoodi nagu kõik teised valgud, mida nimetatakse luu morfogeneetilisteks valkudeks.

Kolmandaks näitab see näide, miks propeptiid ei ole automaatselt hormoon.

Prokolageeni puhul puudutab bioloogiline kontekst rakuvälise maatriksi moodustumist ja küpsemist, mitte kaugesse elundisse suunatud hormonaalset signaaliülekannet.

Aktiveerimine ja lõikamine

Lõikamine muudab molekulaarset identiteeti

Proteolüütiline lõikamine seisneb teatud peptiidsidemete katkestamises prekursorvalgu sees.

Sõltuvalt konkreetsest molekulist ja lõikekohast võib see protsess vabastada küpse peptiidi, eemaldada inhibeeriva piirkonna, paljastada retseptori sidumiskoha, võimaldada molekulaarstruktuuri kokkupanekut, tekitada vahevormi või muuta muul viisil molekuli bioloogilisi omadusi.

Kuid lõikamine ja aktiveerimine ei ole sünonüümid.

Lõikamine kirjeldab keemilist sündmust.

Aktiveerimine kirjeldab selle funktsionaalset tagajärge.

Lõikamine võib molekuli aktiveerida, kuid see võib selle ka inaktiveerida, tekitada vahevormi või viia fragmentide tekkeni, mille bioloogilised funktsioonid jäävad ebakindlaks.

See eristus hoiab ära prekursori töötlemise katsete ülemäära lihtsustatud tõlgendamise.

Selle tõendamine, et prekursor on lõigatud, ei tõenda iseenesest, et küpse toote oodatud aktiivsus on suurenenud.

Aktiveerimise tõendamiseks tuleb tavaliselt hinnata ka saadud saaduse bioloogilist funktsiooni.

Lõikamine ei tähenda alati kohest vabanemist

Isegi pärast kovalentse sideme katkemist võib eemaldatud segment jääda füüsiliselt oma partneriga seotuks mittekovalentsete vastastikmõjude kaudu.

See tähendab, et lõikamine ei pea viima kohese vabanemiseni täielikult kättesaadavast aktiivsest molekulist.

Heaks näiteks on varjatud transformeeruva kasvufaktori beet ehk TGF-$\beta$ struktuursed uuringud.

Uuringud on näidanud, kuidas prodomeen võib kaitsta kasvufaktorit retseptori poolt tuvastamise eest, ning seostasid aktiveerumise varjatud kompleksi struktuursete muutustega, sealhulgas uuritavas süsteemis jõust sõltuvate protsessidega. [7]

See näide näitab, et reguleerimine võib ulatuda pelgast lõikamisest kaugemale.

Prekursor võib olla juba proteolüütiliselt töödeldud, samal ajal kui bioloogiliselt aktiivne komponent on endiselt piiratud koostoimete kaudu prodoomeni või teiste molekulaarsete partneritega.

See ei tähenda, et iga propeptiid käituks samamoodi nagu TGF-$\beta$ prodomeen.

Laiem reegel on see, et aktiveerimist tuleb tõestada konkreetse bioloogilise süsteemi jaoks, mitte tuletada seda eeldusest, et „läbilõigatud tähendab aktiivset”.

Lõikekohad ja ensüümid peavad omavahel sobima

Paljud hormoonide eelkäijad sisaldavad oluliste töötlemiskohtade läheduses aluselisi aminohappeid.

Teatud aminohapete paari või järjestuse esinemine ei tähenda siiski, et iga sellist saiti lõigataks samal viisil.

Töötlemine sõltub muu hulgas ensüümi spetsiifilisusest, kohalikust järjestuse kontekstist, valgu konformatsioonist, rakulisest lokalisatsioonist ja vastava ensümaatilise aparatuuri kättesaadavusest.

Proinsuliini ja POMC-i eksperimendid näitavad seda põhimõtet erinevate prekursorite ja konvertaaside näitel. [4][5]

Nende tulemused kinnitavad selektiivset ensümaatilist töötlemist, mitte aga universaalset reeglit, mille kohaselt määrab protsessi edasise käigu pelgalt lühike järjestusmotiiv.

