Metylácia ako kľúčový regulátor agregácie Tau a zdravia neurónov pri Alzheimerovej chorobe

Abstraktné

Neurodegeneratívne ochorenia ako Alzheimerova, Parkinsonova a Huntingtonova choroba zahŕňajú abnormálnu agregáciu a akumuláciu toxických proteínových agregátov. Posttranslačné modifikácie (PTM) príčinných proteínov hrajú dôležitú úlohu v etiológii ochorenia, pretože môžu buď spomaliť alebo urýchliť progresiu ochorenia. Alzheimerova choroba je spojená s agregáciou a akumuláciou dvoch hlavných proteínových agregátov – intracelulárnych neurofibrilárnych klbiek tvorených proteínom Tau asociovaným s mikrotubulami a extracelulárnymi amyloidnými plakmi. Posttranslačné modifikácie sú dôležité pre reguláciu funkcie Tau, ale nerovnováha v PTM môže viesť k abnormálnej funkcii a agregácii Tau. Metylácia Tau je jedným z dôležitých PTM Tau v jeho fyziologickom stave. Avšak metylačný podpis na Tau lyzíne sa zmení, keď získa patologickú agregovanú formu. Tau metylácia môže súťažiť s inými PTM, ako je acetylácia a ubikvitinácia. Stav PTM na týchto miestach určuje osud proteínu Tau z hľadiska jeho funkcie a stability. Globálna metylácia v neurónoch, mikrogliách a astrocytoch sa podieľa na viacerých bunkových funkciách zahŕňajúcich ich úlohu v epigenetickej regulácii génovej expresie prostredníctvom metylácie DNA. Tu sme diskutovali o účinku metylácie na funkciu Tau miestne špecifickým spôsobom a o ich krížovej komunikácii s inými modifikáciami lyzínu. Rozpracovali sme aj úlohu metylácie v epigenetických aspektoch a neurodegeneratívnych stavoch spojených s nerovnováhou v metabolizme metylácie ovplyvňujúcou globálny stav metylácie buniek.

Kľúčové slová

Tau, metylácia, metyltransferázy, posttranslačné modifikácie, epigenetika, agregácia.

Pre získanie kliknite semaké sú účinky Cistanche

Pozadie

Alzheimerova choroba je spojená so zlým poskladaním prevažne dvoch proteínov. Amyloid-peptid agreguje extracelulárne a vytvára sa štiepením amyloidového prekurzorového proteínu (APP) spojeného s membránou. Tau je kľúčový proteín podieľajúci sa na stabilizácii mikrotubulov v neurónových axónoch, ktoré tvoria intracelulárne neurofibrilárne klbká (NFT) [1]. Mikrotubuly fungujú ako dráhy pre molekulárne motory kinezín a dyneín na uskutočňovanie intracelulárneho transportu, ako aj na odstraňovanie akumulácie toxických proteínov. Porucha funkcie Tau spôsobuje defekt v tomto transportnom mechanizme, ktorý vedie k cytotoxicite a neurodegenerácii, pretože sa môžu šíriť a indukovať toxicitu v iných bunkách [2–4]. Neurofibrilárne klbká sú charakteristickým znakom Alzheimerovej choroby a súvisiacich neurodegeneratívnych tauopatií, v ktorých je hlavnou zložkou Tau [5, 6]. Tau je vysoko rozpustný proteín, ale jeho abnormálne posttranslačné modifikácie ovplyvňujú jeho prirodzene rozvinutú štruktúru a jeho schopnosť spájať sa s mikrotubulmi [7–9]. Funkcia a štruktúra Tau závisí od bunkového prostredia, ako aj od posttranslačných modifikácií [10]. Fosforylácia sa považuje za dôležitý PTM Tau, pretože sa podieľa na fyziologických aj patologických stavoch. Na spojenie Tau s mikrotubulami je potrebná fosforylácia. Hyperfosforylácia Tau však vedie k jeho disociácii z mikrotubulov a vedie k agregácii [10–12]. Fosforylovaný stav Tau zase závisí od úrovne kinázovej aktivity a rovnováhy medzi kinázami a fosfatázami v neurónoch [13]. Mapovanie PTM v Tau proteíne získanom z mozgu pacientov s AD odhalilo fosforylačné miesta, ktoré sa za normálnych podmienok nevyskytujú [14]. Niektoré z hlavných patologických miest zahŕňajú AT8 (pS202/pT205), AT100 (pT212/pS214), AT180 (pT231/pS235), PHF1 (pS396/pS404), pS356, pY394, pT403 a pS429, pS422. Väčšina z týchto miest leží v oblasti opakovania a priľahlej oblasti (N a C-koniec) Tau. Modifikácie na určitých miestach pravdepodobne indukujú agregáciu Tau narušením distribúcie náboja a zmenou intramolekulárnych interakcií [15–18]. Fosforyláciu Tau vykonávajú rôzne rodiny kináz. Tieto zahŕňajú prolínom riadené proteínkinázy podobné GSK-3, CDK5 a MAP kinázy (mitogénom aktivované proteínkinázy); neprolínom riadené proteínkinázy podobné CK (kazeínkináza), MARKs (kinázy regulujúce afinitu mikrotubulov), PKA (proteínkináza A) a SFK podobné tyrozínovým špecifickým kinázam (kinázy rodiny Src) [19]. Hladina a aktivita týchto kináz sú zvýšené v prípade AD a zistilo sa, že väčšina z nich je spolulokalizovaná s NFT. Tau hyperfosforylácia nastáva, keď dôjde k čistému zvýšeniu fosforylácie, tj existuje nerovnováha medzi fosforyláciou a defosforyláciou. Tento stav vo všeobecnosti vzniká v dôsledku zvýšenia aktivity kinázy spolu s inhibíciou proteínových fosfatáz. PP2A (Proteín fosfatáza 2A) je hlavnou fosfatázou bunky s takmer 70 percentami celkovej bunkovej fosfatázovej aktivity [20–22]. PP2A je regulovaný dvoma spôsobmi – metyláciou a pôsobením endogénnych bunkových inhibítorov nazývaných I1 a I2. Aktivita PP2A sa môže pri AD znížiť až o 50 percent v dôsledku hypometylácie alebo zvýšenia hladín jeho inhibítorov [23].

Je pozoruhodné, že existuje 11 známych metylačných miest na Tau vo fyziologických podmienkach počas agregácie; rozsah metylácie je znížený. 7 metylačných miest bolo zmapovaných v Tau prítomných ako párové špirálové vlákna (PHF) [24, 25]. Metylácia na týchto miestach potenciálne koreluje s výskytom fosforylácie na seríne v týchto motívoch. Existujú štúdie, ktoré preukázali asociáciu fosforylácie Tau (pT181) so zvýšenými hladinami celkového homocysteínu a zníženým pomerom S-adenosylmetionín:S-adenosyl homocysteín v mozgovomiechovom moku (CSF) [26, 27]. Zvýšená hladina homocysteínu je indikátorom defektného metylačného potenciálu v bunkách. Proteínová fosfatáza 2A (PP2A) funguje ako aktívny enzým vo svojom metylovanom stave, čo ukazuje vplyv aberantného metylačného potenciálu na fosforyláciu Tau [28–30]. Okrem nepriameho účinku metylácie na fosforyláciu Tau môže metylácia hrať dôležitú úlohu pri modulácii sklonu k agregácii Tau. Zistilo sa, že in vitro metylácia Tau znižuje tendenciu Tau k agregácii bez ovplyvnenia jeho schopnosti stabilizovať zostavu mikrotubulov. Polymerizácia mikrotubulov bola brzdená iba v prítomnosti Tau metylovaného pri vyšších stechiometriách. Metylovaný Tau vytvoril fibrily podobné nemodifikovanému Tau, ale zistilo sa, že celková tendencia k agregácii a kritická koncentrácia Tau na spustenie agregačnej reakcie sú zvýšené [24].

Metylácia sa uskutočňuje triedou enzýmov nazývaných metyltransferázy. Metyltransferázy triedy II sú enzýmy obsahujúce doménu SET, ktoré fungujú hlavne ako histón metyltransferázy [31–33]. Existujú však metyltransferázy rovnakej triedy ako G9a a SUV39, ktoré sa pohybujú medzi jadrom a cytoplazmou, aby pôsobili na cytoplazmatické proteíny [34, 35]. Lyzínové zvyšky v proteíne môžu byť podrobené metylácii, acetylácii, ubikvitinácii, SUMOylácii a glykácii (obr. 1) [9, 36, 37]. Jedným z dôležitých atribútov posttranslačnej modifikácie na lyzínovom zvyšku je možnosť súťaženia o modifikáciu jedného špecifického miesta. Stav modifikácie môže určiť funkciu proteínu. Existuje priamy vzťah metylácie s inými modifikáciami lyzínu, najmä acetyláciou a ubikvitináciou v proteíne Tau [9, 25, 29]. Obsadenie jedného lyzínového zvyšku metyláciou, acetyláciou alebo ubikvitináciou môže riadiť osud proteínu Tau rôznymi smermi. Preto je dôležité študovať povahu krížových rozhovorov vyskytujúcich sa medzi všetkými týmito PTM, aby sme lepšie pochopili mechanizmus funkcie Tau v zdraví a chorobe. Existuje tiež možný krížový rozhovor medzi metyláciou s fosforyláciou na motívoch PHF6 a PHF6* (VQIINK a VQIVYK), kde sa zdá, že acetylácia hrá dôležitú úlohu, ako naznačujú niektoré štúdie [38, 39]. Na pochopenie základných mechanizmov zapojených do presluchu medzi metyláciou a fosforyláciou je však potrebný ďalší prieskum.

