Keratin

Izvor: Wikipedija

Keratin (još i: rožnata supstanca, skleroprotein, citokeratin) je bjelančevina (strukturni protein) koja je odgovorna za stabilnost i oblik stanice.

Određene podgrupe ovog proteina (tzv. trihocitični keratini) su glavni sastojak kose i dlake sisavaca, ljusaka kod gmazova, perja, noktiju, kandži, rogova, usi kod kitova usana.

Mikroskopija keratinskih niti unutar stanica

Uvod[uredi | uredi kôd]

Keratin je skupina netopljivih citoskeletnih proteina koji pružaju strukturnu potporu epitelnim stanicama te djeluju kao važni markeri stanične diferencijacije. U jednostavnom epitelu, keratini su manje kompleksni, dok se u slojevitom epitelu javljaju u većoj raznolikosti i gustoći, pružajući dodatnu čvrstoću i otpornost.[1]

Klasifikacija[uredi | uredi kôd]

Alfa-keratin (α-keratin) je specifična vrsta keratina koja čini ključan strukturni materijal u različitim dijelovima tijela kod kralježnjaka, uključujući kosu, nokte, perje, rogove, kandže, kopita te epidermu. Beta-keratin (β-keratin) je član obitelji strukturnih proteina koji se nalazi u epidermisu gmazova i ptica. Obje vrste se nalaze u stratum corneum-u no alfa-keratini su bogati alfa-spiralama dok su beta-keratini bogati beta-pločama.

Povijest[uredi | uredi kôd]

Nakon 1970-ih, istraživanja keratina proširila su se na proučavanje različitih oblika gela i filmova iz keratinskih otopina.[2] Prvi rad o keratinskim biomaterijalima opisuje uspješan implantat vaskularnog grafta obloženog keratinskim derivatom u modelu velike životinje tijekom 200 dana. Od tada, keratini se primjenjuju u širokom spektru in vitro i prekliničkih modela, uključujući zacjeljivanje rana, regeneraciju kostiju,[3] i popravak perifernih živaca.[4]

Građa[uredi | uredi kôd]

Keratini su intermedijarni filamenti promjera 10-12 nm koji zajedno s mikrofilamentima i mikrotubulima čine citoskelet ljudskih stanica.[5] Oni se sastoje od obligatnih heterodimera koji se sastoje od keratina tipa I (kiseli) i tipa II (neutralni ili bazični) te se slažu u tetramere koji polimeriziraju da bi formirali protofilamente od 2 do 3 nm.[6] Daljnja polimerizacija protofilamenta čini međusobno isprepletene protofibrile potpunih intermedijarnih filamenata. Keratin sadrži N-terminalnu domenu, zaduženu za regulaciju rasporeda filamenata i interakcije s ostalim staničnim komponentama. Također sadrži i C-terminalnu domenu koja igra uloge u interakcijama između intermedijarnih filamenata i post-translacijskim modifikacijama.

Lokacija[uredi | uredi kôd]

Keratini su glavna komponenta epitelnog citoskeleta. Različiti tipovi keratina nalaze se u različitim slojevima epidermisa, a iznimno su bitni u vanjskom sloju kože (stratum corneum), gdje mrtve keratizirane stanice čine kožnu barijeru. Kod interfolikularnog epidermisa, KRT14-KRT15 je glavni ekspresionirani tip I-tip II keratin, dok je u suprabazalnim slojevima glavni keratinski par KRT10-KRT1.[7] Osim toga, keratini oblažu vanjštinu organa i žlijezda, te su glavna komponenta tvorevina kao što su nokti i kosa.

Funkcija[uredi | uredi kôd]

Strukturna potpora[uredi | uredi kôd]

Glavna uloga keratina je strukturna potpora i stanična adhezija pomoću kojih se održava pravilna mehanička čvrstoća i elastičnost epitelnih slojeva. Keratin je povezan s desmosomalnim i hemidesmosomalnim proteinima te tvori keratinoznu mrežu kroz cijeli citosol stanice.[8] Uz stukturnu ulogu također služi za održavanje pravilne količine vode te tvori funkcionalnu barijeru za zaštitu od mehaničkog stresa.

Utjecaj na imunosni sustav[uredi | uredi kôd]

Keratinski intermedijarni filamenti povezani su s aktivacijom primitivnog urođenog imunosnog sustava, što se očitava kroz djelomična otvaranja čvrtih spojnica, smanjenje barijerne funkcije, sekreciju anti-bakterijskih proteina te nakupljanje makrofaga i drugih bitnih citokina imunosnog sustava. Promjene u ekspresiji citokina također su u asocijaciji s gubitkom ekspresije citokina ili keratinskim mutacijama koje su povezane s određenim bolestima. Uz manjak keratina, događa se promjena u transkriptomu keratinocita pa tako određene keratinske deficijencije mogu oponašati gensku ekspresiju određenih bolesti. Na primjer, deficijencija K1 keratina dovodi do ekspresije genskog obrasca koji uvjetuje stvaranje psorijaze i ekcema.[9]

Keratin i stanična apoptoza[uredi | uredi kôd]

Keratin ima tkivno specifičnu ulogu u borbi protiv apoptoze kod jetre, posteljice i kožnog epitelija. Kod keratinskog deficijenta dolazi do srednjogestacijskog mortaliteta zbog apoptoze u trofoblastu.[9] Ova karakteristika bitna je u istraživanjima utjecaja spojeva koji induciraju fibrozu na jetru kod miševa koji imaju keratinski deficijent ili mutaciju u keratinskim tipovima.

