Propeptidai: pirmtakiniai baltymas, apdorojimas ir biologiniai vaidmenys

Propeptidas yra su pirmtako baltymo brendimu susijęs segmentas, kuris paprastai pašalinamas tam tikro enciminio proceso metu. Tačiau prieš jį pašalinant, jis gali atlikti svarbias biologines funkcijas. Priklausomai nuo baltymo, jis gali padėti taisyklingai susilankstyti, užkirsti kelią ankstyvam biologiniam aktyvumui, turėti įtakos molekulinių struktūrų susidarymui arba reguliuoti laiką ir vietą, kada subrendęs produktas tampa prieinamas.

Tai reiškia, kad propeptido nereikėtų suprasti tiesiog kaip kito mažo peptido pavadinimo. Jis taip pat nėra automatiškai aktyvus hormonas, signalinis peptidas ar kosmetinė sudedamoji dalis. Šis terminas apibūdina ryšį tarp konkrečios sekos ir didesnės pirmtako molekulės brendimo proceso.

Šis skirtumas yra ypač svarbus, nes propeptidas, probaltymas, prohormonas, preprobaltymas, signalinis peptidas ir prodomenas apibūdina susijusias, bet skirtingas biologines sąvokas. Kartu kosmetikoje ir komerciniuose produktuose kartais vartojami tokie terminai kaip „propeptidas”, kurie nebūtinai reiškia biologinį pirmtaką.

Baltymų pirmtakų susidarymo ir apdorojimo būdo supratimas todėl palengvina tiek mokslinės terminologijos, tiek komerciniuose produktuose vartojamų pavadinimų interpretavimą.

Šiame straipsnyje pirmtakų apdorojimo procesas iliustruojamas pavyzdžiais, susijusiais su hormonų gamyba, fermentų brandinimu, augimo faktorių reguliacija ir kolageno biologija. Šie pavyzdžiai parodo specifinius biologinius mechanizmus konkrečiomis eksperimentinėmis sąlygomis. Jie neįrodo, kad kosmetikos gaminys ar kitas produktas sukelia tokį patį poveikį vien todėl, kad jo pavadinime yra terminas „pro-peptidas”.

Propeptidas yra neaktyvus baltymo (arba peptido) pirmtakas, kuris tampa aktyvus, kai nuo jo atskeliama tam tikra aminorūgščių seka.

Baltymo brandinime dalyvaujantis segmentas

Daugelis baltymų pradžioje nėra susintetizuarami tiksliai tokia molekuline forma, kokioje jie galiausiai atlieka savo funkciją.

Ląstelės gali iš pradžių pagaminti pirmtako molekulę, kurioje yra papildomų aminorūgščių sekų. Brandinimo metu kai kurios iš šių sekų gali būti pašalintos, chemiškai modifikuotos, pertvarkytos arba paveiktos kitų procesų, kol susidaro galutinis funkcinis produktas.

Propeptidas paprastai reiškia tokio pirmtako segmentą, susijusį su jo brendimu, o probaltymas plačiau apibėga didesnę pirmtako molekulę, kurioje yra šis regionas.

Šis skirtumas yra naudingas, nors biologinė terminologija nėra visiškai vienoda visose baltymų šeimose.

Kai kuriose publikacijose terminas „prodomenas” taikomas palyginti dideliam struktūriniam regionui, o „propeptidas” – atitinkamam segmentui. Kiti autoriai, aptardami pirmtako molekules, vartoja terminu „propeptidas“ platesne prasme.

Todėl patikimiausias būdas yra ne interpretuoti patį priešdėlį. Verčiau reikėtų išanalizuoti sekos ribas, molekulės struktūrą, apdorojimo etapus ir terminologiją, kurią naudoja tiriantys konkretų baltymą mokslininkai.

Priešdėlis „pro” šiame biologiniame kontekste nurodo ryšį su pirmtaku arba brandos procesu.

Tai nereiškia, kad molekulė yra profesionaliai sukurta, stipresnė, pažangesnė, veiksmingesnė ar būtinai naudinga, kai ji pridėta į kosmetikos gaminį.

Propeptidai nėra vien tik nereikalinga „pakuotė”

Lengva įsivaizduoti propeptidą kaip nereikalingą molekulinę pakuotę, kuri tiesiog pašalinama ir išmetama susidarant brandžiam baltymui.

Biologija vis dėlto dažnai yra sudėtingesnė.

Šalinamas segmentas gali atlikti svarbias funkcijas, kol jis nedingsta iš brandžios molekulės.

Tyrimai, susiję su bakteriniu fermentu subtilizinu E, yra ypač aiškus pavyzdys. Mokslininkai įrodė, kad sintetinis propeptidas gali padėti denatūruotam fermentui atgauti aktyvią trimatę struktūrą. Tas pats propeptidas taip pat galėjo jungtis su subrendusiu fermentu ir slopinti jo aktyvumą. [1]

Šie stebėjimai atskleidžia dvi atskiras biologines funkcijas.

Pirma, propeptidas gali dalyvauti baltymo lankstyme.

Antra, tai gali padėti apriboti fermentinį aktyvumą iki tinkamo brendimo etapo.

Tokio poburometerio pagalba apibrėžta kaip viduląstelinio šaperono funkcija. Tai prekursoriaus molekulės dalis, kuri padeda kitam tos pačios molekulės fragmentui įgauti taisyklingą struktūrą.

Subtilizino pavyzdys tad parodo, kodėl tam tikro segmento nebuvimas galutinėje aktyvioje fermento formoje nereiškia, kad jis buvo biologiškai nesvarbus.

Kartu šių rezultatų nereikėtų per daug apibendrinti.

Subtilizinas yra bakterinis fermentas. Tam tikros su lankstymu ir slopinimu susijusios funkcijos demonstravimas šioje sistemoje nereiškia, kad kiekvienas žmogaus propeptidas atlieka tokias pačias funkcijas.