Seetõttu on kõige parem käsitleda prognoositavat lõikekohta kontrollitava hüpoteesina.

Tõendid muutuvad tugevamaks, kui teadlased tuvastavad tegeliku töötlemissaaduse ja seovad selle tekke pakutud ensüümi ning asjakohaste bioloogiliste tingimustega.

Millised eksperimendid kinnitavad prekursorite töötlemist?

Usaldusväärne väide töötlemise kohta põhineb tavaliselt mitmel täiendaval tõendiliigil, mitte ühelainsal isoleeritud vaatlusel.

Teadlased saavad moodustunud fragmente identifitseerida massスペktromeetria ehk mass spectrometry abil või sekveneerimise teel. Nad võivad võrrelda prekursorite ja küpsete produktide kogust aja jooksul, muuta pakutud lõikekohta või piirata potentsiaalse töötleva ensüümi aktiivsust või ekspressiooni.

Funktsionaalsed eksperimendid saavad seejärel kindlaks teha, kas saadud produktil on bioloogiline aktiivsus, mida omistatakse selle küpsele vormile.

Igal neist lähenemisviisidest on piirangud.

Näivse molekulmassi muutumine geelis võib vihjata töötlemisele, kuid see ei määra kindlaks täpset lõhustumiskohta.

Ensüümi inhibiitor võib mõjutada enamat kui ühte bioloogilist rada.

Kavandatud lõikekoha muutmine võib häirida nii valgu voltumist kui ka ensüümi poolt äratundmist.

Massスペktromeetria suudab tuvastada molekulaarseid saadusi, kuid see ei kinnita üksi nende bioloogilist aktiivsust.

Seepärast on sõltumatute analüütiliste ja funktsionaalsete meetoditega saadud tulemuste kokkulangevus üldiselt veenvam kui üksik mõõtmine.

Need reeglid on mõeldud uuringute tõlgendamiseks. Neid ei tohiks käsitleda laboriprotokollina ega väitena, et iga siin tsiteeritud uuring on teinud kõik võimalikud eksperimendid.

Nõutavate tõendite liik sõltub sellest, kas uurimisküsimus puudutab molekulaarset identiteeti, töötlemismehhanismi, ensüümi spetsiifilisust või bioloogilist funktsiooni.

Vabastatud fragmendid võivad ilmutada omaenda aktiivsust

Propeptiidi piirkonnast vabastatud või selle piires tuvastatud fragment võib mõnikord ise uuringute objektiks saada.

Sobiv näide pärineb kollageeniuuringutest.

Teadlased identifisisid pentapeptiidi KTTKS I tüüpi prokollageeni propeptiidi piirkonnas ja uurisid selle bioloogilist aktiivsust kultiveeritud mesenhümaalsetes rakkudes. Täheldati mõju kollageeni ja fibronektiini tootmisele. [8]

Seda tulemust tuleb kirjeldada tasemel, mis on tegelikult tõendatud.

Konkreetne peptiidifragment muutis rakukultuuri eksperimendis rakuvälise maatriksiga seotud mõõdetud parameetreid.

See ei tähenda, et prokolageeni täielik propeptiid, isoleeritud KTTKS-järjestus, KTTKS-i keemiliselt modifitseeritud derivaadid ja iga sarnast koostisosa sisaldav kosmeetikatoode oleksid samaväärsed.

Igaüks nendest juhtudest esindab erinevat eksperimentaalset või formuleeringu konteksti.

Tulemus ei tõenda ka seda, et kosmeetikatoote kandmine inimese nahale taastab prokolageeni õige rakusesisese või rakudevälise töötlemise protsessi.

Bioloogiline päritolu võib pakkuda huvitava teadusliku põhjenduse antud peptiidijärjestuse uurimiseks.

See ei välista siiski küsimusi formuleerimise, kontsentratsiooni, stabiilsuse, penetratsiooni, ekspositsiooni, valmistoote toime ja inimkatsete tulemuste kohta.

