Faktor Pertumbuhan: Definisi, Fungsi, Imobilisasi dan Potensi Penggunaan untuk Pengobatan Penyakit Serebrovaskular

Pada sel non-neuronal, mereka merangsang proliferasi, tetapi neuron dewasa bersifat postmitosis dan tidak dapat memasuki kembali siklus sel.

Faktor pertumbuhan adalah zat alami yang dapat merangsang pertumbuhan sel, proliferasi, penyembuhan, dan diferensiasi sel. Biasanya berupa protein atau hormon steroid. Faktor pertumbuhan penting dalam mengatur berbagai proses seluler.

Faktor pertumbuhan mengatur banyak aspek fungsi sel , termasuk kelangsungan hidup sel dan migrasi sel.

Faktor pertumbuhan biasanya bertindak sebagai molekul sinyal antar sel. Contohnya adalah sitokin dan hormon yang mengikat reseptor spesifik pada permukaan sel target Anda.

Mereka sering mempromosikan diferensiasi dan pematangan sel, yang bervariasi tergantung pada faktor pertumbuhan.

Misalnya, faktor pertumbuhan epidermal (EGF) meningkatkan diferensiasi osteogenik, sedangkan faktor pertumbuhan fibroblas dan faktor pertumbuhan endotel vaskular merangsang diferensiasi pembuluh darah (angiogenesis).

Faktor pertumbuhan dikenal karena kemampuannya untuk meningkatkan proliferasi sel, pertumbuhan sel, dan diferensiasi sel dengan mengatur morfogenesis jaringan, angiogenesis, dan pertumbuhan neurit.

Faktor pertumbuhan biasanya bertindak sebagai molekul sinyal antar sel yang memainkan peran penting dalam regulasi berbagai proses seluler.

Aktivitasnya dimediasi dengan mengikat reseptor transmembran. Regulasi beberapa faktor pertumbuhan dan reseptornya juga terlibat dalam pembentukan tumor.

Akibatnya, ketika dipertimbangkan dalam konteks sistem saraf, faktor pertumbuhan sering disebut sebagai faktor neurotropik. Faktor-faktor ini sangat penting untuk perkembangan yang tepat dari sistem saraf dari tahap awal embrio.

Faktor pertumbuhan menentukan nasib sel, karena mereka berbeda dari menjadi nenek moyang sepanjang garis keturunan saraf atau glial.

Selanjutnya, selama perkembangan embrio, faktor pertumbuhan sangat penting untuk mengatur kelangsungan hidup neuron, menentukan nasib sel, dan membangun konektivitas yang tepat.

Banyak faktor pertumbuhan yang berfungsi di otak telah diidentifikasi, termasuk faktor-faktor yang awalnya diidentifikasi di sistem lain, dan ada lanskap interaksi faktor pertumbuhan yang terus berkembang dengan populasi sel dalam sistem saraf, baik selama perkembangan maupun selama perkembangan. orang dewasa.

Sistem saraf terdiri dari populasi sel yang sangat heterogen.

Selain kategori luas neuron, astrosit, dan oligodendrosit, ada beberapa jenis neuron dengan keragaman struktur, fungsi, lokasi, fenotipe, dan proyeksi, masing-masing dengan kebutuhan spesifik untuk dukungan trofik.

Memahami kompleksitas hubungan ini merupakan tantangan besar.

Keluarga faktor neurotropin (faktor pertumbuhan saraf), yang merupakan faktor pertumbuhan pertama yang diidentifikasi untuk tindakan dalam sistem saraf.

Mereka memiliki fungsi penting dalam sistem saraf perifer dan pusat, termasuk keluarga glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), neuregulins, dan neurotropik sitokin.

Banyak faktor pertumbuhan, apakah awalnya ditemukan dalam sistem saraf atau efek pada populasi sel lainnya, memiliki efek pada saraf dan glial kelangsungan hidup, pengembangan, dan fungsi.

Peran Lain dari Faktor Pertumbuhan dan Sitokin

Semakin banyak penelitian yang beragam sedang dilakukan menunjukkan apresiasi yang tumbuh dari peran faktor pertumbuhan dalam banyak proses normal dan abnormal.

Misalnya, transforming growth factor-α dan transforming growth factor-β diekspresikan dengan spesifisitas tinggi pada embrio tikus yang sedang berkembang, faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit dapat memediasi gliogenesis normal.

Faktor pertumbuhan fibroblas yang dikodekan secara maternal, faktor pertumbuhan transformasi, dan faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit telah terlibat sebagai hal yang penting dalam perkembangan embrio Xenopus.

Dan faktor pertumbuhan fibroblas dasar adalah neurotropin potensial selama perkembangan.

Faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit juga telah diidentifikasi dalam plak dan merupakan vasokonstriktor kuat dan dengan demikian telah terlibat dalam genesis aterosklerosis.

Selanjutnya, faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit disekresikan dari sel endotel dan sel otot polos arteri dan monosit/makrofag yang diaktifkan.

Peningkatan kadar reseptor faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit ditemukan pada sel sinovial pada pasien dengan rheumatoid arthritis.

Namun, dalam setiap kasus, ketika studi in vitro dipertimbangkan dalam konteks faktor pertumbuhan dalam peradangan dan perbaikan jaringan.

Tampaknya peran umum faktor pertumbuhan terkait dengan perkembangan normal dan recaraling abnormal terkait dengan keadaan penyakit.

Hal ini menunjukkan pentingnya memperhatikan mekanisme yang mengatur jenis sel dan tingkat temporal ekspresi faktor pertumbuhan dan reseptor terkait.

Apa alasan di balik imobilisasi faktor pertumbuhan?

Imobilisasi faktor pertumbuhan mencegah hilangnya bioaktivitas karena difusi yang diamati dalam pemberian faktor pertumbuhan konvensional dalam bentuk larut. Imobilisasi juga memungkinkan pelepasan faktor pertumbuhan yang lebih terkontrol.

Bagaimana faktor pertumbuhan diimobilisasi?

Faktor pertumbuhan dapat diimobilisasi pada scaffold dengan pengikatan non-kovalen atau non-kovalen.

Faktor pertumbuhan di saluran pencernaan

Faktor pertumbuhan adalah polipeptida yang mengatur fungsi seluler dengan mengikat reseptor membran permukaan sel homodimerik atau heterodimerik tertentu.

Faktor pertumbuhan biasanya disekresikan, tetapi juga dapat aktif di kompartemen terkait matriks intraseluler, transmembran, atau ekstraseluler.

Mereka umumnya bertindak dengan cara autokrin atau parakrin atau keduanya, tetapi umumnya tidak dengan cara endokrin klasik.

Efek biologis umumnya terlihat pada konsentrasi yang sangat rendah, dalam kisaran nanogram per mililiter.

Faktor pertumbuhan “keluarga” mewakili kesamaan struktural dan biologis mereka, meskipun kadang-kadang, membingungkan, nama mereka didasarkan pada aktivitas biologis yang paling menonjol atau aktivitas yang mengarah pada penemuan mereka.

Perbedaan antara faktor pertumbuhan, sitokin, peptida, dan hormon tidak mutlak. Peptida dapat memiliki efek yang mirip dengan “faktor pertumbuhan”. Sebaliknya, faktor pertumbuhan dapat memiliki efek yang tidak meningkat.

Memahami peran fisiologis faktor pertumbuhan memerlukan pertimbangan beberapa variabel.

Pengetahuan yang diperoleh dari tikus knockout menekankan pertimbangan spasial, kompartemen, dan kinetik yang kompleks yang diperlukan dalam menganalisis fungsi faktor pertumbuhan di saluran pencernaan.

Faktor pertumbuhan dan penyakit serebrovaskular

Pengobatan faktor pertumbuhan merupakan strategi yang menjanjikan untuk mengobati penyakit serebrovaskular.

Dalam dua dekade terakhir, penggunaan terapi faktor pertumbuhan untuk cedera otak telah memberikan dasar ilmiah yang menggembirakan untuk penggunaannya di rumah sakit.

Munculnya alat teknik biomedis baru memungkinkan faktor pertumbuhan untuk menyusup ke otak dengan lebih baik dengan melewati sawar darah-otak, membuatnya lebih mudah untuk mengirimkan faktor pertumbuhan dari perifer untuk merawat otak yang cedera.

Pada akhirnya, eksploitasi faktor pertumbuhan ini, faktor trofik dan RNA, baik sebagai perawatan yang berdiri sendiri atau bersama dengan perangkat yang dirancang secara biomedis.

Hal ini mungkin untuk meningkatkan hasil terapi terapi faktor pertumbuhan untuk penyakit serebrovaskular.

versus sitokin

Faktor pertumbuhan kadang-kadang digunakan secara bergantian di antara para ilmuwan dengan istilah sitokin. Secara historis, sitokin telah dikaitkan dengan sel-sel hematopoietik (pembentuk darah dan limfatik) dan sel-sel sistem kekebalan (misalnya, limfosit dan sel-sel dari limpa, timus, dan jaringan kelenjar getah bening).

Untuk sistem peredaran darah dan sumsum tulang di mana sel-sel mungkin muncul dalam suspensi cair dan tidak melekat pada jaringan padat, masuk akal bahwa mereka berkomunikasi melalui molekul protein peredaran yang larut.

