Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej i ich tkankowe inhibitory

Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej i ich tkankowe inhibitory STRESZCZENIE Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej (MMP), zwane inaczej matryksynami, są to endoproteinazy, które degradując białkowe składniki macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) powodują jej odnowę i przebudowę. W ten sposób zachowują właściwą strukturę macierzy zewnątrzkomórkowej oraz błony podstawnej, zarówno podczas procesów fizjologicznych, jak i patologicznych. Zmiany w strukturze ECM towarzyszą procesom fizjologicznym, takim jak embriogeneza, angiogeneza, apoptoza oraz rozwój i odbudowa tkanki łącznej. W warunkach fizjologicznych, aktywność MMP jest regulowana na poziomie transkrypcji, aktywacji prekursorowych zymogenów prommp i oddziaływań z endogennymi inhibitorami (TIMP, tkankowe inhibitory metaloproteinaz). Zaburzenia równowagi w układzie MMP/TIMP wpływają na rozwój wielu chorób, między innymi nowotworów, zwłóknień, zapalenia stawów, chorób sercowo-naczyniowych, neurologicznych i autoimmunologicznych. W publikacji opisano typy metaloproteinaz, ich strukturę, funkcje i sposoby regulacji aktywności oraz endogenne inhibitory MMP. WPROWADZENIE Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej (matryksyny) są to cynkowo-zależne białka o funkcji endoproteaz, wykazujące działanie degradujące i destabilizujące składniki macierzy zewnątrzkomórkowej oraz błony podstawnej, będącej wyspecjalizowaną formą macierzy zewnątrzkomórkowej. MMP trawiąc białka macierzy, likwidują strukturalne bariery tworząc przestrzeń umożliwiającą migrację komórek na przykład układu odpornościowego oraz zmieniają aktywność wielu cząsteczek sygnałowych, jak czynniki wzrostu, cytokiny i chemokiny. Zmiany dotyczące przebudowy ECM towarzyszą procesom fizjologicznym, takim jak embriogeneza, angiogeneza, apoptoza, rozwój kości, szkliwa zębów i systemu nerwowego, gojenie się ran, naprawa uszkodzeń rdzenia kręgowego, przebudowa endometrium w cyklu miesięcznym oraz rozwój i implantacja zarodka podczas ciąży [1-9]. Oprócz uczestnictwa w procesach fizjologicznych, metaloproteinazy odgrywają również istotną rolę w etiologii i przebiegu stanów zapalnych, chorób nowotworowych, dysplazjach kości, dystrofiach mięśniowych, miażdżycy, zawałach mięśnia sercowego, tętniakach, nadciśnieniu, w chorobach autoimmunologicznych, degeneracyjnych, reumatoidalnym zapaleniu stawów (RZS), stwardnieniu rozsianym, schorzeniach neurologicznych oraz w przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc (POChP) [10-17]. Metaloproteinazy macierzy zidentyfikowano u ptaków, płazów (proces metamorfozy): ropuchy afrykańskiej (Xenopus laevis), ryb: Danio pręgowanego (Danio rerio, ang. zebrafish), owadów: muszki owocowej (Drosophila melanogaster) i bezkręgowców: jeżowca (Paracentrotus lividus), nicienia (Caenorhabditis elegant) oraz stułbi (Hydra vulgaris). Ich homologi opisano także u alg i niektórych gatunków roślin, jak rzodkiewnik (Arabidopsis thaliana), ogórek (Cucumis sativus), soja (Glycine max), tytoń (Nicotiana tabacum) czy sosna (Pinus taeda) [18,19]. Większość MMP, w tym także metaloproteinazy błonowe jest wydzielana przez komórki i wykazuje aktywność w środowisku zewnątrzkomórkowym. Jednak enzymy te pełnią funkcję również we wnętrzu komórki: w jądrze, cytoplazmie oraz w organellach komórkowych [20]. Joanna Trojanek * Zakład Mikrobiologii i Immunologii Klinicznej, Instytut Pomnik-Centrum Zdrowia Dziecka, Warszawa * Zakład Mikrobiologii i Immunologii Klinicznej, Instytut Pomnik-Centrum Zdrowia Dziecka, Al. Dzieci Polskich 20, 04-730 Warszawa; tel: (22) 815 71 67, e-mail: trojanekj@yahoo.com; j. trojanek@czd.pl Artykuł otrzymano 13 lutego 2012 r. Artykuł zaakceptowano 20 czerwca 2012 r. Słowa kluczowe: macierz zewnątrzkomórkowa, metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej, inhibitory tkankowe metaloproteinaz, przebudowa, zwłóknienie, układ MMP/ TIMP Wykaz skrótów: ECM (ang. extracellular matrix) macierz zewnątrzkomórkowa; MMP (ang. matrix metalloproteinase) metaloproteinaza macierzy; ROS (ang. reactive oxygen species) reaktywne formy tlenu; TIMP (ang. tissue inhibitor of metalloproteinase) tkankowy inhibitor metaloproteinaz; TNF-α (ang. tumor necrosis factor alpha) czynnik martwicy nowotworów; MT-MMP (ang. membrane-type matrix metalloproteinase) metaloproteinaza macierzy typu błonowego Podziękowania: Praca powstała w trakcie realizacji projektu badawczego 2011/01/B/ NZ6/02661 finansowanego ze środków przyznanych przez Narodowe Centrum Nauki. BUDOWA I KLASYFIKACJA MMP U człowieka zidentyfikowano 23 różne metaloproteinazy oraz 24 kodujące je geny, gdyż MMP-23 jest kodowana przez 2 identyczne geny zlokalizowane na chromosomie 1. Jako endopeptydazy zewnątrzkomórkowe lub błonowe, metaloproteinazy są enzymami wielodomenowymi, ale wszystkie zawierają peptyd sygnałowy, prodomenę i domenę katalityczną, z miejscem aktywnym zawierającym jon cynku (Ryc. 1). Postępy Biochemii 58 (3) 2012 353

rą prawdopodobnie udział w stabilizacji enzymu [23]. W przypadku metaloproteinazy MMP-9 domena hemopeksynowa uczestniczy w tworzeniu charakterystycznych dla tej metaloproteinazy form dimerów, tj. homo- i heterodimerów [24]. Domena katalityczna jest połączona z domeną hemopeksynową poprzez elastyczny łącznik zbudowany z 15-65 reszt aminokwasowych. Jego zasadniczą funkcją jest utrzymywanie stabilnej struktury cząsteczki enzymu, ale także udział w wiązaniu i degradacji niektórych substratów metaloproteinaz, na przykład kolagenu. Trzy powtórzenia fibronektyny typu II umiejscowione w samym środku domeny katalitycznej, wzmacniają wiązanie substratu przez żelatynazy, co prowadzi do efektywnej degradacji kolagenu typu IV, elastyny, i żelatyny, natomiast nie mają wpływu na proces hydrolizy małych peptydów. Powtórzenia te są również istotne dla aktywności kolagenaz [25]. Białka MMP wykazują dużą zmienność na poziomie struktury czwartorzędowej. Zmienność ta wynika z różnic w budowie podjednostek, co wpływa na ich właściwości. Ze względu na specyficzność substratową oraz mechanizm działania, metaloproteinazy można podzielić na cztery podstawowe klasy (istotna jest klasyfikacja numeryczna). Rycina 1. Budowa domenowa metaloproteinaz rozpuszczalnych (cytoplazmatycznych) i błonowych. PS peptyd sygnałowy, Pro propeptyd, Katalityczna domena katalityczna, Zn miejsce wiązania cynku, Hpx domena hemopeksynowa, Fn II domena zawierająca powtórzenia podobne do