Kosmeetika kontekstis on samuti kasulik eristada seda mehhanismi laiemast küsimusest signaalpeptiidide nahahoolduses, kuna järjestuse päritolu prekursorist ei tähenda automaatselt valmiskosmeetikatoodete kindlat toimet.

Propeptiidid ja kosmeetiline termin „pro-peptide”

Etyketil olev määratlus ei identifitseeri järjestust

Mõiste „pro-peptiid” huuletootes, seerumis, kreemis või muus kosmeetikas ei tähista iseenesest ühtegi konkreetset molekuli.

See võib viidata kaubamärgiga koostisosade kompleksile, tootja oma terminoloogiale, turunduskontseptsioonile või üldisele tootega seotud avaldusele.

Tehtud, mis tootes tegelikult sisaldub, nõuab koostisosade loendi ja — kui need on saadaval — asjakohaste tehniliste dokumentide analüüsimist.

Teaduslikult kasulik molekulaarne identifikatsioon peaks määrama kindlaks komponendi ning vajaduse korral ka selle aminohappejärjestuse, modifikatsiooni või keemilise vormi.

Isegi ühene isiku tuvastamine vastab vaid osale küsimusest.

See ei määra, kui palju teatud koostisosa on valmisretseptis, kas see püsib ladustamise ajal stabiilsena, kas see jõuab õigesse bioloogilisse sihtkohta ega seda, kas kogu koostisel on inimestel mõõdetav toime.

Sidekriipsu olemasolu või puudumine nimes ei anna teaduslikku garantiid.

Mõisted „pro peptide”, „pro-peptide” ja „propeptide” võivad viia osaliselt kattuvate otsingutulemusteni, kuid mõne neist ilmumine tootenimes ei tohiks automaatselt tõlgendada vastavalt molekulaarbioloogias kasutatavale propeptiidi määratlusele.

Prekursorite bioloogia ei kinnita kosmeetilisi deklaratsioone

Uuring, mis näitab, et propeptiid aitab ensüümil volduda, annab teavet selle ensüümi ja konkreetse katse süsteemi kohta.

See ei tõesta, et huuletoode parandab niisutust.

Samuti ei kujuta prokolageeni töötlemist käsitlev uuring endast iseenesest tõendit selle kohta, et valmiskreem vähendab kortsude nähtavust.

Need on erinevad teaduslikud küsimused, mis nõuavad erinevat tüüpi tõendeid.

Kasulik kosmeetiline uuring peaks määrama valmis formuleeringu, selle kasutusviisi, uuritava populatsiooni, võrdlustoote, kestuse ja hinnatava tulemuse.

Kui väide puudutab niisutust, tuleb kasutada vastavat niisutuse hindamise meetodit.

Kui tegu on kortsude välimusega, peaks uuring kasutama asjakohaseid välimusega seotud tulemusnäitajaid ja arvesse võtma toote niisutava baasi mõju.

Kui toode väidab konkreetselt mõju precursorite töötlemisele, peaksid tõendid näitama vastavat bioloogilist sündmust, mitte piirduma vaid viitega üldisele publikatsioonile precursorite bioloogia kohta.

Kui väidet toetavad uuringud hõlmavad ainult puhastatud valke, arvutuslikke mudeleid või rakukultuure, peaks sõnastus neid piiranguid kajastama.

„Uuriti rakumudelis” ei võrdu väitega „on tõestatud selle valmispreparaadi kasutajatel”.

Kolm küsimust lihtsustavad deklaratsiooni hindamist

Kolm lihtsat küsimust võivad hõlbustada nii bioloogiliste kui ka äriliste väidete hindamist.

Esimene on:

Mis täpselt on kohal?

See võimaldab kindlaks teha, kas arutelu puudutab bioloogilist propeptiidi, määratletud sünteetilist järjestust, modifitseeritud peptiidi, segu või pelgalt kaubandusterminoloogiat.

