Prionfehérje: sokféle forma és arc molekulája 2. rész

5. Prionprotein és ischaemiás stroke

Az előző részben megfigyeltük, hogy a knockout állatok érzékenyebbek az oxidatív stresszre. Tanulmányok alátámasztják azt az elképzelést, hogy a PrPC antioxidánsként hat a glutation-reduktáz aktivitásának szabályozásával [117, 118] és a szuperoxid-diszmutáz (SOD) szabályozásával az ionkötésen keresztül [119–123].

Az oxidatív stressz olyan jelenség, amikor a szervezet fiziológiás és kóros körülmények között túl sok szabad gyököt és egyéb aktív oxidálószert termel, ami meghaladja a kiürítési kapacitást, ezáltal károsítja a sejteket, szöveteket. Számos tanulmány kimutatta, hogy az oxidatív stressz szorosan összefügg számos betegséggel, mint például az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór, az Alzheimer-kór stb.

A legújabb tanulmányok azonban rámutattak, hogy a mérsékelt mennyiségű oxidatív stressz javíthatja a memóriát. Egyes tudósok úgy vélik, hogy a mérsékelt mennyiségű oxidatív stressz serkentheti a neuronokat több antioxidáns termelésére, ezáltal javítva az oxidatív stressztűrő képességüket, megvédve a neuronokat a hibás jelek által okozott interferencia ellen, és ezáltal javítva a tanulást és a memóriát.

Emellett a vizsgálatok kimutatták, hogy a mérsékelt mennyiségű oxidatív stressz is elősegítheti a szinapszisok kialakulását és erősödését, ami szintén kulcsfontosságú tényező a memóriában. A kutatók azt találták, hogy egyes jótékony oxidatív stresszmolekulák serkenthetik a szinapszisok képződését és elősegíthetik a szinapszisok erősítését, ezáltal javítva a tanulási és memóriafunkciókat.

Ezért a memória javítása érdekében nem szabad túlzottan ellenállni az oxidatív stressznek. Az oxidatív stressz mérsékelt mennyisége jótékony hatással van az emberi szervezetre, és az antioxidánsokban gazdag testmozgással és élelmiszerek fogyasztásával elősegíthető és kezelhető. Ugyanakkor ügyelnünk kell az oxidatív stressz mértékének szabályozására és annak mérsékelt tartományára, hogy a legjobb egészség- és memóriajavító hatást érjük el. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, számos egyedi hatással, amelyek közül az egyik a memória javítása. A Cistanche hatása a benne található különféle hatóanyagokból adódik, beleértve a csersavat, poliszacharidokat, flavonoid glikozidokat stb. Ezek az összetevők számos módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Tudjon meg 10 módszerre a memória javítására

A PrP-knockout egerek csökkent védelmet mutattak a ROS ellen, míg a prionnal fertőzött egerek fokozott oxidatív stresszt mutattak, ami nagy valószínűséggel a PrPC funkcióvesztés következménye [124–126].

Oxidatív stressz körülmények között a PrP mRNS szintje emelkedik, ami azt jelenti, hogy az oxidatív stressz fokozza a PrPC expresszióját [127]. Az ischaemiás stroke olyan állapot, amikor az agyterületen a véráramlás elvesztése hipoxiás állapotokat és agykárosodást okoz [128].

A toischaemiás PrP-knockout állatmodellek intenzív ischaemiás károsodást és csökkent regenerációs esélyt mutattak, míg a PrPC szintézis lehetősége PrPC túlzott expressziót és csökkent ischaemiás károsodást eredményezett [127].

Az ischaemiás stroke-okkal kapcsolatos tanulmányok kimutatták, hogy a PrPC túlzott expressziója csökkentheti a léziók méretét a vad típusú egerekhez képest, és a PrPC-t az iszkémiás károsodás védő szerepének tulajdonítja [129–135].

Ischaemiás inzultus után a PrPC neuroprotektív és regeneratív folyamatokhoz kapcsolódik azáltal, hogy kölcsönhatásba lép különböző citoszolikus és transzmembrán szignálfehérjékkel.