Namun, ketika garis penelitian yang berbeda bertemu, menjadi jelas bahwa beberapa protein pensinyalan yang sama yang digunakan oleh sistem hematopoietik dan kekebalan juga digunakan oleh semua jenis sel dan jaringan lain, selama perkembangan dan pada organisme dewasa.

Meskipun faktor pertumbuhan menyiratkan efek positif pada pembelahan sel, sitokin adalah istilah netral mengenai apakah suatu molekul mempengaruhi proliferasi.

Sementara beberapa sitokin dapat menjadi faktor pertumbuhan, seperti G-CSF dan GM-CSF, yang lain memiliki efek penghambatan pada pertumbuhan atau proliferasi sel.

Beberapa sitokin, seperti ligan Fas, digunakan sebagai sinyal “kematian”; mereka menyebabkan sel target mengalami kematian sel terprogram atau apoptosis.

Faktor pertumbuhan ditemukan oleh Rita Levi-Montalcini , yang memenangkan Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran.

Faktor pertumbuhan dan transduksi sinyal

Faktor pertumbuhan menggambarkan berbagai polipeptida yang relatif kecil, stabil, dan terkonservasi secara evolusioner yang disekresikan oleh sel-sel dalam tubuh.

Mereka hadir di ruang ekstraseluler yang disekresikan atau dalam bentuk terikat membran; Mereka juga dapat diproduksi dengan rekayasa genetika di laboratorium dan digunakan dalam berbagai terapi klinis.

Faktor pertumbuhan mengatur berbagai perilaku seluler, termasuk pertumbuhan, migrasi, diferensiasi, apoptosis, dan kelangsungan hidup, baik secara positif maupun negatif.

Mereka juga memiliki sejumlah fungsi selama perkembangan, dan memainkan peran penting dalam menjaga homeostasis jaringan dan penyembuhan luka pada orang dewasa.

Ekspresi faktor pertumbuhan sangat diatur, sehingga aktivitas faktor pertumbuhan yang berlebihan sering dikaitkan dengan kanker.

Faktor pertumbuhan yang disekresikan bekerja pada sel terdekat melalui kontak atau pensinyalan parakrin juxtacrine untuk memediasi komunikasi antar sel jarak pendek.

Respon sel terhadap faktor pertumbuhan adalah proses multi-langkah kompleks yang mencakup reseptor pada membran sel sel yang merespons dan kaskade protein yang berinteraksi yang diperlukan dan bertanggung jawab untuk amplifikasi dan integrasi sinyal reseptor ke nukleus.

Reseptor faktor pertumbuhan adalah sekelompok protein yang dilestarikan secara evolusioner pada permukaan sel target yang berikatan dengan afinitas tinggi (konstanta afinitas Ka> 108 liter/mol) pada konsentrasi faktor pertumbuhan yang relatif rendah.

Transduksi sinyal untuk faktor pertumbuhan terjadi terutama melalui reseptor transmembran terkait-enzim.

Kelas reseptor ini memiliki domain pengikat ligan pada permukaan luar membran sel, domain transmembran yang membentang di lapisan ganda lipid, dan domain sitoplasma pada permukaan bagian dalam membran sel yang mengandung domain protein kinase (tirosin dan/atau atau serin / treonin kinase).

Protein kinase adalah enzim yang memediasi pengikatan gugus fosfat (dari adenosin trifosfat) ke residu serin, treonin dan/atau tirosin.

Pengikatan faktor pertumbuhan ke reseptor terkait-enzim menghasilkan perubahan konformasi dalam struktur reseptor, yang mengarah ke aktivasi fungsi kinase dalam domain sitoplasma melalui fosforilasi.

Aktivasi dan fosforilasi reseptor menghasilkan perakitan dan aktivasi sekelompok protein pensinyalan intraseluler.

Mengarah pada perubahan perilaku sel target dengan regulasi langsung faktor transkripsi atau dengan regulasi stabilitas mRNA atau translasi protein.

Yang paling penting dalam jalur transduksi sinyal ini adalah faktor transkripsi, yang mengaktifkan program genetik baru di badan sel yang merespons.

Hasil akhirnya adalah perubahan aktivitas seluler dan perubahan program gen yang diekspresikan dalam sel yang merespons. Ada banyak keluarga faktor pertumbuhan, termasuk:

Keluarga Bergerigi / Delta / Serrate / Notch, Faktor Pertumbuhan Epidermal (EGF), Keluarga Fibroblast Growth Factor (FGF), Keluarga Landak, Keluarga Faktor Pertumbuhan Serupa dengan insulin.