Tau metylácia pri Alzheimerovej chorobe

Tau môže byť podrobený monometylácii alebo dimetylácii, ktorá určuje ich regulačné úlohy, ale zatiaľ nebola trimetylácia v Tau zaznamenaná [9, 24]. Napríklad rozsah metylácie na špecifických miestach je nepriamo úmerný sklonu Tau k agregácii. Tau metylácia sa vyskytuje na niekoľkých lyzínoch a niekoľkých arginínových zvyškoch pôsobením enzýmov nazývaných lyzín metyl transferázy alebo arginín metyl transferázy. O metyltransferázach podieľajúcich sa na modifikácii proteínu Tau však nie je veľa známe. Nedávna správa od Bachmanna a kol. o úlohe metyltransferázy SETD7 na monometylácii Tau na K130 a jej blízkom lyzínovom zvyšku K132 a jej význame v jadrovej lokalizácii Tau [40]. Väčšina metylačných miest leží v oblasti Tau viažucej mikrotubuly [9, 24, 25]. Na získanie prístupu k úlohe metylácie Tau pri MTBR, Funk a kol., vykonali in vitro test polymerizácie tubulínu v neprítomnosti Tau a v prítomnosti synteticky metylovaného alebo nemodifikovaného Tau. Zistilo sa, že metylácia Tau neovplyvňuje rozsah polymerizácie tubulínu v jeho metylovanom stave. Zistilo sa, že polymerizácia tubulínu je potlačená iba s Tau, ktorý má vyššie stechiometrie metylácie. Ďalej sa zistilo, že sklon Tau k agregácii je v inverznom vzťahu k rozsahu metylácie [24].

Bolo študované, že rozsah monometylovaných miest sa zvyšuje so starnutím, ako aj s progresiou AD. Zásobník rozpustného Tau tiež obsahuje metylované arginínové miesta v normálnom mozgu. Súčasné poznatky o dôsledkoch metylácie Tau pri AD naznačujú, že metylácia je súčasťou normálneho Tau, ako aj jeho patologickej formy ako PHF. Je známe, že arginínové zvyšky R126, R155 a R349 sú monometylované v normálnom aj patologickom Tau [41]. Predpokladá sa, že metylácia arginínu v Tau je zapojená do membránovej väzby Tau a jeho nukleo-cytoplazmatického prenosu [42, 43]. Mechanizmus týchto procesov však nie je jasný. Zmeny v podpise metylácie sa vyskytujú pri AD, čo môže zmeniť intramolekulárne sily v molekule Tau, čo vedie k zmeneným lokálnym konformáciám. Zmeny v lokálnych konformáciách zase ovplyvňujú rozpustnosť a väzbové vlastnosti. Súbor PTM teda určuje rozpustnosť a sklon Tau k agregácii. V blízkosti je prítomných niekoľko fosforylačných a metylačných miest v Tau, čo môže zmeniť výskyt oboch modifikácií. Napríklad sa zistilo, že fosforylácia Tau na S262 sa vyskytuje častejšie spolu s metyláciou na K267 [25]. Okrem toho metylovaný Tau prevládal v postihnutých oblastiach mozgu odvodených od pacientov s AD. Lézie Te Tau v mozgu AD preukázali imunoreaktivitu na metylovaný Tau, keď boli označené protilátkou anti-meK (antimetylovaný lyzín) [25].

Vzor metylácie na normálnom Tau a Tau odvodenom od PHF poskytuje dôležitý náznak jeho regulačnej úlohy pri agregácii. Normálny Tau v ľudskom mozgu môže byť monometylovaný alebo dimetylovaný, zatiaľ čo Tau v PHF je iba monometylovaný [37]. Existuje osem lyzínových zvyškov, ktoré sú dimetylované z celkovo jedenástich metylačných miest v Tau. V Tau odvodenom od PHF je tiež menej metylačných miest v porovnaní s normálnym Tau. Prítomnosť metylovaného Tau v blízkosti miest fosforylácie, najmä v motívoch KXGS, môže poskytnúť ochrannú úlohu proti fosforylácii. Okrem toho dve z metylačných miest na K24 a K44 ležia v blízkosti miest štiepenia kaspázy a kalpaínu, zatiaľ čo iné vytvárajú fragmenty, ktoré sú náchylné na agregáty [44–46]. Existujú obmedzené štúdie týkajúce sa priamej úlohy metylácie na funkciu a agregáciu Tau, ale súčasné poznatky naznačujú, že môže mať dôležitú úlohu pri rozhodovaní o osude Tau.

Cistanche pilulkyaVýhody Cistanche

Metylácia ako spôsob epigenetickej regulácie a jej úloha pri Alzheimerovej chorobe

V neurodegeneratívnych stavoch je metylácia zahrnutá nielen ako PTM Tau, ale je tiež rozhodujúca, pokiaľ ide o jej úlohu v epigenetickej regulácii a metabolických aspektoch. Alzheimerova choroba je spojená s mnohými zmenami v epigenetickom zložení nervových buniek vrátane neurónov, mikroglií a astrocytov [47–50]. V mikroglii zosilňovač homológu kôry 2 (EZH2) pracuje spolu s katalytickou podjednotkou polycomb represívneho komplexu 2 na vykonanie umlčania transkripcie. Tento komplex sa podieľa na trimetylácii na H3K27 (H3K27me3) [51]. Mikroglie podstupujú časté zmeny v epigenetickom zložení a po stimulácii vykazujú fenotypové zmeny [52]. Zistilo sa, že mikroglie vopred exponované LPS alebo TLR4 ligandom podliehajú zreteľným zmenám v epigenetickom zložení v ich primárnom a neprimovanom stave [51]. Naopak, v imunosuprimovanom stave sa zistilo, že hladiny metylácie v H3K3Me3 sú znížené. V neurónových bunkách dochádza k hypometylácii CpG na promótore brca1 (karcinóm prsníka 1) [53]. Downregulácia BRCA1 vedie k defektom v oprave zlomu dvojvláknovej DNA a nakoniec vedie k smrti neurónov (obr. 2). K epigenetickej regulácii génovej expresie dochádza prostredníctvom metylácie dvoma spôsobmi – modifikáciou lyzínových zvyškov v jadre histónu a metyláciou CpG dinukleotidov [54–57]. Existujú však výskyty non-CpG metylácie. Metylácia na histón lyzíne aj metylácia DNA slúžia na umlčanie génov a potlačenie transkripcie. V oblasti promótora a zosilňovača génov sú často prítomné zhluky CpG nazývané ostrovy CpG. Tieto ostrovy CpG majú buď metylované alebo hydroxymetylované cytozíny ako 5-metylcytozín (5mC) a 5-metylhydroxycytozín (5hmC) [58–60]. 5mC je spojený s génovou represiou, zatiaľ čo konverzia 5mC na 5mC predstavuje aktiváciu génu [61, 62]. Metylácia na CpG bráni väzbe transkripčných faktorov, ako sú Ets-1, ako aj hostiteľských väzbových proteínov 5mC, ako sú MeCP2, MBD1, MBD2 a MBD4, ktoré fungujú ako transkripčný represor [63]. Okrem metylácie DNA na miestach CpG existuje aj veľké množstvo miest CpH (H označuje A, T alebo C), ktoré sú metylované [64, 65].

