ERYTROPOETÍN (EPO): VLASTNOSTI, VÝROBA, FUNKCIE - BIOLÓGIE

Erytropoetín, haemopoietin alebo EPO je glykoproteinový hormón funkcia (cytokíny), zodpovedné za reguláciu proliferácie, diferenciácie a prežitie progenitorov erytrocytov alebo červených krviniek v kostnej dreni, tj erytropoézu.

Tento proteín je jedným z rôznych rastových faktorov, ktoré kontrolujú hematopoetické procesy, pomocou ktorých sa z malej skupiny pluripotentných kmeňových buniek tvoria bunky nachádzajúce sa v krvi: erytrocyty, biele krvinky a lymfocyty. To znamená bunky myeloidných a lymfoidných línií.

Schéma znázorňujúca hemopoézu, ktorá zahŕňa proces tvorby erytrocytov alebo erytropoézu, pri ktorom pôsobí erytropoetín (Zdroj: OpenStax College prostredníctvom Wikimedia Commons).

Jeho dôležitosť spočíva vo funkčnej dôležitosti buniek, ktoré pomáhajú množiť sa, diferencovať sa a dozrieť, pretože erytrocyty sú zodpovedné za prenos kyslíka z pľúc do rôznych tkanív tela.

Erytropoetín bol prvým rastovým faktorom, ktorý sa mal klonovať (v roku 1985), a jeho podávanie na úspešnú liečbu anémie spôsobenej zlyhaním obličiek v súčasnosti schvaľuje Americká agentúra pre potraviny a liečivá (FDA).

Predstava, že erytropoéza je riadená humorálnym faktorom (rozpustný faktor prítomný v krvnom obehu), navrhla Carnot a Deflandre pred viac ako 100 rokmi, keď sa skúmali pozitívne účinky na zvýšenie percenta červených krviniek u králikov ošetrených sérom. anemických zvierat.

Až v roku 1948 však Bonsdorff a Jalavisto zaviedli pojem „erytropoetín“ na opis humorálneho faktora so špecifickým dopadom na produkciu erytrocytov.

vlastnosti

Erytropoetín je proteín z rodiny glykoproteínov. Je stabilný pri kyslých pH a má molekulovú hmotnosť približne 34 kDa.

Má asi 193 aminokyselín, vrátane 27-zvyškovej hydrofóbnej N-koncovej oblasti, ktorá sa odstráni spoločným transláciou; a arginínový zvyšok v polohe 166, ktorý je tiež stratený, takže cirkulujúci proteín má 165 aminokyselín.

V jeho štruktúre je možné vidieť tvorbu dvoch disulfidových mostíkov medzi cysteínovými zvyškami prítomnými v polohách 7-161 a 29-33, ktoré sú spojené s jeho činnosťou. Skladá sa z viac alebo menej z 50% alfa helixov, ktoré sa zjavne podieľajú na tvorbe guľovitej oblasti alebo časti.

Má 40% uhľohydrátov predstavovaných tromi oligosacharidovými reťazcami N-naviazanými na rôzne zvyšky kyseliny asparágovej (Asp) a jeden O-reťazec naviazaný na serínové zvyšky (Ser). Tieto oligosacharidy sa skladajú predovšetkým z fukózy, manózy, N-acetylglukozamínu, galaktózy a kyseliny N-acetyl neuramínovej.

Sacharidová oblasť EPO plní niekoľko úloh:

- Je nevyhnutný pre jeho biologickú aktivitu.

- Chráni ju pred degradáciou alebo poškodením spôsobenými voľnými kyslíkovými radikálmi.

- Oligosacharidové reťazce sú potrebné na sekréciu zrelého proteínu.

U ľudí je gén kódujúci tento proteín umiestnený uprostred dlhého ramena chromozómu 7 v oblasti q11-q22; nachádza sa v jedinej kópii v 5,4kb oblasti a má päť exónov a štyri intróny. Štúdie homológie naznačujú, že jej sekvencia zdieľa 92% identitu so sekvenciou iných primátov a 80% identitu niektorých hlodavcov.

výroba

U plodu

Počas vývoja plodu sa erytropoetín produkuje hlavne v pečeni, ale zistilo sa, že v rovnakom štádiu je gén kódujúci tento hormón tiež hojne exprimovaný v strednej oblasti obličkových nefronov.

