Prionový proteín: Molekula mnohých podôb a tvárí 2. časť

5. Priónový proteín a ischemické mŕtvice

V predchádzajúcej časti sme pozorovali, že knockoutované zvieratá sú zraniteľnejšie voči oxidačnému stresu. Štúdie podporujú myšlienku, že PrPC pôsobí ako antioxidant reguláciou aktivity glutatiónreduktázy [117, 118] a reguláciou superoxiddismutázy (SOD) prostredníctvom väzby iónov [119–123].

Oxidačný stres je jav, pri ktorom telo za fyziologických a patologických podmienok produkuje príliš veľa voľných radikálov a iných aktívnych oxidantov, ktoré prekračujú klírensovú kapacitu, čím dochádza k poškodeniu buniek a tkanív. Mnohé štúdie ukázali, že oxidačný stres úzko súvisí s mnohými chorobami, ako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba atď.

Nedávne štúdie však poukázali na to, že mierne množstvo oxidačného stresu môže pomôcť zlepšiť pamäť. Niektorí vedci sa domnievajú, že mierna miera oxidačného stresu môže stimulovať neuróny, aby produkovali viac antioxidantov, čím sa zlepšuje ich schopnosť tolerovať oxidačný stres, chráni neuróny pred interferenciou z chybných signálov, a tým zlepšuje učenie a pamäť.

Štúdie navyše ukázali, že mierna miera oxidačného stresu môže tiež podporovať tvorbu a posilňovanie synapsií, čo je tiež kľúčový faktor v pamäti. Vedci zistili, že niektoré prospešné molekuly oxidačného stresu môžu stimulovať tvorbu synapsií a podporovať posilňovanie synapsií, čím zlepšujú učenie a pamäťové funkcie.

Pre zlepšenie pamäte by sme sa preto nemali prehnane brániť oxidačnému stresu. Mierna miera oxidačného stresu je pre ľudské telo prospešná a dá sa podporiť a riešiť cvičením a konzumáciou potravín bohatých na antioxidanty. Zároveň musíme venovať pozornosť kontrole stupňa oxidačného stresu a zabezpečiť, aby bol v miernom rozsahu, aby sa dosiahol najlepší účinok na zlepšenie zdravia a pamäti. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche je tradičný čínsky liečivý materiál s mnohými jedinečnými účinkami, jedným z nich je zlepšenie pamäte. Účinok Cistanche pochádza z rôznych aktívnych zložiek, ktoré obsahuje, vrátane kyseliny trieslovej, polysacharidov, flavonoidových glykozidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu mnohými spôsobmi.

Kliknite na spoznajte 10 spôsobov, ako zlepšiť pamäť

PrP-knockout myši vykazovali zníženú ochranu proti ROS, zatiaľ čo myši infikované priónmi vykazovali zvýšené hladiny oxidačného stresu, najpravdepodobnejšie ako dôsledok straty funkcie PrPC [124–126].

V podmienkach oxidačného stresu sa hladiny PrP mRNA zvyšujú, čo znamená, že oxidačný stres zvyšuje expresiu PrPC [127]. Ischemická cievna mozgová príhoda je stav, pri ktorom strata prietoku krvi v oblasti mozgu spôsobuje hypoxické stavy a poškodenie mozgu [128].

Zvieracie modely s vyradením PrP vystavené ischémii vykazovali intenzívne ischemické poškodenie a zníženú šancu na regeneráciu, zatiaľ čo možnosť syntézy PrPC viedla k nadmernej expresii PrPC a zníženiu ischemického poškodenia [127].

Štúdie o ischemických cievnych mozgových príhodách ukázali, že nadmerná expresia PrPC môže znížiť veľkosť lézie v porovnaní s myšami divokého typu, pričom PrPC pripisuje ochrannú úlohu pri inischemickom poškodení [129–135].

Po ischemickom poškodení je PrPC spojený s neuroprotektívnymi a regeneračnými procesmi interakciou s rôznymi cytosolickými a transmembránovými proteínmi.