Post-translacijske modifikacije[uredi | uredi kôd]

Fosforilacija keratina[uredi | uredi kôd]

Fosforilacija keratina inducira topljivost, održavajući ravnotežu između nitastih i topljivih keratina koja je iznimno bitna za očuvanje gipkosti citoskeleta. Keratin se ponaša kao „fosfatna spužva“, a kofaktori u procesu fosforilacije su regulacijski proteini 14-3-3. Fosforilacija keratina aktivno dopridonosi mehanizmu obrane od različitih tipova stresa, a ima i bitan utjecaj u borbi protiv nastanka određenih bolesti i tumora.[10]

Keratin kod ljudi[uredi | uredi kôd]

Kod ljudi, poznato je 54 vrste keratina koje su izražene u određenim parovima ovisno o diferencijaciji tipa tkiva. Primjerice, primarni keratini kao što su K8/K18 u jednostavnim epitelnim tkivima i K5/K14 u slojevitim epitelnim tkivima redovito se sintetiziraju od strane epitelnih stanica.[11] Sekundarni keratini, poput K7/K19 u jednostavnim epitelnim tkivima ili K15 i K6/K16 u slojevitim epitelnim tkivima, mogu se također proizvoditi uz ili umjesto primarnih keratina. Ova raznolikost keratina izražena je u različitim epitelnim tkivima i vrstama, što ukazuje na njihovu sposobnost prilagodbe strukturnim zahtjevima različitih tkiva u tijelu.

Ekstrakcija keratina iz tkiva obično uključuje uporabu redukcijskih agenasa poput tioglikolata, ditiotretiola ili merkaptoetanola, koji razbijaju disulfidne veze.[11] Produkt korištenja redukcijskog sredstva je protein koji sadrži cistein te se naziva „keratein“.[2] Ukoliko se koristi oksidacijsko sredstvo (npr. vodikov peroksid),[12] derivati cisteinske kiseline se nazivaju „keratoze“. Najčešće korištene tehnike za analiziranje keratina uključuju SDS-PAGE,[13] masenu spektrometriju,[14] rendgensku difrakciju[15] i kristalografiju te infracrvenu spektroskopiju s fourierovom transformacijom.[16]

Bolesti[uredi | uredi kôd]

Mutacije gena za keratine povezane su s nekoliko kožnih bolesti te poremećaja kose i sluznice. Kožni poremećaji uključuju buloznu epidermolizu, palmoplantarno keratodermu, epidermolitičku ihtiozu i pachyonychia congenita.[5] Ove bolesti rezultat su strukturne nestabilnosti epitelnih stanica. Mutacije u trihocitnim keratinima, keratinima koji se izražavaju u stanicama epidermalnih dodataka kao što su kosa, nokti i koža, dovode do bolesti poput monilethrixa i ektodermalne displazije. Osim toga, keratini igraju ključnu ulogu u karcinogenezi, gdje abnormalnosti i mutacije u genima mogu doprinijeti razvoju kožnih karcinoma narušavanjem normalne strukture i funkcije epitelnih stanica.

Izvori  [uredi | uredi kôd]