U dospelých

Po narodení, v tom, čo by sa dalo považovať za všetky postnatálne štádiá, sa hormón vyrába hlavne v obličkách. Konkrétne, bunkami kôry a povrchom obličkových teliesok.

Pečeň sa tiež podieľa na produkcii erytropoetínu v postnatálnych štádiách, z ktorých sa vylučuje viac alebo menej 20% celkového obsahu EPO v obehu.

Medzi ďalšie „extrarenálne“ orgány, v ktorých bola zistená produkcia erytropoetínu, patria periférne endoteliálne bunky, bunky hladkého svalstva ciev a bunky produkujúce inzulín.

Je známe, že niektoré strediská sekrécie EPO existujú v centrálnom nervovom systéme, vrátane hipokampu, kôry, mozgových endotelových buniek a astrocytov.

Regulácia výroby erytropoetínu

Produkcia erytropoetínu nie je priamo kontrolovaná počtom červených krviniek v krvi, ale dodávkou kyslíka v tkanivách. Nedostatok kyslíka v tkanivách stimuluje produkciu EPO a jeho receptorov v pečeni a obličkách.

Táto aktivácia génovej expresie sprostredkovaná hypoxiou je produktom aktivácie dráhy rodiny transkripčných faktorov známych ako hypoxiou indukovateľný faktor 1 (HIF-1).

Hypoxia potom indukuje tvorbu mnohých proteínových komplexov, ktoré plnia rôzne funkcie pri aktivácii expresie erytropoetínu a ktoré sa priamo alebo nepriamo viažu na faktory, ktoré prenášajú aktivačný signál na promótor génu EPO a stimulujú jeho transkripciu. ,

HIF-1 dráhu spúšťajú aj iné stresory, ako napríklad hypoglykémia (nízka hladina cukru v krvi), zvýšenie intracelulárneho vápnika alebo prítomnosť reaktívnych druhov kyslíka.

Mechanizmus akcie

Mechanizmus účinku erytropoetínu je pomerne komplexný a závisí najmä od jeho schopnosti stimulovať rôzne signalizačné kaskády zapojené do proliferácie buniek, ktoré zase súvisia s aktiváciou ďalších faktorov a hormónov.

V ľudskom tele zdravého dospelého je rovnováha medzi produkciou a deštrukciou červených krviniek alebo erytrocytov a EPO sa podieľa na udržiavaní tejto rovnováhy nahradením vymiznutých erytrocytov.

Keď je množstvo kyslíka dostupného v tkanivách veľmi nízke, expresia génu kódujúceho erytropoetín sa zvyšuje v obličkách a pečeni. Stimul môžu byť tiež dané vysokou nadmorskou výškou, hemolýzou, stavmi ťažkej anémie, krvácaním alebo dlhodobým vystavením oxidu uhoľnatému.

Tieto stavy vytvárajú stav hypoxie, ktorý spôsobuje zvýšenie sekrécie EPO, produkujú väčší počet červených krviniek a zvyšuje sa aj podiel retikulocytov v obehu, ktoré sú jednou z progenitorových buniek erytrocytov.

Na koho Európsky patentový úrad koná?

Pri erytropoéze sa EPO primárne podieľa na proliferácii a diferenciácii progenitorových buniek zahrnutých v línii červených krviniek (erytrocytické progenitory), ale tiež aktivuje mitózu v proerytroblastoch a bazofilných erytroblastoch a tiež urýchľuje uvoľňovanie retikulocyty kostnej drene.

Prvou úrovňou, pri ktorej proteín pracuje, je prevencia programovanej bunkovej smrti (apoptózy) prekurzorových buniek vytvorených v kostnej dreni, ktorá sa dosahuje inhibičnou interakciou s faktormi zahrnutými v tomto procese.

Ako to funguje?