Teine küsimus on:

Millist eksperimenti tegelikult tehti?

See võimaldab kindlaks teha, kas tõendid pärinevad puhastatud valkude uuringutest, rakkudest, loomadest, koostisosa testidest või valmistoote uuringust inimestel.

Kolmas küsimus on:

Kas mõõdetud tulemus vastab tegelikult deklareeritud efektile?

Molekulaarne koostoime ei ole automaatselt tõend kortsude vähenemise kohta. Laboratoorse markeri suurenenud ekspressioon ei ole automaatselt tõend naha välimuse nähtava paranemise kohta.

Need küsimused aitavad ära hoida olukorra, kus teaduslik terminoloogia asendab puuduvaid tõendeid.

Kosmeetikatoode võib nahka väga hästi niisutada ilma bioloogilist peptiidi sisaldamata.

Teisest küljest ei garanteeri bioloogilise eelkäijaga seotud koostisosa olemasolu nähtavat tulemust.

Valmistoodet saab seega hinnata selle enda tõendite põhjal, ilma et oleks vaja luua eelkäija aktiveerimisel põhinevat kinnitamata selgitust.

Selline eristamine võimaldab põhjalikult arutada nii fundamentaalset bioloogiat kui ka kosmeetilisi tõendeid ilma eksliku eelduseta, et eesliide „pro” kujutab endast tõhususe skaalat.

Korduma kippuvad küsimused

1. Kas propeptiidid on aktiivsed hormoonid?

Mitte tingimata. Paljud propeptiidid on eelkäijatega seotud segmendid, mis osalevad valkude voltumises, aktiivsuse pärssimises, struktuuride kokkupanekus või küpsemises, mitte aga aktiivsed hormoonid. Mõned eelkäijavalgud annavad lõpuks tekke hormoonidele, kuid teised küpsevad ensüümideks, struktuurvalkudeks, kasvufaktoriteks või muudeks bioloogilisteks molekulideks. Prokolageeni töötlemine ja subtilisiini voltumine näitavad propeptiidide väga erinevaid funktsioone. [6][1] Seega tuleb konkreetse propeptiidi hormonaalne aktiivsus kindlaks teha selle konkreetse molekuli puhul, mitte tuletada seda pelgalt terminist.

2. Kas väljend „pro-peptide” tooteetiketil identifitseerib konkreetset molekuli?

Ei. Pelgalt mõiste „pro-peptiid” ei taga ühest molekulaarset identifitseerimist. See võib tähendada ärikontseptsiooni, kaubamärgiga kompleksi, turundusterminit või tootja enda koostisosa nimetust, mitte bioloogiliselt määratletud eelkäijasegmenti. Selle kindlakstegemiseks, milline aine tegelikult sisaldub, on vaja koostisosade loetelu ja asjakohast tehnilist dokumentatsiooni. Isegi pärast identiteedi kindlakstegemist on valmistoote kohta vaja tõendeid selle kohta, kas see tagab deklareeritud toime. Tootenimi ei saa asendada ei molekulaarset identifitseerimist ega tõendeid tõhususe kohta.

3. Mis vahe on propeptiidil ja probiagul?

Probialk on tavaliselt suurem prekuusormolekul, samas kui propeptiid tähendab tavaliselt küpsemisega seotud segmenti, mis asub selles prekuusoris või vabaneb selle töötlemise käigus. Terminoloogia võib valkude perekonniti erineda, mistõttu on olulised järjestuse piirid ja konkreetses uuringus kasutatavad määratlused. Propeptiid võib täita olulist funktsiooni ka enne selle eemaldamist, hoolimata sellest, et see lõplikus küpses valgus ei esine. Probiagi ja propeptiidi käsitlemine täpsete sünonüümidena võib seetõttu raskendada kirjeldatud töötlemismehhanismi mõistmist.

