HGF (Hepatocyte Growth Factor) är ett bioaktivt protein som utövar biologiska aktiviteter genom bindning och aktivering av MET-transmembranreceptorn. Den extracellulära bindningen av HGF till MET-receptorn inducerar association av två MET-receptorer (kallad 'dimerisering'), därigenom kan MET-receptorn aktiveras. Aktivering av MET-receptorn resulterar i biologiska svar från celler, inklusive cellproliferation, migration, överlevnad, och 3-D tubulogenes/morfogenes. På grund av dessa många biologiska aktiviteter, HGF stödjer regenerering av vävnader och kliniska fas II-studier pågår med rekombinant HGF-protein för behandling av patienter med ryggmärgsskada och amyotrofisk lateralskleros (ALS). HGF består av 697 aminosyror och tillverkas med rekombinant proteinteknologi som ett biologiskt läkemedel. Författarna upptäckte artificiell HGF som består av kemiskt kopplade två cykliska peptider (aMD5-PEG11). Denna artificiella peptid HGF kan binda och aktivera MET-receptor, i en förmåga jämförbar med HGF, en nativ ligand för MET-receptor. Eftersom artificiell peptid HGF har biologiska aktiviteter som är kompatibla med HGF och den kan tillverkas genom kemisk syntes som kan tillverkas till mycket lägre kostnad jämfört med rekombinant proteinproduktion, artificiell peptid HGF förväntas bli nästa generations biologiska läkemedel som tillverkas genom kemisk syntes. Dessutom, tekniken som används för att upptäcka artificiell peptid HGF kan vara grundläggande teknologi för upptäckt av artificiella peptidcytokiner och tillväxtfaktorer för medicinsk tillämpning. Kredit:Kanazawa University
Tillväxtfaktorer är ligander som spelar viktiga roller i kroppen - de är ansvariga för vävnadsregenerering, sårläkning, och underhåll och tillväxt av celler. Att stimulera tillväxtfaktorberoende vägar är därför en viktig terapeutisk strategi för att främja regenerering av vävnader på grund av skador och sjukdomar. Att använda syntetiska substitut av tillväxtfaktorer är den primära metoden för att artificiellt stimulera de önskade vägarna. Dock, syntetiska substitut är ofta inte lika effektiva och heltäckande för att framkalla de nödvändiga biologiska förändringarna. Kunio Matsumoto vid Kanazawa University och kollegor har nyligen skapat ett substitut för en sådan tillväxtfaktor, som ger ett jämförbart biologiskt svar.
Hepatocyttillväxtfaktorn (HGF) binder till och aktiverar en receptor som kallas MET (Fig. 1). Med andra ord, HGF är en naturlig ligand för MET-receptorn. MET-receptorn är ett transmembranprotein. Vid extracellulär bindning av HGF till den extracellulära regionen av MET, parning av receptorerna (kallad 'dimerisering') inträffar, vilket möjliggör den intracellulära kemiska förändringen av receptorerna (kallad "fosforylering"). Denna receptorfosforylering betyder receptoraktivering, som utlöser aktivering av intracellulära biologiska signaltransduktionsvägar, leder till en mängd olika biologiska svar i celler.
För att efterlikna HGF:s handlingar, forskarna skapade en makrocyklisk peptidmolekyl (aMD5-PEG11) som aktiverar MET-receptorn (huvudbild). Denna molekyl består av två kemiskt tvärbundna makrocykliska peptider. Sådana cykliska molekyler är flexibla till sin struktur och kan binda och aktivera MET. Vidare, aMD5-PEG11 dockar vid en annan region av MET än HGF; aMD-PEG11 och HGF konkurrerade därför inte direkt om MET och omintetgjorde varandras effekter. Huruvida aMD-PEG11 också inducerade dessa strukturella förändringar bedömdes sedan i två olika humana celltyper. aMD-PEG11 inducerade samma grad av koppling/dimerisering och fosforylering av MET-receptorn i en jämförbar förmåga med HGF.
HGF aktiverar MET-receptorn och aktivering av MET-receptorn utlöser intracellulär signalering som leder till förstärkning av celldelning, migration, överlevnad, och 3-D tubulogenes. Dessa biologiska aktiviteter leder till regenerering av vävnader efter skador och sjukdomar. Kredit:Kanazawa University
Om de strukturella förändringarna inducerade av HGF och aMD5-PEG11 var liknande, men var de biologiska effekterna liknande, för? MET-aktivering av HGF inducerar migration av celler. Denna migrering observerades också av aMD-PEG11. MET-aktivering av HGF resulterar också i aktivering av andra signalproteiner såsom AKT och ERK. aMD-PEG11 hade också jämförbara effekter på aktiveringen av dessa molekyler. Dessa effekter avbröts när en specifik hämmare för MET tillsattes, vilket indikerar att dessa effekter definitivt var resultat av MET-aktivering inducerad av aMD-PEG11 eller HGF.
Aktiveringen av en uppsättning gener är ansvarig för specifika biologiska funktioner. När generna aktiverade av aMD-PEG11 respektive HGF analyserades under 3-D tubulogenes i mänskliga njurceller inducerade av aMD5-PEG11 och HGF, förändringar i genuttrycksprofilerna var till stor del överlappade och jämförbara mellan HGF och aMD5-PEG11. Eftersom 3-D tubulogenes av HGF i njurceller implicerar konstruktion/utveckling och återuppbyggnad/regenerering av en funktionell njure, den jämförbara förmågan mellan HGF och aMD5-PEG11 att inducera genuttrycksprofiler antyder att aMD5-PEG11 kan underlätta regenerering av njuren i en potential som är jämförbar med HGF (Fig. 2).
Flera tillväxtfaktorer har använts som biologiska läkemedel framställda genom rekombinant proteinproduktion. Denna studie rapporterade en syntetisk artificiell ligand som inducerade kemiska och biologiska effekter motsvarande en naturlig ligand. Inte bara är artificiella ligander relativt billigare att producera, men ofta leder deras mindre storlek till större permeabilitet i kroppen. "Artificiella MET-receptoragonister som makrocykliska peptider har potential att utvecklas som nya biologiska läkemedel tillverkade genom kemisk syntes, " avslutar teamet. Förutom tillväxtfaktorer, denna strategi kan tillämpas på många typer av ligander.
Epitelial tubulogenes (blekningskanalbildning) är avgörande för funktionell vävnadsarkitektur i flera organ, inklusive njure, bröstkörtel, lunga, och gallgången. I odlingen av normala mänskliga njure tubulära celler i 3D kollagen gel, artificiell HGF/aMD5-PEG11, samt HGF, dynamiskt inducera tubulogenes. Denna biologiska aktivitet är unik för HGF-MET-receptorvägen. Därför, artificiell peptid HGF som kan aktivera MET i en jämförbar förmåga till HGF kan vara tillämpbar på regenereringsbaserad medicin som en ny biologisk läkemedelskandidat. Kredit:Kanazawa University