Na prenose metylovej skupiny z S-adenosyl-L-metionínu na nukleotidy v DNA sa podieľa päť typov DNA metyltransferáz – DNMT1, DNMT2, DNMT3a, DNMT3b a DNMT3L [66, 67]. Z nich sa DNMT1 primárne podieľa na udržiavaní metylačných podpisov na DNA. Pri Alzheimerovej chorobe existujú dôkazy o znížených hladinách 5mC a DNA metyltransferázy 1 (DNMT1) v hipokampálnej a temporálnej oblasti mozgu [68, 69]. V inej štúdii sa však našli zvýšené hladiny metylácie DNA a DNMT vo frontálnom kortexe, temporálnom kortexe a mozočku [70–72]. Metylácia DNA je robustný mechanizmus génovej regulácie na epigenetickej úrovni, takže metylačné podpisy sa menia na génovom lokuse v závislosti od bunkových podmienok. Hladiny metylácie CpG ostrovov v oblasti zosilňovača a promótora boli študované pri AD, čo naznačuje epigenetickú dysreguláciu v zosilňovačoch génov, ktoré sú kľúčové pre zdravie neurónov [73, 74]. Strata metylácie na CpH na zosilňovačoch a promótoroch bola pozorovaná v podmienkach AD, čo vedie k zvýšenej expresii cieľového génu. Znížené hladiny metylácie na týchto cieľových génoch sú spojené s nadmernou stimuláciou apoptotických a zápalových dráh [73–76]. Podobne znížená metylácia na zosilňovači bace1 vedie k nadprodukcii BACE1, čo následne vedie k produkcii amyloidu [73, 77]. Upregulácia hladín BACE1 je tiež spojená s hypometyláciou zosilňovacích prvkov v bunkových adhéznych molekulách Downovho syndrómu, ako je 1 (DSCAML1). To vedie k nadmernej regulácii bace1 v skorých štádiách AD [73]. Mnohé zo zmien v metylácii zosilňovača spočívajú v génoch regulujúcich expresiu regulačných proteínov bunkového cyklu, ako sú cyklín-dependentné kinázy (CDK). Znížená metylácia zosilňovača CDK upreguluje ich hladiny a narúša reguláciu bunkového cyklu [78–80]. To má za následok náhly opätovný vstup do neurónového bunkového cyklu, ktorý sa stáva abortívnym v dôsledku nedostatku správnych regulačných mechanizmov [79]. To vedie k podpore smrti neurónov a synaptickej strate vedúcej k neurodegenerácii. Výskyt hypometylácie DNA na zosilňovačoch je spojený s tvorbou amyloidných agregátov v skorých štádiách AD [73].

Existujú protichodné pozorovania týkajúce sa úrovní metylácie, čo sťažuje pochopenie úlohy metylácie DNA pri neurodegenerácii. Účinok metylácie teda môže závisieť nielen od hladín, ale aj od miesta metylácie DNA. Charakteristické vzorce metylácie DNA a génových expresií sú spojené s normálnymi fyziologickými stavmi a patologickými stavmi [81–85]. Prepracovaná štúdia metylačných podpisov špecifických pre AD na DNA môže poskytnúť dôležitý biomarker na hodnotenie rizikových faktorov, progresie a detekcie AD.

Extrakt z cistanche

Krížová diskusia o metylácii Tau s inými PTM

PTM sú spôsobom regulácie viacerých bunkových procesov, ktoré samy osebe sú vysoko regulované. Súbor PTM na proteíne generuje kód, ktorý určuje jeho štruktúru a funkciu. Výskyt súboru viacerých modifikácií alebo pravdepodobnosť modifikácie jedného miesta rôznymi PTM je rozhodujúca pre funkciu proteínu a mení sa v závislosti od bunkového prostredia. Rôzne lyzínové zvyšky na Tau sú podrobené viac ako jednému druhu modifikácie. Napríklad K180 môže byť acetylovaný alebo metylovaný, K254 a K290 môže byť metylovaný alebo ubikvitinovaný a K385 môže byť metylovaný alebo SUMOylovaný [9, 36]. Stav PTM na konkrétnom zvyšku je charakteristický pre funkčný stav Tau.

Existujú dôkazy o možnej krížovej komunikácii medzi metyláciou, acetyláciou, ubikvitináciou a SUMOyláciou, pričom podľa stavu je preferovaný jeden PTM. Ubikvitinácia na K254 je kritická vo fyziologických podmienkach na udržanie homeostázy Tau [25, 86]. Pri AD úroveň metylácie Tau na K254 prevyšuje jej úroveň ubikvitinácie v PHF, čo bráni klírensu agregátov Tau ubikvitínovým proteazomálnym systémom (UPS) [25]. Zistilo sa však, že ďalší lyzínový zvyšok K290 je ubikvitinovaný v agregovanom Tau, zatiaľ čo je za normálnych podmienok metylovaný [41]. Ubikvitinácia má tiež možnú krížovú komunikáciu s fosforyláciou, pretože sa zistilo, že ubikvitinácia Tau v PHF je spojená s fosforyláciou, pretože predchádza ubikvitinácii a inkorporácii do PHF [87–90]. Podobne je acetylácia ako PTM známa svojou úlohou pri tauopatiách. Proteín Tau ako PHF je v patologickom stave v porovnaní s fyziologickými stavmi vysoko acetylovaný. Lyzínové zvyšky K163, K174 a K180 môžu byť podrobené acetylácii alebo metylácii v patologických a fyziologických stavoch [37, 91]. Metylácia má dôležitú funkciu pri stabilite proteínu Tau. Medzi metyláciou Tau a fosforyláciou, kde obe miesta susedia, by mohlo dôjsť ku krížovej komunikácii. Napríklad tri lyzíny v motívoch KXGS (K259, K290 a K353) sú metylované za fyziologických podmienok [24, 37]. Modifikácie lyzínu na motívoch KXGS výrazne znižujú fosforylačný potenciál na susednom seríne, čo implikuje ochrannú úlohu metylácie. Zistilo sa však, že acetylácia lyzínu na motíve KXGS je prítomná v PHF a je známe, že zvyšuje hyperfosforyláciu Tau [92]. Väčšina miest pre metyláciu je prítomná v oblasti viažucej mikrotubuly (MTBR), z ktorých tri miesta sa prekrývajú s ubikvitináciou [24, 25]. Uvádza sa, že acetylácia na K163, K174 a/alebo K180 sa vyskytuje in vivo, zatiaľ čo obsadenie acetylácie sa zvyšuje s progresiou AD. Zistilo sa, že miesta v rámci (K274 a K280) alebo susediace (K259 a K353) s PHF6* v MTBR sú acetylované [9, 37]. SUMOylácia Tau sa vyskytuje hlavne v dvoch miestach – K340 a K385, pričom obe ležia v oblasti opakovanej domény Tau [93]. Je známe, že SUMOylácia na K340 má patologický vplyv, pretože koreluje s fosforyláciou Tau na fosfoepitopoch spojených s AD, ako sú T231 a S262 [94]. Hoci je známe, že SUMOylácia na K340 má patologickú úlohu; K385 slúži aj ako miesto pre metyláciu a ubikvitináciu, čo naznačuje jeho rozhodujúcu úlohu pri neurodegenerácii. Možnosť modifikácie jedného miesta prostredníctvom rôznych PTM značiek (metylácia, acetylácia atď.) môže viesť k rôznym osudom proteínu Tau (obr. 3). Súčasné dôkazy rôznych PTM krížových rozhovorov naznačujú, že konkurencia o lyzínové zvyšky môže riadiť funkčný stav, ako aj premenu Tau proteínu.

Regulácia metylácie Tau a jej metabolické dôsledky na zdravie neurónov

Stav celkovej metylácie/demetylácie v bunkách závisí od súboru univerzálnych donorov metylových skupín, tj S-adenosylmetionínu (SAM) odvodeného od metionínu. SAM sa po darovaní metylovej skupiny premení na S-adenosyl homocysteín (SAH), ktorý sa následne hydrolyzuje na homocysteín v reverzibilnej reakcii (obr. 4) [95–97]. Homocysteín môže byť premenený späť na metionín pomocou enzýmu metionínsyntázy, ktorý podporuje optimálny metylačný potenciál v bunke, alebo sa môže premeniť na cysteín v transsulfuračnej reakcii pomocou folátu [98, 99]. Pomer SAM a SAH je teda dôležitým determinantom metylačného potenciálu, kde vyššia hladina SAH odráža narušenú bunkovú metyláciu [100]. Metabolizmus metylovej skupiny v bunkách sa považuje za kritický faktor týkajúci sa zdravia neurónov v dôsledku zapojenia metylácie do rôznych regulačných procesov, ako je represia génov prostredníctvom metylácie DNA, epigenetická regulácia prostredníctvom modifikácie histónov, metabolizmus neurotransmiterov, úloha pri syntéze fosfolipidov a tvorbe myelínu. [101 – 108].