fibronektyny typu II, F miejsce wrażliwe na furynę, Vn domena podobna do witronektyny, TB domena transbłonowa, C domena cytoplazmatyczna, GPI domena zakotwiczająca w błonie przez glikozylofosfatydyloinozytol, Cys sekwencja bogata w reszty cysteiny, Ig domena podobna do immunoglobuliny. Domena katalityczna, odpowiada za aktywność proteolityczną enzymu. Na poziomie drugorzędowej struktury białka domena ta składa się z pięciu struktur β oraz trzech helis α. Zawiera dwa jony cynku (katalityczy i strukturalny) oraz od jednego do czterech jonów wapnia Ca 2+. W katalitycznym centrum aktywnym jon cynku jest koordynowany przez trzy reszty histydyny, obecne w obrębie sekwencji: HEXXHXXGXXH [21]. Domena hemopeksynowa zawdzięcza swoją nazwę podobieństwu sekwencji do hemopeksyny, białka wiążącego i transportującego hem. Metaloproteinazy MMP-7, 23 i 26 nie zawierają tej domeny, natomiast MMP-12 traci ją krótko po aktywacji, lecz bez wpływu na aktywność [22]. Niekiedy domena ta jest istotna do prawidłowego rozpoznania substratu, natomiast w podrodzinie kolagenaz jest niezbędna w procesie proteolizy kolagenu. Ważną funkcją domeny hemopeksynowej jest zdolność do wiązania tkankowego inhibitora metaloproteinaz TIMP przez MMP-9, a także aktywacja prommp-2. Jony wapnia, sodu i chloru występujące niekiedy w pozycji centralnej tej domeny bio- Kolagenazy: MMP-1 (Kolagenaza I, śródmiąższowa, in. fibroblastowa); MMP-8 (Kolagenaza II, in. neutrofilowa) i MMP-13 (Kolagenaza III) degradują kolagen typu I, II, III, VII, VIII, X, żelatynę, IL-1b, L-selektynę, proteoglikany, prommp-2, prommp-9 i fibronektynę. Żelatynazy: MMP-2 (in. Żelatynaza A lub neutrofilowa) i MMP-9 (Żelatynaza B) degradują kolagen typu IV, V, VII, IX, fibronektynę, proteoglikany, plazminogen, działają synergistycznie z kolagenazami. Stromielizyny/matrylizyny: MMP-3 (Stromielizyna 1, Tranzyna); MMP-10 (Stromielizyna 2) i MMP-11 (Stromielizyna 3) trawią kolagen błony podstawnej, proteoglikany i glikoproteiny macierzy zewnątrzkomórkowej; natomiast MMP-7 (Matrylizyna 1, in. PUMP-1) i MMP-26 (Matrylizyna 2) degradują kolagen typu I i IV, żelatynę, lamininę, elastynę, fibronektynę, proteoglikany, pro-mmp, pro-tnfα, E-kadhedrynę. Metaloproteinazy typu błonowego MT-MMP (ang. membrane-type matrix metalloproteinases) charakteryzujące się występowaniem C-końcowej domeny transbłonowej, utrzymującej enzym w strukturze błony komórkowej. Do grupy tej należą: MT1-MMP (MMP-14), która degraduje kolagen typu I, II III, żelatynę, fibronektynę, lamininę, witronektynę, proteoglikany, pro-mmp-2 i pro-mmp-13; MT2-MMP (MMP-15), MT3-MMP (MMP-16), MT4-MMP (MMP-17) oraz MT5-MMP (MMP-24), które aktywują pro-mmp-2; MT6-MMP (MMP-25), która degraduje żelatynę [26]. Niektóre z tych enzymów (MT4- i MT6-MMP) są zakotwiczone w błonie poprzez glikozylofosfatydyloinozytol (GPI) [27]. Pozostałe metaloproteinazy nie zaliczone do powyższych grup, tj. metaloelastazę MMP-12, Kolagenazę 4 (MMP-18), 354 www.postepybiochemii.pl

Tabela 1. Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej. Klasa Nazwa zwyczajowa Numer MMP Substrat kolagen Inne substraty Piśmiennictwo Kolagenazy kolagenaza śródmiąższowa kolagenaza neutrofilowa kolagenaza śródmiąższowa MMP-1 MMP-8 MMP-13 I, II, III, VII, VIII, X I, II, III, V, VII, VIII, X I, II, III, IV, V, VII, IX, X żelatyna, MMP-2, -9, proteoglikany, fibronektyna, laminina, pro TNFa żelatyna, fibronektyna, proteoglikany, ADAMTS-1, prommp-8 żelatyna, laminina, proteoglikany, fibrinogen, prommp-9, -13 [43] [66] [67] Żelatynazy żelatynaza A MMP-2 I, II, III, IV, V,VII,X,XI żelatyna, fibronektyna, laminina, elastyna, prommp-9, -13, IGFBPs, IL-1β, TGF-β, α1-antyproteinaza [28,37,51] żelatynaza B MMP-9 III, IV V, VII, X,XI żelatyna, elastyna, laminina, fibronektyna, witronektyna, CXCL5, IL-1β, TGF-β, plazminogen [24,28,51] Stromielizyny/ Matrylizyny stromielizyna 1 MMP-3 III, IV, V, VII, IX, X, XI żelatyna, fibronektyna, laminina prommp-1, -7, -8, -9, -13, protnfα, E-kadheryna, L-selektyna,tenaktyna [13] stromielizyna 2 stromielizyna 3 matrylizyna 1 matrylizyna 2 MMP-10 MMP-11 MMP-7 MMP-26 I, III. IV, V, IX, X IV I, IV I, IV żelatyna, laminina, kazeina, MMP- 1, -8, fibronektyna, proteoglikany żelatyna, fibronektyna, laminina żelatyna, laminina, elastyna, fibronektyna, proteoglikany, prommps, protnfα, E-kadheryna żelatyna, laminina, elastyna, fibronektyna, proteoglikany, prommps, protnfα, E-kadheryna [68] [69] [35] [39] Metaloproteinazy błonowe MT1-MMP MT2-MMP MT3-MMP MT4-MMP MT5-MMP MT6-MMP MMP-14 MMP-15 MMP-16 MMP-17 MMP-24 MMP-25 I, II, III żelatyna, fibronektyna, laminina, witronektyna, proteoglikany, prommp-2 i prommp-13 prommp-2 prommp-2 prommp-2 prommp-2 żelatyna [2] [70] [71,72] [73] [74] [75] Inne metaloproteinazy metaloelastaza makrofagowa kolagenaza 4 Xenopus RASI-1 epilizyna MMP-12 MMP-18 MMP-19 MMP-21, -27 MMP-28 IV I IV elastyna, fibronektyna, żelatyna, proteoglikany, plazminogen żelatyna elementy błon podstawnych żelatyna żelatyna, kazeina autokataliza protnf-β [17,59] [76] [77] [78] [78] MMP-19, -21, -27 oraz epilizynę MMP-28 sklasyfikowano jako inne (Tab. 1). Specyficzność substratowa metaloproteinaz nie jest w pełni poznana. Domena hemopeksynowa warunkuje wysokie powinowactwo wiązania tych enzymów z większością składników ECM: fibronektyny, witronektyny, lamininy, plazminogenu oraz kolagenu typu I-X i XIV. Degradacja tych substratów w niektórych stanach patologicznych prowadzi do uszkodzenia błony podstawnej naczyń krwionośnych i w konsekwencji migracji komórek śródbłonka [27,28]. Oprócz białek macierzy zewnątrzkomórkowej, metaloproteinazy degradują także inne struktury powierzchniowe komórek, tj. białka adhezyjne, mediatory apoptozy, receptory, chemokiny, cytokiny, czynniki wzrostu, proteazy, białka połączeń międzykomórkowych i białka strukturalne [26], a także inhibitory proteaz serynowych i inne metaloproteinazy regulując w ten sposób ich aktywność [29,30]. Najbardziej znanymi i powszechnie używanymi do badań in vitro substratami MMP są kazeina i żelatyna, czyli zdenaturowany pod wpływem wysokiej temperatury kolagen. Synteza i aktywność metaloproteinaz macierzy podlega ścisłej kontroli (regulacji) i zachodzi na wielu poziomach: aktywacji enzymu, lokalizacji w komórce, transkrypcji oraz oddziaływań ze swoistymi endogennymi inhibitorami [20]. AKTYWACJA MMP I EKSPRESJA KODUJĄCYCH JE GENÓW Większość syntetyzowanych de novo metaloproteinaz występuje w postaci enzymatycznie nieaktywnych cząsteczek prekursorowych, tzw. zymogenów (pro-mmp). W odcinku N-końcowym wykazują one obecność propeptydu o masie cząsteczkowej od 9 20 kd (w zależności od typu metaloproteinazy) [23,25]. Propeptyd ten (in. prodomena) składa się z trzech α helis połączonych elastycznymi pętlami narażonymi na autoproteolizę. W przypadku MMP-1 oraz MMP-2 rejon hydrolizy znajduje się między pierwszą i drugą helisą. Za trzecią helisą znajduje się zachowana w ewolucji sekwencja zwana przełącznikiem cysteinowym (PRCGXPD), która utrzymuje MMP w formie zymogenu. Jedynie MMP-23 nie posiada tej sekwencji. Propeptyd utrzymuje enzym w postaci nieaktywnej przez oddziaływanie reszty cysteiny z tego fragmentu z ugrupowaniem cynku w miejscu aktywnym enzymu. Prze- Postępy Biochemii 58 (3) 2012 355