Vėlesni prosubtilizino tyrimai susiejo kelis brandinimo etapus, įskaitant lankstymąsi, savitransformaciją, propeptido išsiskyrimą ir fermento aktyvavimą. [2]

Šie eksperymenčiai parodo dar vieną svarbų principą: pirmtako brendimas gali būti suderinta molekulinių įvykių seka, o ne pavienis kirpimas, kuris nedelsiant sukelia visišką biologinį aktyvumą.

Propeptido atpalaidavimo momentas todėl gali būti toks pat svarbus kaip ir pats pradinis kirpimas.

Kaip atskirti susijusias sąvokas?

Diskusijose apie pirmtakų baltymus reguliariai pasirodo keletas susijusių terminų, tačiau jų nereikėtų traktuoti kaip vienos sąvokos.

Šios kategorijos iš dalies persidengia, nes apibūdina skirtingus pirmtakų biologijos aspektus, tačiau nėra sinonimai.

Prohormonas yra, pavyzdžiui, tam tikro tipo pirmtakas, susijęs su hormono ar susijusių peptidų susidarymu.

Propeptidas tuo tarpu gali reikšti tik vieną kur kas didesnės pirmtako molekulės segmentą.

Šis skirtumas yra svarbus interpretuojant tyrimus, nes biologinė funkcija priklauso nuo konkrečios molekulės ir jos apdorojimo kelio.

Pirminis apdorojimas ir prekursorių perdirbimas

„Pre” sekvencija yra atsakinga už baltymo nukreipimą

Daugelio sekrecenzinių baltymų ankstyviausioje pirmtako formoje yra pradinė amino rūgščių seka, kuri padeda nukreipti naujai susintetintą molekulę į atitinkamą ląstelės vidinį kelią.

Ši sekcija yra dažnai vadinama signaliniu peptidu arba — kalbant apie preproteinų terminologiją — „pre” dalimi.

Jos vaidmuo skiriasi nuo propeptido, vėliau dalyvaujančio lankstyme, slopinime, surinkime ar aktyvavime, funkcijos.

Struktūriniai žinduolių signalo atpažinimo komplekso tyrimai analitiniu būdu nagrinėjo, kaip ląstelės vidinis baltymų nukreipimo mechanizmas atpažįsta susidarančią signalinę sekas dar baltymo sintezės rybosomoje metu ir padeda koordinuoti jo transportą membranos link. [3]

Tai yra intraceliulinis baltymų nukreipimo mechanizmas.

Jo nereikėtų interpretuoti kaip įrodymo, kad kosmetikos priemonėje išoriškai panaudotas peptidas automatiškai prasiskverbia į odos ląsteles arba eina tuo pačiu keliu.

Signalo sekvencijos pašalinimas ir vėlesnis pirmtako apdorojimas yra du atskiri biologiniai procesai.

Jos gali vykti skirtingose ląstelės vietose, įtraukti skirtingus fermentus ir atlikti įvairias funkcijas.

Supaprastintai šį kelią galima pavaizduoti taip:

prebaltynas → prebaltynas → subrendęs produktas

Tai yra tik didaktinis modelis. Atskiri baltymai gali patirti papildomus modifikavimus, tarpinius karpymo, lankstymo, transportavimo ir surinkimo etapus.

Ne kiekvienas pirmtakas subręsta pagal tapatų laiko grafiką.

Insulino pavyzdys

Insulinas yra vienas iš žinomiausių hormono, susidarančio apdorojant pirmtaką, pavyzdžių.

Ankstyviausias pirmtakas, preproinsulinas, turi nukreipiančiąją sekvenciją.

Pašalinus šią signalinę sekvenciją, lieka proinsulinas.

Tada proinsulina yra toliau perdirbama, kurios metu jungiamasis regionas atskiriamas nuo fragmentų, galutinai suformuojančių subrendusias insulinos grandines.

Šis pavyzdys rodo, kodėl prebaltymas, probaltymas ir brandus baltymas nėra pakaitinės sąvokos. Jos apibūdina skirtingus to paties biosintezės kelio molekulinius etapus.

Viename proinsulino apdorojimo tyrime mokslininkai ekspresavo proinsuliną kartu su potencialiais apdorojimo fermentais kultivuotose ląstelėse. Buvo pastebėtos skirtingos PC2 ir PC3 kirpimo pirmenybės, kas patvirtino jų dalyvavimą insulino brendime. [4]

Vėlesnėje terminologijoje PC3 dažniausiai vadinamas PC1/3.

Svarbiausia taisyklė yra ta, kad pirmtakų apdorojimas yra selektyvus.

Enzimai, apdorojantys baltymus, nesuskaido pirmtakų baltymų į mažesnius peptidus atsitiktinai.

Tam tikrų sekos aplinkybių ir kirpimo vietų atpažinimas padeda nustatyti, kokie subrendę molekuliniai produktai bus susidarę.

Proinsulinos eksperimentas taip pat parodo, kodėl moksliniuose aprašuose reikia išlaikyti tokias detales kaip fermento tapatybė, substrato rūšis ir eksperimentinis modelis.

Šie veiksniai gali iš esmės paveikti rezultatų interpretavimą.

Vienas pirmtakas gali lemti kelių produktų susidarymą

Pirmtako molekula nebūtinai turi virsti tik vienu aktyviu produktu.

Kai kurie pirmtako baltymai turi kelis regionus, iš kurių galiausiai gali susidaryti įvairūs biologiškai aktyvūs peptidai.

Svarbus pavyzdys yra proopiomelanokortinas, arba POMC.

POMC sudaro daug sričių, kurios gali būti paverstos į skirtingus peptidinius produktus. Tai, kokie produktai galiausiai kaupiasi, iš dalies priklauso od to ląstelėse esančio enciminio aparato.

1991 m. tyrime mokslininkai kartu exprimavo POMC su PC1 arba PC2 keliuose ląstelių modeliuose. Atskiriems fermentams buvo stebimi skirtingi kirpimo modeliai. [5]

Eksperimentas todėl suteikė tiesioginių įrodymų, kad skirtingi apdorojantys fermentai gali generuoti skirtingus brendimo produktus iš to paties pirmtako.

Tai paaiškina, kodėl pirmtako sekos žinojimas nebūtinai pasako tyrėjams, kokie tiksliai brandūs peptidai atsiras kiekviename audinyje.