Többek között a PrPC összefüggésbe hozható az extracelluláris szignál-szabályozott kináz (ERK1/2) [133,136,137] fokozódásával, a foszfatidil-inozitol3-kináz/protein-kináz B/Akt (PI3K/Akt) útvonal aktiválásával [138– 142], az N-metil-D-aszpartát (NMDA) receptor által közvetített toxicitás modulálása [143], a cAMP-függő protein kináz A (PKA) útvonal aktiválása [144–146] és kölcsönhatás a stressz által indukálható protein 1-gyel (STI1) [143] 146], amelyek mindegyike idegsejtek túlélését, neuritkinövést és neuroprotekciót eredményez.

A PrPC a Fyn kináz receptora, amely a tirozin kinázok (SFK) Src családjába tartozik [146]. A Fyn kináz aktiválása révén a PrPC közvetíti az oligomerek által kiváltott toxicitást az idegrendszeri degeneratív betegségekben [147–150], és elősegíti a neuritok növekedését az idegsejt adhéziós molekula (NCAM) GluN2A doménjének foszforilációja révén [151].

A Fyn kináz és az SFK család más tagjai részt vesznek az ischaemiás károsodásban [152–155]. Az SFK gátlása globális ischaemia modellben és a GluN2A Fyn által közvetített foszforilációjának gátlása egy újszülöttkori HII modellben a neuronális túlélés növekedését eredményezte. 156–158], míg a Fyn túlzott expressziója az újszülöttkori HII modellben fokozott agykárosodáshoz vezetett [159].

Az SFK-k gátlása az iszkémia egérmodelljében szintén csökkent ischaemiás térfogatot és jobb agyműködést eredményezett provokáció után [155].

Mivel ezt a hatást nem észlelték Fyn-knockout egerekben, gyanítjuk, hogy a Fyn kinázon kívüli ligandumok is befolyásolhatják az ischaemia sértés felépülését [155]. A PrPC fragmentumokról kimutatták, hogy részt vesznek az ischaemiás stroke-ban.

Az N1 és N2 fragmensekről kimutatták, hogy védő hatást fejtenek ki celluláris stressz alatt [160–162], és modulálják az idegi őssejtek nyugalmát a felnőttkori neurogenezisben [163], míg a PrPC C1 és C2 fragmentumok részt vesznek a p53- függő apoptózis szabályozásában és sejttúlélés [164]. Azt találták, hogy a C1 fragmens feldúsult kisméretű EV-kben (EV), ahol hasonlóan hatott a vírus felszíni fehérjéihez [165,166].

Emiatt befolyásolhatja az intercelluláris információcserét az SEV-k és célsejtjeik között, valamint hozzájárulhat azok felvételéhez [63].Brenna et al. a PrP-knockout egerek és a vad típusú egerek agyi eredetű sEV-ek sejtfelvétele közötti hasonlóságokat tanulmányozták stroke után [128].

Kimutatták, hogy a sEV-t kiszűrő PrP-t lényegesen gyorsabban, nagyobb hatékonysággal veszik fel, és könnyebben szortírozódnak lizoszómákba, mint a PrP-t és C1 fragmentumot tartalmazó sEV-eket [128].

Azt találták, hogy a FragmentN1 részt vesz a mikroglia és más agysejtek közötti kölcsönhatások szabályozásában is. Egy vegyes idegsejtvonalon és mikroglia együtttenyésztési rendszeren végzett közelmúltbeli in vitro vizsgálat kimutatta, hogy az N1 fragmens megváltoztatta a sejt morfológiáját és metabolizmusát, és indukálta a Cxcl10 szekréciót [167].

Továbbá kimutatták, hogy az N1 fragmens befolyásolja a mikrogliát, hogy a membrán összetételét magasabb GM1-tartalomra változtassa a környező sejtekkel való kölcsönhatás helyén egy kotenyészetben, de csak közvetlen sejt-sejt érintkezés esetén [167].

Az N1 fragmenst azt is javasolták, hogy megvédje a neuronokat a sztaurosporin által kiváltott kaszpáz-3 aktivációtól a patkány retina ischaemiás modelljében [60]. Ezeket az eredményeket alátámasztják azok az in vitro vizsgálatok, amelyekben a PrPC expressziója védelmet nyújtott a staurosporin vagy az anizomicin által kiváltott apoptózissal szemben [144,146]. Az N1 fragmens a neurodegeneratív betegségek neuroprotekciójához is kapcsolódik, amelyet a következő részben tárgyalunk részletesebben.