Rycina 2. Aktywacja MMPs, oddziaływanie zachowanej ewolucyjnie reszty cysteiny w propeptydzie z jonem cynku domeny katalitycznej. Opis w tekście. kształcenie prekursora do aktywnego enzymu, czyli proces aktywacji polega na całkowitej zmianie konformacji cząsteczki w wyniku proteolitycznego odszczepienia sekwencji propeptydu i odsłonięcia centrum aktywnego. Proces ten zachodzi dzięki działaniu proteaz serynowych (trypsyny, chymotrypsyny), plazminy, elastazy, a także innych MMP (-1, -2, -8, -9), aktywatora plazminogenu lub konwertazy pro-hormonu, furyny [31]. Grupa tiolowa -SH reszty cysteinylowej propeptydu oddziałuje z jonem Zn 2+ w centrum aktywnym utrzymując proenzym w stanie nieaktywnym (Ryc. 2). Reszta kwasu glutaminianowego w obrębie sekwencji trójhistydynowej (HEXXHXXGXXH) w domenie katalitycznej aktywuje związaną z Zn 2+ cząsteczkę wody, która jest niezbędna dla aktywności MMP [32]. Proteolityczna aktywacja MMP następuje także pod wpływem działania wielu czynników niespecyficznych, jak: octan 4-aminofenylortęciowy (APMA, ang. p-aminophenylmercuric acetate), chlorek rtęci, utleniony glutation, N-etylomaleimid, SDS, aktywne związki tlenu, niskie ph lub podwyższona temperatura [12,23]. Tlenek azotu może aktywować pro-mmp-9 w czasie udaru niedokrwiennego mózgu przez działanie grup tiolowych w reszcie cysteiny i tworzenia pochodnych S-nitrozylowanych, co sugeruje chemiczną aktywację pro-mmp in vivo [12]. Warunki środowiska (temperatura, obecność jonów lub detergentów) oraz typ czynnika indukującego (enzymatyczny lub chemiczny) kształtują stan równowagi między aktywacją i degradacją MMP. Niektóre czynniki proteolityczne (MT1-MMP lub APMA) selektywnie wpływają na aktywność enzymatyczną MMP-2 i siłę wiązania enzymu z inhibitorem [20]. Pro-MMP-2 nie jest bezpośrednio aktywowany przez proteinazy. Aktywacja zachodzi na powierzchni komórki przy udziale MT1-MMP i TIMP-2. Pro-MMP-2 tworzy silny kompleks z TIMP-2 poprzez oddziaływanie domeny hemopeksynowej z C-końcową domeną inhibitora, która nie ma bezpośrednio udziału w hamowaniu. Jednocześnie na powierzchni komórki TIMP-2 wiąże się z błonową formą MT1- -MMP poprzez wolną N-końcową domenę inhibitorową. Przyłączona do powierzchni komórki pro-mmp-2 jest następnie aktywowana przez MT1-MMP lub jeżeli MT1-MMP jest hamowany przez TIMP-2, to działa jako receptor dla pro-mmp-2. Kompleks: MT1-MMP-TIMP-2-proMMP-2 jest następnie prezentowany najbliższemu wolnemu MT1- -MMP do aktywacji. Dwie cząsteczki MT1-MMP oddziałują ze sobą na powierzchni komórki poprzez domeny hemopeksynowe, tworząc tetrameryczny kompleks aktywacyjny: pro-mmp-2-timp-2-2mt1-mmp, z czego jedna cząsteczka MT1-MMP działa jako receptor kompleksu: prommp-2- TIMP-2, a druga jako aktywator prommp-2 [33]. Aktywacja MMP zachodzi także przy udziale systemu aktywatora plazminogenu PAS (ang. Plasminogen Activator System). System PAS składa się z dwóch aktywatorów plasminogenu (PA), urokinazy (upa) oraz aktywatora typu tkankowego (tpa). PAS indukuje przejście plazminogenu do postaci aktywnej proteinazy serynowej, plazminy. Plazmina działa bezpośrednio, przez proteolizę składników macierzy ECM fibronektyny i proteoglikanów oraz pośrednio, aktywując inne proteazy (przez trawienie ich prodomen), między innymi MMP-3, MMP-12 i MMP-13 [32,34]. LOKALIZACJA W KOMÓRCE Aktywność MMP podlega ścisłej kontroli przez liczne oddziaływania makrocząsteczkowe. W wyniku tych oddziaływań odpowiednie enzymy są kierowane do właściwych obszarów w przestrzeni zewnątrzkomórkowej, na powierzchnię komórek lub do miejsc wewnątrz komórki. Czynnikami wiążącymi MMP w tych obszarach są: kolagen, laminina, fibronektyna, elastyna, białka korowe i łańcuchy glikozaminoglikanów (GAG, ang. glycosaminoglycans) w macierzy zewnątrzkomórkowej. Taka lokalizacja reguluje aktywność MMP przez ich gromadzenie w pobliżu lub na substratach docelowych. Przykładem są oddziaływania MMP-1, -2, -7, -8, -9 i -13 z heparyną i siarczanem heparyny zachodzące poprzez domenę hemopeksyny HPX. MMP-7 nie posiada domeny HPX i oddziaływania zachodzą wprost przez domenę katalityczną i prodomenę, przez co wiązanie łańcuchów GAG jest dużo mocniejsze niż w przypadku innych MMP [35]. Innym sposobem regulacji aktywności MMP jest wiązanie ich form rozpuszczalnych (cytoplazmatycznych) do błony komórkowej. Może to prowadzić do aktywacji enzymu (jak w przypadku opisanej powyżej pro-mmp-2), albo też do migracji i inwazji komórki poprzez błonę podstawną i tkanki. Wiązanie MMP z błoną komórkową może indukować różne szlaki sygnałowe prowadzące od błony, przez wnętrze komórki aż do jądra aktywując specyficzne czynniki transkrypcyjne, co jest funkcją dodatkową, niezwiązaną z ich właściwościami proteolitycznym [36]. W pewnych typach komórek, miocytach, neuronach, komórkach śródbłonka, fibroblastach i hepatocytach, niektóre z metaloproteinaz (MMP-2, -3, -9, -13 i MT1-MMP) wykazują lokalizację jądrową. Mechanizm przemieszczenia tych metaloproteinaz do jądra komórkowego nie jest znany. Przypuszcza się, że sekwencja zlokalizowana w pobliżu C-końcowej domeny MMP-2 jest odpowiedzialna za lokalizację jądrową tego enzymu. Natomiast w przypadku MMP-3 jądrowa sekwencja sygnałowa znajduje się w domenie katalitycznej [20]. Jądrowa lokalizacja metaloproteinaz może być także związana ze zjawiskiem apoptozy. Na przykład aktywność żelatynazy MMP-2 jest indukowana przez reaktywne związki tlenu i azotu uwalniane w czasie palenia tytoniu [37]. Natomiast w przypadku niedokrwiennego uszkodzenia mózgu zarówno u szczurów, jak i u ludzi na- 356 www.postepybiochemii.pl