4. Kas signaalpeptiid on sama mis propeptiid?

Ei. Signaalpeptiid aitab tavaliselt suunata äsja sünteesitud valgu sobivasse rakusisesesse rajasse, samas kui propeptiid osaleb sagedamini hilisemas küpsemises, voltumises, inhibeerimises, kokkupanekus või aktiveerimises. Mõlemad võivad esineda samas preprovalgus, kuid neil on erinevad funktsioonid. Signaali tuvastamist käsitlevad struktuuriuuringud kirjeldavad valkude rakusisest suunamise mehhanismi, mitte iga propeptiidi küpsemisfunktsiooni. [3] Seetõttu tuleb määrata kindlaks konkreetne järjestus ja töötlemisetapp, selle asemel et eeldada, et iga eemaldatud piirkond täidab sama funktsiooni.

5. Miks toodavad rakud prekursoreid, mitte ainult küpseid valke?

Prekursorsete molekulide tootmine võimaldab rakkudel koordineerida valkude bioloogia paljusid elemente, sealhulgas nende suunamist, voltimist, transporti, kokkupanekut ja bioloogilise aktiivsuse saavutamise aega. Mõned valgud võivad vajada inaktiivses või piiratud olekus viibimist seni, kuni nad jõuavad õigesse kohta või saavutavad õige kolmemõõtmelise struktuuri. Uuringud subtilisiini kohta näitavad, et propeptiid võib toetada voltimist, pärssides samal ajal ensüümi enne valmimisprotsessi lõppemist. [1] See on prekursorse organisatsiooni selge bioloogiline eelis, kuigi erinevad valgud kasutavad erinevaid küpsemisstrateegiaid.

6. Kas lõikamine aktiveerib alati valgu?

Ei. Lõikamine võib molekuli aktiveerida, inaktiveerida, viia vahevormi tekkeni või luua erinevate või ebakindlate funktsioonidega fragmente. Isegi pärast lõikamist võib eemaldatud segment mõnikord jääda mittekovalentselt seotuks küpse osaga ja piirata endiselt selle aktiivsust. Uuringud varjatud TGF-β kohta näitavad, miks funktsionaalne aktiveerimine võib nõuda enamat kui lihtsalt peptiidsideme katkemist prekursoris. [7] Seetõttu tuleb aktiveerimist kinnitada asjakohaste funktsionaalsete tõenditega, mitte järeldada seda pelgalt lõikamise põhjal.

7. Kas ühest prekursorist võib tekkida mitu peptiidi?

Jah. Üks prekursor võib sisaldada mitut piirkonda, millest lõpuks tekivad erinevad peptiidtooted. Oluliseks näiteks on POMC. Eksperimendid on näidanud, et erinevad konvertaasid viivad sama prekursori erinevate töötlemismustriteni. [5] Konkreetses rakus saadaolevad töötlevad ensüümid mõjutavad seega seda, millised küpsed tooted tekivad ja millistes proportsioonides. Prekursori järjestus määrab võimalikud tooted, kuid ei otsusta ise, millised neist igas koes või bioloogilises olukorras domineerivad.

8. Kas propeptiidid asuvad alati valgu alguses?

Ei. Prekursoriga seotud segmendid võivad valgu ehitusest olenevalt asuda erinevates kohtades. Prokolageen sisaldab terminaalseid propeptiide, sealhulgas C-terminaalset regiooni, mis küpsemise käigus eemaldatakse, samas kui proinsuliin sisaldab sisemist ühendavat regiooni, mis eemaldatakse küpse insuliini moodustumisel. [6][4] Asukoht on seega konkreetse prekursorjoone omadus ja selle järgi ei saa järeldusi teha pelgalt eesliite „pro” põhjal.

9. Kas propeptiidid on lihtsalt jääkproduktid?

Ei. Mõned propeptiidid täidavad enne eemaldamist olulisi funktsioone ning teatavaid vabastatud fragmente on uuritud ka nende endise bioloogilise aktiivsuse osas. Subtiliisi uuringud pakuvad eksperimentaalseid näiteid nii voldimise soodustamise kui ka ensüümi inhibeerimise kohta propeptiidi poolt. [1] Teatavate propeptiidide oluliste funktsioonide demonstreerimine ei tähenda siiski seda, et igal vabastatud prekursori segmendil oleks oma kasulik toime. Bioloogilist tähtsust tuleb uurida individuaalselt, selle asemel et automaatselt eeldada selle olemasolu või puudumist.