Nerovnováha vo fosforylácii Tau vzniká buď nadmernou aktivitou kinázy alebo zníženou aktivitou fosfatázy. Pri AD môže dôjsť k hyperfosforylácii Tau, ak je aktivita PP2A potlačená bez akejkoľvek zmeny aktivity kinázy [109]. Nižší pomer SAM: SAH je dôležitý pri tauopatiách, pretože existuje nepriamy vzťah medzi narušenou bunkovou metyláciou a hyperfosforyláciou Tau [110]. V tomto aspekte je PP2A dôležitá proteínová fosfatáza, o ktorej je známe, že reguluje fosforylačný stav Tau. PP2A pozostáva z troch podjednotiek vo svojej aktívnej forme – A, B a C [111–113]. Tvorba aktívnych enzýmov je regulovaná reverzibilnou metyláciou na C-konci podjednotky C, ktorá riadi tvorbu enzýmového heterotriméru. K metylácii dochádza aj na AC diméri, o ktorom sa ukázalo, že podporuje jeho afinitu k podjednotke B [113]. Metylácia teda hrá ústrednú úlohu pri aktivácii PP2A. SAH vytvorený ako výsledok metylácie sprostredkovanej SAM vedie k vzniku homocysteínu, ktorý sa zvyčajne premieňa na metionín alebo sa môže vrátiť na SAH spojením s adenozínom [114]. Určité rizikové faktory, ako je folát (požadovaný na transsulfuračnú reakciu) alebo kobalamín (vyžadovaný na premenu homocysteínu na metionín), nedostatok, stravovacie návyky, genetické faktory atď., podporujú akumuláciu SAH [97, 115–117]. Akumulácia SAH podporuje celkovú hypometyláciu, čím uprednostňuje depléciu metylového donorového SAM poolu, ako aj je kompetitívnym inhibítorom enzýmov metyltransferázy. Zvýšený homocysteín sa zvyčajne považuje za biomarker pri vaskulárnych ochoreniach [118–120]. Je známe, že metabolické defekty vedúce k akumulácii homocysteínu ovplyvňujú kognitívne funkcie prostredníctvom rôznych mechanizmov [121, 122]. Homocysteín je zodpovedný za ovplyvňovanie zdravia neurónov prostredníctvom oxidačného stresu, ukladania amyloidu a podpory fosforylácie Tau [123–130]. Hladinu homocysteínu možno považovať za rizikový faktor aj za patologický marker. Zameranie na zvýšenú hladinu homocysteínu teda môže pomôcť pri kontrole progresie AD.

Zhrnutie a budúce smerovanie

Výskyt a progresia Alzheimerovej choroby závisí od množstva faktorov, z ktorých hlavnú úlohu zohrávajú posttranslačné modifikácie kľúčových proteínov. Tau je vystavený veľkému počtu PTM na viacerých miestach a pokiaľ ide o PTM Tau, fosforylácia je dobre študovaná a zistilo sa, že má definitívnu úlohu v progresii ochorenia. Úlohu metylácie je však potrebné preskúmať a jasne pochopiť. Na jednej strane má metylácia Tau ochrannú funkciu proti jeho agregácii, zatiaľ čo na druhej strane môže mať škodlivý účinok. V závislosti od miesta metylácie a jej možnej krížovej komunikácie a konkurencie o dostupné miesto sa účinok môže líšiť. Lyzínové zvyšky, ktoré môžu byť podrobené acetylácii aj metylácii, sú dôležité z hľadiska funkcie a stability Tau, pretože je známe, že acetylácia je spojená s agregovaným Tau. Tau PHF odvodené z AD mozgov sú silne acetylované na viacerých miestach. Ochrannú funkciu metylácie proti agregácii Tau možno pripísať preferenčnej metylácii takýchto miest. Avšak lyzínové zvyšky ako K254, ktoré môžu byť podrobené metylácii a ubikvitinácii, predstavujú iný scenár. V takýchto prípadoch môže metylácia brániť degradácii Tau a obratu v bunkách tým, že bráni proteazomálnej degradácii Tau.

Doplnky Cistanche

Epigenetická regulácia je dôležitým aspektom Alzheimerovej choroby, pretože je známe, že úroveň expresie mnohých kľúčových proteínov, ako sú APP, BACE1, presenilín a ApoE, podlieha epigenetickej regulácii. Tu je kľúčová úloha metylácie ako génového represora prostredníctvom metylácie DNA, ako aj pri prestavbe chromatínu prostredníctvom modifikácie histónového lyzínu. Celkový metylačný potenciál buniek je potrebný na kontrolu transkripčných hladín génov. Podmienky, ktoré podporujú hypometyláciu, by mohli viesť k zvýšeným hladinám génových transkriptov a tým k zvýšeným hladinám proteínov. Proteíny, ktoré sa priamo (APP, Tau a presenilíny) alebo nepriamo (BACE1 a rôzne iné kinázy) podieľajú na progresii AD, sú upregulované, čo vedie k posunu rovnováhy smerom k progresii ochorenia. Ďalej sú enzýmy zapojené do ochrannej funkcie, ako je PP2A, regulované metyláciou. Pri zníženej metylácii v bunkách vedie supresia PP2A k zvýšeným a abnormálnym hladinám fosforylácie vrátane hyperfosforylácie Tau.

Metylácia sa priamo podieľa na regulácii Tau, ako aj na epigenetických mechanizmoch a hypometylovaný stav v bunkách je jedným z príčinných faktorov. Existuje zložitá rovnováha medzi úrovňou univerzálneho donoru metylovej skupiny SAM a jeho náprotivkom SAH, ktorý určuje celkový metylačný potenciál. Nerovnováha metabolizmu metylových skupín môže byť spôsobená vnútornými a vonkajšími faktormi, čo vedie k nižšiemu pomeru SAM: SAH a tým k zníženiu metylačného potenciálu. V takýchto prípadoch sú hladiny plazmatického homocysteínu vysoko zvýšené, čo sa dlho používalo ako marker zdravia srdca. Zistilo sa však, že jeho hladina je tiež zvýšená pri neurodegeneratívnych stavoch, čo naznačuje dôležitú úlohu metylácie.

Metylácia môže slúžiť ako represor alebo aktivátor génovej expresie v závislosti od miesta modifikácie histón lyzínu [131]. Podávanie špecifických inhibítorov DNMT môže pomôcť zmierniť patologické stavy, ktoré vznikajú z hypermetylácie. Hypoxické stavy v kortikálnych a hipokampálnych neurónoch viedli k zvýšenej H3K9Me2 a zníženej acetylácii H3 na promótore neprilyzínu, čo viedlo k jeho downregulácii. Znížené hladiny neprilyzínu podporujú akumuláciu amyloidného plaku, pretože funguje ako enzým degradujúci A [132]. Diazepinchinazolín-amínový derivát-BIX-01294 je inhibítor DNMT, ktorý špecificky pôsobí na metyltransferázu G9a [133]. Uvádza sa, že liečba BIX{12}} dopĺňa synaptickú plasticitu v modeli amyloidných potkanov [134]. Avšak väčšina inhibítorov alebo modulátorov metylácie, ako je decitabín (DAC) a azacitidín (AZA), je nešpecifická a vykazuje globálne účinky na celý genóm [135]. Pri navrhovaní terapeutických stratégií je teda žiaduce použitie inhibítorov alebo modulátorov, ktoré sú špecifickými činidlami, ktoré môžu pôsobiť na udržanie metylačného potenciálu.

Diétne návyky a terapeutické zásahy môžu pomôcť obnoviť normálnu hladinu homocysteínu a tým aj metylačný potenciál. Pretože metylácia je zapojená priamo ako modifikátor Tau a nepriamo ako epigenetický modulátor na AD; môže sa ukázať ako dôležitý terapeutický cieľ na prevenciu chorôb. Alzheimerova choroba je spojená s nižšími hladinami SAM, ako je vidieť v mozgu AD [136, 137]. Pri AD sú zrejmé zmeny v metabolizme jedného uhlíka zahŕňajúce metyláciu, čo bráni globálnemu metylačnému potenciálu. Znížený metylačný potenciál zase vedie k celkovej hypometylácii. Hypometylovaný stav v neurónoch je spojený s agregáciou Tau, zvýšenou expresiou presenilínu a akumuláciou amyloidu [138, 139]. Terapeutické stratégie zamerané na doplnenie zníženého metylačného potenciálu v neurónoch sa teda môžu ukázať ako prospešné pri liečbe AD (obr. 5). Zistilo sa, že podávanie SAM u 3xTg-AD myší je účinné proti amyloidnej a Tau patológii a zlepšuje faktory spojené s reklamami, ako je genetická predispozícia a oxidačný stres [140, 141].

Prírodné zlúčeniny schopné modulovať stav metylácie DNA môžu poskytnúť doplnkový prístup na zmiernenie patologických znakov pri AD. Napríklad epigalokatechín{0}}galát (EGCG) kompetitívne inhibuje DNMT1 a vedie k opätovnej expresii génu umlčaného prostredníctvom metylácie sprostredkovanej DNMT1- [142–144]. Existujú aj ďalšie malé molekuly prírodného pôvodu, ako je naringín, apigenín, luteolín, kurkumín, genisteín atď., o ktorých je známe, že majú mierny vplyv na metyláciu DNA [144–146].

Referencie

1. Agorogiannis E, Agorogiannis G, Papadimitriou A, Hadjigeorgiou G. Chybné poskladanie proteínov pri neurodegeneratívnych ochoreniach. Neuropathol Appl Neurobiol. 2004;30:215–24.

2. Dehmelt L, Halpain S. MAP2/Tau rodina proteínov spojených s mikrotubulami. Genome Biol. 2005;6:1–10.

3. Terwel D, Dewachter I, Van Leuven F. Axonálny transport, tau proteín a neurodegenerácia pri Alzheimerovej chorobe. Neuro Mol Med. 2002;2:151–65.

