1. Proteine della famiglia VEGF
Il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) è un fattore chiave nella formazione di nuovi vasi sanguigni. Il VEGF può indurre la rigenerazione dei vasi sanguigni esistenti (angiogenesi) o la formazione di nuovi vasi sanguigni (angiogenesi) ed è quindi fondamentale per lo sviluppo embrionale e la riparazione vascolare. Il VEGF può anche essere utilizzato dai tumori solidi per promuoverne la crescita. Il VEGF svolge un ruolo fondamentale nella tumorigenesi e nella progressione, rendendolo un bersaglio chiave per i trattamenti contro il cancro. Gli studi hanno dimostrato che i polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) nel gene VEGF sono marcatori predittivi e prognostici per i principali tumori solidi, tra cui il cancro al seno, il cancro polmonare non a piccole cellule, il cancro del colon-retto e il cancro alla prostata. Le proteine della famiglia VEGF includono VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGF-F, PIGF ed EG-VEGF. Il VEGF-A è di gran lunga l'induttore dell'angiogenesi più efficace, mentre il VEGF-E è più mirato a indurre lesioni localizzate dell'angiogenesi.
2. Recettori proteici della famiglia VEGF
Il VEGF regola principalmente l'angiogenesi e attiva le vie di segnalazione intracellulare legandosi ai suoi recettori (VEGFR1, VEGFR2 e VEGFR3); dopo che le proteine VEGFR e VEGF si legano, la tirosina nelle loro regioni di trasduzione del segnale intracellulare viene fosforilata, attivando così le vie di segnalazione intracellulare, che portano infine alla crescita, proliferazione e maturazione delle cellule endoteliali vascolari e alla formazione di nuovi vasi sanguigni.
Figura 1. Diversi membri della famiglia VEGF si legano a diversi tipi di recettori VEGF [1]
L'attività biologica della famiglia VEGF è mediata dal legame a due tipi di recettori: recettori con attività tirosin-chinasica e recettori senza attività tirosin-chinasica. Il primo tipo di recettore è costituito da tre recettori strutturalmente correlati, caratterizzati dalla presenza di sette domini immunoglobulinici simili nel dominio extracellulare, una regione transmembrana e una sequenza tirosin-chinasica di consenso intracellulare interrotta da un dominio di inserzione chinasica. D'altro canto, i recettori senza attività chinasica sono la proteina neurofilamento-1 (NRP-1) e la proteina neurofilamento-2 (NRP-2), che sono anche recettori per proteine di segnalazione.
2.1 Recettore della tirosina chinasi
I recettori della tirosina chinasi (VEGFR) sono divisi in VEGFR-1, VEGFR-2 e VEGFR-3. Funzionano sotto forma di dimeri. Quando il VEGF si lega ai recettori della tirosina chinasi, la conformazione della regione della chinasi intracellulare cambia, producendo attività chinasica per catalizzare la fosforilazione della proteina del substrato, portando infine a una serie di effetti biologici attraverso reazioni a cascata di molecole di segnalazione. La forza di legame tra VEGF e VEGFR-1 è 10 volte più forte di quella di VEGFR-2, ma l'attività R1 è più debole e si ritiene abbia una funzione regolatrice negativa su VEGFR-2. Pertanto, VEGFR-2 è il principale recettore che produce effetti fisiologici.VEGFR-1 e VEGFR-2 sono distribuiti principalmente sulla superficie dell'endotelio vascolare tumorale, regolando l'angiogenesi tumorale, e sono anche sovraespressi nei macrofagi e nelle cellule tumorali; VEGFR-3 è distribuito principalmente sulla superficie dell'endotelio linfatico, regolando la generazione di vasi linfatici tumorali. Inoltre, la famiglia VEGFR può legarsi non solo alla proteina VEGF ma anche ad altre proteine come neurotrofine, integrine e caderina.