10. Mis on intratsellulaarne šaperoon?

Intramolekulaarne šaperon on valgu eelkäija piirkond, mis aitab sama molekuli teisel osal võtta vastu õige kolmemõõtmelise struktuuri. Propeptiid võib täita sellist funktsiooni, mida on näidatud subtilisiini küpsemise uuringutes. [2] See term kirjeldab molekuli voltumismehhanismi, mitte kosmeetiliste koostisosade kategooriat. Tõend, et üks ensüüm kasutab propeptiidi intramolekulaarse šaperonina, ei tähenda, et seosetu peptiid või kosmeetiline koostisosa täidaks sama funktsiooni.

11. Kas iga eelkäija kasutab sama töötlevat ensüümi?

Ei. Erinevad töötlevad ensüümid tunnevad ära erinevaid substraate ja neil võivad olla erinevad eelistused lõikamiskohtade suhtes. Proinsuliini ja POMC eksperimendid on näidanud erinevaid töötlemismustreid, mis on seotud erinevate konvertaasidega. [4][5] Tulemust võivad mõjutada ensüümi kättesaadavus, kohalik aminohappeline järjestus, valgu konformatsioon, intratsellulaarne lokaliseerimine ja lõikamiskoha kättesaadavus. Seega annab üldine mõiste „aktiveerivad ensüümid” vähem teaduslikku teavet kui konkreetse ensüümi ja eelkäija nimetamine, mida tegelikult uuriti.

12. Kas töötlemine võib toimuda väljaspool rakku?

Jah. Mõned prekursorite töötlemise etapid toimuvad rakuväliselt. Rakuvälise maatriksi küpsemisega seotud näide on prokolageeni C-propeptiidi eemaldamine BMP-1 poolt. [6] See erineb paljude hormoonide prekursorite töötlemisest sekretoorses rajas. Küpsemiskoht sõltub seega konkreetsest valgust ja see tuleks kindlaks teha eksperimentaalselt, mitte üldistada ühe teadaoleva prekursorisüsteemi põhjal.

13. Kas propeptiidid peavad olema väga lühikesed?

Ei. Termini propeptiid kirjeldab seost prekursor küpsemisega, mitte rangelt määratletud aminohapete arvu. Eksperimentaalselt uuritud subtilisiini propeptiid sisaldab 77 aminohappejääki, mis näitab, et propeptiid ei pea tähendama väga väikest peptiidi, mida sageli esineb kosmeetikaturunduses. [1] Muud prekursoritega seotud segmendid ja prodomeenid võivad pikkuse ja struktuurse keerukuse poolest oluliselt erineda. Seega ei võimalda pelgalt järjestuse pikkus kindlaks teha, kas tegemist on bioloogilise propeptiidiga.

14. Kas prekursori avastamine tõestab selle küpse saaduse olemasolu?

Ei. Prekursori tuvastamine kinnitab tuvastatud prekursorvormi olemasolu. See ei pea tähendama, et töötlemine kulges õigesti ega seda, et küps, bioloogiliselt aktiivne toode on toodete hulgas kogunenud. Töötlemine võib olla puudulik või muutunud ning küps toode võib seejärel laguneda. Kui see eristamine on oluline, on vaja teste, mis võimaldavad eristada prekursor-, vahe- ja küpset vormi. Kogu valgu kogust ei tohiks automaatselt samastada aktiivse toote kogusega.