Aminorūgščių seka apibrėžia molekulinę medžiagą, kuri potencialiai gali būti apdorota.

Fermentinė aplinka ir ląstelės vidinės sąlygos savo ruožtu padeda nustatyti, kas iš tikrųjų bus apdorota ir pagaminta tiriamosiomis biologinėmis sąlygomis.

Taigi dvi ląstelės, gaminančios tą patį pirmtaką, gali sintetinti skirtingus subrendusių peptidų mišinius, jei skiriasi jų apdorojimo aparatas.

Perdirbimas yra daugiau nei grandinės perpjovimas

Proteolitinis kirpimas yra tik vienas iš baltymo brandinimo elementų.

Priklausomai nuo molekulės, brendimas taip pat gali apimti baltymų lankstymąsi, disulfidinių tiltelių susidarymą, viduląstelinį transportą, jungimąsi su kitomis molekulėmis bei chemines modifikacijas.

Šie procesai gali daryti įtaką vienas kitam.

Kirpimo vieta gali būti aminorūgščių sekoje, tačiau dėl trimačio baltymo struktūros ostekis lieka neprieinamas ją skaldančiam fermentui.

Panašiai taisyklingas lankstymas gali priklausyti nuo ankstesnių apdorojimo etapų.

Todėl vertinant tyrimus apie pirmtakus reikėtų atskirti tris klausimus:

Ar pirmtakas buvo pagamintas?

Ar jis buvo tinkamai apdorotas iki nustatyto brandaus produkto?

Ar gautas produktas parodė tinkamą biologinį aktyvumą?

Šie klausimai yra tarpusavyje susiję, tačiau nėra lygiaverčiai.

Pirmtako kiekio matavimas gali atsakyti į pirmąjį klausimą, kartu nepateikdamas atsakymų į antrąjį ir trečiąjį.

Pavyzdžiui, testas, aptinkantis ir pirmtaką, ir kelis jo fragmentus vienu metu, gali parodyti didelį bendrą baltymo kiekį, tačiau suteikia mažai informacijos apie tikrąjį brandaus, aktyvaus produkto kiekį.

Jei biologinė interpretacija priklauso nuo brendimo proceso, todėl reikalingi analitiniai metimai, leidžiantys atskirti pirmtaką, tarpinius produktus ir subrendusias molekulės formas.

Apdorojimas gali vykti už ląstelių ribų

Ne kiekvienas svarbus pirmtako apdorojimo etapas vyksta sekrecinėse pūslelėse ar kituose ląstelės skyriuose.

Svarbus ląstelės išorės proceso pavyzdys yra kolageno biologija.

Prokolageno molekulėse yra galiniai propeptidai. Šių sričių pašalinimas dalyvauja kolageno skaidulų brendimo ir susidarymo procese.

1996 m. tyrime kaulų morfogenetinis baltymas 1, arba BMP-1, buvo identifikuotas kaip I tipo prokolageno C-proteinazė. [6]

Tyrimas susiejo konkretų fermentą su C-galinių propeptidų šalinimu iš I tipo prokolageno.

Šis pavyzdys yra naudingas dėl kelių priežasčių.

Pirma, tai rodo, kad pirmtakų apdorojimas gali būti svarbus užkąstelės matrikso brendimo elementas, o ne vien hormoninis signalizavimas.

Antra, tai rodo, kodėl baltymų pavadinimų nereikėtų aiškinti vien remiantis žinoma terminologija. Nepaisant savo pavadinimo, BMP-1 neturėtų būti automatiškai laikomas baltymu, veikiančiu lygiai taip pat, kaip visi kiti baltymai, vadinami kaulų morfogenetiniais beltymais.

Trečia, šis pavyzdys rodo, kodėl propeptidas automatiškai nėra hormonas.

Prokolageno biologinis kontekstas yra susijęs su ekstraląstelinės matriksc formavimu ir brendimu, o ne su hormonaline signalizacija, nukreipta į tolimą organą.

Aktyvavimas ir pjovimas

Pjovimas keičia molekulinę tapatybę

Proteolitinis kirpimas susideda iš tam tikrų peptidinių jungčių nutraukimo prekursoriaus viduje.

Priklausomai nuo konkrečios molekulės ir kirpimo vietos, šis procesas gali išlaisvinti brandų peptidą, pašalinti slopinamąjį regioną, atidengti receptoriaus jungimosi vietą, įgalinti molekulinės struktūros surinkimą, sugeneruoti tarpinę formą arba kitaip pakeisti biologines molekulės savybes.

Tačiau pjovimas ir aktywacija nėra sinonimai.

Pjovimas apibūdinamas kaip cheminis reiškinys.

Aktyvacija apibūdina jos funkcinę pasekmę.

Kirpimas gali aktywować molekulą, tačiau taip pat gali ją inaktyvuoti, sukurti tarpinę formą arba lemti fragmentų, kurių biologinės funkcijos lieka neaiškios, susidarymą.

Šis skirtumas užkerta kelią per daug supaprastintai pirmtakų apdorojimo eksperimentų interpretacijai.

Tai, kad pirmtakas buvo perkirstas, savaime neįrodo, kad subrendusio produkto numatomas aktyvumas išaugo.

Norint įrodyti aktywaciją, paprastai taip pat reikia įvertinti gaunamo produkto biologinę funkciją.

Pjovimas ne visada reiškia neatidėliotiną išlaisvinimą

Net ir nutrūkus kovalentiniam ryšiui, pašalintas segmentas vis tiek gali fiziškai išlikti susijęs su savo partneriu per nekovalentinę sąveiką.

Tai reiškia, kad kirpimas nebūtinai turi lemti nedelsiant išlaisvinimą visiškai prieinamos aktyviosios molekulės.

Geras pavyzdys yra latentinio transformuojančio augimo faktoriaus beta, arba TGF-$\beta$, struktūriniai tyrimai.

