Матриксные металлопротеиназы зуба

Введение

Изучение молекулярных аспектов различных физиологических и патологических процессов с последующей разработкой патогенетически обоснованных методов терапии, несомненно, является актуальной задачей современной медицины. Особый интерес представляют исследования системы протеолитических ферментов, в частности семейства матриксных металлопротеиназ (Matrix metalloproteinases, MMPs) и их ингибиторов. Определение особенностей функционирования и регуляции этих ферментов при различных заболеваниях позволит не только расширить представления о патогенезе, но также обосновать и внедрить в практическую медицину новые методы лечения.

Определение, строение и классификация ММП

Матриксные металлопротеиназы (ММП, MMPs) — семейство внеклеточных протеиназ. Свое название ММPs получили за способность специфически гидролизовать основные белки внеклеточного матрикса; относятся к семейству цинковых металлопротеиназ, так как содержат в активном центре Zn².

Все члены семейства обладают общими характерными чертами:

1. Относятся к кальций зависимым протеиназам, ингибируются хелатными агентами.
2. Каталитический домен всех MMPs содержит одинаковый мотив, в котором три остатка гистидина связывают атом цинка в активном центре.
3. Гидролизуют один или несколько компонентов матрикса и базальных мембран.
4. Секретируются в виде проферментов (про-MMPs), пропептидный домен содержит консервативную последовательность, которая отвечает за активацию про-ММPs.

В настоящее время в литературе описано около 30 MMП. Все семейство белков обладает некоторыми общими характерными чертами. В то же время на основании данных по структурной организации и субстратной специфичности в семействе ММPs выделены подсемейства:

Матриксные металлопротеиназы эмали

Матриксная металлопротеиназа 20 (эмалевая металлопротеиназа или энамелизин) это энзим который закодирован в человеческом гене ММП-20, содержащем 10 экзонов и являющимся частью кластера матричных генов металлопротеиназы, которые локализуются в хромосоме человека 11q22.3. MMП-20 имеет решающее значение для нормального формирования эмали, так как мутации в гене MMП-20 у человека вызывают аутосомно-рецессивный несовершенный амелогенез, состояние с мягкой пористой эмалью, содержащей остаточный белок. [7]

Формирование эмали начинается на секреторной стадии, когда амелобласты закладывают органическую матрицу с последующим немедленным и одновременным зарождением аморфного минерала фосфата кальция в виде длинных тонких лент, примыкающих к секреторным граням амелобластов. Матрица выделяется в будущее эмалевое пространство и состоит из нескольких белков: амелогенина, энамелина, амелобластина и амелотина; наряду с протеазами, такими как матриксная металлопротеиназа 20 (ММП-20) и Калликреин-4 (КЛК-4). ММП-20 секретируется на первой стадии амелогенеза и участвует в расщеплении специфических доменов в белках эмалевого матрикса. Минерализация эмали завершается на стадии созревания, когда KLK-4 секретируется, чтобы полностью переварить внеклеточный матрикс, что приводит к упрочнению ткани, позволяя кристаллитам апатита эмали расти в толщину и заполнять пространство.

Матриксные металлопротеиназы дентина

Металлопротеиназы дентина – это группа протеолитических ферментов, которые выделяются из минерализованного матрикса дентина и имеют способность гидролизовать органическую матрицу деминерализованного дентина. Причиной деградационного влияния на дентин является нарушение баланса между ММП и их ингибиторами.

В функциональном плане ММП дентина достаточно разнообразны: они могут разрушать компоненты внеклеточного матрикса (фибриллярный и нефибриллярный коллаген, фибронектин, ламинин и гликопротеины основной мембраны), также ММП играют важную роль в процессе дентиногенеза, воспаления пульпы зуба и прогрессирования кариозного поражения.    Одонтобласты вырабатывают и выделяют в матрикс дентина ферменты из семейства матриксных металлопротеиназ (MMP): MMP-2 (желатиназу А), MMP-9 (желатиназу В), коллагеназу 2 (MMП-8), мембранно-ассоциируемую ММП-14 (MT1-MMP), энамелизин (MMP-20) и катепсин D. ММП-2 и ММП-9 локализуются главным образом в интратубулярном пространстве коллагеновой фибриллярной сети и вдоль коллагеновых волокон. Что касается кариеса, ММП могут активироваться при кислотном значении рН, вызванном кариесогенными бактериями, выделяющими молочную кислоту (лактат). Кислоты, выделяемые бактериями, снижают значение рН и в дальнейшем вызывают активацию про-ММП дентина. Активированные нейтральные протеиназы могут перерабатывать деминерализованный дентинный матрикс после нейтрализации рН буферными системами слюны.

На сегодняшний день большое внимание обращает на себя проблема прочности и долговечности адгезивного соединения. Известно, что со временем оно подвергается деградации под действием таких элементов, как матриксные металлопротеиназы дентина. ММП участвуют в деградации коллагеновых волокон, недостаточно пропитанных адгезивом во время формирования гибридного слоя. Эта деградация подвергает опасности целостность интерфейса, созданного пропитыванием деминерализованного дентинного субстрата мономером адгезива.

Матриксные металлопротеиназы пульпы

В тканях пульпы обнаружены ММП 1, -2, -8, -9, -10, -11, -14, -15, -16, -19 и их ингибиторы ТИМП-1, -2, -3, -4. Наиболее активна коллагеназа-3 (ММП-13), которая определяется в условиях патологии и физиологических процессах. В пульпе зуба матриксные металлопротеиназы синтезируются одонтобластами.

ММР-1 (коллагеназа-1, коллагеназа фибробластов) свое название получила из-за способности расщеплять коллаген I типа. Активированная ММР-1 расщепляет коллагены I, II, III, VII, VIII, X типа, желатин, казеин, агрекан, энтактин, перлекан, внутриклеточные протеины. ММР-1 (наряду с ММР-2) участвует в ремоделировании внеклеточного матрикса периодонта. ММР-2 (желатиназа-А) синтезируется в основном фибробластами, участвует в деминерализации дентина. Данный фермент активируется с помощью автолиза, который имеет концентрационно- зависимый характер, степень которого возрастает в присутствии гепарина. ММР-8 (коллагеназа-2, нейтрофильная коллагеназа) секретируется нейтрофилами и их предшественниками, за что и получила такое название. Различные вещества, такие, как IL1β, IL8, TNFα, активируют ММР-8 в очаге воспаления и стимулируют их высвобождение. ММР-9 (коллагеназа-4, желатиназа-В) была обнаружена в нейтрофилах, хондроцитах, макрофагах, фибробластах, одонтобластах. Она еще лучше, чем ММР-2 гидролизует желатин, а также коллагены I, II, III, V, VI, X типа, эластин, агрекан, фибронектин, остеонектин, плазминоген. ММР-13 (коллагеназа-3) секретируется эпителиальными клетками в ответ на действие различных экзогенных факторов, а также фибробластами, макрофагами. ММР расщепляет коллагены I, II, III, IV, IX, X, XIV типа, желатин, агрекан, фибронектин, остеонектин.

Заключение

Матриксные металлопротеиназы (MMPs) играют важную роль в физиологических и патологических процессах, таких как эмбриогенез, репарация тканей, неоангиогенез, в процессах опухолевой трансформации и метастазирования при различных злокачественных заболеваниях. Ингибиторы этих ферментов применяются в качестве терапевтических средств в различных областях медицины.