stępuje wzrost aktywności MMP-2, -9 i -13 w jądrach neuronów, co powoduje zaburzenia oksydacyjnego systemu naprawy DNA [38]. Metaloproteinazy macierzy wykazują także lokalizację cytoplazmatyczną, w pobliżu organelli komórkowych. Dotyczy to zwłaszcza proaktywnych i aktywnych postaci MMP-1 umiejscowionych w pobliżu mitochondriów skupionych wokół jądra komórkowego [20]. W przypadku MMP-26 (Matrylizyna 2/endometaza) unikalna sekwencja przełącznika cysteinowego (PRC- GXPD) zastąpiona jest sekwencją: PHCGVPD. Sekwencja ta, podobnie jak inne nietypowe struktury może ułatwiać aktywność autokatalityczną enzymu wewnątrz komórki. Poza tym, MMP-26 posiada dwa miejsca wiązania wapnia, jedno o wysokim, a drugie o niskim powinowactwie. Zakłada się, że normalny poziom wapnia w komórce utrzymuje MMP-26 w stanie nieaktywnym, przechodząc w formę aktywną podczas gwałtownego napływu wapnia do komórki [39]. REGULACJA EKSPRESJI GENÓW METALOPROTEINAZ Podstawowym mechanizmem regulującym ekspresję genów MMP jest transkrypcja. Większość genów metaloproteinaz zawiera w swoich promotorach podobne elementy. W związku z tym, częstym zjawiskiem jest ich wzajemna koekspresja w odpowiedzi na różne czynniki indukcyjne (czynniki wzrostu i cytokiny zapalne), jak i jednoczesne zahamowanie ekspresji, indukowane przez inhibitory ekspresji genów: glukokortykoidy i analogi witaminy A, retinole. Według nowej klasyfikacji, niezależnej od podziału względem specyficzności substratowej, MMP dzielą się w zależności od mechanizmu regulacji ekspresji genów na trzy grupy. Grupa 1 obejmuje geny większości MMP: MMP- 1, -3, -7, -9, -12, -13, -19 i -26. Charakteryzuje ją obecność kasety TATA box i miejsca wiążącego czynnik AP-I (białkowy aktywator transkrypcji 1, ang. Activator Protein) w proksymalnej części genu około 70 bp (par zasad, ang. base pairs) od promotora, do którego wiążą się czynniki transkrypcyjne typu Fos i Jun. Grupa 2, do której należą geny MMP-8, -11 i -21 także zawiera kasetę TATA box, ale nie posiada sekwencji wiążącej czynnik AP-1. W grupie 3 obejmującej geny MMP-2, MMP-14 i MMP-28 nie występuje żadna z tych sekwencji. Geny metaloproteinaz należące do tej grupy podlegają z reguły konstytutywnej ekspresji, choć w niektórych chorobach obserwuje się nadmierną ekspresję tych genów [40]. Promotory wszystkich MMP zawierają wiele elementów, które współdziałają ze sobą indukując lub hamując ekspresję genów. Należą do nich sekwencje: ETS (ang. Erythroblast Transformation Specific), Sp1 (ang. Specificity Protein 1), NFkb (ang. Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cell) i dodatkowo AP-1 [41]. W warunkach fizjologicznych podstawowy poziom ekspresji genów MMP jest niski, z gwałtownym wzrostem w odpowiedzi na uraz tkankowy, np. zranienie, owulację lub resorpcję macicy po ciąży. W stanach patologicznych często dochodzi do zaburzeń systemu kontroli ekspresji genów MMP i zaczynają na nią wpływać inne mechanizmy lub czynniki, takie jak cytokiny zapalne, czynniki wzrostu, mechaniczne przemieszczenie lub fagocytoza [42]. Wzrost poziomu transkrypcji jest wynikiem wzmożonej indukcji wielu szlaków sygnałowych działających na poszczególne elementy promotora i zachodzi jako reakcja po ekspozycji na bodziec. Przeciwnie, blokowanie szlaków sygnałowych hamuje transaktywację, wyciszając ekspresję genów. To wyciszanie ekspresji jest bezpośrednim efektem braku wiązania czynników transkrypcyjnych do promotora poprzez redukcję ich syntezy, przez rekrutację białek supresorowych do tych miejsc oraz w wyniku hamowania fosforylacji, blokując ich przejście w formę aktywną. Struktura promotorów genów MMP warunkuje ich wrażliwość na różne typy czynników oraz to, w jaki sposób te czynniki wpływają na transkrypcję. Na przykład, w komórkach mezenchymy i monocytach czynniki zapalne, takie jak cytokiny: IL-1b, TNFa, onkostatyna M (należąca do rodziny IL-6), RANKL, ligand aktywatora receptora jądrowego czynnika κb (ang. Receptor Activator of Nuclear factor κb Ligand) i produkty mikroorganizmów jak lipopolisacharyd (LPS) należą do najmocniejszych aktywatorów transkrypcji metaloproteinaz MMP-1, MMP-3, MMP-9, MMP-13 i MMP-14 [41]. Pierwszą metaloproteinazą, której regulacja genu została szczegółowo poznana jest MMP-1. Aktywacja MMP-1 jest skomplikowanym procesem obejmującym zarówno samą transkrypcję, jak i mechanizmy regulacji potranskrypcyjnej. Do aktywacji transkrypcji genu MMP-1 potrzebne jest współdziałanie wielu czynników, takich jak NF-κB, białka, Bcl-3 (ang. B-cell lymphoma 3-encoded protein) i C/EBP-β (ang. CCAAT/enhancer-binding protein beta) oraz LPS i IL-1β. W trakcie zapalenia, rekrutacja czynników transkrypcyjnych do promotora MMP-1 zachodzi przez aktywację pośredników sygnałowych jak NF-κB, kinazy MAPK (ang. Mitogen- Activated Protein Kinases) oraz rodziny białek STAT (ang. Signal Transducer and Activator of Transcription) i Smad [43]. REGULACJA METALOPROTEINAZ PRZEZ INHIBITORY TKANKOWE Endogenne inhibitory tkankowe metaloproteinaz, TIMP, zapewniają konieczną równowagę zapobiegającą nadmiernej degradacji ECM. TIMP tworzą wiązania koordynacyjne z MMP w stosunku stechiometrycznym 1:1 lub 2:2. Są one stabilne i odwracalne, a mechanizm tego hamowania polega na zablokowaniu dostępu substratu do miejsca katalitycznego metaloproteinazy. TIMP u ssaków charakteryzują się masą cząsteczkową w zakresie od 21 do 29 kd (184-194aa). U kręgowców zidentyfikowano cztery rodzaje TIMP. Ich homologi znaleziono także u muszki owocowej Drosophila, nicienia Caenorhabditis elegant, oraz płazów i ryb. TIMP u bezkręgowców znacznie różnią się ewolucyjnie od homologów występujących u kręgowców. Synteza inhibitorów jest regulowana we wszystkich procesach rozwoju i przebudowy tkanek, także w warunkach fizjologicznych [33]. TIMP 1, 2 i 4 tworzą formy rozpuszczalne i są wykrywane w surowicy krwi, natomiast TIMP-3 jest nierozpuszczalny i zakotwiczony w ECM. Pomimo podobieństwa strukturalnego TIMP różnią się między sobą profilem aktywności. TIMP-1 jest bogatą w mannozę glikoproteiną o masie cząsteczkowej 23 kd, o strukturze zachowanej w ewolucji i bardzo stabilną, gdyż proces glikozylacji nie wpływa na jej aktywność. Postępy Biochemii 58 (3) 2012 357