4. Sonawane SK, Chinnathambi S. Priónová propagácia posttranslačne modifikovaného tau pri Alzheimerovej chorobe: hypotéza. J Mol Neurosci. 2018;65:480–90.

5. Gorantla NV, Chinnathambi S. Tau proteín získaný molekulárnymi chaperónmi počas Alzheimerovej choroby. J Mol Neurosci. 2018;66:356–68.

6. Gorantla NV, Chinnathambi S. Autofagické dráhy na čistenie agregátov tau pri Alzheimerovej chorobe. Cell Mol Neurobiol. 2020;8:1–7.

7. Ellmer D, Brehs M, Haj-Yahya M, Lashuel HA, Becker CF. Jednotlivé posttranslačné modifikácie v centrálnych opakovaných doménach Tau4 ovplyvňujú jeho agregáciu a väzbu tubulínu. Angew Chem Int Ed. 2019;58:1616–20.

8. Ercan-Herbst E, Ehrig J, Schöndorf DC, Behrendt A, Klaus B, Ramos BG, Oriol NP, Weber C, Ehrnhoefer DE. Posttranslačný modifikačný podpis definuje zmeny v rozpustnom tau korelujúce s oligomerizáciou v mozgu v ranom štádiu Alzheimerovej choroby. Acta Neuropathol Commun. 2019;7:1–19.

9. Martin L, Latypová X, Terro F. Posttranslačné modifikácie tau proteínu: implikácie pre Alzheimerovu chorobu. Neurochem Int. 2011;58:458–71.

10. Alonso ADC, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. Hyperfosforylovaný tau pri Alzheimerovej chorobe sekvestruje normálny tau do spleti filamentov a rozkladá mikrotubuly. Nat Med. 1996;2:783–7.

11. Johnson GV, Stoothof WH. Fosforylácia Tau vo funkcii a dysfunkcii neurónových buniek. J Cell Sci. 2004;117:5721–9.

12. Brandt R, Trushina NI, Bakota L, Mulkidjanian AY. Vývoj fosforylácie tau a interakcií. Predné starnutie Neurosci. 2019;11:256.

13. Yu Y, Run X, Liang Z, Li Y, Liu F, Liu Y, Iqbal K, Grundke-Iqbal I, Gong CX. Vývojová regulácia fosforylácie tau, tau kináz a tau fosfatáz. J Neurochem. 2009;108:1480–94.

14. Neddens J, Temmel M, Flunkert S, Kerschbaumer B, Hoeller C, Loefer T, Niederkofer V, Daum G, Attems J, Hutter-Paier B. Fosforylácia rôznych miest tau počas progresie Alzheimerovej choroby. Acta Neuropathol Commun. 2018;6:52.

15. Šimić G, Babić Leko M, Wray S, Harrington C, Delalle I, Jovanov-Milošević N, Bažadona D, Buée L, De Silva R, Di Giovanni G. Tau proteínová hyperfosforylácia a agregácia pri Alzheimerovej chorobe a iných tauopatiách a možné neuroprotektívne stratégie. Biomolekuly. 2016;6:6.

16. Ishiguro K, Sato K, Takamatsu M, Park J, Uchida T, Imahori K. Analýza fosforylácie tau s protilátkami špecifickými pre fosforylačné miesta. Neurosci Lett. 1995;202:81–4.

17. Goedert M, Jakes R, Crowther R, Cohen P, Vanmechelen E, Vandermeeren M, Cras P. Epitopové mapovanie monoklonálnych protilátok k párovým helikálnym filamentom Alzheimerovej choroby: identifikácia fosforylačných miest v tau proteíne. Biochem J. 1994;301:871–7.

18. O'Neill C., Anderton B., Anderton BH, Betts J., Blackstock WP, Brion J.-P., Chapman S., Connell J., Dayanandan R., Gallo J.-M. In Biochemical Society Symposia, roč. 67. Portland Press; 2001. s. 73–80.

19. Wagner U, Utton M, Gallo JM, Miller C. Bunková fosforylácia tau pomocou GSK-3 beta ovplyvňuje väzbu tau na mikrotubuly a organizáciu mikrotubulov. J Cell Sci. 1996;109:1537–43.

20. Gong CX, Lidsky T, Wegiel J, Zuck L, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. Fosforylácia proteínu tau spojeného s mikrotubulami je regulovaná proteínovou fosfatázou 2A v mozgu cicavcov, dôsledky neurofibrilárnej degenerácie pri Alzheimerovej chorobe. J Biol Chem. 2000;275:5535–44.

21. Liu F, Grundke-Iqbal I, Iqbal K, Gong CX. Príspevky proteínových fosfatáz PP1, PP2A, PP2B a PP5 k regulácii fosforylácie tau. Eur J Neurosci. 2005;22:1942–50.

22. Balmik AA, Sonawane SK, Chinnathambi S. Modulácia aktínovej siete a fosforylácie tau pomocou domény HDAC6 ZnF UBP. BioRxiv, 702571; 2019.

23. Chen S, Li B, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. I PP2A 1 ovplyvňuje fosforyláciu Tau prostredníctvom asociácie s katalytickou podjednotkou proteínovej fosfatázy 2A. J Biol Chem. 2008;283:10513–21.

24. Funk KE, Thomas SN, Schafer KN, Cooper GL, Liao Z, Clark DJ, Yang AJ, Kuret J. Metylácia lyzínu je endogénna posttranslačná modifikácia tau proteínu v ľudskom mozgu a modulátor sklonu k agregácii. Biochem J. 2014;462:77–88.

25. Thomas SN, Funk KE, Wan Y, Liao Z, Davies P, Kuret J, Yang AJ. Dvojitá modifikácia PHF-tau proteínu Alzheimerovej choroby metyláciou lyzínu a ubikvityláciou: prístup hmotnostnej spektrometrie. Acta Neuropathol. 2012;123:105–17.

26. Sontag E, Nunbhakdi-Craig V, Sontag JM, Diaz-Arrastia R, Ogris E, Dayal S, Lentz SR, Arning E, Bottiglieri T. Proteínfosfatáza 2A metyltransferáza spája metabolizmus homocysteínu s reguláciou tau a amyloidových prekurzorových proteínov. J Neurosci. 2007;27:2751–9.

27. Shirafuji N, Hamano T, Yen SH, Kanaan NM, Yoshida H, Hayashi K, Ikawa M, Yamamura O, Kuriyama M, Nakamoto Y. Homocysteín zvyšuje fosforyláciu tau, skrátenie a oligomerizáciu. Int J Mol Sci. 2018;19:891.

28. Bryant JC, Westphal RS, Wadzinski BE. Metylovaný C-koncový leucínový zvyšok katalytickej podjednotky PP2A je dôležitý pre väzbu regulačnej podjednotky B. Biochem J. 1999;339:241-6.

29. Wang Y, Yang R, Gu J, Yin X, Jin N, Xie S, Wang Y, Chang H, Qian W, Shi J. Krížové rozhovory medzi dráhami PI3K-AKT-GSK-3 a PP2A určujú tau hyperfosforylácia. Neurobiolové starnutie. 2015;36:188–200.

30. Qian W, Shi J, Yin X, Iqbal K, Grundke-Iqbal I, Gong CX, Liu F. PP2A reguluje fosforyláciu tau priamo aj nepriamo prostredníctvom aktivácie GSK-3. J Alzheimers Dis. 2010;19:1221–9.

31. Copeland RA, Solomon ME, Richon VM. Proteínové metyltransferázy ako cieľová trieda na objavovanie liekov. Nat Rev Drug Discov. 2009;8:724–32.

32. Dillon SC, Zhang X, Trievel RC, Cheng X. Nadrodina proteínov domény SET: proteín lyzín metyltransferázy. Genome Biol. 2005;6:227.

33. Qian C, Zhou MM. SET doménový proteín lyzín metyltransferázy: štruktúra, špecifickosť a katalýza. Cell Mol Life Sci CMLS. 2006;63:2755–63.

34. Rathert P, Dhayalan A, Murakami M, Zhang X, Tamas R, Jurkowska R, Komatsu Y, Shinkai Y, Cheng X, Jeltsch A. Proteín lyzín metyltransferáza G9a pôsobí na nehistónové ciele. Nat Chem Biol. 2008;4:344–6.

35. Tamas R. Výskum proteínov zodpovedných za vytvorenie a rozpoznanie významných modifikácií lyzínu; 2014.

36. Gong CX, Liu F, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. Posttranslačné modifikácie tau proteínu pri Alzheimerovej chorobe. J Neural Transm. 2005;112:813–38.

37. Kontaxi C, Piccardo P, Gill AC. Lyzínom riadené posttranslačné modifikácie tau proteínu pri Alzheimerovej chorobe a súvisiacich tauopatiách. Front Mol Biosci. 2017;4:56.

38. Min SW, Chen X, Tracy TE, Li Y, Zhou Y, Wang C, Shirakawa K, Minami SS, Defensor E, Mok SA. Kritická úloha acetylácie pri neurodegenerácii a kognitívnych deficitoch sprostredkovaných tau. Nat Med. 2015;21:1154–62.

