Strukturális és funkcionális betekintés a szinukleinszálak polimorfizmusába, 2. rész

A -synuclein ( -syn) és -synuclein ( -Syn) fehérjék szintén a synuclein családba tartoznak [165] (1C. ábra). A Syn egy 134 aminosavból álló fehérje, amelyet korábban a szarvasmarha-foszfoneuroprotein 14 (PNP14) humánhomológjaként azonosítottak.

Ahogy öregszünk, a memória fokozatosan romlik. Jó táplálkozással azonban javíthatjuk a memóriát. Az aminosav fehérje az egyik legfontosabb tápanyag.

Az aminosavfehérjék növelhetik az agy neuronjainak számát és kapcsolatait, létfontosságú szerepet játszva a tanulásban és a memóriában. Ezenkívül az aminosav-fehérjék elősegíthetik az agyi erek növekedését és helyreállítását, valamint növelhetik az agy oxigénellátását, ezáltal javítva az agy kognitív képességeit és memóriáját.

Egyes aminosav-fehérjékben gazdag élelmiszerek közé tartozik a csirke, a marhahús, a hal és a tojás. Ugyanakkor egyes növényi eredetű élelmiszerek, mint például a bab, napraforgómag stb., gazdag aminosav-fehérjéket is biztosítanak. Kiegyensúlyozott étrenddel, megfelelő aminosavak és fehérjék fogyasztásával javíthatjuk a memóriát.

Emellett ügyelnünk kell a megfelelő mennyiségű aminosav fehérje bevitelére, valamint az egészséges táplálkozási szokások és életmód megtartására. A rendszeres testmozgás, az elegendő alvás és a stressz csökkentése mind hozzájárulhatnak az agy fejlődéséhez és működéséhez.

Összességében az aminosavak és a fehérjék fontos tápanyagok a memória javításához. Az ésszerű étrend és életmód módosításával elősegíthetjük agyunk jobb működését, javíthatjuk tanulási és emlékezési képességünket, valamint egészségesebb és boldogabb életet élhetünk. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche deserticola pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mivel a Cistanche deserticola antioxidáns, gyulladáscsökkentő és öregedésgátló hatással bír, ami segíthet csökkenteni az oxidációt és a gyulladásos reakciókat az agyban, ezáltal védi a az idegrendszer egészsége. Ezenkívül a Cistanche deserticola az idegsejtek növekedését és helyreállítását is elősegítheti, ezáltal javítva a neurális hálózatok összekapcsolhatóságát és működését. Ezek a hatások javíthatják a memóriát, a tanulást és a gondolkodási sebességet, valamint megakadályozhatják a kognitív diszfunkciók és a neurodegeneratív betegségek kialakulását.

Kattintson az ismerje meg az agyműködés javításának módjait

A 11-aminosav (73-83. aminosav) nyúlás hiányzik a NAC-doménjából (1C. ábra), ami miatt nem tud fibrillálni [11,176,177]. Korábban azt hitték, hogy a -Syn gátolja a -Syn aggregációt, és megakadályozza neurotoxicitását [11,176]. Ez a felfogás azonban megváltozott, miután a -Syn génben, a P123H-ban (családi) és a V70M-ben (sporadikus) misszensz mutációkat fedeztek fel, amelyekről ismert, hogy DLB-t okoznak [178].

Ezeknek a mutációknak a káros hatásait sejt- és állatalapú vizsgálatok kimutatták [179,180]. Munkacsoportunk nemrégiben kimutatta, hogy normál fiziológiai körülmények között a -Syn és a betegséggel összefüggő mutációk fibrillációja és aggregációja nem fordul elő, de egy megváltozott mikrokörnyezet, például a pH csökkenése és/vagy a heparin jelenléte polimerizációt váltott ki [181].

A -Syn-t, amely körülbelül 55%-os szekvenciahomológiát mutat a -Syn-nel, kezdetben egy mellrák-specifikus gén, a BCSG1 által kódolt emlőrákos daganatokban azonosították [182]. A perifériás központi idegrendszerben és a mellrákos szövetekben jelentették [182,183]. In vitro aggregálódik és fibrillákat képez [177] és sejteket [184], de viszonylag lassabb, mint a -Syn [91].

