ヘアケラチン

ヘアケラチンは、髪の毛や爪に含まれるケラチンの一種です。

胎児の表皮から発生する毛包は、人体で最も複雑な構造の 1 つに進化し、7～8 の異なる組織セクションから構成されます。^[1]毛包の基部には毛球があり、真皮乳頭と呼ばれる真皮線維芽細胞が収容されています。真皮線維芽細胞は、形態形成と毛包の周期的活動に不可欠です。これらの細胞を取り囲むのは、毛包の増殖区画であるマトリックス細胞領域で、さまざまな毛包区画 (ORS を除く) の形成と、毛髪の重要な構造要素である毛髪ケラチンと KAP として知られる関連タンパク質の生成を担っています。^[1]

ケラチンは動物に見られる重要な繊維状タンパク質で、毛、羽、爪、角などの強靭な構造を構成しています。組織の起源と硫黄含有量に基づいて分類されます。ソフトケラチンは硫黄含有量が低く、毛や爪に含まれるハードケラチンは硫黄を多く含み、より強固な構造を形成します。^[2]ケラチンは酸性のタイプIと中性塩基性のタイプIIの2つのタイプに属し、さらにタイプI aとb、タイプII aとbに分類されます。ケラチン形成の最初のステップは、タイプIとタイプIIケラチンポリペプチドが整列してヘテロ二量体を作成し、次にそれが凝集して高次の構造単位になることです。^[2]他の中間径フィラメントサブユニットタンパク質と同様に、一般的な二次構造が存在します。これは、4つのコイルドコイルセグメントで構成される保存状態の良い中央のアルファヘリックスドメインと、配列と長さが異なる非ヘリックス末端ドメインです[14]。最近の調査結果によると、酸性ソフトケラチンと塩基性ソフトケラチンの相互作用はヘテロ二量体の生成から始まることが示唆されています。このヘテロ二量体は酸性ケラチンと塩基性ケラチンのモノマーから構成されています。これらのヘテロ二量体のうち2つが結合してテトラマーを形成し、その後重合して最終的に10ナノメートルの糸状構造を形成します。^[3]

ケラチンフィラメントは上皮細胞の構造安定剤としての役割を果たすため、生物学、発生学、病理学、皮膚科学の分野で大きな関心を集めています。この基本的な細胞骨格機能は、個々の細胞レベルを超えて広がっています。通常、ケラチンフィラメントはデスモソーム（図1b、dを参照）およびヘミデスモソームに組み込まれ、細胞間の安定性だけでなく、特定の上皮内の基底膜および結合組織への付着にも寄与しています。^[4]機械的ストレスが最小限に抑えられた内臓の非重層（単純）上皮では、数種類のケラチンタイプのみが細胞質内にまばらに分布したフィラメントを形成します。しかし、より多数のケラチンタイプが扁平上皮の中間径フィラメント細胞骨格フレームワークに関与しており、これは体の外表面を覆う表皮のような角質化した重層上皮でより顕著になります。ここではケラチンが豊富に存在し、密集してトノフィラメントを形成しています。^[4]

近年、ヒトの毛髪由来ケラチンの優れた創傷治癒能力と生体適合性に注目が集まっている。組換えDNA技術で生産された組換えケラチンタンパク質は抽出ケラチンに比べて純度が高いが、創傷治癒特性は不明のままであった。2種類の組換え毛髪細胞ケラチン（ヒトI型毛髪ケラチン37とヒトII型毛髪ケラチン81）は、細菌発現システムを使用して発現され、その後超音波分散によって組換えケラチンナノ粒子（RKNP）を形成した。^[5] RKNPは実験室環境で細胞の増殖と移動を大幅に促進することが明らかになっている。さらに、RKNPを生体内で真皮創傷に適用すると、創傷治癒が改善され、上皮化、血管新生、コラーゲン沈着、およびリモデリングが促進された。重要なことに、生体内生体適合性のテストでは全身毒性の兆候は見られなかった。 RKNPは創傷治癒を促進する有望なアプローチとしての可能性を秘めており、ケラチンベースの生体材料を開発するための新たな道を示唆している。^[5]

ラットの肝穿刺モデルと大腿動脈損傷モデルを用いて、in vivo 止血効果試験を実施した。両モデルとも、K37 と K81 (10 mg) を創傷部位を覆うように塗布した。肝穿刺モデルでは、組換え K37 (約 38 秒) と K81 (約 40 秒) を併用した場合、溶媒単独 (約 170 秒、p < .01) と比較して出血時間が大幅に短縮し、総失血量も著しく減少した (p < .01)。^[6]さらに、大腿動脈損傷モデルでは、組換えケラチンタンパク質により、対照群と比較して出血時間が大幅に短縮した (約 50 秒 vs. 270 秒)。特に、K37 と K81 は、ラットの肝損傷の治療において、抽出ケラチン (約 80 秒) よりも強い止血効果を示した。さらに、組み換えケラチンタンパク質は、損傷部位でのフィブリン血栓の形成を促進し、出血を効果的に止める強力な能力を示しました。その結果、組み換えヒト毛髪ケラチンは、ケラチン生体材料に基づく新しい止血製品の開発につながる可能性があります。^[6]