Tyrimai parodė, kaip prodomenas gali apsaugoti augimo faktorių nuo receptoriaus atpažinimo ir susiejo aktyvaciją su struktūriniais pokyčiais latentiniame komplekse, įskaitant nuo jėgos priklausančius procesus tiriamoje sistemoje. [7]

Šis pavyzdys rodo, kad regulavimas gali peržengti vien tik pjovimo ribas.

Pirmtakas jau gali būti proteoliptiškai apdorotas, tuo tarpu biologiškai aktyvus komponentas vis dar lieka apribotas sąveikos su prodomenu ar kitais molekuliniais partneriais.

Tai nereiškia, kad kiekvienas propeptidas elgiasi taip pat kaip TGF-$\beta$ prodomenas.

Bendresnė taisyklė yra tokia, kad aktyvaciją reikia įrodyti konkrečiai biologinei sistemai, o ne daryti išvadą remiantis prielaida, kad „perpjauta reiškia aktyvų”.

Kirpimo vietos ir fermentai turi atitikti vienas kitą

Daugelis hormonų pirmtakų šalia svarbių apdorojimo vietų turi bazinių aminorūgščių.

Vis dėlto tam tikros aminorūgščių poros arba sekoje esančio darinio buvimas nereiškia, kad kiekviena tokia vieta bus skalaujama tokiu pat būdu.

Apdorojimas priklauso, inter alia, nuo fermento specifiškumo, vietinio sekvenso konteksto, baltymo konformacijos, ląstelinės lokalizacijos bei atitinkamo fermentinio aparato prieinamumo.

Proinsulinos ir POMC eksperimentai parodo šį principą naudojant skirtingus pirmtakus ir konvertazes. [4][5]

Jų rezultatai patvirtina selektyvų fermentinį apdorojimą, o ne universalią taisyklę, pagal kurią vien trumpas sekos motyvas lemia tolesnę proceso eigą.

Numatomą pjovimo vietą todėl geriausia vertinti kaip patikrinamą hipotezę.

Įrodymai tampa stipresni, kai tyrėjai identifikuoja faktinį apdorojimo produktą ir sieja jo susidarymą su siūlomu fermentu bei atitinkamomis biologinėmis sąlygomis.

Kokie eksperimentai patvirtina pirmtako apdorojimą?

Patikimas teiginys apie apdorojimą paprastai remiasi keliais papildomais įrodymų tipais, o ne viena pavieniat stebėjimu.

Tyrėjai gali identifikuoti susidariusius fragmentus naudodami masės spektrometriją arba sekvenavimą. Jie gali lyginti pirmtako ir subrendusio produkto kiekį bėgant laikui, keisti siūlomą kirpimo vietą arba riboti potenciamo apdorojančio fermento aktyvumą ar ekspresiją.

Funkciniai eksperimentai vėliau gali nustatyti, ar gautas produktas pasižymi biologiniu aktyvumu, priskiriamu jo brandžiai formai.

Kiekvienas iš šių požiūrių turi apribojimų.

Matmenų (arba tariamosios) molekulinės masės pokytis gelyje gali rodyti apdorojimą, bet nenustato tikslios kirpimo (skėlimo) vietos.

Fermento inhibitorius gali paveikti daugiau nei vieną biologinį kelią.

Siūlomo kirpimo vietos pakeitimas gali sutrikdyti tiek baltymo lankstymąsi, tiek fermento atpažinimą.

Masės spektrometrija gali identifikuoti molekulinius produktus, tačiau pati savaime nepatvirtina jų biologinio aktyvumo.

Todėl nepriklausomų analitinių ir funkcinių metodų rezultatų sutapimas paprastai yra įtaigesnis nei vienas matavimas.

Šios taisyklės skirtos tyrimų interpretavimui. Jos neturėtų būti traktuojamos kaip laboratorinis protokolas arba kaip teiginys, kad kiekvienas čia cituojamas tyrimas atliko visus įmanomus eksperimentus.

Reikalingų įrodymų pobūdis priklauso nuo toho, ar tyrimo klausimas susijęs su molekuline tapatybe, perdirbimo mechanizmu, fermento specifiškumu ar biologine funkcija.

Atlaisvinti fragmentai gali pasižmėti savo aktyvumu

Fragmentas, atskirtas nuo propeptido regiono arba identifikuotas jo viduje, kartais pats savaime gali tapti tyrimų objektu.

Tinkamas pavyzdys yra iš kolageno tyrimų.

Mokslininkai identificavo pentapeptidą KTTKS I tipo prokolageno propeptido regione ir ištyrė jo biologinį aktyvumą kultivuotose ląstelėse mesenchiminėse. Buvo pastebėtas poveikis kolageno ir fibronektino gamybai. [8]

Šį rezultatą reikia apibūdinti tokiu lygiu, koks iš tikrųjų buvo parodytas.

Tam tikras peptidų fragmentas pakeitė išmatuoriamus su užląsteline matrika susijusius parametrus ląstelių kultūros eksperimente.

Tai nereiškia, kad visas prokolageno propeptidas, izoliuota KTTKS seka, chemiškai modifikuoti KTTKS dariniai ir kiekviena kosmetikos priemonė, kurios sudėtyje yra panašaus ingrediento, yra lygiaverčiai.

Kiekvienas iš šių atvejų reprezentuoja skirtingą eksperimentinį arba formulavimo kontekstą.

Rezultatas taip pat neįrodo, kad kosmetikos priemonės naudojimas ant žmogaus odos atkuria taisyklingą prokolageno tarpląstelinį arba užkųstąjį (užkasti -> užalstelinį / ekstraląstelinį) perdirbimo procesą.

Biologinė kilmė gali būti įdomus mokslinis pagrindimas tiriamosios peptidų sekos tyrimui.

Tačiau tai nepanaikina klausimų dėl formuluotės, koncentracijos, stabilumo, skvarbos, ekspozicijos, galutinio produkto poveikio ir su žmonėmis atliktų tyrimų rezultatų.

Kosmetikos kontekste taip pat verta atskirti šį mechanizmą nuo platesnės problemos signalinių peptidų odos priežiūroje, kadangi seku kilmė iš pirmtako automatiškai nereiškia konkrečioje kosmetikos priemonėje esančio gatavo produkto poveikio.