Bunky, ktoré reagujú na erytropoetín, majú špecifický receptor pre erytropoetín známy ako erytropoetínový receptor alebo EpoR. Keď proteín vytvorí komplex so svojim receptorom, signál sa prenesie do bunky: smerom k jadru.

Prvým krokom pre prenos signálu je konformačná zmena, ku ktorej dôjde potom, čo sa proteín naviaže na svoj receptor, ktorý sa súčasne viaže na ďalšie aktivované molekuly receptora. Medzi nimi je Janus-tyrozínkináza 2 (Jack-2).

Medzi niektoré z dráh, ktoré sú aktivované po prúde potom, čo Jack-2 sprostredkuje fosforyláciu tyrozínových zvyškov receptora EpoR, je cesta MAP kinázy a proteínkinázy C, ktorá aktivuje transkripčné faktory, ktoré zvyšujú expresiu špecifických génov.

Vlastnosti

Rovnako ako mnoho hormonálnych faktorov v organizmoch, erytropoetín nie je obmedzený na jedinú funkciu. Toto bolo objasnené mnohými vyšetrovaniami.

Zdá sa, že erytropoetín okrem toho, že pôsobí ako proliferačný a diferenciačný faktor pre erytrocyty, ktoré sú nevyhnutné na prepravu plynov krvným riečiskom, plní niektoré ďalšie funkcie, ktoré nemusia nevyhnutne súvisieť s aktiváciou proliferácie a diferenciácie buniek.

V prevencii úrazov

Štúdie naznačujú, že EPO bráni poškodeniu buniek, a hoci jeho mechanizmy účinku nie sú presne známe, predpokladá sa, že môže zabrániť apoptotickým procesom spôsobeným zníženým alebo chýbajúcim kyslíkovým napätím, excitačnou toxicitou a vystavením voľným radikálom.

Pri apoptóze

Jeho účasť na prevencii apoptózy bola študovaná interakciou s určujúcimi faktormi v signálnych kaskádach: Janus-tyrozínkináza 2 (Jak2), kaspáza 9, kaspáza 1 a kaspáza 3, glykogénsyntáza kináza-3β, aktivačný faktor apoptotické proteázy 1 (Apaf-1) a ďalšie.

Funkcie v iných systémoch

Zúčastňuje sa na inhibícii bunkového zápalu inhibíciou niektorých prozápalových cytokínov, ako je interleukín 6 (IL-6), faktor nekrózy nádorov alfa (TNF-a) a monocytový chemo-atraktívny proteín 1.

Vo vaskulárnom systéme sa ukázalo, že spolupracuje pri udržiavaní jeho integrity a tvorbe nových kapilár z existujúcich ciev v oblastiach bez vaskulatúry (angiogenéza). Okrem toho bráni priepustnosti hematoencefalickej bariéry počas zranení.

Predpokladá sa, že stimuluje postnatálnu neovaskularizáciu zvýšením mobilizácie progenitorových buniek z kostnej drene do zvyšku tela.

Hrá dôležitú úlohu pri vývoji nervových progenitorových buniek prostredníctvom aktivácie jadrového faktora KB, ktorý podporuje produkciu nervových kmeňových buniek.

EPO, konajúc v zhode s inými cytokínmi, má „modulačnú“ úlohu pri kontrole proliferačných a diferenciačných dráh megakaryocytov a granulocytových monocytov.

Referencie

Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Farebný atlas fyziológie (5. vydanie). New York: Thieme.
Jelkmann, W. (1992). Erytropoetín: štruktúra, kontrola výroby a funkcie. Physiological Reviews, 72 (2), 449 - 489.
Jelkmann, W. (2004). Molekulárna biológia erytropoetínu. Internal Medicine, 43 (8), 649 - 659.
Jelkmann, W. (2011). Regulácia výroby erytropoetínu. J. Physiol. 6, 1251-1258.
Lacombe, C., & Mayeux, P. (1998). Biológia erytropoetínu. Haematologica, 83, 724 - 732.
Maiese, K., Li, F. a Zhong, Z. (2005). Nové spôsoby skúmania erytropoetínu. JAMA, 293 (1), 1-6.

ERYTROPOETÍN (EPO): VLASTNOSTI, VÝROBA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026