2.2 Recettore proteico neurociliare
Le neuropiline (NRP) sono divise in NRP-1 e NRP-2. Le NRP sono singole glicoproteine transmembrana che contengono tre domini extracellulari. Il dominio B è la regione di legame VEGF e il dominio A promuove il legame del dominio B al VEGF. Il dominio C si lega al VEGFR-2 per formare un eteropolimero. Le NRP non hanno attività tirosin-chinasica e aiutano principalmente nel legame del VEGF e del VEGFR-2. La NRP-1 partecipa principalmente alla regolazione della funzione endoteliale arteriosa, mentre la NRP-2 partecipa principalmente alla regolazione della funzione endoteliale venosa e linfatica.
3. La funzione delle proteine della famiglia VEGF
I VEGF sono fattori di crescita endoteliale vascolare altamente specifici che svolgono importanti funzioni fisiologiche nell'angiogenesi, nel mantenimento e nella generazione. Possono indurre la sopravvivenza delle cellule endoteliali, la proliferazione, la migrazione, la proliferazione vascolare e aumentare la permeabilità vascolare.
3.1. Le funzioni dei diversi sottotipi di VEGF
VEGF-A può essere diviso in VEGF121,VEGF145,VEGF165,VEGF183,VEGF189eVEGF206. Attualmente, VEGF-A è il fattore di induzione della crescita vascolare più efficace fino ad oggi. VEGF165 e VEGF121 possono essere espressi nella maggior parte dei tessuti, mentre VEGF206 non è quasi espresso nei tessuti normali. VEGF-A è un mitogeno glicosilato che agisce specificamente sulle cellule endoteliali e ha molteplici funzioni, tra cui la mediazione dell'aumento della permeabilità vascolare, l'induzione dell'angiogenesi, dell'angiogenesi e della crescita delle cellule endoteliali, la promozione della migrazione cellulare e l'inibizione dell'apoptosi cellulare. VEGF-A media la crescita di nuovi vasi sanguigni da quelli esistenti (angiogenesi) legandosi ai recettori della superficie cellulare VEGFR1 e VEGFR2. Questi due recettori agiscono attraverso percorsi diversi, promuovendo la proliferazione e la migrazione delle cellule endoteliali, nonché la formazione di strutture tubulari.
VEGF-B è espresso nella maggior parte dei tessuti, specialmente nel cuore, nel muscolo scheletrico e nel pancreas. VEGF-B si lega al recettore VEGF 1 (VEGF R1), ma non a VEGF R2 o VEGF R3. È stato dimostrato che la connessione tra VEGF-B e VEGF R1 sulle cellule endoteliali regola l'espressione e l'attività dell'attivatore del plasminogeno di tipo urochinasi e dell'inibitore dell'attivatore del plasminogeno 1. La forma idrolizzata della proteina VEGF-B si lega anche alla neuroplasmina-1 (NP-1), che è un ligando coinvolto nella guida neuronale. Oltre a VEGF-B, è stato dimostrato che NP-1 si lega a PLGF-2, VEGF165 e VEGF R1. VEGF-B svolge un ruolo importante in diversi tipi di neuroni.È molto importante per proteggere i neuroni retinici e corticali durante l'ictus, nonché i motoneuroni in caso di malattie dei motoneuroni come la sclerosi laterale amiotrofica.
La funzione principale di VEGF-C è la linfoangiogenesi, che agisce principalmente sulle cellule endoteliali linfatiche attraverso il suo recettore VEGFR-3, promuovendone la sopravvivenza, la crescita e la migrazione. È un fattore di crescita specifico per i vasi linfatici in vari modelli. VEGF-C induce anche l'angiogenesi fisiologica e tumorale e l'angiogenesi attraverso l'interazione con VEGF R2.