Keluarga IL-1, keluarga IL-6, keluarga IL-10 / interferon, keluarga IL-12, keluarga IL-17, keluarga faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit (PDGF), faktor transformasi superfamili pertumbuhan beta (TGF-beta)

Superfamili faktor nekrosis tumor (TNF), keluarga faktor pertumbuhan endotel vaskular (VEGF), dan keluarga gen Wnt.

Signifikansi fungsional faktor pertumbuhan sebagai neurotransmiter

Faktor pertumbuhan memiliki berbagai fungsi. Sesuai dengan namanya, faktor pertumbuhan mendukung perkembangan dan diferensiasi neuron.

Oleh karena itu, kelangsungan hidup dan pertumbuhan aksonal banyak neuron untuk mencapai tujuan akhir memerlukan faktor-faktor tertentu yang diekspresikan dalam sel target. Fungsi-fungsi ini khusus untuk pengembangan.

Setelah akson neuron mencapai targetnya dan bertahan, biasanya tidak memerlukan dukungan lebih lanjut dari faktor pertumbuhan dalam kondisi normal.

Kemampuan faktor pertumbuhan untuk menentukan kelangsungan hidup, diferensiasi, dan nasib akhir ini bukan bagian dari daftar fungsi normal yang dikaitkan dengan neurotransmiter.

Tidak jelas apakah pelepasan faktor pertumbuhan merupakan sinyal kimia yang mentransmisikan informasi ke neuron, daripada menyediakan makanan penting.

Informasi apa yang kemudian mendukung klaim bahwa faktor pertumbuhan mungkin merupakan pemancar yang tidak konvensional? Pertama, faktor pertumbuhan disimpan dan dilepaskan dari neuron.

Pelepasan faktor pertumbuhan sekarang diperkirakan terjadi melalui jalur yang diatur dan konstitutif, menunjukkan beberapa kekhususan dalam pelepasan.

Sekarang jelas bahwa faktor neurotropik yang diturunkan dari otak disimpan dalam vesikel. Sintesis dan pelepasan faktor pertumbuhan juga berada di bawah kendali transinaptik.

Misalnya, ekspresi faktor pertumbuhan saraf dan faktor neurotropik yang diturunkan dari otak dikendalikan oleh aktivitas saraf, dengan glutamat dan asetilkolin meningkatkan ekspresi dan asam gamma-aminobutirat menurunkan ekspresi faktor neurotrofik ini.

Selanjutnya, induksi faktor neurotropik yang diturunkan dari otak dengan berbagai perawatan berbeda secara regional, spasial, dan temporal.

Oleh karena itu, kejang menghasilkan pola peningkatan berbagai mRNA spesifik ekson dari faktor neurotropik yang diturunkan dari otak yang berbeda di seluruh subkawasan hipokampus, dan pola spesifik aktivasi promotor bergantung pada stimulus.

Semua karakteristik ini menunjukkan bahwa selain sintesis dan penyimpanan neurotropin dalam neuron, sintesis dan pelepasan faktor pertumbuhan ini diatur oleh aktivitas neuron.

Jadi faktor pertumbuhan dapat berpartisipasi baik dalam penerimaan informasi maupun dalam transmisi informasi antar sel.

Karakteristik kedua yang menunjukkan peran transmisi untuk faktor pertumbuhan adalah bahwa mereka muncul untuk mengatur neuron lain. Reseptor untuk neurotropin, reseptor trk, diekspresikan dalam neuron.

Reseptor ini adalah anggota dari kelas reseptor tirosin kinase transmembran, dan memiliki domain katalitik intraseluler yang diaktifkan pada pengikatan ligan.

Di antara fungsi yang digunakan faktor pertumbuhan adalah regulasi pertumbuhan, diferensiasi, migrasi, transkripsi, dan sintesis protein dalam neuron.

Lebih lanjut, neurotropin tampaknya mengubah aktivitas fungsional sel lain, termasuk aktivasi jalur pensinyalan intraseluler utama di neuron pengikut.

Faktor neurotropik yang diturunkan dari otak juga telah terbukti meningkatkan ekspresi NT-3 di otak kecil dan hipokampus, sekali lagi menunjukkan bahwa faktor pertumbuhan mengatur aktivitas fungsional sel target.

Data yang dijelaskan di atas menunjukkan bahwa faktor pertumbuhan dapat mengatur aktivitas fungsional neuron, tetapi tidak membahas peran fisiologis faktor pertumbuhan, terlepas dari pengaruhnya terhadap pertumbuhan dan kelangsungan hidup.

Namun, penelitian terbaru menunjukkan bahwa faktor neurotropik yang diturunkan dari otak memodulasi potensiasi dan pembelajaran jangka panjang.

Scroll to Top