39. Min SW, Cho SH, Zhou Y, Schroeder S, Haroutunian V, Seeley WW, Huang EJ, Shen Y, Masliah E, Mukherjee C. Acetylácia tau inhibuje jeho degradáciu a prispieva k tauopatii. Neuron. 2010;67:953–66.

40. Bichmann M, Oriol NP, Ercan-Herbst E, Schöndorf DC, Ramos BG, Schwaerzler V, Haberkant P, Gasparini L, Ehrnhoefer DE. SETD7-sprostredkovaná monometylácia lyzínu je hojná na nehyperfosforylovanom jadrovom Tau. bioRxiv; 2020.

41. Morris M, Knudsen GM, Maeda S, Trinidad JC, Ioanoviciu A, Burlingame AL, Mucke L. Tau post-translačné modifikácie u transgénnych myší divokého typu a ľudského amyloidového prekurzorového proteínu. Nat Neurosci. 2015;18:1183–9.

42. Brandt R, Léger J, Lee G. Interakcia tau s neurálnou plazmatickou membránou sprostredkovaná tauovou aminoterminálnou projekčnou doménou. J Cell Biol. 1995;131:1327–40.

43. Sultan A, Nesslany F, Violet M, Bégard S, Loyens A, Talahari S, Mansuroglu Z, Marzin D, seržant N, Humez S. Nuclear tau, kľúčový hráč v ochrane neurónovej DNA. J Biol Chem. 2011;286:4566–75.

44. Park SY, Ferreira A. Generovanie 17 kDa neurotoxického fragmentu: alternatívny mechanizmus, ktorým tau sprostredkuje neurodegeneráciu vyvolanú amyloidom. J Neurosci. 2005;25:5365–75.

45. Amadoro G, Ciotti MT, Costanzi M, Cestari V, Calissano P, Canu N. NMDA receptor sprostredkuje tau-indukovanú neurotoxicitu calpaínom a aktiváciou ERK/MAPK. Proc Natl Acad Sci. 2006;103:2892–7.

46. ​​Reinecke JB, DeVos SL, McGrath JP, Shepard AM, Goncharov DK, Tait DN, Fleming SR, Vincent MP, Steinhilb ML. Implikovanie calpaínu v toxicite sprostredkovanej tau in vivo. PLoS ONE. 2011;6:e23865.

47. Neal M, Richardson JR. Epigenetická regulácia funkcie astrocytov pri neurozápale a neurodegenerácii. Biochimica et Biophysica Acta Mol Basis Dis. 2018;1864:432–43.

48. Mastroeni D, Grover A, Delvaux E, Whiteside C, Coleman PD, Rogers J. Epigenetické zmeny pri Alzheimerovej chorobe: poklesy metylácie DNA. Neurobiolové starnutie. 2010;31:2025–37.

49. Mastroeni D, McKee A, Grover A, Rogers J, Coleman PD. Epigenetické rozdiely v kortikálnych neurónoch z páru monozygotných dvojčiat nezhodných pre Alzheimerovu chorobu. PLoS ONE. 2009;4:e6617.

50. Tulloch J, Leong L, Thomson Z, Chen S, Lee EG, Keene CD, Millard SP, Yu CE. Epigenetické zmeny APOE špecifické pre gliu v mozgu Alzheimerovej choroby. Brain Res. 2018;1698:179–86.

51. Cheray M, Joseph B. Epigenetika kontroluje plasticitu mikroglií. Front Cell Neurosci. 2018;12:243.

52. Das R, Chinnathambi S. Mikrogliálne priming prezentácie antigénu a adaptívnej stimulácie pri Alzheimerovej chorobe. Cell Mol Life Sci. 2019;6:1–14.

53. Mano T, Nagata K, Nonaka T, Tarutani A, Imamura T, Hashimoto T, Bannai T, Koshi-Mano K, Tsuchida T, Ohtomo R. Neurón-špecifická metylómová analýza odhaľuje epigenetickú reguláciu a dysfunkciu BRCA1 súvisiacu s tau v Alzheimerova choroba. Proc Natl Acad Sci. 2017;114:E9645–54.

54. Urdinguio RG, Sanchez-Mut JV, Esteller M. Epigenetické mechanizmy pri neurologických ochoreniach: gény, syndrómy a terapie. Lancet Neurol. 2009;8:1056–72.

55. Jakovcevski M, Akbarian S. Epigenetické mechanizmy pri neurologických ochoreniach. Nat Med. 2012;18:1194–204.

56. Holliday R. Metylácia DNA a epigenetické mechanizmy. Cell Biophys. 1989;15:15–20.

57. Fuks F. Metylácia DNA a modifikácie histónov: spojenie na umlčanie génov. Curr Opin Genet Dev. 2005;15:490–5.

58. Illingworth RS, Gruenewald-Schneider U, Webb S, Kerr AR, James KD, Turner DJ, Smith C, Harrison DJ, Andrews R, Bird AP. Orphan CpG ostrovy identifikujú početné konzervované promótory v cicavčom genóme. PLoS Genet. 2010;6:e1001134.

59. Murakami K, Kojima T, Sakaki Y. Hodnotenie zhlukov väzbových miest transkripčného faktora o ľudskom promótore, CpG ostrovoch a génovej expresii. BMC Genom. 2004;5:16.

60. Liu Y, Wang M, Marcora EM, Zhang B, Goate AM. Hypermetylácia promótora DNA – dôsledky pre Alzheimerovu chorobu. Neurosci Lett. 2019;711:134403.

61. Bradley-Whitman M, Lovell M. Epigenetické zmeny v progresii Alzheimerovej choroby. Mech Aging Dev. 2013;134:486–95.

62. Fu Y, He C. Modifikácie nukleových kyselín s epigenetickým významom. Curr Opin Chem Biol. 2012;16:516–24.

63. Kriaucionis S, Bird A. Metylácia DNA a Rettov syndróm. Hum Mol Genet. 2003;12:R221–7.

64. Woodcock D, Crowther P, Diver W. Väčšina metylovaných deoxycytidínov v ľudskej DNA nie je v CpG dinukleotide. Biochem Biophys Res Commun. 1987;145:888–94.

65. Ziller MJ, Müller F, Liao J, Zhang Y, Gu H, Bock C, Boyle P, Epstein CB, Bernstein BE, Lengauer T. Genomická distribúcia a medzivzorkové variácie non-CpG metylácie naprieč typmi ľudských buniek. PLoS Genet. 2011;7:e1002389.

66. Robertson KD. Metylácia DNA a ľudské choroby. Nat Rev Genet. 2005;6:597–610.

67. Moore LD, Le T, Fan G. Metylácia DNA a jej základná funkcia. Neuropsychofarmakológia. 2013;38:23–38.

68. Al-Mahdawi S, Virmouni SA, Pook MA. Epigenetické biomarkery a diagnostika. Amsterdam: Elsevier; 2016. s. 401–15.

69. Fedotova EY, Illarioshkin S. Metylácia DNA pri neurodegeneratívnych ochoreniach. Russ J Genet. 2019;55:271–7.

70. Bakulski KM, Dolinoy DC, Sartor MA, Paulson HL, Konen JR, Lieberman AP, Albin RL, Hu H, Rozek LS. Rozdiely v metylácii DNA v celom genóme medzi Alzheimerovou chorobou s neskorým nástupom a kognitívne normálnymi kontrolami v ľudskom frontálnom kortexe. J Alzheimers Dis. 2012;29:571–88.

71. Rao J, Keleshian V, Klein S, Rapoport S. Epigenetické modifikácie vo frontálnom kortexe u pacientov s Alzheimerovou chorobou a bipolárnou poruchou. Transl Psychiatria. 2012;2:e132.

72. Coppieters N, Dragunow M. Epigenetika pri Alzheimerovej chorobe: zameranie na modifikácie DNA. Curr Pharm Des. 2011;17:3398–412.

73. Li P, Marshall L, Oh G, Jakubowski JL, Groot D, He Y, Wang T, Petronis A, Labrie V. Epigenetická dysregulácia zosilňovačov v neurónoch je spojená s patológiou Alzheimerovej choroby a kognitívnymi symptómami. Nat Commun. 2019;10:1–14.

74. Pogribny IP, Beland FA. Hypometylácia DNA pri vzniku a patogenéze ľudských chorôb. Cell Mol Life Sci. 2009;66:2249–61.

75. Fan G, Beard C, Chen RZ, Csankovszki G, Sun Y, Siniaia M, Biniszkiewicz D, Bates B, Lee PP, Kühn R. Hypometylácia DNA narúša funkciu a prežitie neurónov CNS u postnatálnych zvierat. J Neurosci. 2001;21:788–97.

76. jej N, McKenzie C, Garrett R, Baker M, Fox N, Isaacs GD. Amyloid - mení stav metylácie DNA génov bunkového osudu v modeli Alzheimerovej choroby. J Alzheimers Dis. 2014;38:831–44.