VEGF-D è una glicoproteina secreta della famiglia VEGF/PDGF. VEGF regola l'angiogenesi e la linfangiogenesi durante lo sviluppo e la crescita tumorale, che è caratterizzata dalla formazione di una struttura di nodo cistinico da parte di otto residui di cisteina conservati. L'identità di sequenza di amminoacidi (aa) tra VEGF-C e VEGF-D è del 23%. VEGF-D di topo e umano sono ligandi per VEGFR3, che sono attivi tra le specie e mostrano un'affinità migliorata durante l'elaborazione. La proteina VEGF-D umana elaborata è anche un ligando per VEGF R2. VEGF R3 è fortemente espresso nelle cellule endoteliali linfatiche ed è fondamentale per regolare la crescita e la differenziazione delle cellule endoteliali linfatiche. Sia VEGF-C che VEGF-D promuovono la linfangiogenesi tumorale. In linea con la loro attività sui recettori VEGF, il legame di VEGF-C e VEGF-D alle neuropiliproteine contribuisce alla segnalazione di VEGF R3 nella linfangiogenesi. È stato confermato che VEGF-D è sovraespresso nei tessuti tumorali e nei campioni di siero dei pazienti di diversi tumori umani.
PGF (placental growth factor) e PlGF si legano e segnalano tramite VEGF R1/Flt-1 invece che tramite VEGF R2/Flk-1/KDR, mentre VEGF si lega a VEGF R1/Flt-1 ma segnala solo tramite il recettore angiogenico VEGF R2. Pertanto, PlGF e VEGF competono per il legame con VEGF R1 e un alto livello di PlGF può impedire il legame di VEGF/VEGF R1 e promuovere l'angiogenesi mediata da VEGF/VEGF R2. Tuttavia, PlGF (in particolare PlGF-1) e alcune forme di VEGF possono formare dimeri, riducendo così l'effetto angiogenico di VEGF su VEGF R2. PlGF induce l'attivazione dei monociti, la migrazione e la produzione di citochine infiammatorie e VEGF. Queste attività promuovono la riparazione di ferite, fratture e cuore, ma portano anche all'infiammazione nella malattia delle cellule falciformi attiva e nell'aterosclerosi. PGF svolge un ruolo nella crescita e nella differenziazione delle cellule del trofoblasto. Le cellule del trofoblasto, in particolare le cellule extratrofoblastiche, sono responsabili dell'invasione dell'arteria materna. Il normale sviluppo dei vasi sanguigni placentari è cruciale per il normale sviluppo degli embrioni. In normali condizioni fisiologiche, il PGF è espresso anche a bassi livelli in altri organi come cuore, polmoni, tiroide e muscoli scheletrici.
EG-VEGF,Il fattore di crescita endoteliale vascolare derivato dalle ghiandole endocrine, noto anche come proteina motrice 1 (PK1), è un membro della famiglia delle proteine motrici, che secerne proteine con un motivo strutturale comune contenente dieci residui di cisteina conservati che possono formare cinque coppie di legami disolfuro. È stato dimostrato che EG-VVEGF stimola efficacemente la contrazione della muscolatura liscia nel tratto gastrointestinale. Inoltre, EG-VVEGF è un fattore angiogenico tessuto-specifico che esibisce un'attività biologica simile a VEGF su cellule specifiche. EG-VVEGF induce la proliferazione e la migrazione delle cellule endoteliali derivate dalle ghiandole endocrine in coltura. EG-VGF si lega e attiva due recettori accoppiati a proteine G strettamente correlati, vale a dire EG-VGF/PK1-R1 ed EG-VGF/PK2-R2.L'attivazione dei recettori stimola il turnover del fosfoinositolo e attiva il percorso di segnalazione della chinasi MAP p44/p42.