PrPC sa okrem iného spája s upreguláciou kinázy regulovanej extracelulárnym signálom (ERK1/2) [133,136,137], aktiváciou dráhy fosfatidylinozitol{6}}kinázy/proteínkinázy B/Akt (PI3K/Akt) [138– 142], modulácia toxicity sprostredkovaná N-metylD-aspartátovým (NMDA) receptorom [143], aktivácia cAMP-dependentnej dráhy proteínkinázy A (PKA) [144–146] a interakcia so stresom indukovateľným proteínom 1 (STI1) [ 146], čo všetko vedie k prežitiu neurónov, vyrastaniu neuritov a neuroprotekcii.

PrPC je receptor Fyn kinázy, člena rodiny Src tyrozínkináz (SFK) [146]. Prostredníctvom aktivácie Fyn kinázy PrPC sprostredkúva oligomérom indukovanú toxicitu pri neurodegeneratívnych ochoreniach [147–150] a podporuje rast neuritov fosforyláciou domény GluN2A adhéznej molekuly neurónových buniek (NCAM) [151].

Fyn kináza a ďalší členovia rodiny SFK sa podieľajú na ischemickom poškodení [152–155]. Inhibícia SFK v modeli globálnej ischémie a inhibícia Fyn sprostredkovanej fosforylácie GluN2A v modeli neonatálnej HII viedli k zvýšenému prežitiu neurónov [ 156–158], zatiaľ čo nadmerná expresia Fyn v modeli neonatálnej HII viedla k zvýšenému poškodeniu mozgu [159].

Inhibícia SFK v myšom modeli ischémie mala za následok aj zníženie ischemického objemu a zlepšenie mozgovej funkcie po provokácii (155).

Keďže tento účinok nebol pozorovaný u Fyn-knockout myší, máme podozrenie, že iné ligandy ako Fyn kináza môžu tiež ovplyvniť obnovu ischémie [155]. Ukázalo sa, že fragmenty PrPC sa tiež podieľajú na ischemickej cievnej mozgovej príhode.

Ukázalo sa, že fragmenty N1 a N2 pôsobia protektívne pri bunkovom strese [160–162] a modulujú pokoj nervových kmeňových buniek v neurogenéze dospelých po mŕtvici [163], zatiaľ čo fragmenty PrPC C1 a C2 sa podieľali na regulácii p53-závislej apoptózy a prežitie buniek [164]. Zistilo sa, že fragment C1 je obohatený o malé EV (EV), kde pôsobil podobne ako vírusové povrchové proteíny [165,166].

V dôsledku toho môže ovplyvniť medzibunkovú výmenu informácií medzi sEV a ich cieľovými bunkami, ako aj prispieť k ich absorpcii [63].Brenna a kol. študovali podobnosti medzi bunkovým vychytávaním mozgových sEVs z PrP-knockout myší a myší divokého typu po mŕtvici [128].

Ukázali, že sEV uvoľňujúce PrP boli absorbované výrazne rýchlejšie s vyššou účinnosťou a boli ľahšie triedené do lyzozómov ako sEV obsahujúce PrP a fragment C1 [128].

Zistilo sa tiež, že FragmentN1 sa podieľa na regulácii interakcií medzi mikrogliami a inými mozgovými bunkami. Nedávna in vitro štúdia o zmiešanej neurónovej línii a systéme kokultivácie mikroglií ukázala, že fragment N1 stimuloval zmenu v bunkovej morfológii a metabolizme a indukoval sekréciu Cxcl10 [167].

Okrem toho sa ukázalo, že fragment N1 ovplyvňuje mikroglie, aby zmenil zloženie membrány na vyšší obsah GM1 v miestach interakcie s okolitými bunkami v spoločnej kultúre, avšak iba pri priamom kontakte medzi bunkami [167].

Fragment N1 bol tiež navrhnutý na ochranu neurónov proti aktivácii kaspázy-3 indukovanej staurosporínom v ischemickom modeli sietnice potkana [60]. Tieto výsledky podporujú štúdie in vitro, kde expresia PrPC chránila proti apoptóze vyvolanej staurosporínom alebo anisomycínom [144, 146]. Fragment N1 tiež súvisí s neuroprotekciou pri neurodegeneratívnych ochoreniach, o ktorých sa podrobnejšie hovorí v ďalšej časti.

