ما هو انزيم الكولاجيناز
Collagenase
منذ اكتشافها الأول في الخمسينيات من القرن العشرين، اكتسبت إنزيمات الكولاجيناز أهمية كبيرة في البحث العلمي الحديث، وتم اعتمادها للاستخدام العلاجي عندما يتعلق الأمر بعلاج مرض بيروني و Dupuytren، كما أنها تساعد بشكل فعال على تسريع عملية التئام الجروح .
هناك العديد من أنواع الكولاجين المتاحة، ويوصى باستخدام كل منها للخلايا الخاصة به (مثل الكبد أو العظام أو القلب أو خلايا الغدة الدرقية). وهذا يسمح للباحثين بالبحث بنشاط في مجموعة واسعة من الحالات والأمراض، وخاصةً عندما يتطلب الأمر عزل الخلية
تاريخ انزيمات الكولاجيناز
تم اكتشاف معظم ما هو معروف حاليا عن الكولاجيناز لأول مرة من خلال الدراسات التي أجريت في الخمسينيات، والتي أجراها فريق يتكون من Mandi وSeifter وHarper، وتم دعمها لاحقا من قبل Bond وVan Wart. وفي عام 1959، أصبح أحد مستحضرات الكولاجيناز متاحا تجاريا، حيث تم عزله من Clostridium histolyticu .
حتى عام ١٩٦٢، كان البحث الحول الكولاجيناز مركزا على فئة تعرف باسم كولاجينيد كلوستريديال. في ذلك العام، تم اكتشاف كولاجيناز الفقاريات في أنسجة الشرغوف الضفدع، وبعد ذلك تم اكتشاف عدد كبير من الكولاجيناز في عينات أخرى من البكتيريا والبرمائيات والحياة البحرية والثدييات.
مع استمرار البحث في الثمانينيات ، وجد وجود العديد من الكولاجينازات ، التي تتراوح في الوزن الجزيئي. بناءً على الخصائص الرئيسية ، تم تصنيفها تحت الفئة الأولى أو الفئة الثانية. على الرغم من أنها تشترك في أوجه التشابه الرئيسية ، تكمن الاختلافات فيما يتعلق بتكوين الأحماض الأمينية وأنشطتها واستقرارها.
بعد هذا الاكتشاف ، أصبح من الممكن دراسة أمراض بشرية مختلفة بشكل أفضل فيما يتعلق بعلم الأمراض والعلاج المحتمل. اليوم ، يتم استخدام إنزيمات الكولاجيناز لأغراض علمية متنوعة. على سبيل المثال ، في عام 2013 ، وافقت إدارة الأغذية والأدوية FDA على Collagenase Clostridium histolyticum (Cch) ، والذي تم استخدامه بشكل كبير في دراسة العلاج غير الجراحي لمرض بيروني (PD) – وهو يسبب مشاكل بسبب النسج الملتهبة.
تطبيقات انزيم الكولاجيناز
تستطيع إنزيمات الكولاجيناز تفكيك روابط الببتيد الموجودة في الكولاجين بفعالية. وبناءً على الاهتمام المتزايد بالطرق العلاجية غير الغازية، يتم دراسة إنزيمات الكولاجيناز لقدرتها على تحفيز العمليات الكيميائية الرئيسية، وبشكل أكثر تحديدًا، تدهور الكولاجين.
ووفقا للتجارب المختلفة على الكائنات الحية وفي المختبر، تم إثبات أن أشكال الكولاجينيز القابلة للحقن تعزز عملية شفاء الجروح. بفضل قدرتها الفريدة على تفكيك الكولاجين المتحمل للتدهور، يمكن للكولاجيناز معالجة الجروح بكفاءة أكبر، بما في ذلك تلك المرتبطة بحروق من الدرجة الثالثة.
يعتقد أن هذا يعتمد على حقيقة أنه بمجرد تدهور الكولاجين بواسطة الكولاجيناز، تصبح الخلايا الالتهابية المختارة، بما في ذلك البلاعم، قادرة على تعزيز الهجرة وبالتالي فعاليتها. وهذا هو السبب في وضع المراهم التي تحتوي على C. كولاجيناز غالبا على الجروح، وذلك للمساعدة في إزالة الأنسجة الميتة. بما أن هذا النوع من الأنسجة الميتة يطيل فترة الالتهاب ويعزز نمو البكتيريا، فإن الكولاجيناز يدعم الشفاء الاستباقي.
بينما يعد شفاء الجروح ضروريًا لتقليل خطر الإصابة بالعدوى، إلا أن تطبيقات إنزيمات الكولاجيناز لا تزال بعيدة المدى في البحث العلمي والاكتشاف.
على الرغم من أن هناك نوعا واحدا فقط من الإنزيم الخام في أوائل الستينيات، إلا أنه الآن هناك أربعة ملفات تعريف رئيسية تستهدف أنواعا مختلفة من الخلايا. على سبيل المثال، ينصح عادة باستخدام النوع 1 للكبد والكلية والرئة والغدة الكظرية وخلايا الدهن. في الحالات المتعلقة بالعضلات والغدة الدرقية والقلب والعظام والغضاريف، يستخدم عادة النوع 2.