Horgonyzott PrPC jelenlétében a rekombináns PrP (recPrP) ERK1/2 és Akt jelátvitelt indukálhat a mezenchimális őssejteken, ami támogathatja a neuronális differenciálódást [168], elősegítheti a neurit kinövést és megkönnyíti az axonális növekedési kúp irányítását [169].

A közelmúltban arról számoltak be, hogy a recPrP elősegíti a neuritok növekedését és a Schwann-sejtek migrációját az ERK1/2 útvonalon keresztül [170].

Az aktiválás az NMDA receptorokat, az alacsony sűrűségű lipoprotein receptorral rokon fehérjét-1 (LRP1), az SFK-kat és a Trk receptorokat érintette; úgy tűnt, hogy a lehorgonyzott PrPC-től függetlenül zajlik [170].

Ebben a mechanizmusban az SFK-k kritikus szerepet játszottak a recPrP által kiváltott sejtjelátvitelben azáltal, hogy aktiválták a Trk receptorokat, amelyek az ERK1/2-vel szemben vannak [170,171]. Bár a recPrP-nek nincs glikozilációja, a shed PrP megfelelő analógjának tekinthető.

A prionfehérje és a prionfehérje fragmensek az intercelluláris kommunikációhoz és jelátvitelhez, az oxidatív stresszhez és a neuroprotekcióhoz kapcsolódnak, és vonzó célpontot jelentenek ezen mechanizmusok kezelésére és szabályozására. Mindazonáltal további vizsgálatokat kell végezni, hogy megerősítsük e molekulák hatását az említett mechanizmusokban.

6. Prionfehérje és neurodegeneráció

A neurodegeneráció az idegsejtek szerkezetének vagy funkciójának fokozatos elvesztése, ami végső soron sejthalálhoz vezethet. Molekuláris szinten a neurodegeneráció a hibásan hajtogatott fehérjék felhalmozódásához kapcsolódik.

A fehérje aggregátumok felhalmozódása a mitokondriumok diszfunkcióját okozza, oxidatív stresszt indukál, és végül krónikus gyulladást okoz. A neurodegeneráció olyan betegségekben fordul elő, mint a prionbetegség, PD és AD. A PrPSc [26,172,173], a -syn [174–177] és az A izoformák [178,179], illetve a tau-protein [180–183] aggregációja következtében.

Azt találták, hogy a prionfehérje vagy a prionfehérje fragmensek kölcsönhatásba lépnek aggregáló ágensekkel különböző neurodegeneratív betegségekben, de szerepük a vizsgált körülményektől függ [24,81,184,185].

Beszámoltak arról, hogy a PrPC a neurodegeneratív betegségekhez kapcsolódó, lapokban gazdag oligomerek széles körét köti [148–150].

A PrPC a metabotróp glutamát receptor5-höz (mGluR5) kapcsolódik, és a Fyn kinázon keresztül közvetíti az oligomerek által kiváltott toxicitást [175, 186–188].

Az aktivált Fyn kináz képes foszforilálni az NMDAreceptorok GluN2A és GluN2B alegységeit, amelyek azután hiperaktiválódnak, és kalcium beáramlást és sejthalált okoznak [20,189].

Azt is kimutatták, hogy a PrPC képes aktiválni a Fyn kináz által közvetített A oligomer toxicitást az LRP1 kölcsönhatás révén [190]. Egy közelmúltbeli, ezen a területen végzett tanulmány azt sugallta, hogy az LRP1-en kívül ez a folyamat egy 2-makroglobulint és egy szöveti típusú plazminogén aktivátort is magában foglal [191].

A tanulmányok arra utalnak, hogy az oldható fehérje-aggregátumok és a PrPC közötti kötődés neurotoxicitást okoz, és gátolja a hosszú távú potencírozást (LTP) [30,192]. Ezzel ellentétes tanulmányokat is publikáltak, amelyek nem számoltak be a PrPC-szinteknek az A-indukált LTP-re gyakorolt ​​jelentős hatásáról PrP-knockout egerekben [193], sejtablációra vagy PrP túlzott expressziójára [194].