V prítomnosti ukotveného PrPC môže rekombinantný PrP (recPrP) indukovať signalizáciu ERK1/2 a Akt na mezenchymálnych kmeňových bunkách, čo môže podporovať neuronálnu diferenciáciu [168], podporovať rast neuritov a uľahčovať vedenie axonálnych rastových kužeľov [169].

Nedávno sa uvádzalo, že recPrP podporuje rast neuritov a migráciu Schwannových buniek prostredníctvom ERK1/2 dráhy [170].

Aktivácia zahŕňala NMDA receptory, nízkohustotný lipoproteínový receptor-príbuzný proteín -1 (LRP1), SFK a Trk receptory; zdalo sa, že prebieha nezávisle od ukotveného PrPC [170].

V tomto mechanizme zohrávali SFK rozhodujúcu úlohu v bunkovej signalizácii iniciovanej recPrP aktiváciou receptorov Trk, ktoré sú upstream od ERK1/2 [170, 171]. Hoci recPrP nemá glykozyláciu, možno ho považovať za vhodný analóg uvoľneného PrP.

Priónový proteín a fragmenty priónového proteínu sú spojené s medzibunkovou komunikáciou a signalizáciou, oxidačným stresom a neuroprotekciou a predstavujú atraktívny cieľ pre liečbu a reguláciu týchto mechanizmov. Napriek tomu by sa mali vykonať ďalšie štúdie na potvrdenie účinkov týchto molekúl v uvedených mechanizmoch.

6. Priónový proteín a neurodegenerácia

Neurodegenerácia je progresívna strata štruktúry alebo funkcie neurónov, ktorá môže v konečnom dôsledku zahŕňať bunkovú smrť. Na molekulárnej úrovni je neurodegenerácia spojená s akumuláciou nesprávne poskladaných proteínov.

Akumulácia proteínových agregátov spôsobuje dysfunkciu mitochondrií, vyvoláva oxidačný stres a v konečnom dôsledku spôsobuje chronický zápal. Neurodegenerácia sa vyskytuje pri ochoreniach, ako je priónová choroba, PD a AD v dôsledku agregácie PrPSc [26,172,173], -syn [174–177] a izoforiem A [178,179] a tau proteínu [180–183].

Zistilo sa, že priónový proteín alebo fragmenty priónového proteínu interagujú s agregačnými činidlami pri rôznych neurodegeneratívnych ochoreniach, ale ich úloha závisí od študovaných podmienok [24,81,184,185].

Uvádza sa, že PrPC viaže širokú škálu oligomérov bohatých na -listy spojených s neurodegeneratívnymi ochoreniami [148–150].

PrPC zapája metabotropný glutamátový receptor5 (mGluR5) a sprostredkúva oligomérom indukovanú toxicitu prostredníctvom Fyn kinázy [175, 186 – 188].

Aktivovaná Fyn kináza môže fosforylovať podjednotky GluN2A a GluN2B NMDAreceptorov, ktoré sú potom hyperaktivované a spôsobujú influx vápnika a bunkovú smrť [20,189].

Tiež sa ukázalo, že PrPC môže aktivovať toxicitu A oligoméru sprostredkovanú Fyn kinázou interakciou s LRP1 [190]. Nedávna štúdia v tejto oblasti naznačila, že okrem LRP1 tento proces zahŕňa aktivovaný 2-makroglobulín a aktivátor plazminogénu tkanivového typu [191].

Štúdie ukázali, že väzba medzi rozpustnými proteínovými agregátmi a PrPC spôsobuje neurotoxicitu a inhibuje dlhodobú potenciáciu (LTP) [30,192]. Boli publikované aj opačné štúdie, ktoré neuvádzajú žiadny významný vplyv hladín PrPC na A-indukovaný LTP u myší s vyradením PrP [193], abláciu buniek alebo nadmernú expresiu PrP [194].