A -Syn hibás hajtogatása és fibrillációja számos neurodegeneratív rendellenesség fő eseménye [185]. A rosszul hajtogatott -Syn aggregátumok amiloidogén hatásúak, amelyek rendellenesen felhalmozódnak az agyban, és ennek eredményeként a páciens mozgási rendellenességeket szenved, amelyek idővel súlyosbodnak.

A -Syn aggregációja összetett jelenség, és magában foglalja a monomerek erősen rendezett, lapokban gazdag szerkezetekké való átalakulását számos oldható on- és off-way oligomer faj képződése révén [185,186]. A -Syn amiloidképződését általában tioflavin T fluoreszcens festékkel követik [187].

Ez a szigmoidális növekedési kinetikát követi, amely a következőkből áll: (i) a késleltetési fázis, amely magában foglalja a sejtmagok képződését, amelyek végül az oldatban kimutatható aggregátum szerkezetté nőnek; (ii) a megnyúlási fázis, az oligomer fajok átalakulása és ezt követő növekedése a fibrilláris szerkezetté; és (iii) az állófázis, amely azt az egyensúlyi állapotot jelenti, ahol a monomer és a fibrillák koncentrációja eléri az egyensúlyt.

Az aggregáció végére a -Syn atipikus hosszú amiloid fibrillumokká áll össze, amelyeket általában elektronmikroszkópos és atomerőmikroszkópos képalkotási technikák jellemeznek [9]. Az aggregáció ezen fázisai nem tulajdoníthatók egyetlen eseménynek vagy mikroszkopikus folyamatnak. Ehelyett az összes folyamat, azaz az elsődleges gócképződés, a megnyúlás, a másodlagos magképződés és a fragmentáció a növekedési görbe összes fázisában aktív, de eltérő sebességgel [188,189] (2. ábra).

Ezeket a reakciósebességeket az aggregációs sebességi állandók és a reagáló anyagok koncentrációja szabályozza egy adott időpontban [190]. Az amiloidképződés az oldatban lévő monomerek elsődleges magképződésével és az aggregátumok növekvő végeihez monomer hozzáadásával megnyúlással kezdődik [189]. Az elsődleges magképző folyamatok azonban rövid életűek, és gyorsan felülmúlják a másodlagos magképző folyamatokat [191].

A fibrillumok feldarabolódása keverés közben (vagy akár nyugalmi körülmények között, az amiloid rostok stabilitásától függően) módosítja a növekedési végek számát, és jelentősen befolyásolja az általános növekedési kinetikát [188,189].

Ezen túlmenően a felületi katalízissel történő másodlagos nukleáció az amiloid növekedésének egyik fő tényezője számos rendszerben, különösen nyugalmi körülmények között [189,190]. A -Syn önszerveződése és aggregációja összetett jelenség, és több párhuzamos folyamatot is magában foglal. Ezért alapvető fontosságú a mögöttes molekuláris események megértése, hogy felvázoljuk alapvető kapcsolatukat az emberi betegségekkel.

4. Prionszerű törzsi jelenségek -Syn

Amióta 1997-ben felfedezték a -Syn-t, mint a Lewy-testpatológia fő alkotóelemét, az elsődleges hangsúly a PD mögöttes patogén mechanizmusának feltárására helyeződött.

Heiko Braak [192] 2003-ban bemutatta a Lewy-patológia stádiumrendszerét, amely a -Syn terjedési mintázatokon alapul. A Braak hipotézis szerint a Lewypathology a szaglóhagymából és a DMV-ből indul ki, majd fokozatosan átterjed a többi agyi régióra.

Bár vannak kísérleti és klinikai bizonyítékok, amelyek alátámasztják Braak hipotézisét, bizonytalan, hogy alkalmazható-e és/vagy pontosan leírja-e a PD progresszióját minden betegnél. Például vannak olyan esetek, amikor a betegek nem mutatnak Lewy-patológiát DMV-ben vagy ENS-ben, míg más agyi régiók súlyosan érintettek [193–198].

Még néhány esetben sem figyeltek meg kapcsolatot a Lewy-patológia súlyossága és a PD klinikai tünetei között [195]. Ezért azt javasoljuk, hogy Braak hipotézisét csak a populáció egy részhalmazára alkalmazzuk [198], mivel nem minden PD-beteg ragaszkodik a Braak által javasolt staging rendszerhez [199]. Érdekes módon a magzati neuronális graftok Lewy-patológiájáról szóló jelentések tizennégy éves, PD-s beteg striatumába történő transzplantáció után közvetlen bizonyítékot szolgáltattak a sejtről sejtre történő átvitelre és a Braak által javasolt -Synpathology terjedésére [200,201].