15. Kas KTTKS on sama mis kogu kollageeni propeptiid?

Ei. KTTKS on lühike järjestus, mis on tuvastatud I tüüpi prokollageeni propeptiidi piirkonnast, mitte aga terve propeptiid. Teadlased uurisid KTTKS-i kultiveeritud rakkudes ja kirjeldasid mõju rakuvälise maatriksi komponentide tootmisele. [8] Need tulemused peaksid jääma seotuks täpse uuritud järjestuse ja eksperimentaalse mudeliga. Täielik eelkäija segment, isoleeritud KTTKS, keemiliselt modifitseeritud derivaadid ja valmiskosmeetika, mis sisaldavad sarnaseid koostisosi, on erinevad materjalid ja ei tohiks automaatselt üksteise tõendeid üle võtta.

16. Kas kavandatav lõikekoht on bioloogilise mehhanismi kinnitamiseks piisav?

Ei. Ennustatud lõikamiskoht näitab tõenäolist töötlemise asukohta, kuid see ei tõenda, et bioloogilistes tingimustes toimub lõikamine tegelikult just seal. Vaja on eksperimente, mis tuvastavad tekkinud saadused ja seovad nende moodustumise vastava ensüümi ning tingimustega. Valgu voltumine ja lõikamiskoha kättesaadavus võivad samuti otsustada, kas teoreetiliselt tunnustatud kohta tegelikult töödeldakse. Seetõttu on ennustused kasulikud hüpoteeside püstitamiseks ja testimiseks, kuid neid ei tohiks esitada mehhanismi lõpliku valideerimisena.

17. Millised tõendid võivad toetada kosmeetikatoodete väidet „pro-peptiidi” kohta?

Üheselt identifitseeritud koostisosa koos asjakohaselt kavandatud valmistoote uuringuga pakub palju kasulikumaid tõendeid kui pelgalt terminoloogia. Uuringus tuleks deklareeritud toimet hinnata sobiva võrdlusravimi või -toote, õige populatsiooni, sobiva kestuse ja asjakohase mõõtmismeetodi abil. Kui väide ütleb konkreetselt, et kosmeetikatoode muudab eelkäija aktiveerimist või töötlemist, vajab otseseid tõendeid ka see mehhanism. Üldine molekulaarbioloogia alane publikatsioon valkude töötlemise, nende voltimise või kollageeni eelkäijate aktiivsuse kohta ei saa ise kinnitada detailse kosmeetikatoote toimet.

Kokkuvõte

Propeptiidid on bioloogiliste mehhanismide oluline osa, mille kaudu paljusid valke ette valmistatakse, reguleeritakse, transporditakse, volditakse ja töödeldakse küpsemisprotsessis.

Neid ei defineeri lihtsalt lühike aminohapete järjestus.

See termin kirjeldab aga nende seost prekursoriga ja selle küpsemisprotsessiga.

Üksikutel propeptiididel võivad olla väga erinevad funktsioonid.

Mõned aitavad kaasa valkude õigele voltimisele.

Teised piiravad bioloogilise aktiivsuse sobiva küpsemisetapini.

Mõned osalevad molekulaarsete struktuuride kokkupanemisel, samas kui teatud vabanenud fragmendid võivad ilmutada oma bioloogilist aktiivsust ja saada sõltumatuks uurimisobjektiks.

Hormoonide eelastujad, ensüümide eelastajavormid, kasvufaktorite süsteemid ja prokolageen näitavad, kui mitmekesised need mehhanismid võivad olla.

Eriti oluline on eristada lõikamist ja aktiveerimist. Peptiidsideme katkemine võib muuta molekulaarset identsust ilma bioloogilist aktiivsust koheselt esile kutsumata. Vabastatud segment võib küpse molekuliga seotuks jääda, lõikamine võib lõpptoote asemel viia vahevormi tekkeni ja õige töötlemine ei tõenda automaatselt funktsionaalset aktiivsust.

Samuti ei kinnita prekursorami avastamine küpse toote olemasolu.

Need eristused selgitavad, miks eelkäijate bioloogia määratakse tavaliselt molekulaarse identiteedi, töötlemise, ensümaatilise spetsiifilisuse ja bioloogilise funktsiooni täiendavate tõendite põhjal.

Kosmeetikas kasutatav terminoloogia nõuab eraldi tõlgendust.