Dôvody týchto nezrovnalostí sú nejasné, ale mohli by byť spôsobené použitím rôznych modelových systémov a toxických alebo netoxických druhov [195]. Oligoméry sa viažu na PrPC na dvoch väzbových miestach vo flexibilnej N-terminálnej časti PrPC, medzi aminokyselinovými zvyškami 23– 27 a 92-110 [192,195,196]. Okrem oligomérov A sa uvádza, že PrPC je receptorom pre oligoméry -syn a agregáty tau.

Podobne ako A oligoméry, ukotvený PrPC viaže malé rozpustné agregáty alebo kratšie vlákna -syn oligomérov alebo tau agregátov v rámci flexibilnej N-koncovej časti [30,175,185,197–199]. Ukázalo sa tiež, že PrPC vychytáva rekombinantné -syn vlákna.

Modelový systém bez PrPC vykazoval nižšiu absorpciu -syn a -syn fibríl v porovnaní s kontrolami [177, 185, 197], čo viedlo k menšej agregácii -syn, astrogliálnej aktivácii a strate dopaminergných neurónov v mozgoch PrP-knockout myší [185].

Okrem toho PrP-knockout myši nevykazovali -syn-indukované poškodenie LTP, zatiaľ čo liečba anti-PrPantibody zabránila -syn-indukovaným LTP defektom v modeli PD [175]. Hoci uvedené štúdie podporujú súhru PrPC a -syn oligoméru, La Vitola et al. ukázali, že PrPC nebolo povinné na sprostredkovanie škodlivých účinkov -syn oligoméru in vitro alebo in vivo [33].

Hoci nezrovnalosť nebolo možné v štúdii vysvetliť, mohla sa vyskytnúť aj v dôsledku použitia iného protokolu prípravy rozpustného agregátu alebo použitia rôznych modelových systémov.

Ukázalo sa tiež, že ukotvený PrPC viaže agregáty tau a zdá sa, že uľahčuje ich príjem [30 198 200]. Ukázalo sa, že neprítomnosť PrPC alebo predbežné ošetrenie antiPrP blokujúcimi protilátkami znižuje vychytávanie rekombinantných agregátov tau a odstraňuje toxicitu vyvolanú agregátom tau [30,198,200].

Štúdie týkajúce sa rekombinantného PrP fragmentu N1 pri neurodegeneratívnych ochoreniach ukázali, že tieto molekuly môžu viazať toxické oligoméry A v oblastiach medzi aminokyselinovými zvyškami 23–31 a 95–105.

Fragment N1 neutralizuje toxické oligoméry A tým, že ich zachytí v extracelulárnom priestore a znižuje toxicitu vyvolanú oligomérmi [61,195,201–204]. Ochranné účinky fragmentu N1 boli tiež pozorované in vivo u myší vystavených akútnej A-indukovanej toxicite [203]. Beland a spolupracovníci pozorovali zvýšenie štiepenia PrPC v mozgoch pacientov s AD [205].

Keďže fragment N1 sa hojne viaže na oligoméry A, môže byť naznačené, že štiepenie pôsobí protektívne pri rozvoji chorôb [205], zatiaľ čo inhibícia produkcie N1 podporuje progresiu AD [42].

Vylučovanie PrP znižuje hladinu PrPC ukotveného v bunkách [78]. Výsledkom je znížená hladina substrátu pre replikáciu priónov a znížená hladina receptora pre toxikoligoméry [85,206].

Podobne ako pri fragmente N1 sa predpokladá, že vylučovaný PrP je protektívnym priónovým ochorením a inými neurodegeneratívnymi ochoreniami [40,79,81]. Ako už bolo spomenuté v predchádzajúcej časti, recPrP je podobný prepadu PrP.

Hoci mu chýbajú glykány, recept môže byť použitý ako model na predpovedanie úlohy vylučovaného PrP pri chorobách. Zistilo sa, že RecPrP zvyšuje vývoj synapsií a vyrastanie neuritov v prítomnosti zakotveného PrPC [170, 207].

Podobne ako fragment N1, recPrP tiež inhiboval tvorbu A oligoméru a neutralizoval toxicitu A oligoméru v AD modeli [203]. Štúdie in vitro s použitím recPrP a jeho derivátov ukázali, že na účinnú inhibíciu predlžovania A fibríl sú potrebné N-koncové aj C-koncové domény PrP [202, 208] a podporujú ochrannú úlohu uvoľneného PrP pri inhibícii tvorby A fibríl.