  1. ↑ Bragulla, Hermann H.; Homberger, Dominique G. Travanj 2009. Structure and functions of keratin proteins in simple, stratified, keratinized and cornified epithelia. Journal of Anatomy (engleski). 214 (4): 516–559. doi:10.1111/j.1469-7580.2009.01066.x. ISSN 0021-8782. PMC 2736122. PMID 19422428CS1 održavanje: format PMC-a (link)
  2. ↑ a b Hill, Paulina; Brantley, Helen; Van Dyke, Mark. Veljača 2010. Some properties of keratin biomaterials: Kerateines. Biomaterials (engleski). 31 (4): 585–593. doi:10.1016/j.biomaterials.2009.09.076
  3. ↑ Tachibana, Akira; Kaneko, Sumika; Tanabe, Toshizumi; Yamauchi, Kiyoshi. Siječanj 2005. Rapid fabrication of keratin–hydroxyapatite hybrid sponges toward osteoblast cultivation and differentiation. Biomaterials (engleski). 26 (3): 297–302. doi:10.1016/j.biomaterials.2004.02.032
  4. ↑ Apel, Peter J.; Garrett, Jeffrey P.; Sierpinski, Paulina; Ma, Jianjun; Atala, Anthony; Smith, Thomas L.; Koman, L. Andrew; Van Dyke, Mark E. Studeni 2008. Peripheral nerve regeneration using a keratin-based scaffold: long-term functional and histological outcomes in a mouse model. The Journal of Hand Surgery. 33 (9): 1541–1547. doi:10.1016/j.jhsa.2008.05.034. ISSN 1531-6564. PMID 18984336
  5. ↑ a b Knöbel, Maria; O'Toole, Edel A.; Smith, Frances J. D. Lipanj 2015. Keratins and skin disease. Cell and Tissue Research. 360 (3): 583–589. doi:10.1007/s00441-014-2105-4. ISSN 1432-0878. PMID 25620412
  6. ↑ Rouse, Jillian G.; Van Dyke, Mark E. Veljača 2010. A Review of Keratin-Based Biomaterials for Biomedical Applications. Materials (engleski). 3 (2): 999–1014. doi:10.3390/ma3020999. ISSN 1996-1944
  7. ↑ Zhang, Xiaowei; Yin, Meimei; Zhang, Ling-Juan. 1. kolovoza 2019. Keratin 6, 16 and 17-Critical Barrier Alarmin Molecules in Skin Wounds and Psoriasis. Cells. 8 (8): 807. doi:10.3390/cells8080807. ISSN 2073-4409. PMC 6721482. PMID 31374826
  8. ↑ Kim, Hyun Ji; Choi, Won Jun; Lee, Chang Hoon. 31. srpnja 2015. Phosphorylation and Reorganization of Keratin Networks: Implications for Carcinogenesis and Epithelial Mesenchymal Transition. Biomolecules & Therapeutics (engleski). 23 (4): 301–312. doi:10.4062/biomolther.2015.032. ISSN 2005-4483
  9. ↑ a b Salas, Pedro J.; Forteza, Radia; Mashukova, Anastasia. 2. srpnja 2016. Multiple roles for keratin intermediate filaments in the regulation of epithelial barrier function and apico-basal polarity. Tissue Barriers (engleski). 4 (3): e1178368. doi:10.1080/21688370.2016.1178368. ISSN 2168-8370. PMC 4993576. PMID 27583190CS1 održavanje: format PMC-a (link)
  10. ↑ Sawant, M. S.; Leube, R. E. 1. siječnja 2017. Galluzzi, Lorenzo (ur.). Chapter Five - Consequences of Keratin Phosphorylation for Cytoskeletal Organization and Epithelial Functions. 330. Academic Press. str. 171–225. doi:10.1016/bs.ircmb.2016.09.005
  11. ↑ a b Bragulla, Hermann H.; Homberger, Dominique G. Travanj 2009. Structure and functions of keratin proteins in simple, stratified, keratinized and cornified epithelia. Journal of Anatomy (engleski). 214 (4): 516–559. doi:10.1111/j.1469-7580.2009.01066.x. ISSN 0021-8782
  12. ↑ Perța-Crișan, Simona; Ursachi, Claudiu Ștefan; Gavrilaș, Simona; Oancea, Florin; Munteanu, Florentina-Daniela. 7. lipnja 2021. Closing the Loop with Keratin-Rich Fibrous Materials. Polymers (engleski). 13 (11): 1896. doi:10.3390/polym13111896. ISSN 2073-4360. PMC PMC8201023 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 34200460 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć)CS1 održavanje: format PMC-a (link)
  13. ↑ Mohamed, Jamal Moideen Muthu; Alqahtani, Ali; Al Fatease, Adel; Alqahtani, Taha; Khan, Barkat Ali; Ashmitha, B.; Vijaya, R. 9. kolovoza 2021. Human Hair Keratin Composite Scaffold: Characterisation and Biocompatibility Study on NIH 3T3 Fibroblast Cells. Pharmaceuticals (engleski). 14 (8): 781. doi:10.3390/ph14080781. ISSN 1424-8247
  14. ↑ Deb-Choudhury, Santanu; Plowman, Jeffrey E.; Harland, Duane P. 2016. Isolation and Analysis of Keratins and Keratin-Associated Proteins from Hair and Wool (engleski). 568. Elsevier. str. 279–301. doi:10.1016/bs.mie.2015.07.018. Provjerite vrijednost parametra |doi= (pomoć). ISBN 978-0-12-803470-5
  15. ↑ Hatta, Ichiro. 30. kolovoza 2022. Stratum Corneum Structure and Function Studied by X-ray Diffraction. Dermato (engleski). 2 (3): 79–108. doi:10.3390/dermato2030009. ISSN 2673-6179
  16. ↑ Windt, Xinhua; Scott, Elinor L.; Seeger, Thorsten; Schneider, Oliver; Asadi Tashvigh, Akbar; Bitter, Johannes H. 8. studenoga 2022. Fourier Transform Infrared Spectroscopy for Assessing Structural and Enzymatic Reactivity Changes Induced during Feather Hydrolysis. ACS Omega (engleski). 7 (44): 39924–39930. doi:10.1021/acsomega.2c04216. ISSN 2470-1343. PMC PMC9648064 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 36385893 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć)CS1 održavanje: format PMC-a (link)
Nedovršeni članak Keratin koji govori o biologiji treba dopuniti. Dopunite ga prema pravilima Wikipedije.
Dobavljeno iz "https://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Keratin&oldid=6952274"