77. Kandalepas PC, Sadleir KR, Eimer WA, Zhao J, Nicholson DA, Vassar R. Alzheimerova sekretáza BACE1 sa lokalizuje do normálnych presynaptických zakončení a do dystrofických presynaptických zakončení obklopujúcich amyloidné plaky. Acta Neuropathol. 2013;126:329–52.

78. Fischer A, Sananbenesi F, Wang X, Dobbin M, Tsai LH. Obnova učenia a pamäte je spojená s prestavbou chromatínu. Príroda. 2007;447:178–82.

79. McShea A, Lee HG, Petersen RB, Casadesus G, Vincent I, Linford NJ, Funk JO, Shapiro RA, Smith MA. Opätovný vstup do neurónového bunkového cyklu sprostredkuje zmeny typu Alzheimerovej choroby. Biochimica et Biophysica Acta Mol Basis Dis. 2007;1772:467–72.

80. Lee KY, Clark AW, Rosales JL, Chapman K, Fung T, Johnston RN. Zvýšená aktivita neuronálnych kináz podobných Cdc2-v mozgu s Alzheimerovou chorobou. Neurosci Res. 1999;34:21–9.

81. Sanchez-Mut JV, Heyn H, Vidal E, Moran S, Sayols S, Delgado-Morales R, Schultz MD, Ansoleaga B, Garcia-Esparcia P, Pons-Espinal M. Ľudské DNA metylómy neurodegeneratívnych chorôb vykazujú bežné epigenomické vzorce . Transl Psychiatria. 2016;6:e718–e718.

82. Lu H, Liu X, Deng Y, Qing H. Metylácia DNA, ruka za neurodegeneratívnymi ochoreniami. Predné starnutie Neurosci. 2013;5:85.

83. Wen KX, Milic J, El-Khodor B, Dhana K, Nano J, Pulido T, Kraja B, Zaciragic A, Bramer WM, Troup J. Úloha metylácie DNA a modifikácií histónov pri neurodegeneratívnych ochoreniach: systematický prehľad. PLoS ONE. 2016;11:e0167201.

84. Sanchez-Mut JV, Aso E, Panayotis N, Lott I, Dierssen M, Rabano A, Urdinguio RG, Fernandez AF, Astudillo A, Martin-Subero JI. Mapa metylácie DNA myšieho a ľudského mozgu identifikuje cieľové gény pri Alzheimerovej chorobe. Mozog. 2013;136:3018–27.

85. Bollati V, Galimberti D, Pergola L, Dalla Valle E, Barretta F, Cortini F, Scarpini E, Bertazzi P, Baccarelli A. Metylácia DNA v repetitívnych elementoch a Alzheimerova choroba. Brain Behav Immun. 2011;25:1078–83.

86. Goldbaum O, Richter C. Neurobiológia proteolytického stresu choroby spôsobuje indukciu proteínu tepelného šoku, tau ubikvitináciu a nábor ubikvitínu do tau-pozitívnych agregátov v oligodendrocytoch v kultúre; 2004.

87. Kosik KS, Shimura H. Fosforylovaný tau a neurodegeneratívne ciliopatie. Biochimica et Biophysica Acta Mol Basis Dis. 2005;1739:298–310.

88. Arnaud L, Robakis NK, Figueiredo-Pereira ME. Môže to vyžadovať zápal, fosforyláciu a ubikvitináciu, aby sa „zamotali“ pri Alzheimerovej chorobe. Neurodegener Dis. 2006;3:313–9.

89. Bancher C, Brunner C, Lassmann H, Budka H, ​​Jellinger K, Wiche G, Seitelberger F, Grundke-Iqbal I, Iqbal K, Wisniewski H. Akumulácia abnormálne fosforylovaného τ predchádza vzniku neurofibrilárnych spletí pri Alzheimerovej chorobe. Brain Res. 1989;477:90–9.

90. Bancher C, Grundke-Iqbal I, Iqbal K, Fried V, Smith H, Wisniewski H. Abnormálna fosforylácia tau predchádza ubikvitinácii v neurofibrilárnej patológii Alzheimerovej choroby. Brain Res. 1991;539:11–8.

91. Yang XJ, Seto E. Acetylácia lyzínu: kodifikované presluchy s inými posttranslačnými modifikáciami. Mol Cell. 2008;31:449–61.

92. Cook C, Carlomagno Y, Gendron TF, Dunmore J, Schefel K, Stetler C, Davis M, Dickson D, Jarpe M, DeTure M. Acetylácia KXGS motívov v tau je kritickým determinantom pri modulácii agregácie tau a klírensu . Hum Mol Genet. 2014;23:104–16.

93. Dorval V, Fraser PE. Modifikácia malého ubikvitínu podobného modifikátoru (SUMO) natívne rozložených proteínov tau a -synukleínu. J Biol Chem. 2006;281:9919–24.

94. Luo HB, Xia YY, Shu XJ, Liu ZC, Feng Y, Liu XH, Yu G, Yin G, Xiong YS, Zeng K. SUMOylácia na K340 inhibuje degradáciu tau prostredníctvom deregulácie jeho fosforylácie a ubikvitinácie. Proc Natl Acad Sci. 2014;111:16586–91.

95. Finkelstein JD. Metabolické regulačné vlastnosti S-adenosylmetionínu a S-adenosylhomocysteínu. Clin Chem Lab Med. 2007;45:1694–9.

96. Loenen W. Portland Press Ltd., 2006.

97. Obeid R, Herrmann W. Homocysteín a lipidy: S-adenosylmetionín ako kľúčový medziprodukt. FEBS Lett. 2009;583:1215–25.

98. Joseph J, Loscalzo J. Metoxistasis: integrácia úloh homocysteínu a kyseliny listovej v kardiovaskulárnej patobiológii. Živiny. 2013;5:3235–56.

99. Williams KT, Schalinske KL. Nové poznatky o regulácii metabolizmu metylovej skupiny a homocysteínu. J Nutr. 2007;137:311–4.

100. Bottiglieri T, Hyland K, Reynolds EH. Klinický potenciál ademetionínu (S-adenosylmetionínu) pri neurologických poruchách. Drogy. 1994;48:137–52.

101. Vaillant I, Paszkowski J. Úloha histónu a metylácie DNA v génovej regulácii. Curr Opin Plant Biol. 2007;10:528–33.

102. Razin A, Cedar H. Metylácia DNA a expresia génov. Microbiol Mol Biol Rev. 1991;55:451-8.

103. Miller AL. Metylačné, neurotransmiterové a antioxidačné spojenia medzi folátom a depresiou. Alternative Med Rev. 2008;13:3.

104. Rosengarten H, Friedhof AJ. Prehľad nedávnych štúdií biosyntézy a vylučovania halucinogénov vytvorených metyláciou neurotransmiterov alebo príbuzných látok. Schizophr Bull. 1976;2:90.

105. Hirata F, Axelrod J. Metylácia fosfolipidov a prenos biologického signálu. Veda. 1980;209:1082–90.

106. Pascale R, Pirisi L, Daino L, Zanetti S, Satta A, Bartoli E, Feo F. Úloha metylácie fosfatidyletanolamínu pri syntéze fosfatidylcholínu hepatocytmi izolovanými z potkanov s deficitom cholínu. FEBS Lett. 1982;145:293–7.

107. Kim S, Lim IK, Park GH, Paik WK. Biologická metylácia bázického proteínu myelínu: enzymológia a biologický význam. Int J Biochem Cell Biol. 1997;29:743–51.

108. Zarazúa S, Ríos R, Delgado JM, Santoyo ME, Ortiz-Pérez D, JiménezCapdeville ME. Znížená metylácia arginínu a zmeny myelínu u potkanov vystavených arzénu. Neurotoxikológia. 2010;31:94–100.

109. Planel E, Yasutake K, Fujita SC, Ishiguro K. Inhibícia proteínovej fosfatázy 2A prevažuje nad inhibíciou tau proteínkinázy I/glykogénsyntázy kinázy 3 a cyklín-dependentnej kinázy 5 a vedie k hyperfosforylácii tau v hipokampe hladovanej myši. J Biol Chem. 2001;276:34298–306.

110. Vafai SB, Stock JB. Metylácia proteínovej fosfatázy 2A: spojenie medzi zvýšeným plazmatickým homocysteínom a Alzheimerovou chorobou. FEBS Lett. 2002;518:1–4.

111. Janssens V, Goris J. Proteínová fosfatáza 2A: vysoko regulovaná rodina serín/treonín fosfatáz zapojených do bunkového rastu a signalizácie. Biochem J. 2001;353:417-39.

112. Sontag E, Nunbhakdi-Craig V, Lee G, Brandt R, Kamibayashi C, Kuret J, White CL, Mumby MC, Bloom GS. Molekulárne interakcie medzi proteínovou fosfatázou 2A, tau a mikrotubulmi Dôsledky pre reguláciu fosforylácie tau a rozvoj tauopatií. J Biol Chem. 1999;274:25490–8.