Ukázalo sa tiež, že RecPrP viaže tau agregáty a -synoligoméry a môže neutralizovať ich toxicitu [30]. Hoci vylučovanie PrPC pôsobí protektívne, zvýšené vylučovanie PrPC by mohlo viesť k negatívnej biologickej aktivite, ako je zápal v CNS [83,209]. Jarosz-Griffiths a kol. [82] nedávno informovali o ochrannej úlohe PrPsheddingu.

Autori uviedli, že knockdown ADAM10 sprostredkovaný siRNA znížil vylučovanie PrPC a zvýšil väzbu A oligoméru, zatiaľ čo acitretin podporoval vylučovanie PrPC a znížil väzbu A oligoméru v bunkách neuroblastómu a v ľudských pluripotentných kmeňových bunkách [82].

V nedávnom článku Linsenmeiera et al. výskumníci zhodnotili úlohu indiferentných modelov uvoľneného PrP [81]. Použitím polyklonálnej protilátky sPrPG228, ktorá špecificky rozpoznávala myšací PrP končiaci na G228 [210], ukázali, že u myší s priónovým ochorením sa uvoľňuje PrP kolokalizovaný s PrPSc v amyloidných plakoch. Podobne ako pri modeli priónovej choroby sa vylučovaný PrP distribuoval aj do A depozitov v mozgu 5xFAD myší, kde sa našiel naviazaný na A oligoméry a bol pozorovaný v strede mnohých amyloidných plakov.

Na základe doterajších poznatkov v tejto oblasti autori navrhli, že fyziologicky uvoľnený PrP môže pôsobiť protektívne pri priónových ochoreniach a AD blokovaním toxických oligomérov a/alebo ich precipitáciou do zbytočných toxických usadenín [81,211].

RecPrP a N1 môžu tiež inhibovať oligomerizáciu A, neutralizovať cytotoxicitu už existujúcich oligomérov A, zabrániť väzbe oligomérov s PrPC na bunkovom povrchu a zachrániť A-indukované poškodenie LTP [212].

Keďže recPrP aj N1 obsahujú navrhované väzbové miesta proteínových oligomérov, uvádza sa, že obe molekuly tiež viažu -syn oligoméry, ako aj sprostredkúvajú spoločné klastrovanie -syn oligomérov a AD-asociovaných amyloidných oligomérov [199].

PrPC je obohatený o extracelulárne vezikuly (EV) [128,213,214]. O fyziologických funkciách PrPC v EV je známe len málo. Niekoľko štúdií naznačilo, že PrPC inEV chráni bunky pred toxicitou A [214–217].

Mechanizmus neutralizácie toxických A oligomérov pomocou EV nie je známy; napriek tomu sa predpokladá, že ide o podobný proces sprostredkovaný recPrP alebo N1-.

Navrhlo sa, že exozomálny PrPC zachytáva A oligoméry v N-koncovej oblasti PrP (aminokyselinové zvyšky 23–31 a 95–105) [203], neutralizuje oligoméry, podporuje tvorbu A fibríl a upreguluje internalizáciu a degradáciu agregátov. mikrogliami [214–217].

Keďže sa ukázalo, že recPrP a zakotvený PrPC viažu tau a -syn oligoméry [30], očakáva sa, že exozomálne PrP budú pôsobiť rovnakým spôsobom. Väzbou voľných toxických tau alebo -syn oligomérov v extracelulárnom priestore zabraňujú exozomálne PrP väzbe toxického oligoméru na zakotvený PrPC a inhibujú toxickú signalizáciu v CNS pacientov s chorobami.

Exozómy spojené s PrPSc sú infekčné a predstavujú nebezpečenstvo šírenia priónovej choroby [218–222]. Hoci zatiaľ neexistuje žiadna priama štúdia, exozomálny PrPC môže tiež vyvolať zápal CNS. Je potrebné vykonať viac práce na preskúmanie ďalších biologických aktivít, ktoré môže mať exozomálny PrPC.

For more information:1950477648nn@gmail.com