Propeptidai ir kosmetinis terminas „pro-peptide”

Apibrėžimas etiketėje neidentifikuoja sekos

Terminas „propeptidas” lūpų produkte, serume, kreme ar kitoje kosmetikos priemonėje pats savaime neidentifikuoja konkrečios molekulės.

Tai gali būti susiję su firminiu ingredientų kompleksu, gamintojo nuosava terminologija, rinkodaros koncepcija arba bendru pareiškimu apie produktą.

Norint nustatyti, kas iš tikrųjų yra produkte, reikia išanalizuoti sudedamųjų dalių sąrašą ir, jei įmanoma, atitinkamus techninius dokumentus.

Moksliškai naudingas molekulinis identifikavimas turėtų nurodyti sudedamąją dalį, o tam tikrais atvejais – ir jos aminorūgščių seką, modifikaciją ar cheminę formą.

Net ir vienareikšmis tapatybės nustatymas atsako tik į dalį klausimo.

Tai neapibrėžia, kiek konkretaus ingrediento yra galutinėje formulėje, ar jis išlieka stabilus sandėliavimo metu, ar pasiekia tinkamą biologinę vietą, nei ar visa formulė duoda išmatuojamą poveikį žmonėms.

Jungtuko buvimas arba nebuvimas pavadinime nesuteikia moksliško garanto.

Terminai „pro peptide”, „pro-peptide” ir „propeptide” galilemti iš dalies besidubliuojančius paieškos rezultatus, tačiau kurio nors iš jų pasirodymas produkto pavadinime neturėtų būti automatiškai interpretuojamas pagal molekulinėje biologijoje vartojamą propeptido apibrėžimą.

Prekursorių biologija nepatvirtina kosmetinių deklaracijų

Tyrimas, parodantis, kad propeptidas padeda sulankstyti fermentą, suteikia informacijos apie šį fermentą ir konkretų eksperimentinį modelį.

Tai neįrodo, kad lūpų kosmetika pagerina drėkinimą.

Panašiai ir tyrimas dėl prokolageno apdorojimo savaip neįrodo, kad gatavas kremas sumažina raukšlių pastebimumą.

Tai yra skirtingi mokslo klausimai, reikalaujantys skirtingų rūšių įrodymų.

Naudingas kosmetologinis tyrimas turėtų nurodyti galutinę formulę, jos naudojimo būdą, tiriamąją populiaciją, palyginamąjį produktą (komparatorių), trukmę ir vertinamą rezultatą.

Jei deklaracija susijusi su drėkinimu, reikia taikyti tinkamą drėkinimo vertinimo metodą.

Jei tai susiję su raukšlių išvaizda, tyrimas turėtų naudoti atitinkamus su išvaizda susijusius galutinius taškus ir atsižvelgti į drėkinamosios produkto bazės poveikį.

Jei produktas konkrečiai deklaruoja poveikį pirmtakų apdorojimui, įrodymai turėtų parodyti atitinkamą biologinį įvykį, o ne tik remtis bendra publikacija apie pirmtakų biologiją.

Jei tyrimai, kur kuriais remiasi teiginys, apima tik išgrynintus baltymus, skaitmeninius modelius arba kultivuotas ląsteles, formuluotėje turėtų būti atsižvelgta į šiuos apribojimus.

„Tirta ląstelių modelyje” nėra tapatus teiginiui „įrodyta asmenims, vartojantiems šią paruoštą formulę”.

Trys klausimai palengvina deklaracijų vertinimą

Trys paprasti klausimai gali palengvinti tiek biologinių, tiek komercinių teiginių vertinimą.

Pirmas yra:

Kas tiksliai yra dabartietis?

Tai leidžia nustatyti, ar diskusija susijusi su biologiniu propeptidu, apibrėžta sintetine seka, modifikuotu peptidu, mišiniu ar tik komercine terminologija.

Antras klausimas yra:

Koks eksperyment buvo iš tikrųjų atliktas?

Tai leidžia nustatyti, ar įrodymai yra gauti iš išgrynintų baltymų tyrimų, ląstelių, gyvūnų, sudedamosios dalies tyrimų ar galutinio produkto tyrimų su žmonėmis.

Trečias klausimas yra:

Ar išmatuotas rezultatas iš tikrųjų atitinka deklaruojamą poveikį?

Molekulinis poveikis automatiškai nėra raukšlių mažinimo įrodymas. Padidėjusi laboratorinio žymens ekspresija automatiškai nėra matomo odos būklės pagerėjimo įrodymas.

Šie klausimai padeda išvengti situacijos, kai mokslinė terminologija pakeičia trūkstamus įrodymus.

Kosmetikos priemonė gali labai gerai drėkinti odą, neturėdama savo sudėtyje biologinio peptido.

Kita vertus, su biologiniu pirmtaku susijusio ingrediento buvimas negarantuoja matomo efekto.

Taigi galutinį produktą galima vertinti pagal jo paties įrodymus, nekuriant nepatvirtinto paaiškinimo, pagrįsto pirmtako aktyvavimu.

Toks atskyrimas leidžia tiksliai aptarti tiek pagrindinę biologiją, tiek kosmetinius įrodymus, klaidingai nemanant, kad priešdėlis „pro” reiškia veiksmingumo skalę.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Ar propeptidai yra aktyvūs hormonai?

Nebūtinai. Daugelis propeptidų yra su pirmtakais susiję segmentai, kurie dalyvauja baltymų lankstyme, aktyvumo slopinime, struktūrų surinkime arba brendime, o ne yra aktyvūs hormonai. Kai kurie pirmtakiniai baltymai galiausiai virsta hormonais, tačiau kiti subręsta į fermentus, struktūrinius baltymus, augimo faktorius ar kitas biologines molekules. Prokolageno apdorojimas ir subtilizino lankstymasis rodo labai skirtingas propeptidų funkcijas. [6][1] Todėl tai, ar konkretus propeptidas pasižymi hormoniniu aktyvumu, turi būti nustatyta tai konkrečiai molekula, o ne daroma išvada vien iš pačio termino.