TIMP-1 hamuje wszystkie MMP (szczególnie silnie MMP- 9), za wyjątkiem metaloproteinaz błonowych MT1-MMP, MT3-MMP, MT5-MMP i MMP-19, co jest jego cechą wyróżniająca. TIMP-1 wykazuje wrażliwość na działanie proteaz serynowych, takich jak trypsyna i chymotrypsyna. Większość komórek organizmu posiada zdolność syntezy tego inhibitora. Drugi inhibitor, białko TIMP-2 jest wydzielane przez fibroblasty i komórki śródbłonka. Natomiast TIMP-3 o masie cząsteczkowej 30 kd, hamuje aktywność: MMP-2, -3, -7 i -9. Strukturalna homologia między TIMP-3 a TIMP- 1 i -2 jest niewielka i wynosi odpowiednio 37% i 42% [44]. TIMP-4 (23kD) reguluje aktywność MMP-9 i wykazuje znaczną homologię z TIMP-2 i podobnie jak TIMP-2 posiada zdolność wiązania prommp-2. Oddziaływania MMP-2 z TIMP-1 i TIMP-2 znacznie się różnią. TIMP-2 wykazuje silne wiązanie z zymogenem MMP-2 (prommp-2) tworząc kompleks, który jest istotny dla aktywacji prommp-2, podczas gdy TIMP-1 tworzy analogiczny kompleks o wysokiej specyficzności z prommp-9. Model hamowania aktywności metaloproteinaz przez TIMP opracowano na podstawie obrazu rentgenowskiego struktury krystalograficznej kompleksu TIMP-1 z domeną katalityczną MMP-3. Zgodnie z tym modelem, cząsteczka TIMP-1 dzięki swoistej budowie przestrzennej reaguje z domeną katalityczną oraz z miejscem wiązania substratu w cząsteczce MMP-3. W tym kompleksie większość (75%) wzajemnych oddziaływań między enzymem i inhibitorem pochodzi z regionu kowalencyjnej struktury pętli związanej mostkiem dwusiarczkowym pomiędzy resztami Cys1 i Cys70. Istotne jest tu współdziałanie grup karboksylowej i a-aminowej reszty Cys w sekwencji N-końcowej cząsteczki TIMP-1, które z dwóch stron otaczają cząsteczkę cynku katalitycznego MMP-3 w taki sposób, aby uniemożliwić aktywację cząsteczki wody niezbędnej w katalizie [33].Ważną cechą oddziaływań między MMP i TIMP jest wysokie powinowactwo oraz różnice w specyficzności TIMP do MMP. Zjawisko to nie może być wyczerpująco zinterpretowane w oparciu o poznane dotychczas struktury białek. Hamowanie aktywności metaloproteinaz zachodzi nie tylko pod wpływem działania specyficznych, endogennych inhibitorów TIMP. Istnieje szereg nieswoistych inhibitorów tych enzymów: α 2 -makroglobulina, C-terminalny fragment proteinazy prokolagenu hamujący MMP-2, białko prekursorowe β-amyloidu, glikoproteina RECK (ang. reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs) hamująca MMP- 2, MMP-9 i MMP-14, kortykosteroidy, kwas retinowy, heparyna, czy też interleukina IL-4 [23,25]. Ze względu na właściwość hamowania aktywności metaloproteinaz, TIMP mają szczególne znaczenie w procesach nowotworowych m. in. wpływając hamująco na inwazję komórek rakowych, wzrost nowotworu, powstawanie przerzutów i angiogenezę [33]. Wzrost ekspresji genów TIMP wiąże się nie tylko z hamowaniem wzrostu guza, a także ze znaczym zmniejszeniem ilości przerzutów odległych. Przeciwnie, obniżenie ekspresji tych genów prowadzi do zaostrzenia procesu nowotworowego, powodując szybszy wzrost i proliferację komórek nowotworowych i drastycznie zwiększając liczbę przerzutów [32]. Stężenie TIMP-1 w osoczu chorych może tym samym służyć jako niezwykle ważny, niezależny czynnik prognostyczny dla pacjentów pozwalający określić ich rokowania przy zastosowaniu określonej terapii, na przykład stosowany w przypadku osób chorych na raka żołądka [45]. Aktywacja i ekspresja genów TIMP (podobnie jak MMP) regulowana jest przez stymulatory przebudowy naczyń jakimi są bodźce hemodynamiczne, stres oksydacyjny, czynniki pro- i przeciwzapalne (cytokiny, czy też środki wazoaktywne), zakłócając w ten sposób równowagę między MMP i TIMP [46]. Zaburzenia równowagi pomiędzy syntezą metaloproteinaz i ich tkankowych inhibitorów wiążą się najczęściej z postępującymi zmianami patologicznymi. Na podstawie przekrojowych badań struktury i funkcji metaloproteinaz, wiele rodzajów inhibitorów zostało zaprojektowanych i zsyntetyzowanych. Z uwagi na szereg innych właściwości biologicznych TIMP (czynniki wzrostu linii komórkowych, działanie mitogenne, swoiste czynniki transkrypcyjne, aktywatory szlaków metabolicznych, czynniki pro- lub anty-apoptotyczne [47]) ich ewentualne terapeutyczne zastosowanie w leczeniu znajduje się wciąż we wczesnej fazie badań [48]. ZNACZENIE I ROLA MMP W TKANCE I ORGANIZMIE Wszystkie tkanki ustroju wykazują syntezę metaloproteinaz, a większość typów komórek może je wydzielać. Należą do nich komórki nabłonkowe, fibroblasty, miocyty, keratynocyty, komórki nowotworowe, komórki śródbłonka, osteoblasty, płytki krwi, makrofagi oraz komórki nacieku zapalnego: monocyty, leukocyty i limfocyty jednojądrzaste [45,49,50]. Żelatynaza MMP-2 (72 kda) wykazuje stały poziom, natomiast poziom syntezy żelatynazy MMP-9 (92 kda) wzrasta w wyniku indukcji w wielu typach komórek, w tym miocytach mięśni gładkich ściany naczyniowej. Żelatynazy trawią kolagen typu IV i V, elastynę i inne białka ECM, co wskazuje na ich ważną rolę w metabolizmie błony podstawnej naczyń [48,51]. Poprzez niszczenie tej bariery tworzy się przestrzeń umożliwiająca migrację komórek podczas morfogenezy oraz przemieszczanie się leukocytów do miejsc zapalnych [28]. Aktywność MMP jest także regulowana przez czynniki wpływające na przebudowę ściany naczyń tętniczych, do których należą zmiany ciśnienia tętniczego, uszkodzenia naczyń, cytokiny zapalne (interleukina IL-1β, interleukina IL-6, czynnik martwicy nowotworów TNF-α), transformujący czynnik wzrostu TGF-β, czynnik wzrostowy naskórka EGF, płytkowo-pochodny czynnik wzrostu PDGF, czynnik wzrostu fibroblastów FGF, związki reaktywne tlenu ROS oraz oddziaływania ze specyficznymi komponentami ECM. [12,52-54]. Metaloproteinazy macierzy odgrywają bardzo ważną rolę w fizjologii neuronów, szczególnie w ich plastyczności uczestnicząc w przebudowie połączeń synaptycznych. Dotyczy to zwłaszcza syntezy TIMP i MMP-24 w móżdżku oraz MMP-9. W stymulowanym hipokampie obserwowano masywną aktywację i wzrost produkcji MMP-9 zarówno na poziomie białka, jak i mrna co wskazuje na uczestnictwo tej metaloproteinazy w plastyczności neuronów i remodelingu połączeń synaptycznych, a dalej w procesach uczenia się i zapamiętywania. Wpływ na regulację ekspresji genu MMP-9 odgrywa czynnik transkrypcyjny AP-1 kontrolują- 358 www.postepybiochemii.pl