3.2 I siti di espressione dei diversi sottotipi di VEGF
Tabella 1. Posizioni dell'espressione del VEGF nei diversi sottotipi
| Sottotipi di proteine della famiglia VEGF | Sito di espressione |
| VEGF-A | Tutti i tessuti vascolarizzati |
| VEGF-B | Embrione precoce, cuore, muscolo scheletrico, muscolo liscio vascolare, pancreas e altri tessuti |
| VEGF-C | Embrioni precoci, cellule cardiache, renali, polmonari e muscolari lisce vascolari, ecc. |
| VEGF-D | Embrioni precoci, cuore, polmoni, muscoli scheletrici, intestino tenue e cellule muscolari lisce vascolari, ecc. |
| VEGF-E | virus |
| VEGF-F | veleno di serpente |
| PIGF | Placenta e altri tessuti |
| EG-VEGF | Fonti delle ghiandole endocrine (placenta, testicoli, ovaie, ghiandole surrenali e altri tessuti) |
3.3 Il ruolo del VEGF nelle malattie
VEGF e cancro
Attualmente, sono disponibili chiari risultati di ricerca sul ruolo del VEGF nella promozione dell'angiogenesi tumorale e sulla sua relazione con la patogenesi del cancro umano.
Un'elevata espressione di VEGF e del suo mRNA può essere osservata nella maggior parte dei tumori maligni, specialmente nelle aree con abbondante proliferazione vascolare nel tessuto tumorale. Il VEGF secreto dalle cellule tumorali e dalla matrice circostante stimola la proliferazione e la sopravvivenza delle cellule endoteliali, portando alla formazione di nuovi vasi sanguigni. I nuovi vasi sanguigni possono presentare anomalie strutturali e perdite, e sono associati a invasività, densità vascolare, metastasi, recidiva e prognosi. Pertanto, il targeting del VEGF è un potenziale approccio per il trattamento del cancro;
Il VEGF è anche un biomarcatore tumorale ad ampio spettro che può coprire quasi tutti i tumori, compresi i tumori non solidi come la leucemia. A causa del suo coinvolgimento nei meccanismi ematopoietici del midollo osseo, la malattia stessa promuove la produzione di VEGF e i cambiamenti nella concentrazione di VEGF hanno un valore di riferimento per la diagnosi clinica. Ciò non è possibile con altri marcatori tumorali.Il VEGF inizia a essere prodotto in grandi quantità durante la trasformazione dei cluster di cellule tumorali in tumori solidi, spesso nelle fasi tumorali Tis e T1. Questo è il periodo ottimale per lo screening del tumore e può essere diagnosticato tramite metodi clinici esistenti. Tuttavia, altri marcatori tumorali sono prodotti principalmente negli stadi III e IV del tumore e hanno scarsa importanza per lo screening precoce.
VEGF e malattie oftalmiche
Molte malattie oculari neovascolari nella pratica clinica sono causate dalla sovraespressione di VEGF nell'occhio, che porta alla crescita di nuovi vasi sanguigni, con conseguenti gravi complicazioni come emorragia massiva, proliferazione di fibre, distacco retinico trazionale e glaucoma neovascolare. L'inibizione competitiva di VEGF-R2 può inibire efficacemente l'angiogenesi e promuovere la regressione della neovascolarizzazione esistente, alleviare l'essudazione, l'edema e le reazioni infiammatorie causate dalla perdita vascolare, rallentando così la progressione della neovascolarizzazione retinica. In oftalmologia, l'uso di farmaci inibitori di VEGF può bloccare efficacemente la crescita della neovascolarizzazione malata, curando così le malattie oftalmiche.
Inoltre, la famiglia VEGF è anche associata alla linfangiogenesi, alla risposta infiammatoria, alla funzione emopoietica e agli effetti neuroprotettivi.