Az eltérések okai nem tisztázottak, de lehet, hogy különböző modellrendszerek és toxikus vagy nem toxikus fajok használatának köszönhető [195]. Az oligomerek két kötőhelyen kötődnek a PrPC-hez a PrPC rugalmas N-terminális részén, a 23-as aminosavak között. 27. és 92–110. [192,195,196]. Az A oligomereken kívül a PrPC-ről beszámoltak a -syn oligomerek és tau aggregátumok receptorának.

Az A oligomerekhez hasonlóan a lehorgonyzott PrPC megköti a -syn oligomerek vagy tau aggregátumok kis oldható aggregátumait vagy rövidebb fibrillumait a rugalmas N-terminális részen [30,175,185,197–199]. A PrPC-ről kimutatták, hogy rekombináns -syn fibrillumot is felvesz.

A PrPC-t nem tartalmazó modellrendszer a -syn és -syn fibrillumok alacsonyabb felvételét mutatta a kontrollokhoz képest [177,185,197], ami kevesebb -syn-aggregációt, asztrogliaaktivációt és dopaminerg neuronok elvesztését eredményezte a PrP-knockout egerek agyában [185].

Ezenkívül a PrP-knockout egerek nem mutattak -syn által kiváltott LTP-károsodást, míg az anti-PrPantitesttel végzett kezelés megakadályozta a -syn-indukálta LTP-hibákat a PD modelljében [175]. Bár az említett tanulmányok támogatják a PrPC és -syn oligomer kölcsönhatását, La Vitola et al. kimutatták, hogy a PrPC nem kötelező a -syn oligomer káros hatások in vitro vagy in vivo közvetítéséhez [33].

Bár az eltérést a vizsgálatban nem tudtuk megmagyarázni, ez az oldható aggregátum-előkészítés más protokollja vagy más modellrendszerek alkalmazása miatt is előfordulhat.

Kimutatták, hogy a lehorgonyzott PrPC megköti a tau aggregátumokat, és úgy tűnt, hogy elősegíti azok felvételét [30 198 200]. A PrPC hiánya vagy az antiPrP-blokkoló antitestekkel végzett előkezelés csökkenti a rekombináns tau aggregátumok felvételét, és megszünteti a tau aggregátumok által kiváltott toxicitást [30,198,200].

A neurodegeneratív betegségekben a rekombináns PrP N1 fragmentumra vonatkozó tanulmányok kimutatták, hogy ezek a molekulák képesek megkötni a toxikus A oligomereket a 23-31. és 95-105. aminosavak közötti régiókban.

Az N1 fragmens semlegesíti a toxikus A oligomereket azáltal, hogy megragadja őket az extracelluláris térben, és csökkenti az oligomerek által kiváltott toxicitást [61,195,201–204]. Az N1 fragmens védő hatását in vivo is megfigyelték egerekben, amelyek akut A-indukált toxicitásnak voltak kitéve [203]. Beland és munkatársai megfigyelték a PrPC hasadásának növekedését AD-betegek agyában [205].

Mivel az N1 fragmens bőségesen köti az A oligomereket, jelezhető, hogy a hasítás védő hatást fejt ki a betegségek kialakulásában [205], míg az N1 termelés gátlása elősegíti az AD progresszióját [42].

A PrP leválása csökkenti a sejthez rögzített PrPC szintjét [78]. Ez a prionreplikáció szubsztrátjának és a toxikoligomerek receptorának csökkenését eredményezi [85,206].

Az N1 fragmenshez hasonlóan a leszedett PrP-ről is úgy gondolják, hogy protektív prionbetegségek és más neurodegeneratív betegségek [40,79,81]. Amint az előző részben említettük, a recPrP hasonló a shed PrP-hez.

Noha nem tartalmaz glikánokat, a recept modellként használható a kivált PrP betegségekben betöltött szerepének előrejelzésére. Azt találták, hogy a RecPrP fokozza a szinapszisok kialakulását és a neuritok növekedését lehorgonyzott PrPC jelenlétében [170,207].

Az N1 fragmenshez hasonlóan a recPrP is gátolta az A oligomer képződését és semlegesítette az A oligomer toxicitását egy AD modellben [203]. A recPrP-vel és származékaival végzett in vitro vizsgálatok kimutatták, hogy a PrP N-terminális és C-terminális doménje egyaránt szükséges az A-szálak megnyúlásának hatékony gátlásához [202,208], és alátámasztják a leadott PrP védő szerepét az A-szálak képződésének gátlásában.