cy także TIMP-1. Prawdopodobnie wpływ na uwalnianie białka tutaj ma także plazmina wraz z aktywatorami plazminogenu: tpa i upa [55]. Oprócz wpływu na procesy fizjologiczne, zmiany syntezy MMP i ich inhibitorów mają znaczenie w patogenezie wielu chorób układu nerwowego, takich jak stwardnienie rozsiane, udary (zarówno krwotoczne, jak i niedokrwienne), uszkodzenie rdzenia nerwowego, ale także epilepsja, depresja, schizofrenia czy choroba Alzheimera [56,57]. Nadmierna ekspresja genów kodujących MMP przyczynia się do zniszczenia bariery krew mózg, co prowadzi do zmian prozapalnych w obrębie centralnego układu nerwowego, a w konsekwencji demielinacji i neurotoksyczności. W doświadczalnym zwierzęcym modelu autoimmunologicznego zapalenia mózgu podanie egzogennych inhibitorów łagodziło lub cofało neurodegenerację. Wykazano, że jednym z potencjalnych mechanizmów prozapalnego działania MMP-9 i MMP-12 jest degradacja białek wiążących insulino-podobny czynnik wzrostu, IGFBP (ang. insulin-like growth factor binding proteins), w tym bioaktywnego insulino-podobnego czynnika wzrostu IGF-1 (ang. insulin-like growth factor-1) potrzebnego w procesie powstawania mieliny [58]. W ostatniej dekadzie dowiedziono, że ekspresja genów metaloproteinaz macierzy ulega znacznym zmianom w przebiegu przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (PO- ChP), w tym szczególnie rozedmy płuc. MMP w tym procesie proteolitycznie trawią ściany pęcherzyków płucnych [17]. Rozedmę wywoływano doświadczalnie u wybranych szczepów myszy, przez ekspozycję zwierząt na cząstki stałe zawarte w dymie papierosowym lub spalinach samochodowych [59]. Rozedmę płuc obserwowano także w przebiegu mukowiscydozy u genetycznie zmodyfikowanych myszy wykazujących nadekspresję w genie regulatorowym camp- -zależnego przekaźnika jonów chlorkowych kontrolującego nabłonkowy kanał sodowy [60]. We wszystkich tych przypadkach stwierdzono zwiększoną syntezę makrofagowej MMP-12, zarówno na poziomie białka, jak i transkryptu oraz znaczne zmiany degeneracyjne w drogach oddechowych. Można twierdzić, że selektywne zahamowanie aktywności MMP-12 mogłoby być skuteczną terapią w leczeniu rozedmy płuc, aczkolwiek biorąc pod uwagę subtelne różnice w funkcjonowaniu MMP-12 u ludzi i zwierząt, ewentualne badania kliniczne musiałyby być przeprowadzone ze znaczną ostrożnością [17]. INNE PROTEINAZY POKREWNE MMP Najważniejsze proteinazy, które są pokrewne MMP, adamalizyny (ADAM, ang. a disintegrin and metalloproteinases). Podobnie jak metaloproteinazy należą do nadrodziny białek zależnych od cynku, zwanych metyzynami. Na podstawie różnic w ich budowie metyzyny dzielą się na cztery odrębne podrodziny: astracyny, matryksyny, adamalizyny i serralizyny (proteazy bakteryjne). Najbardziej spektakularnym przedstawicielem tej grupy jest metaloproteinaza wyizolowana z jadu węża (SVMP, ang. Snake Venom Metallo Protease) [61]. Admalizyny wykazują znaczną homologię sekwencyjną zarówno do SVMP, jak i do dezintegryn. Należy do nich około 30 glikoprotein zakotwiczonych w błonie, które w swojej strukturze zawierają N-końcową sekwencję sygnałową, prodomenę metaloproteinazową, domenę dezintegrynową, region bogaty w reszty cysteiny i zawierający powtórzenia EGF, domenę błonową i C-końcową. Dzięki takiej budowie łączą w sobie funkcje proteaz i białek adhezyjnych. Ważną rolę odrywają w oddziaływaniach międzykomórkowych, procesach adhezji i fuzji komórek oraz procesach złuszczania białek z powierzchni komórkowych [62]. ADAM-17/TACE (ang. Tumor Necrosis Factor-Alpha Converting Enzyme), ADAM 9 (MDC, ang. Metalloprotease/ Disintegrin/Cysteine-rich protein 9) i ADAM 10 (KUZ, ang. Kuzbanian) ze względu na zdolność złuszczania białek z powierzchni komórkowych zwane są czynnikami złuszczającymi. Najlepiej poznaną adamalizyną tej grupy jest ADAM 17, która aktywuje pro-tnfα. ADAMT (ang. ADAM with Thrombospondin type-1 motifs) stanowią grupę 19 białek, które oprócz klasycznych domen wykazują obecność sekwencji trombospondyny [63]. Niektóre z nich zidentyfikowano i określono ich funkcje biologiczne. Na przykład ADAMT 2 znany jako N-proteinaza prokolagenu bierze udział w rozwoju prawidłowej skóry. ADAMTs 4 i 11 zwane agrekanazami 1 i 2 posiadają zdolność degradacji dużych proteoglikanów jak agrekan, utrzymujący mechaniczne właściwości chrząstki. Postępująca degradacja i wyczerpanie chrząstek stawowych powoduje rozwój chorób degeneracyjnych i zapalnych stawów (RZS) [41]. Natomiast ADAMT 1, znany jako METH-1 posiada aktywność antyangiogenną i pełni funkcję w regulacji rozwoju naczyń [61,64]. Inhibitorami białek ADAMs i ADAMTs są TIMP. Szczególnie TIMP-3, który jest efektywnym inhibitorem dla ADAM-17 (TACE), ADAM-10 i ADAM-12 oraz ADAMT -1, -4 i -5 [23,25]. PODSUMOWANIE Metaloproteinazy wykazują aktywność endopeptydaz, zależnych od jonów cynku i wapnia. Enzymy te zaangażowane są w procesy przebudowy i modelowania macierzy zewnątrzkomórkowej, poprzez proteolizę białek, składowych ECM. Przebudowa ECM jest kluczowym etapem procesów fizjologicznych takich jak morfogeneza, angiogeneza, apoptoza, regulacja wzrostu, czy zmiana ruchliwości komórek [65]. MMP są również zaangażowane w patogenezę wielu chorób, zwłaszcza związanych z procesem zapalnym. ECM stanowi rodzaj rusztowania dla wielu tkanek ustroju i zawiera szereg składowych, wrażliwych na działanie MMP. Należą do nich białka tj. elastyna, laminina, kolagen, fibronektyna i proteoglikany. Oddziałują one z wieloma typami komórek, co reguluje procesy ich wzrostu, różnicowania i odnowy. ECM jest środowiskiem dla wielu czynników biologicznie czynnych, zaangażowanych w procesy przebudowy tkanek, takich jak cytokiny, czynniki pro-angiogenne (VEGF, TGF-β), czynniki wzrostowe. Stąd też MMP, działając mniej lub bardziej selektywnie na białka ECM, mają znaczny wpływ na przebudowę i odnowę tkanek zarówno w stanach fizjologicznych jak i patologicznych. Metaloproteinazy mają wspólny schemat budowy. Wszystkie zawierają: peptyd sygnałowy, prodomenę i do- Postępy Biochemii 58 (3) 2012 359

menę katalityczną, z miejscem aktywnym zawierającym jon cynku. W zależności od swoistości substratowej wyróżnia się różne podgrupy MMP, z których najważniejsze to: kolagenazy, żelatynazy, stromielizyny, matrylizyny i metaloproteinazy typu błonowego. MMP syntetyzowane są przez wiele typów komórek w formie enzymatycznie nieaktywnych proenzymów zymogenów. Ich aktywacja polega na proteolitycznej hydrolizie wiązania pomiędzy grupą tiolową reszty cysteiny w sekwencji prodomeny, a jonem cynku w domenie katalitycznej. Aktywność i synteza MMP podlegają ścisłej kontroli na poziomie transkrypcji, obróbki potranslacyjnej, aktywacji zymogenów oraz oddziaływań ze specyficznymi inhibitorami. Większość MMP podlega regulacji na poziomie transkrypcji, za wyjątkiem MMP-2 (regulacja postranskrypcyjna). Transkrypcja MMP wzmagana jest przez cytokiny prozapalne, hormony, czynniki wzrostowe, infekcyjne, białka szoku cieplnego, LPS, IL-1β lub przedłużające się niedotlenienie tkanek. Blokada transkrypcji zachodzi pod wpływem działania kortykosterydów, retinoli, hormonów tarczycy, hormonów płciowych oraz IL-4, IL-10 i IL-13 (cytokiny przeciwzapalne) Przechodzenie zymogenów do form enzymatycznie aktywnych zależy od proteolitycznego odszczepienia ich domeny propeptydowej przez proteinazy