مسیرهای تخریب کلاژن در انسان

مسیرهای تخریب کلاژن در انسان

کلاژن یک پروتئین اصلی است که در بافتهای همبند و ماتریکس خارج سلول (ECM) یافت می شود. از نظر ساختار مارپیچی ، حداقل 27 نوع کلاژن در بدن انسان شناسایی شده است که انواع I-IV شایع ترین است. تقریباً 25 درصد از کل پروتئین موجود در بدن ، بیش از سایر انواع پروتئین ها ، تایپ های مختلف بافت را پشتیبانی کرده و  آنها را تقویت می کند ، از جمله دندان ها ، تاندون ها ، استخوان ها ، اندام های داخلی و پوست. عملکرد کلاژن این است که از بافت ها در برابر کشش و آسیب محافظت کند ، به عنوان یک “چسب” داخل سلول عمل می کند.

سنتز کلاژن

یک نوع کلاژن ، کلاژن فیبریلاری است. کلاژن فیبریلاری در یک فرایند پیچیده سنتز می شود. mRNA توسط مجموعه ای از 34 ژن در هسته سلول رمزگذاری می شود ، سپس ژن ها در سیتوپلاسم تحت ترجمه قرار می گیرند. این منجر به تشکیل پیش پروپپتید می شود.

سپس پیش پروپپتید سه بار اصلاح می شود و یک پپتید آلفا ایجاد می کند. این مرحله با اصلاح شیمیایی ، به ویژه گلیكوزیلاسیون با گلوكز و گالاكتوز ، در لیزین های پروپپتیدی دنبال می شود. گروه های سه پروپتیدی سپس پیچ خورده و یک ساختار مارپیچی سه گانه ایجاد می کنند و پروکلوژن تولید می کنند.

پروكلاژن با افزودن الیگوساكاریدها تحت اصلاحات بیشتری در دستگاه گلژی قرار می گیرد و در فضای خارج سلول ترشح می شود. انتهای سست پروکلاژن برداشته می شود و باعث ایجاد تروپوکلاژن می شود. سندرم Ehlers-Danlos ، یک بیماری ارثی است که با نقص در این مرحله تولید می شود.

مرحله آخر در تشکیل کلاژن فیبریلاری شامل پیوند کووالانسی بین مولکول های تروپوکلاژن است. آنزیمی که به این مرحله کمک می کند لیزیل اکسیداز است که با تأثیر بر هیدروکسیلیزین ها و لیزین ها گروه های آلدهید تولید می کند.

عوامل منجر به تخریب کلاژن

عواملی که می توانند منجر به تخریب کلاژن شوند شامل پیری (این علت اصلی است) ، بیماری ، قرار گرفتن در معرض اشعه ماورا بنفش و سیگار کشیدن است. یک شکل معمول تخریب کلاژن در ارتباط با استعمال دخانیات ، از دست دادن کلاژن در پوست است که منجر به پیری زودرس اپیدرم (یعنی چین و چروک) می شود. محققان در فنلاند دریافتند که سیگار بر سنتز کلاژن I و III تأثیر می گذارد.

کمبود ویتامین C همچنین می تواند بر تولید کلاژن تأثیر منفی بگذارد ، شرایطی که معمولاً به عنوان scurvy شناخته می شود. ویتامین C توسط آنزیمی که بقایای لیزین و پرولین را در مرحله سنتز پروکلاژن متصل می کند ، مورد نیاز است. ویتامین C در این فرآیند به عنوان کوفاکتور با کمک به هیدروکسیلاسیون لیزین ها و پرولین ها مصرف می شود. باید توجه داشت که چندین ویتامین و مواد معدنی به عنوان کاتالیزور برای تولید کلاژن عمل می کنند ، اما ویتامین C یکی از مهمترین ویتامین ها است.

انواع اصلی آنزیم هایی که مسئول تخریب کلاژن هستند ، کلاژنازها هستند که به گروهی از آنزیم ها به نام متالوپروتئینازهای ماتریکس (MMP) تعلق دارند. کلاژنازها توسط سلول های زیادی در بدن از جمله ماکروفاژها ، فیبروبلاست ها ، نوتروفیل ها و سلول های توموری آزاد می شوند. در زخم های مزمن ، هجوم نوتروفیل ها باعث آزاد شدن MMP-8 ، یک کلاژناز قوی می شود.

یک بیماری ناتوان کننده رایج در انسان همراه با تخریب کلاژن ، آرتروز است که حدود 27 میلیون آمریکایی را مبتلا می کند و بیشتر افراد بالای 60 سال تا حدی از این بیماری رنج می برند. Osteogenesis imperfecta ، یک اختلال کلاژن نوع اول اتوزومی غالب ، می تواند از خفیف تا کشنده باشد. اختلال دیگری که منجر به تخریب کلاژن می شود سندرم Ehlers-Danlos است ، یک اختلال کلاژن ارثی با حداقل 6 زیرگروه مختلف با جهش های مختلف از انواع مختلف کلاژن.

تحقیقات در مورد مکانیزم هایی که باعث تخریب کلاژن و نحوه تولید کلاژن در بدن می شوند ، مورد توجه دانشمندان و سازمان ها در زمینه علوم زندگی و مطالعات پزشکی است.

مطالعات در مورد مسیرهای تخریب کلاژن

بدن می تواند میزان کلاژن موجود در بافت همبند را تنظیم کند. این شامل تغییراتی در نحوه تخریب کلاژن است.

در مطالعه ای در سال 2004 ، پاستلی و همکاران دریافت که تخریب کلاژن می تواند در طول زمان از طریق MMP مشتق شده از میزبان بدون وجود هیچ بیماری رخ دهد. محققان این مسئله را با استفاده از دندانهای معدنی تا حدودی از بدن انسان که در بزاق مصنوعی با یا بدون افزودن مهارکننده های پروتئاز یا روغن معدنی ذخیره شده است ، نشان دادند. آنها مشاهده کردند که بعد از 250 روز DCM ها (demineralized collagen matrices) تقریباً وضعیت وخیم تری را در بزاق مصنوعی نشان می دهند ، اما وقتی آنها با روغن معدنی یا مهارکننده های پروتئاز انکوبه می شوند ، چنین نیستند. بنابراین ، بدن میزبان می تواند خود کلاژن را تجزیه کند.

در مطالعه 1975 توسط برمن مشخص شد که کلاژنازهای بافتی توسط آنتی پروتئاز آلفا 2-ماکروگلوبولین سرم ، عوامل اتصال دهنده فلز از نوع EDTA و توسط تیول ها مهار می شوند. EDTA و  100  Ca-EDTA برابر موثرتر از L-Cysteine و مشتقات آن بر اساس مولی است. به نظر می رسد برخی از اثرات در درمان زخم قرنیه در انسان وجود دارد. اگرچه EDTA تحریک کننده است (بنابراین نباید به عنوان قطره چشم استفاده شود) Ca-EDTA یک گزینه ایمن است. مشخص شد که این ترکیبات ، سیستئین و استیل سیستئین نویدبخش درمان زخم قرنیه هستند.

از این مطالعات موردی ، می توان حدس زد که مسیرهای تخریب کلاژن در بدن انسان پیچیده است و می تواند توسط عوامل مختلفی از جمله پیری ، بیماری ، کمبود ویتامین ، اختلالات ارثی و انتخاب سبک زندگی ایجاد شود. از آنجا که تخریب کلاژن می تواند منجر به شرایط ناتوان کننده بی شماری شود ، مهم است که تحقیقات در مورد مسیرهای خود و چگونگی مهار آنها به طور مستمر تأمین اعتبار شود.