ヘアケラチンには2つの種類があります。

• 酸性 タイプIヘアケラチン
  • タイプI毛髪ケラチン1、KRT31
  • タイプIヘアケラチン2、KRT32
  • タイプI毛髪ケラチン3A、KRT33A
  • タイプIヘアケラチン3B、KRT33B
  • タイプI毛髪ケラチン4、KRT34
  • タイプIヘアケラチン5、KRT35
  • タイプIヘアケラチン6、KRT36
  • タイプI毛髪ケラチン7、KRT37
  • タイプI毛髪ケラチン8、KRT38
• 基本 型II毛髪ケラチン
  • タイプII毛髪ケラチン1、KRT81
  • タイプII毛髪ケラチン2、KRT82
  • タイプII毛髪ケラチン3、KRT83
  • タイプII毛髪ケラチン4、KRT84
  • タイプII毛髪ケラチン5、KRT85
  • タイプII毛髪ケラチン6、KRT86

毛幹は主に毛ケラチンと関連タンパク質（KRTAP）で構成されています。KRTAPは、進化の歴史の中で遺伝子重複イベントによって生じた多様な遺伝子ファミリーの産物です。これらの遺伝子は通常小さく、1,000塩基対未満の長さの単一のエクソンで構成されています。過去10年間で、ヒトを含む哺乳類で多数のKRTAP遺伝子が特定されています。アミノ酸組成に基づいて、高硫黄（システイン<30モル%）、超高硫黄（システイン> 30モル%）、高グリシン/チロシンの3つのグループに分類されます。^[7]毛ケラチンは、毛髪形成に寄与する特殊細胞であるトリコサイト内で中間径フィラメント（KIF）を形成します。これらの細胞が皮質内を上方に移動すると、KIFが凝集し、マトリックスと呼ばれる空間に囲まれます。KRTAP（KAPとも呼ばれる）は、KIF間のこのマトリックスの重要な部分です。 KRTAPはKIFとの架橋ネットワークの構築に役割を果たし、硬い毛幹の形成に寄与することが示唆されている。^[7]

毛髪の成長中、毛包球細胞が皮質またはキューティクルの毛髪ケラチノサイトに急速に変化すると、約 50～100 個のケラチン遺伝子が転写レベルで活性化されます。^[8]ただし、この複雑なプロセスは、いくつかの高度に保存された遺伝子ファミリーに簡略化できます。皮質ケラチノサイトでは、ケラチン遺伝子の発現の明確なパターンが明らかであり、さまざまな細胞タイプ間で異なる階層的な転写プロセスが存在することを示しています。ケラチン遺伝子プロモーター領域を調べると、これらの細胞固有の特性を制御している可能性のある保存された配列モチーフが明らかになりました。^[8]さらに、関連するヒツジとヒトのキューティクルケラチン遺伝子の分離により、キューティクル細胞の分化中に保存された DNA モチーフと発現パターンが発見されました。さらに、トランスジェニックマウスでのヒツジウール毛包 IF および高硫黄ケラチン遺伝子の発現は、毛髪ケラチン遺伝子に関連する調節 DNA 要素とタンパク質が哺乳類種全体で機能的に保存されていることを示唆しています。^[8]

ケラチンは、サイトケラチンとして知られる大きな多重遺伝子ファミリーを構成しています。これらのサイトケラチンは、さまざまな上皮タイプで異なって発現しており、乳がんのマーカーとして広く研究されてきました。これらは、酸性のタイプ I と塩基性から中性のタイプ II サイトケラチンに分類されます。^[9]中間径フィラメントネットワークは、等量のタイプ I とタイプ II ケラチンの必要なペアリングによって形成されます。KRT81 などの毛髪ケラチンは、毛髪や爪などの硬質ケラチン構造に典型的ですが、乳腺などの他の場所では発現せず、これらの器官に特有の構造タンパク質として機能すると考えられています。

KRT81はII型毛ケラチンで、毛皮質で発現する主要な毛タンパク質です。興味深いことに、KRT81は典型的には毛髪構造と関連しているにもかかわらず、SKBR3ヒト乳がん細胞株および乳がんの転移性リンパ節で発現が観察されていますが、正常な乳房上皮細胞では観察されていません。さらに、発現したKRT81は5'切断型アイソフォーム（ΔHb1）であり、全長タンパク質は発現していないことがわかりました。^[9]しかし、乳がん細胞におけるこの切断型の正確な機能は不明のままです。

ウエスタンブロット分析により、さまざまなヒト乳がん細胞株（MCF7、SKBR3、MDA-MB-231）、正常ヒト乳腺上皮細胞（HMEC）、非腫瘍性細胞（MCF10A）で完全な55kDaのKRT81の存在が検出されました。^[9] 逆転写ポリメラーゼ連鎖反応により、乳房細胞で5'領域を含む完全長KRT81の発現が確認されました。免疫組織化学および免疫蛍光検査により、KRT81は細胞質内に位置しました。さらに、KRT81ノックダウンMDA-MB231細胞では、ザイモグラフィーによりMMP9活性の低下が示され、スクラッチアッセイと浸潤アッセイでは細胞の移動と浸潤能力の低下が示されました。^[9]これは、正常な乳房上皮細胞と乳がん細胞の両方で完全なKRT81発現が初めて示された証拠です。さらに、この研究結果は、KRT81 が乳がん細胞の移動と浸潤に役割を果たしていることを示唆しています。

• 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)におけるケラチン、+毛髪特有
• 「ヘアケラチン」。2006年5月31日。 2017年3月30日閲覧。