Azt is kimutatták, hogy a RecPrP megköti a tau aggregátumokat és -synoligomereket, és semlegesítheti azok toxicitását [30]. Bár a PrPC leválása védő hatást fejt ki, a fokozott PrPC-leválás negatív biológiai aktivitáshoz, például gyulladáshoz vezethet a központi idegrendszerben [83,209]. Jarosz-Griffiths et al. [82] nemrégiben számolt be a PrPshedding védő szerepéről.

A szerzők arról számoltak be, hogy az siRNS által közvetített ADAM10 knockdown csökkentette a PrPC-leválást és növelte az A oligomer kötődését, míg az acitretin elősegítette a PrPC leválást és csökkentette az A oligomer kötődését a neuroblasztóma sejtekben és az ember által indukált pluripotens őssejtekben [82].

Linsenmeier és munkatársai egy közelmúltbeli tanulmányában a kutatók értékelték a leszállított PrP közömbös modellek szerepét [81]. Egy sPrPG228 poliklonális antitestet használva, amely specifikusan felismerte a G228-cal végződő rágcsáló PrP-t [210], kimutatták, hogy prionbeteg egerekben PrPkolokalizált PrPc-vel az amiloid plakkokba ürülnek. A prionbetegség modelljéhez hasonlóan a kivált PrP az 5xFAD egerek agyában lévő A-lerakódásokban is eloszlott, ahol A oligomerekhez kötve találták meg, és számos amiloid plakk közepén láthatók.

Az e területen szerzett eddigi ismeretek alapján a szerzők azt javasolták, hogy a fiziológiásan leadott PrP protektív hatást gyakorolhat a prionbetegségekre és az AD-re azáltal, hogy blokkolja a toxikus oligomereket és/vagy kicsapja azokat a toxikus lerakódásokká [81,211].

A RecPrP és az N1 gátolhatja az A oligomerizációt, semlegesítheti a már létező A oligomerek citotoxicitását, megakadályozhatja az oligomerek sejtfelszíni PrPC-vel való kötődését, és megmentheti az LTP A-indukálta károsodását [212].

Mivel a recPrP és az N1 egyaránt tartalmaz protein-oligomerek javasolt kötőhelyeit, mindkét molekuláról azt írták, hogy kötődik a -syn oligomerekhez, valamint közvetíti a -syn oligomerek és AD-asszociált amiloid-oligomerek együttes klaszterezését [199].

A PrPC extracelluláris vezikulumokban (EV-k) gazdagodik [128,213,214]. Keveset tudunk a PrPC élettani funkcióiról elektromos járművekben. Számos tanulmány utal arra, hogy a PrPC inEV-k megvédik a sejteket az A toxicitástól [214–217].

A toxikus A oligomerek elektromos járművek általi semlegesítésének mechanizmusa nem ismert; mindazonáltal feltételezhető, hogy hasonló a recPrP vagy N{0}} közvetített folyamathoz.

Feltételezték, hogy az exoszomális PrPC felfogja az A oligomereket az N-terminális PrP régióban (23–31. és 95–105. aminosavmaradékok) [203], semlegesíti az oligomereket, elősegíti az A fibrillumok képződését és fokozza az aggregátumok internalizációját és lebomlását. mikroglia által [214–217].

Mivel kimutatták, hogy a recPrP és a lehorgonyzott PrPC megköti a tau és -syn oligomereket [30], az exoszomális PrP-k várhatóan ugyanilyen módon működnek. A szabad toxikus tau vagy -syn oligomerek megkötésével az extracelluláris térben az exoszomális PrP-k megakadályozzák a toxikus oligomerek kötődését a lehorgonyzott PrPC-hez, és gátolják a toxikus jelátvitelt a betegségben szenvedő betegek központi idegrendszerében.

A PrPSc-vel kapcsolatos exoszómák fertőzőek, és a prionbetegség terjedésének veszélyét jelentik [218–222]. Bár még nincs közvetlen tanulmány, az exoszomális PrPC központi idegrendszeri gyulladást is indukálhat. További munkát kell végezni az exoszomális PrPC egyéb biológiai aktivitásainak vizsgálatára.

For more information:1950477648nn@gmail.com