2. Ar terminas „pro-peptidas” produkto etiketėje nurodo konkrečią molekulę?

Ne. Pats terminas „propeptidas” neužtikrina vienareikšmės molekulinės identifikacijos. Jis gali reikšti komercinę koncepciją, firminį kompleksą, rinkodaros terminą arba gamintojo taikomą savitą sudedamosios dalies pavadinimą, o ne biologiškai apibrėžtą pirmtako segmentą. Norint nustatyti, kokių medžiagų iš tikrųjų yra, reikia sudedamųjų dalių sąrašo ir atitinkamų techninių dokumentų. Net ir nustačius tapatybę, norint nustatyti, ar užtikrinamas deklaruojamas poveikis, būtina pateikti galutinio produkto veiksmingumo įrodymus. Produkto pavadinimas negali pakeisti nei molekulinio identifikavimo, nei veiksmingumo įrodymų.

3. Kuo propeptidas skiriasi nuo probialky?

Probaltyvas paprastai yra didesnė pirmtako molekulė, tuo tarpu propeptidas dažniausiai reiškia su brendimu susijungusį segmentą, esantį tame pirmtake arba išsiskiriantį jo apdorojimo metu. Terminologija gali skirtis tarp baltymų šeimų, todėl svarbios yra sekų ribos ir konkrečiame tyrime taikomos apibrėžtys. Propeptidas taip pat gali atlikti svarbią funkciją prieš jį pašalinant, nors jo ir nėra galutiniame subrendusiame baltyme. Todėl probaltyvo ir propeptido laikymas tiksliais sinonimais gali apsunkinti aprašomo apdorojimo mechanizmo supratimą.

4. Ar signalinis peptidas yra tas pats kas propeptidas?

Ne. Signalinis peptidas paprastai padeda nukreipti naujai susintetintą baltymą į atitinkamą ląstelės vidinį kelią, tuo tarpu propeptidas dažniau dalyvauja vėlesniame brendime, lankstyme, slopinime, surinkime ar aktyvavime. Abiejų galima rasti tame pačiame preprobaltyme, tačiau jie atlieka skirtingas funkcijas. Struktūriniai tyrimai, susiję su signalo atpažinimu, apibūdina tarpląstelinį baltymų nukreipimo mechanizmą, o ne kiekvieno propeptido brendimo funkciją. [3] Todėl būtina nustatyti konkrečią seką ir apdorojimo etapą, o ne daryti prielaidą, kad kiekvienas pašalinamas regionas atlieka tą pačią funkciją.

5. Kodėl ląstelės gamina pirmtakus, o ne vien tik brandžius baltymus?

Pirmtakų molekulių gamyba leidžia ląstelėms koordinuoti daugelį baltymų biologijos elementų, įskaitant jų nukreipimą, lankstymą, transportavimą, surinkimą ir biologinio aktyvumo įgijimo momentą. Kai kuriems baltymams gali reikėti išlikti neaktyviems arba ribotiems tol, kol jie pasiekia tinkamą vietą arba įgyja tinkamą trimačio pavidalo struktūrą. Subtilisino tyrimai rodo, kad propeptidas gali padėti lankstytis ir kartu slopinti fermentą, kol baigsis brendimo procesas. [1] Tai yra akivaizdi biologinė pirmtakų organizavimo nauda, nors skirtingi baltymai naudoja skirtingas brendimo strategijas.

6. Ar kirpimas visada aktyvuoja baltymą?

Ne. Kirpimas gali aktyvuoti molekulę, ją inaktyvuoti, lemti tarpinės formos susidarymą arba sukurti fragmentus, turinčius skirtingas ar neaiškias funkcijas. Net ir po kirpimo pašalintas segmentas kartais gali likti nekovalentiškai susijęs su subrendusia dalimi ir toliau riboti jos aktyvumą. Latento TGF-β tyrimai rodo, kodėl funkcinei aktyvacijai gali prireikti kažko daugiau nei vien tik peptidinio ryšio nutraukimo prekursoriuje. [7] Todėl aktyvaciją reikėtų patvirtinti tinkamis funkciniais įrodymais, o ne spręsti apie ją vien remiantis kirpimu.

7. Ar iš vieno pirmtako gali susidaryti keli peptidai?

Taip. Vienas pirmtakas gali turėti kelis regionus, iš kurių galiausiai susidaro skirtingi peptidiniai produktai. Svarbus pavyzdys yra POMC. Eksperimentai parodė, kad skirtingos konvertazės lėmė nevienodus to paties pirmtako apdorojimo modelius. [5] Todėl tam tikroje ląstelėje esantys apdorojimo fermentai turi įtakos tam, kokie subrendę produktai susidarys ir kokiomis proporcijomis. Pirmtako seka nustato galimus produktus, tačiau pati savaime nelemia, kurie iš jų dominuos kiekviename audinyje ar biologinėje situacijoje.

8. Ar propeptidai visada yra baltymo pradžioje?

Ne. Su pirmtaku susiję segmentai gali būti skirtingose vietose, priklausomai nuo konkrečioje baltymo sandaros. Prokolagenas turi galinius propeptidus, įskaitant C-galinį regioną, kuris pašalinamas brandinimo metu, o proinsulinas turi vidinį jungiamąjį regioną, kuris pašalinamas susidarant brandžiai insulinui. [6][4] Taigi, padėtis yra konkrečiojo pirmtako savybė, ir jos negalima spręsti tik iš priešdėlio „pro”.

9. Ar propeptidai yra tiesiog atliekos?

Ne. Kai kurie propeptidai atlieka svarbias funkcijas prieš juos pašalinant, o tam tikri išlaisvinti fragmentai taip pat buvo tiriami dėl jų paties biologinio aktyvumo. Subtilisino tyrimai pateikia eksperimentinių pavyzdžių, rodančių tiek lankstymosi pagalbą, tiek fermento slopinimą, kuriuos atlieka propeptidas. [1] Tačiau svarbių kai kurių propeptidų funkcijų demonstravimas nereiškia, kad kiekvienas išlaisvintas pirmtako segmentas turi savo naudingą poveikį. Biologinę svarbą reikėtų tirti individualiai, o ne automatiškai daryti prielaidą apie jos buvimą ar nebuvimą.