113. Tolstykh T, Lee J, Vafai S, Stock JB. Karboxylová metylácia reguluje fosfoproteín fosfatázu 2A riadením asociácie regulačných B podjednotiek. EMBO J. 2000;19:5682–91.

114. De La Haba G, Cantoni G. Enzymatická syntéza S-adenosylL-homocysteínu z adenozínu a homocysteínu. J Biol Chem. 1959;234:603–8.

115. Yi P, Melnyk S, Pogribna M, Pogribny IP, Hine RJ, James SJ. Zvýšenie plazmatického homocysteínu spojené s paralelným zvýšením plazmatického S-adenosylhomocysteínu a hypometylácie lymfocytovej DNA. J Biol Chem. 2000;275:29318–23.

116. Tchantchou F, Graves M, Ortiz D, Chan A, Rogers E, Shea T. S-adenosyl metionín: spojenie medzi nutričnými a genetickými rizikovými faktormi pre neurodegeneráciu pri Alzheimerovej chorobe. J Nutr Health Starnutie. 2006;10:541.

117. Bottiglieri T. Folát, vitamín B12 a S-adenosylmetionín. Psychiatric Clin. 2013;36:1–13.

118. Sreckovic B, Sreckovic VD, Soldatovic I, Colak E, Sumarac-Dumanovic M, Janeski H, Janeski N, Gacic J, Mrdovic I. Homocysteín je marker metabolického syndrómu a aterosklerózy. Diabetes Metab Syndr. 2017;11:179–82.

119. Schalinske KL, Smazal AL. Nerovnováha homocysteínu: patologický metabolický marker. Adv Nutr. 2012;3:755–62.

120. Chaava M, Tsh B, Tsh S. Homocysteín ako rizikový marker kardiovaskulárnych ochorení. Georgian Med News. 2005;5:65–70.

121. Obeid R, Herrmann W. Mechanizmy homocysteínovej neurotoxicity pri neurodegeneratívnych ochoreniach s osobitným zreteľom na demenciu. FEBS Lett. 2006;580:2994–3005.

122. Herrmann W, Obeid R. Homocysteín: biomarker pri neurodegeneratívnych ochoreniach. Clin Chem Lab Med. 2011;49:435–41.

123. Lehmann M, Gottfried C, Regland B. Identifikácia kognitívnej poruchy u starších ľudí: homocysteín je skorý marker. Dement Geriatr Cogn Disord. 1999;10:12.

124. Moretti R, Caruso P. Kontroverzná úloha homocysteínu v neurológii: od laboratórií po klinickú prax. Int J Mol Sci. 2019;20:231.

125. Hofman M. Hypotéza: hyperhomocysteinémia je indikátorom oxidačného stresu. Med hypotézy. 2011;77:1088–93.

126. Stühlinger MC, Tsao PS, Her JH, Kimoto M, Balint RF, Cooke JP. Homocysteín narúša dráhu syntázy oxidu dusnatého: úloha asymetrického dimetylarginínu. Obeh. 2001;104:2569–75.

127. Morris čs. Homocysteín a Alzheimerova choroba. Lancet Neurol. 2003;2:425–8.

128. Leulliot N, Quevillon-Cheruel S, Sorel I, de La Sierra-Gallay IL, Collinet B, Graille M, Blondeau K, Bettache N, Poupon A, Janin J. Štruktúra proteín fosfatázy metyltransferázy 1 (PPM1), leucín karboxymetyltransferáza zapojená do regulácie aktivity proteínovej fosfatázy 2A. J Biol Chem. 2004;279:8351–8.

129. Wang JZ, Gong CX, Zaidi T, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. Defosforylácia Alzheimerových párových špirálových filamentov proteín fosfatázou-2A a- 2B. J Biol Chem. 1995;270:4854–60.

130. Kruman II, Kumaravel T, Lohani A, Pedersen WA, Cutler RG, Kruman Y, Haughey N, Lee J, Evans M, Mattson MP. Nedostatok kyseliny listovej a homocysteín zhoršujú opravu DNA v hipokampálnych neurónoch a senzibilizujú ich na toxicitu amyloidu v experimentálnych modeloch Alzheimerovej choroby. J Neurosci. 2002;22:1752–62.

131. Drevo IC. Prínos a terapeutický potenciál epigenetických modifikácií pri Alzheimerovej chorobe. Predné Neurosci. 2018;12:649.

132. Wang Z, Yang D, Zhang X, Li T, Li J, Tang Y, Le W. Hypoxiou indukovaná down-regulácia neprilyzínu modifikáciou histónu v myšacích primárnych kortikálnych a hipokampálnych neurónoch. PLoS ONE. 2011;6:e19229.

133. Kubicek S, O'Sullivan RJ, August EM, Hickey ER, Zhang Q, Teodoro ML, Rea S, Mechtler K, Kowalski JA, Homon CA. Reverzia H3K9me2 inhibítorom s malou molekulou pre G9a histón metyltransferázu. Mol Cell. 2007;25:473–81.

134. Sharma M, Dierkes T, Sajikumar S. Epigenetická regulácia komplexom G9a/GLP zlepšuje deficity v dlhodobej plasticite a synaptickom značkovaní/záchyte v hipokampálnych pyramídových neurónoch vyvolaných amyloidom-beta 1–42. Starnúca bunka. 2017;16:1062–72.

135. Neja SA. Miestne špecifická demetylácia DNA ako potenciálny cieľ pre epigenetickú terapiu rakoviny. Epigenetické poznatky. 2020;13:2516865720964808.

136. Morrison LD, Smith DD, Kish SJ. Hladiny S-adenosylmetionínu v mozgu sú pri Alzheimerovej chorobe výrazne znížené. J Neurochem. 1996;67:1328–31.

137. Linnebank M, Popp J, Smulders Y, Smith D, Semmler A, Farkas M, Kulic L, Cvetanovská G, Blom H, Stofel-Wagner B. S-adenosylmetionín je znížený v mozgovomiechovom moku pacientov s Alzheimerovou chorobou. Neurodegener Dis. 2010;7:373–8.

138. Fuso A, Nicolia V, Cavallaro RA, Ricceri L, D'Anselmi F, Coluccia P, Calamandrei G, Scarpa S. Nedostatok vitamínu B vyvoláva hyperhomocysteinémiu a mozgový S-adenosylhomocysteín, vyčerpáva mozgový S-adenosylmetionín a zvyšuje PS1 Expresia BACE a ukladanie amyloidu u myší. Mol Cell Neurosci. 2008;37:731–46.

139. Cavallaro RA, Nicolia V, Fiorenza MT, Scarpa S, Fuso A. S-adenosylmetionín a superoxiddismutáza 1 synergicky pôsobia proti progresii Alzheimerovej choroby u myší TgCRND8. Antioxidanty. 2017;6:76.

140. Shea TB, Chan A. S-adenosyl metionín: prírodná terapeutická látka účinná proti viacerým charakteristickým znakom a rizikovým faktorom spojeným s Alzheimerovou chorobou. J Alzheimers Dis. 2008;13:67–70.

141. Lee S, Lemere CA, Frost JL, Shea TB. Diétna suplementácia S-adenosylmetionínom oneskorila amyloidovú a tau patológiu u 3xTgAD myší. J Alzheimers Dis. 2012;28:423–31.

142. Berletch JB, Liu C, Love WK, Andrews LG, Katiyar SK, Tollefsbol TO. Epigenetické a genetické mechanizmy prispievajú k inhibícii telomerázy prostredníctvom EGCG. J Cell Biochem. 2008;103:509–19.

143. Kato K, Long NK, Makita H, Toida M, Yamashita T, Hatakeyama D, Hara A, Mori H, Shibata T. Účinky polyfenolu zo zeleného čaju na stav metylácie génu RECK a inváziu rakovinových buniek pri orálnom spinocelulárnom karcinóme bunky. Br J Cancer. 2008;99:647–54.

144. Lee WJ, Shim JY, Zhu BT. Mechanizmy na inhibíciu DNA metyltransferáz čajovými katechínmi a bioflavonoidmi. Mol Pharmacol. 2005;68:1018–30.

145. Fang M, Chen D, Yang CS. Diétne polyfenoly môžu ovplyvniť metyláciu DNA. J Nutr. 2007;137:223S-228S.

146. Mukherjee N, Kumar AP, Ghosh R. Metylácia DNA a flavonoidy pri genitourinárnych rakovinách. Curr Pharmacol Rep. 2015;1:1 12–20.

Abhishek Ankur Balmik1,2 a Subashchandrabose Chinnathambi1,2.

1. Neurobiológia skupina, Divízia of Biochemické Vedy, CSIR-Národná Chemická Laboratórium (CSIR-NCL), Dr. Homi Bhabha Road, 411008, Pune, India.

2. Akadémia vedeckého a inovačného výskumu (AcSIR), Ghaziabad 201002, India.