Märgisega „pro-peptide” tähistatud toode ei pea sisaldama bioloogilist propeptiidi, jäljendama eelkäijate loomulikku töötlemisprotsessi ega tagama nähtavat kosmeetilist kasu.

Kõigepealt tuleb kindlaks teha koostisosa tegelik identiteet.

Seejärel tuleks valmis formuleeringut hinnata tõendite alusel, mis käsitlevad selle tegelikult deklareeritud toimet.

Valgu voltimise eksperiment ei tõesta naha niisutamist.

Prokolageni töötlemise uuring ei ole iseenesest tõend kortsude vähenemise kohta.

Rakukultuuris läbi viidud eksperiment, mis käsitleb eelkäijast pärinevat järjestust, ei tõenda valmis kosmeetikatoote toimet inimestel.

Kõige kasulikum reegel on seega molekulaarse identiteedi, bioloogilise mehhanismi, eksperimentaalsete tõendite ja valmistoodet puudutavate avalduste eraldamine üksteisest.

Selline eristamine võimaldab säilitada propeptiididealase teadmise teadusliku väärtuse, ilma et laboritulemusi laiendataks kaugemale sellest, mida katsetes tegelikult tõestati.

Vastutusest loobumine

See artikkel on puhtalt haridusliku ning teaduslik-informatiivse iseloomuga. See selgitab valkude eelkäijate, propeptiidide, valkude töötlemise, lõhustamise, küpsemise ja seotud kosmeetilise terminoloogia tõlgendamisega seotud küsimusi.

Ei kujuta endast soovitust kosmeetikatoode, peptiidide koostisosade, toidulisandite, ravi, koostise, annustamise ega manustamistee kohta.

Laboratoorsete uuringute tulemusi, mis hõlmavad puhastatud valke, prekursorühendeid, kultiveeritud rakke, ensüüme või üksikuid peptiidifragmente, ei tohiks automaatselt tõlgendada tõenditena samanimeliste kaubanduslike koostisosade kliinilise või kosmeetilise toime kohta.

Toode, mis sisaldab mõistet „pro-peptiid”, peaks olema hinnatud tegeliku koostise ja valmistoodet käsitlevate tõendite, mitte oletuse põhjal, et see jäljendab eelkäijaga seotud bioloogilist mehhanismi.

Ravi, haiguste või isikliku terviseseisundiga seotud küsimuste korral tuleks vajaduse korral konsulteerida asjakohase kvalifikatsiooniga tervishoiutöötajaga.

Viited

1. Ohta, Y., Hojo, H., Aimoto, S., Kobayashi, T., Zhu, X., Jordan, F., & Inouye, M. (1991). Pro-peptide as an intramolecular chaperone: Renaturation of denatured subtilisin E with a synthetic pro-peptide [corrected]. Molekulaarne mikrobioloogia, 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). Intramolekulaarse šaperooni vahendatud voltimisrada: propeptiidi vabanemine moduleerib pro-subtiliisi aktivatsioonitäpsust. 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). Molekulaarne mehhanism, mille abil imetajate signaalituvastusosakake tunneb ära ja annab üle laadungit. Cell Reports, 36(2), artikkel 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). Proinsuliini töötlemine subtilisin'i-laadsete proproteiini konvertaaside fururiini, PC2 ja PC3 poolt. 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 ja PC2 on provalgu konvertaasid, mis suudavad lõhustada proopiomelanokortiini kindlates aluseliste jääkide paarides. Ameerika Ühendriikide Teaduste Akadeemia toimetised, 88(9), 3564–3568. https://doi.org/10.1073/pnas.88.9.3564
6. Kessler, E., Takahara, K., Biniaminov, L., Brusel, M. ja Greenspan, D. S. (1996). Luumorfogeetiline valk-1: I tüüpi prokolageeni C-proteinaas. Teadus, 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 structure and activation. Loodus, 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). A pentapeptide from type I procollagen promotes extracellular matrix production. Journal of Biological Chemistry, 268(14), 9941–9944. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8486721/