10. Kas yra vidujinis šaperonas?

Tarpląstelinis baltymas chaperonas yra baltymo pirmtako sritis, padedanti kitai tos pačios molekulės daliai įgyti taisyklingą trimatę struktūrą. Propeptidas gali atlikti tokią funkciją, kas buvo įrodyta subtilizino brendimo tyrimuose. [2] Šis terminas apibūdinimo molekulės lankstymosi mechanizmą, o ne kosmetinių ingredientų kategoriją. Įrodymas, kad vienas fermentas naudoja propeptidą kaip tarpląstelinį baltymą chaperoną, nereiškia, kad nesusijęs peptidas ar kosmetinis ingredientas atlieka tą pačią funkciją.

11. Ar kiekvienas pirmtakas naudoja tą patį apdorojimo fermentą?

Ne. Skirtingi procesingo fermentai atpažįsta skirtingus substratus ir gali turėti skirtingas skilimo vietų pirmenybes. Proinsulino ir POMC eksperimentai parodė skirtingus procesingo modelius, susijusius su skirtingomis konvertazėmis. [4][5] Įtakos rezultatui gali turėti fermento prieinamumas, vietinė aminorūgščių seka, baltymo konformacija, ląstelinė lokalizacija ir skilimo vietos prieinamumas. Todėl bendras terminas „aktyvuojantys fermentai” suteikia mažiau mokslinės informacijos nei konkretaus fermento ir pirmtako, kurie iš tikrųjų buvo tirti, nurodymas.

12. Ar apdorojimas gali vykti už ląstelės ribų?

Taip. Kai kurie pirmūnų apdorojimo etapai vyksta ląstelės išorėje. Su ekstraląstelinio matrikso brrosimu susijęs pavyzdys yra prokolageno C-propeptido šalinimas, kurį atlieka BMP-1. [6] Tai skiriasi nuo daugelio hormono pirmūnų apdorojimo sekrecijos take. Todėl brendimo vieta priklauso nuo konkretaus baltymo ir turi būti nustatyta eksperimentiškai, o ne apibendrinama remiantis viena žinoma pirmūnų sistema.

13. Ar propeptidai turi būti labai trumpi?

Ne. Terminas propeptidas apib、dininką, susijusį su pirmtako brendimu, o ne griežtai apibrėžtą aminorūgščių skaičių. Eksperimentiškai ištirtas subtilizino propeptidas turi 77 aminorūgščių liekanas, o tai rodo, kad propeptidas nebūtinai reiškia labai mažą peptidą, koks dažnai pasitaiko kosmetikos rinkodaroje. [1] Kiti su pirmtakais susiję segmentai ir prodomenai gali gerokai skirtis savo ilgiu ir struktūriniu sudėtingumu. Todėl vien pagal sekos ilgį negalima nustatyti, ar tam tikra struktūra yra biologinis propeptidas.

14. Ar pirmtako aptikimas įrodo jo subrendusio produkto buvimą?

Ne. Prekursoriaus aptikimas patvirtina aptiktos prekursoriaus formos buvimą. Tai nebūtinai reiškia, kad apdorojimas vyko teisingai arba kad kaupėsi subrendęs, biologiškai aktyvus produktas. Apdorojimas gali būti ne pilnas arba pakitęs, o subrendęs produktas vėliau gali suirti. Kai šis skirtumas yra svarbus, reikalingi tyrimai, leidžiantys atskirti prekursoriaus, tarpinę ir subrendusią formas. Bendro baltymų kiekio nereikėtų automatiškai tapatinti su aktyvaus produkto kiekiu.

15. Ar KTTKS yra tas pats kas visas kolageno propeptidas?

Ne. KTTKS yra trumpa seka, identifikuota I tipo prokolageno propeptido regione, o ne visas propeptidas. Mokslininkai tyrė KTTKS kultivuotose ląstelėse ir aprašė poveikį ekstraląstelinės matrikso komponentų gamybai. [8] Šie rezultatai turėtų išlikti susiję su tikslia tiriama seka ir eksperimentiniu modeliu. Pilnas pirmtako segmentas, izoliuotas KTTKS, chemiškai modifikuoti dariniai ir paruošta kosmetika, kurioje yra panašių ingredientų, yra skirtingos medžiagos ir neturėtų automatiškai perimti viena kitos įrodymų.

16. Ar numatoma pjovimo vieta pakankama biologiniam mechanizmui patvirtinti?

Ne. Numatoma kirpimo vieta nurodo tikėtiną apdorojimo vietą, tačiau neįrodo, kad biologinėmis sąlygomis kirpimas iš tikrųjų vyksta būtent ten. Reikia eksperimentų, kurie nustatytų susidariusius produktus ir susietų jų susidarymą su atitinkamu fermentu bei sąlygomis. Baltymo lankstymasis ir kirpimo vietos prieinamumas taip pat gali lemti, ar teoriškai atpažįstama vieta iš tikrųjų bus apdorota. Todėl prognozės yra naudingos kuriant ir tikrinant hipotezes, tačiau neturėtų būti pateikiamos kaip galutinis mechanizmo patvirtinimas.

17. Kokie įrodymai gali pagrįsti kosmetinį teiginį apie „propeptidą”?

Tiksliai identifikuotas ingredientas kartu su tinkamai suprojektuotu galutinės formulės tyrimu suteikia kur kas naudingesnių įrodymų nei vien tik terminologija. Tyrimu turėtų būti vertinamas deklaruojamas poveikis pasitelkiant tinkamą komparatorių, tinkamą populiaciją, tinkamą trukmę ir tinkamą matavimo metodą. Jei teiginyje konkrečiai nurodoma, kad kosmetikos gaminys keičia pirmtako aktyvavimą arba apdorojimą, šiam mechanizmui taip pat reikia tiesioginių įrodymų. Bendro pobūdžio molekulinės biologijos publikacija apie baltymų apdorojimą, jų lankstymą ar kolageno pirmtakų aktyvumą negali pati savaime patvirtinti konkretaus kosmetikos gaminio poveikio.