obecne w tkankach i surowicy. Głównym, fizjologicznym aktywatorem MMP jest plazmina, generowana w przebiegu aktywacji układu krzepnięcia i fibrynolizy, a także inne czynniki: reaktywne formy tlenu, proteazy serynowe (trypsyna, chymotrypsyna i trombina), elastaza oraz MMP (-1, -2, -8, -9). Blokowanie czynnych enzymatycznie form MMP zależy od działania nieswoistych, endogennych inhibitorów proteinaz (α2- makroglobulina) oraz swoistych inhibitorów MMP, tj. białek TIMP. Zidentyfikowano 4 formy tych białek (TIMP1-4). TIMP oddziałuje z domeną katalityczną MMP, co powoduje inaktywację enzymu. Oddziaływania TIMP/ MMP nie są selektywne, z wyjątkiem TIMP-1, wykazującym szczególnie wysokie powinowactwo do MMP-9 i bardzo słabe w stosunku do błonowych MT-MMP. TIMP-1, -2 i -4 występują w postaci rozpuszczalnej, natomiast TIMP-3 związany jest z ECM. TIMP uwalniane są przez szereg komórek takich jak miocyty mięśniówki gładkiej, makrofagi i płytki, a także inne komórki (limfocyty, granulocyty). Poziom aktywności TIMP jest wzmagany przez cytokiny takie jak PDGF, TGF-β, podlega regulacji również przez szereg innych cytokin i mediatorów zapalenia. Zachowanie równowagi MMP/TIMP ma kluczowe znaczenie dla utrzymania integralności w zakresie wszystkich podstawowych układów narządowych ustroju. Kolejnym ważnym problemem jest ocena poziomu metaloproteinaz i ich inhibitorów w leukocytach. Niektóre z metaloproteinaz i ich inhibitorów (zwłaszcza MMP-9 i TIMP-1, 2) są syntetyzowane przez leukocyty, a poziom ich produkcji może być wykładnikiem stanu aktywacji tych komórek. Natomiast powiązanie poziomu syntezy metaloproteinaz w leukocytach z poziomem syntezy innych cytokin (zwłaszcza IL-17) może wskazywać na aktywację komórek układu odpornościowego już we wczesnych etapach procesu zapalnego między innymi w rozwoju nadciśnienia, procesów nowotworowych, chorób płuc oraz zmian reumatoidalnych w stawach. PIŚMIENNICTWO 1. Parks WC, Mecham RP (1998) Matrix metalloproteinases. Academic Press, San Diego 2. Aplin AC, Zhu WH, Fogel E, Nicosia RF (2009) Vascular regression and survival are differentially regulated by MT1-MMP and TIMPs in the aortic ring model of angiogenesis. Am J Physiol Cell Physiol 297: C471-C480 3. Ruiz V, Ordonez RM, Berumen J, Ramirez R, Uhal B, Becerril C, Pardo A, Selman M (2003) Inbalanced collagenases/timp-1 expression and epithelial apoptosis in experimental lung fibrosis. Am J Physiol Cell Physiol 285: L1026-L1036 4. Higa R, Kurtz M, Capobianco E, Martinez N, White V, Jawerbaum A (2011) Altered matrix metalloproteinases and tissue inhibitors if metalloproteinases in embryos from diabetic rats during early organogenesis. Reprod Toxicol 32(4): 449-462 5. Stevens LJ and Page-McCaw A (2012) A secreted MMP is required for reepithelialization during wound healing. Mol Biol Cell 23(6): 1068-1079 6. Liu Y, Min D, Bolton T, Nure V, Twigg SM, Yue DK, McLennan SV (2009) Increased matrix metalloproteinases-9 predicts poor wound healing in diabetic foot ulcers. Diabetes Care 32: 117-119 7. Zhang H, Chang M, Hansen CN, Basso DM, Noble-Haeusslein LJ (2011) Role of matrix metalloproteinases and therapeutic benefits of their inhibition in spinal cord injury. Neurotherapeutics 8: 206-220 8. Surnani DP, Chavan-Gautam PM, Pisal HR, Mehendale SS, Joshi SR (2012) matrix metalloproteinases-1 and -9 in human placenta during spontaneous vaginal delivery and caesarean sectioning in preterm pregnancy. PLoS One 7: e29855-e29891 9. Vu TH, Werb Z (2000) Matrix metalloproteinases: effectors of development and normal physiology. Genes Dev 14: 2123-2133 10. Mandal M, Mandal A, Das S, Chakraborti T, Chakraborti S (2003) Clinical implications of matrix metalloproteinases. Mol Cel Biochem 252: 305-329 11. Nghia TVL, Xue M, Castelnoble LA, Jackson CJ (2007) The dual personalities of matrix metalloproteinases in inflammation. Front Biosc 12: 1475-1487 12. Raffetto JD, Khalil RA (2008) Matrix metalloproteinases and their inhibitors in vascular remodelling and vascular disease. Biochem Pharm 75: 346-359 13. Yamashita CM, Dolgonos L, Zemans RL, Young SK, Robertson J, Briones N, Suzuki T, Campbell MN, Gauldie J, Radisky DC, Riches DW, Yu G, Kaminski N, McCulloch CA, Downey GP (2011) Matrix metalloproteinase 3 is a mediator of pulonary fibrosis. Am J Pathol 179: 1733-1745 14. Mizoguchi H, Yamada K, Nabeshima T (2011) Matrix metalloproteinases contribute to neuronal dysfunction in animal models of drug dependence, Alzheimer s disease, and epilepsy. Biochem Res Int, w druku 15. Decock J, Thirkettle S, Wagstaff L, Edwards DR (2011) Matrix metalloproteinases: protective roles in cancer. J Cel Mol Med 15: 1254-1265 16. Groblewska M, Tycińska A, Mroczko B, Musiał W, Szmitkowski M (2011) Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej w chorobach układu krążenia. Pol Merk Lek 178: 235-240 17. Churg A, Zhou S, Wright JI (2012) Matrix metalloproteinases in COPD. ERJ 39: 197-209 18. Meng-Huee L, Murphy G (2004) Matrix metalloproteinases at a glance. J Cell Sci 117: 4015-4016. 19. Marino G, Funk C (2012) Matrix metalloproteinases in plants: a brief overview. Physiol Plant 145: 196-202 20. Hadler-Olsen E, Fadnes B, Syle I, Uhin-Hansen L, Winberg JO (2011) Regulation of matrix metalloproteinase activity in health and disease FEBS J 278: 28-45. 360 www.postepybiochemii.pl

21. Brinckerhoff CE, Matrisian LM (2002) Matrix metalloproteinases: a tail of frog that became a prince. Nat Rev Mol Cell Biol 3: 207-214 22. Piccard H, Van den Steen PE, Opdenakker G (2007) Hemopexin domains as multifunctional liganding modules in matrix metalloproteinases and other proteins. J Leukoc Biol 81: 870-892 23. Lipka D, Boratyński J (2008) Metaloproteinazy MMP. Struktura i funkcja. Postepy Hig Med Dosw 62: 328-336 24. Olson MW, Bernardo MM, Pietila M, Gervasi DC, Toth M, Kotra LP, Massova I, Mobashery S, Fridman T (2000) Characterization of the monomeric and dimeric forms of latent and active matrix metalloproteinase-9. Differential rates for activation by stromelysin-1. J Biol Chem 275: 2661-2668 25. Nagase H, Visse R, Murphy G (2006) Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMPs. Cardiovasc Res 69: 562-573 26. Cauwe B, Van den Steen, Opdenakker G (2007) The biochemical, biological, and pathological kaleidoscope of cell surface substrates processed by matrix metalloproteinases. Cri Rev Biochem Mol Biol 42: 113-185 27. Visse R, Nagase H (2003) Matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases: structure, function, and biochemistry. Circ Res 92: 827-839 