من حيث الغضروف، كانت الكولاجينازات أول إنزيمات مصفوفة ميتالوبروتينيز (MME) التي تستخدم لفهم عملية تدمير الغضروف بين المرضى الذين يعانون من التهاب المفاصل الروماتويدي. ينطبق الأمر نفسه على هشاشة العظام، حيث يعتقد أن تدهور الكولاجين هو الخطوة الأولى التي لا رجعة فيها في دراسة أمراض هذا الاضطراب.
يتم استخدامه بشكل دقيق عادةً لعزل الخلية، حيث يهدف إلى زيادة عدد الخلايا الحية والمنفصلة إلى أقصى حد. ومن خلال تحلل الكولاجين وغيره من البروتينات الرئيسية، تطلق الخلايا إنزيمات الكولاجيناز، مما يساعد على تعزيز جهود البحث وتطويرها.
يستخدم الكولاجيناز النوع 1 عادةً عند دراسة الأنواع المختلفة، مثل الفئران والجرذان والبشر والرئيسيات غير البشرية، ويستخدم في مجالات مثل علم الأحياء الخلوي وخلايا الجذعية والمناعة وأبحاث السرطان، ويعتبر الكولاجيناز محفزًا هامًا للغاية.
كيف يعمل انزيم الكولاجيناز
تستهدف إنزيمات الكولاجيناز جميع أشكال الكولاجين في الثدييات، وتعمل على قطع سلاسل البروتين الحلزونية الثلاثية للكولاجين، مما يؤدي إلى عزل الخلايا بشكل أكثر تحديدًا .
تعمل إنزيماتالكولاجيناز عن طريق تحلل الكولاجين الموجود في المصفوفة خارج الخلية، ويعتبر هذا المجموعة من الجزيئات هو الذي يثبت الخلايا بشكل أساسي في الأنسجة، مما يوفر الدعم الكيميائي الحيوي والهيكلي.
– يعتمد التصاق وتقطيع الألياف الكولاجينية أو الكولاجين المفرد على نوع الكولاجيناز. عند تعرض الأنسجة لإنزيمات الكولاجيناز، يتم قطع طرفي الألياف الكولاجينية أو الكولاجين المفرد، أو منتصف مونومر الكولاجين. بمجرد قطع هيكل الحلزونية الثلاثية، يبدأ التفكك ويحدث تمسخ، ويتحول الجيلاتين إلى شكله الأساسي.
تستمر إنزيمات الكولاجينيز في اللعب بدور مهم داخل المجتمع العلمي، من التئام الجروح وتقليص الندبات إلى البحث والوقاية من الأمراض، مما يساعد على تسريع الاكتشافات الرئيسية وتقليل الوقت اللازم لتحقيقها.
كولاجيناز الفقاريات
يتناول هذا الفصل عملية تنقية وفحص إنزيم الكولاجيناز في الفقاريات. يمكن الحصول على عزل الكولاجيناز من الأنسجة أو عن طريق تراكم الإنزيم في وسط الثقافة المستنبتة أو مزارع الخلايا أحادية الطبقة. تشمل عملية تنقية الكولاجيناز الكروماتوغرافيا بالتبادل الأيوني وكروماتوغرافيا ترشيح الهلام، بالإضافة إلى أنواع مختلفة من الكروماتوغرافيا المتخصصة في الألفة .
يجب تحديد شروط التنشيط الأمثل تجريبيًا لكل مصدر من كولاجيناز لضمان الكشف عن النشاط الأقصى. وبشكل عام، تتطلب المستحضرات النقية من الكولاجيناز إجراءات تنشيط أخف، مثل بروتيناز أقل تنشيطًا، لوقت أقل أو عند درجة حرارة أقل .
على الرغم من النجاح الذي حققته العديد من بروتياز ذات الخصائص المحايدة في تنشيط الكولاجينازات في المختبر، فإن استخدام التربسين يفضل بشكل عام، ويجب أن تستند فحوصات كولاجيناز الفقاريات النشطة ضد الأنواع الأولى والثانية والثالثة من الكولاجين على خصوصية انزيم انقسام الكولاجين .
يمكن قياس معدل الانقسام المحدد باستخدام الركيزة القابلة للذوبان، ويمكن تعديل تحليل المنتجات لتحديد موقع الانقسام.
انزيم الكولاجيناز البكتيري
يتناول هذا الفصلموضوع التنقية والخصوصية والخصائص الفيزيائية للأنزيمات البكتيرية، ويتم التركيز على استخدام الإنزيم لتحليل وتحديد أنواع الكولاجين.
تتم مناقشة تنقية خصوصية الإنزيم والتسلسل من وجهة نظر الحصول على تحضير إنزيم خالٍ من نشاط الإنزيمات المحللة للبروتينات الأخرى وقادرة على هضم الكولاجين كمياً وتحديداً في خليط من البروتينات ، يمكن استخدام الهضم المحدود بالكولاجين البكتيري للحصول على معلومات حول المنطقة الحلزونية للكولاجين.
يتم تحديد موقع الانقسام عن طريق فحص شظايا طويلة التباعد أو تدهور إيدمان باستخدام المجهر الإلكتروني. عندما يكون هناك نسبة منخفضة من الإنزيم إلى الركيزة، يحدث الانقسام بشكل رئيسي في موقعين – الفروع 26-27 و 33-34 في كولاجين جلد العجل، ولكن في الفروع 18 و 22 في كولاجين جلد الفئران، يتم إنتاج الانقسام بشكل رئيسي في الفروع 33-34 و 41 في كلا النوعين من الكولاجين.