Santrauka

Propeptidai yra svarbi biologinių mechanizmų dalis, kurios dėka daugelis baltymų yra paruošiami, reguliuojami, transportuojami, sufolduojami ir subrandinami.

Jų neapibrėžia paprasta trumpa aminorūgščių seka.

Šis terminas apibūdina jų ryšį su pirmtaku ir jo brendimo procesu.

Atskiri propeptidai gali atlikti labai įvairias funkcijas.

Kai kurios padeda užtikrinti taisyklingą baltymų lankstymąsi.

Kiti apriboja biologinį aktyvumą iki tam tikro brendimo etapo.

Kai kurios dalyvauja susidedant molekulinėms struktūroms, tuo tarpu tam tikri išlaisvinti fragmentai gali pasižymėti savuoju biologiniu aktyvumu ir tapti nepriklausomu tyrimų objektu.

Hormonų pirmininkai, fermentų pirmintinės formos, augimo veiksnių sistemos ir prokolagenas parodo, kokie įvairūs gali būti šie mechanizmai.

Ypač svarbu atskirti kirpimą nuo aktyvavimo. Peptidinio ryšio nutraukimas gali pakeisti molekulinę tapatumą, iškart nesukeliant biologinio aktyvumo. Atpalaiduotas segmentas gali ir toliau būti susijęs su brandžia molekula, kirpimas gali lemti tarpinės formos, o ne galutinio produkto susidarymą, o teisingas apdorojimas automatiškai neįrodo funkcinio aktyvumo.

Panašiai prekursoriaus aptikimas nepatvirtina subrendusio produkto buvimo.

Šie skirtumai paaiškina, kodėl pirmtakų biologija paprastai nustatoma remiantis papildomais įrodymais apie molekulinę tapatybę, apdorojimą, fermentinį specifiškumą ir biologinę funkciją.

Kosmetikoje vartojamai terminologijai reikia atskiro interpretavimo.

Produktas, pažymėtas terminu „pro-peptide”, nebvalo turėti biologinio propeptido, atkurti natūralaus pirmtakų apdorojimo proceso ar suteikti pastebimos kosmetinės naudos.

Pirmiausia reikia nustatyti tikrąją sudedamosios dalies tapatybę.

Tada paruoštą formulatą reikėtų įvertinti remiantis įrodymais apie poveikį, kurį ji iš tikrųjų deklaruoja.

Baltymų lankstymo eksperimentas neįrodo odos drėkinimo.

Prokolageno apdorojimo tyrimas savaime nėra raukšlių mažinimo įrodymas.

Eksperimentas su ląstelių kultūra, susijęs su iš pirmtako gauta seka, neįrodo paruošto kosmetikos gaminio poveikio žmonėms.

Naudingiausias principas yra atskirti molekulinę tapatybę, biologinį mechanizmą, eksperimentinius įrodymus ir teiginius apie galutinį produktą.

Toks atskyrimas leidžia išlaikyti propeptidų žinių mokslinę vertę, neišplečiant laboratorinių rezultatų už to, kas iš tikrųjų buvo įrodyta eksperimentuose.

Atsakomybės apribojimas

Šis straipsnis yra išskirtinai edukacinio ir moksliškai informacinio pobūdžio. Jame aiškinami klausimai, susiję su prekursoriniais baltymais, propeptidais, baltymų apdorojimu, kirpimu, brendimu bei susijusios kosmetinės terminologijos interpretacija.

Tai nėra rekomendacija dėl kosmetikos gaminio, peptidų ingrediento, maisto papildo, gydymo, formulės, dozuotės ar vartojimo būdo.

Laboratorinių tyrimų rezultatai, apimantys išgrynintus baltymus, pirmtakų sistemas, kultivuotas ląsteles, fermentus ar pavienius peptidų fragmentus, neturėtų būti automatiškai interpretuojami kaip įrodymai apie panašiai vadinamų komercinių ingredientų klinikinį ar kosmetinį poveikį.

Produktas, kurio pavadinime yra terminas „pro-peptidas”, turėtų būti vertinamas remiantis faktine sudėtimi ir įrodymais, susijusiais su galutine formule, o ne remiantis prielaida, kad jis atkuria biologinį mechanizmą, susijusį su pirmtaku.

Klausimus dėl gydymo, ligų ar individualios sveikatos būklės, jei reikia, reikėtų aptarti su atitinkamai kvalifikuotu sveikatos priežiūros specialistu.

Nuorodos

1. Ohta, Y., Hojo, H., Aimoto, S., Kobayashi, T., Zhu, X., Jordan, F., & Inouye, M. (1991). Propeptidas kaip tarpląstelinis chaperonas: denatūruoto sublicino E renatūracija su sintetiniu propeptidu [pataisyta]. Molekulinė mikrobiologija, 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). Sulstinio chaperono tarpininkaujamas lankstymosi kelias: propetido atsipalaidavimas moduliuoja pro-subtilizino aktyvacijos tikslumą. Biologinės chemijos žurnalas, 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). Molekulinis žinduolių signalą atpažįstančios dalelės krovinio atpažinimo ir perdavimo mechanizmas. Cell Reports, 36(2), 109350 straipsnis. 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). Proinsulino apdorojimas naudojant subtilizino šeimos proproteinų konvertazes furiną, PC2 ir PC3. Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, 89(18), 8822–8826. https://doi.org/10.1073/pnas.89.18.8822
5. Benjannet, S., Rondeau, N., Day, R., Chrétien, M. ir Seidah, N. G. (1991). PC1 ir PC2 yra proproteinų konvertazės, galinčios skelti proopiomelanokortiną ties skirtingomis bazinių liekanų poromis. Nacionalinės mokslų akademijos darbai, 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). Kaulų morfogenetinis baltymas-1: I tipo prokolageno C-proteinazė. Mokslas, 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. Gamta, 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). I tipo prokolageno pentapeptidas skatina ekstraląstelinės matrikso gamybą. Biologinės chemijos žurnalas, 268(14), 9941–9944. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8486721/