4. Come scegliere correttamente le proteine della famiglia VEGF?
4.1. VEGF165 umano ricombinante e VEGF121 umano ricombinante
VEGF165 umano e VEGF121 umano sono i sottotipi di VEGF-A più abbondantemente espressi. VEGF165 è un potente fattore angiogenico che può stimolare la proliferazione delle cellule endoteliali, la sopravvivenza, promuovere l'angiogenesi e aumentare la permeabilità vascolare. VEGF121 e VEGF165 hanno funzioni simili, ma la differenza è che VEGF121 non si lega alle glicoproteine eparan solfato (HSPG) della superficie cellulare ed esiste principalmente nella sua forma solubile. E VEGF165 ha la capacità di legarsi a NRP-1 e NRP-2, quindi VEGF165 può anche svolgere un ruolo nella regolazione dell'angiogenesi, regolando la funzione delle cellule endoteliali nelle vene e nei vasi linfatici. Sia VEGF165 che VEGF121 possono stimolare la proliferazione delle cellule endoteliali e promuovere una maggiore permeabilità delle cellule endoteliali vascolari. Tuttavia, dopo il legame con i recettori, VEGF165 attiva principalmente le vie MEK ed ERK per promuovere la proliferazione delle cellule endoteliali, mentre VEGF121 ha un effetto molto più forte sulla permeabilità vascolare rispetto a VEGF165.
4.2. La differenza tra VEGF-C umano ricombinante e VEGF-D umano ricombinante
VEGF-D funziona in modo simile a VEGF-C, regolando l'angiogenesi e la linfoangiogenesi durante lo sviluppo e la crescita del tumore. L'identità di sequenza degli amminoacidi (aa) tra VEGF-C e VEGF-D è del 23%. Sebbene VEGF-C sia un ligando chiave per VEGF R3 durante lo sviluppo linfatico embrionale, VEGF-D svolge un ruolo cruciale nella maturazione dei vasi linfatici durante lo sviluppo neonatale e la crescita ossea. Entrambi promuovono la linfoangiogenesi del tumore. La loro attività sui recettori VEGF è coerente.Il legame di VEGF-C e VEGF-D alle neuropiliproteine facilita la segnalazione di VEGF R3 nella linfangiogenesi, mentre il legame all'integrina un 9 beta 1 media l'adesione e la migrazione delle cellule endoteliali. La sovraespressione di VEGF-C nelle cellule tumorali può indurre la linfangiogenesi tumorale, portando a un aumento del flusso linfatico e delle metastasi nei linfonodi regionali. Induce inoltre la neovascolarizzazione e l'angiogenesi fisiologica e intratumorale interagendo con VEGFR2.
Tabella 2. Differenze nei sottotipi di proteine della famiglia VEGF
| Nome del prodotto | Gatto | Recettore | Ruolo |
| VEGF165 umano | VEGFR-1,VEGFR-2,NRP-1,NRP-2,HSPG | Stimolano la proliferazione delle cellule endoteliali (prioritaria), la sopravvivenza, promuovono l'angiogenesi e aumentano la permeabilità vascolare. | |
| VEGF121 umano | VEGFR-1,VEGFR-2 | Stimolare la proliferazione e la sopravvivenza delle cellule endoteliali, promuovere l'angiogenesi e aumentare la permeabilità vascolare (priorità). | |
| VEGF-C umano | VEGFR-2,VEGFR-3 NRP-1,NRP-2 | Induzione della formazione di vasi linfatici, associata a metastasi tumorali | |
| VEGF-D umano | VEGFR-2,VEGFR-3, NRP-2 | Induzione della formazione di vasi linfatici, associata a metastasi tumorali | |
| EG-VEGF umano | PROKR1 | Promuove la proliferazione e la migrazione delle cellule endoteliali delle ghiandole endocrine. |
5. Riferimenti
[1]. Silvia Silva-Hucha, Angel M. Pastor, Sara Morcuende. Effetto neuroprotettivo del fattore di crescita endoteliale vascolare sui motoneuroni del sistema oculomotore. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22(2), 814.
6. Prodotti correlati
| Nome del prodotto | Gatto | Specifiche |
| VEGF165 umano | 10μg/100μg/500μg | |
| VEGF121 umano | 10μg/100μg/500μg | |
| VEGF-C umano | 25μg/100μg/500μg | |
| VEGF-D umano | 25μg/100μg/500μg | |
| EG-VEGF umano | 5μg/100μg/500μg | |
| Tag umano VEGFR2/KDR, mFc | 25μg/100μg/500μg | |
| Proteina umana VEGFR2/KDR, tag His | 25μg/100μg/500μg |