28. Hrabec E, Naduk J, Stręk M, Hrabec Z (2007) Kolagenazy typu IV (MMP-2 i MMP-9) i ich substraty białka macierzy pozakomórkowej, hormony, cytokiny i ich receptory. Postepy Biochem 53: 37-45 29. Butler GS, Overall CM (2009) Updated biological roles for matrix metalloproteinases and new intracellular substrates revealed by degradomics. Biochemistry 48: 10830-10845 30. Morrison CJ, Butler GS, Rodriguez D, Overall CM (2009) Matrix metalloproteinase proteomics: substrates, targets, and therapy. Curr Op Cell Biol 21: 645-653 31. Nagase H, Woessner JF (1999) Matrix metalloproteinases J Biol Chem 274: 21491-21494 32. Olszyński K, Zimowska M (2009) Budowa i funkcja metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej. Postepy Biochem 55: 76-84 33. Brew K, Dinakarpandian D, Nagase H (2000) Tissue inhibitors of metalloproteinases: evolution, structure and function. Biochim Biophys Acta 1477: 267-283 34. Baker EA, Leaper DJ (2003) The plasminogen activator and matrix metalloproteinase system in colorectal cancer: relationship to tumour pathology. Eur J Cancer 39: 981-988 35. Yu WH, Woessner JF Jr (2000) Heparan sulfate proteoglycans as extracellular docking molecules for matrilysin (matrix metalloproteinase 7). J Biol Chem 275: 4183-4191 36. D Alessio S, Ferrari G, Cinnante K, Scheerer W, Galloway AC, Roses DF, Rozanov DV, Remacle AG, Oh ES, Shiryaev SA et al (2008) Tissue inhibitor of metalloproteinases-2 binding to membrane-type 1 matrix metalloproteinase indices MAPK activation and cell growth by a non- -proteolytic mechanism. J Biol Chem 283: 87-99 37. Aldonyte R, Brantly M, Block E, Patel J, Zhang J (2009) Nuclear localization of active matrix metalloproteinase-2 in cigarette smoke-exposed apoptotic endothelial cells. Exp Lung Res 35: 59-75 38. Yang Y, Candelario-Jalil E, Thompson JF, Cuadrado E, Estrada EY, Rosell A, Montaner J, Rosenberg GA (2010) Increased intranuclear matrix metalloproteinase activity in neurons interferes with oxidative DNA repair in focal cerebral ischemia. J Neurochem 112: 134-149 39. Lee S, Park HI, Sang QX (2007) Calcium regulates tertiary structure and enzymatic activity of human endometase/matrilysin-2 and its role in promoting human breast cancer cell invasion. Biochem J 403: 31-42 40. Mancini A, Di Battista JA (2006) Transcriptional regulation of matrix metalloproteinase gene expression in health and disease. Front Biosci 11: 423-446 41. Vincenti MP, Brinckerhoff CE (2007) Signal transduction and cell-type specific regulation of matrix metalloproteinase gene expression: Can MMPs be good for you? J Cell Physiol 213: 355-364 42. Yan C, Boyd DD (2007) Regulation of matrix metalloproteinase gene expression. J Cell Physiol 211: 19-26 43. Raymond I, Eck S, Mollmark J, Hays E, Tomek I, Kantor S, Elliott S, Vincenti M (2006) Interleukin-1 beta induction of matrix metalloproteinase-1 transcription in chondrocytes requires ERK-dependent activation of CCAAT enhancer-binding protein-beta. J Cell Physiol 207: 683-688 44. Palosaari H, Pennington CJ, Larmas M, Edwards DR, Tjäderhane L, Salo T (2003) Expression profile of matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitors of MMPs (TIMPs) in mature human odontoblasts and pulp tissue. Eur J Oral Sci 111: 1 11 45. Łukaszewicz-Zając M, Mroczko B, Szmitkowski M (2009) Znaczenie metaloproteinaz i ich inhibitorów w raku żołądka. Postepy Hig Med. Dosw 63: 258-265 46. Yaghooti H, Firoozrai M, Fallah S, Khorramizadeh MR (2010) Angiotensin II differentially induces matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 production and disturbs MMP/TIMP balance. Avicenna J Med Biotech 2: 79-85 47. Baker AH, Edwards DR, Murphy G (2002) Metalloproteinase inhibitors: biological actions and therapeutic opportunities J Cell Sci 115: 3719-3727 48. Ganea E, Trifan M, Laslo AC, Putina G, Cristescu C (2007) Matrix metalloproteinases: useful and deleterious. Biochem Soc Transc 35: 689-691 49. Page-McCaw A, Ewald AJ, Werb Z (2007) Matrix metalloproteinases and the regulation of tissue remodelling. Nat Rev Mol Cell Biol 8: 221-33 50. Miossec, Korn T, Kuchroo VK (2009) Interleukin-17 and type 17 helper T cells. N Engl J Med 361: 888-898 51. Derosa G, D Angelo A, Ciccarelli L, Piccinni MN, Pricolo F, Salvadeo S, Montagna L, Gravina A, Ferrari I, Galli S, Paniga S, Tinelli C, Cicero A (2006) Matrix metalloproteinase-2, -9, and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in patients with hypertension. Endothelium 13: 227-231 52. Peeters ACTM, Netea MG, Janssen MCH, Kullberg BJ, Van der Meer WM, Thien T (2001) Pro-inflammatory cytokines in patients with essential hypertension. Eur J Clin Invest 31: 31-36 53. Chon H, Gaillard CAJM, van der Meijden BB, Dijstelbloem HM, Kraaijenhagen RJ, van Leenen D, Holstege FCP, Joles JA, Bluyssen HAR, Koomans HA, Braam B (2004) Broadly altered gene expression in blood leukocytes in essential hypertension is absent during treatment. Hypertension 43: 947-951 54. Pauletto P, Rattazzi M (2006) Inflammation and hypertension: the search for a link. Nephrol Dial Transplant 21: 850-853 55. Kaczmarek L, Lapińska-Dzwonek J, Szymczak S (2002) Matrix metalloproteinases in the adult brain physiology: a link between c-fos, AP-1 and remodeling of neuronal connections? EMBO J 21: 6643-6648 56. Yong VW, Power C, Forsyth P, Edwards DR (2001) Metalloproteinases in biology and pathology of the nervous system. Nat Rev Neurosci 2: 502-511 57. Mizoguchi H, Yamada K, Nabeshima T (2011) Matrix metalloproteinases contribute to neuronal dysfunction in animal models of drug dependence, Alzheimer s disease, and epilepsy. Biochem Res Int, w druku 58. Yong VW, Agrawal SM, Stirling DP (2007) Targeting MMPs in acute and chronic neurological condition. Neurotherapeutics 4: 580-589 59. Cobos-Correa A, Trojanek JB, Diemer S, Mall MA, Schultz C (2009) Membrane-bound FRET probe visualizes MMP12 activity in pulmonary inflammation. Nature Chem Biol 5: 628-630 60. Mall MA, Harkema JR, Trojanek JB, Treis D, Livraghi A, Schubert S, Zhou Z, Kreda SM, Tilley SL, Hudson EJ, O Neal WK, Boucher RC (2008) Development of chronical bronchitis and emphysema in β-epithelial Na + channel- overexpressing mice. Am J Respir Crit Care Med 177: 730-742 61. Żebrowska A, Wysoczyńska K, Waszczykowska E (2005) Adamalizyny metaloproteinazy biorące udział w patofizjologii chorób skóry. Alergia Astma Immunologia 10: 187-193 62. Edwards DR, Handsley MM, Pennington CJ (2008) The ADAM metalloproteinases. Mol Asp Med 29: 258-289 Postępy Biochemii 58 (3) 2012 361