Az in vitro és sejtmodell-rendszerekkel végzett vizsgálatok később azt sugallták, hogy a -Syn aggregátumok fertőzőek, egyik sejtből a másikba mozoghatnak, és oldható endogén megfelelőjük aggregációját a recipiens sejtekben magyarázzák, ami megmagyarázza az átültetett neuronokban megfigyelt jelenséget [18,21,23]. . A -Syn aggregátum prionszerű átvitele egyik régióból a másikba a DLB- és PDD-betegekben is szerepet játszik, ami arra utal, hogy a Lewy-patológia terjedése a -Syn aggregátumok szinukleinopátiáinak közös tulajdonsága [202–205].

Mindazonáltal ezeknek a synucleinopathiáknak a klinikai és patológiás jellemzői nagyon változatosak és heterogének [206,207], [146,208]. Felmerülhet a kérdés, hogy annak ellenére, hogy ugyanazon fehérje aggregációjához köthető, miért különbözik a -Syn patológia megoszlása ​​és a betegség tüneteinek megnyilvánulása a szinucleinopátiák között.

Ez a -Syn prionszerű törzs jelenségével magyarázható, amelyben ugyanaz a prekurzor fehérje különböző fibrillákat képez, amelyek eltérő patológiát eredményeznek.

4.1. Prion törzsek fogalma

Az elmúlt néhány évtized kutatása arra utalt, hogy a különféle szerkezetű és szekvenciájú fehérjék/peptidek az amiloid kereszt{0}}lapokban gazdag szerkezetének közös redőjét alkothatják [209–213]. Ezek a fehérjék/peptidek közös aggregációs vázzal rendelkező amiloidokat alkotnak, azaz egy nukleációfüggő polimerizációs mechanizmus révén [214,215].

Azonban minden fehérje/peptid külön aggregációs útvonalon is áteshet, hogy egyedi amiloid szerkezetet hozzon létre. A közelmúltban végzett, ssNMR-rel és krio-EM-rel végzett nagy felbontású szerkezeti vizsgálatok valóban azt sugallták, hogy minden fehérje egyedileg csomagolódik, és más-más struktúrát alkot a kereszt- -laphajtáshoz [56–58,61,216]. Nem csak ez, hanem meglepő módon az egyik fehérje többféle szerkezeti redőt is képes kialakítani [40,59].

Így ezek a fehérjék ugyanabból az aminosav-szekvenciából többféle konformációt is felvehetnek, ami több proteinopátiát idéz elő, és ezért nem erősíti meg az egy fehérje – egy szerkezet hipotézist [217]. Például a tau eltérően hajtódik fel Alzheimer- és Pick-kórban [40,218,219]. . Különböző TAR DNS-kötő fehérje (TDP-43) aggregátumok léteznek a frontotemporális lobardegeneráció (FTLD-TDP) altípusok agyában, amelyek morfológiai különbségeket mutatnak az altípusok között [220].

Ennek a fehérjének az a képessége, hogy tévesen hajtogatja össze és megjeleníti a konformációs diverzitást, súlyos következményekhez vezethet, például neurodegenerációhoz [221]. Ez a jelenség, hogy a különböző fenotípusos tulajdonságokkal összefüggő, különböző amiloidokat fehérje képződik, jól ismert a prionokról [46,222]. A prionok fertőző fehérjerészecskék, amelyek konformációs heterogenitást mutatnak, és átvihetők egyik egyedről a másikra [223].

Számtalan bizonyíték támasztja alá epidemiológiai és klinikopatológiai sokféleséget az emberi prionbetegségekben, mint például a Kuru-kór, a Gerstmann-Straussler-Scheinker-szindróma és a Creutzfeldt-Jakob-kór [224], valamint a nem humán prionbetegségek, például a szarvasmarha szivacsos agyvelőbántalma (BSE) esetében. szarvasmarháknál, súrlókór juhoknál és kecskéknél stb. [225].

A normál celluláris prionfehérje (PrPC) helikálisból lapban gazdag konformációba (PrPSc) megy át, amely egy oldhatatlan, PK-rezisztens és fertőző forma. A PrPSc két széles körben elfogadott mechanizmus/modell, azaz a templát-asszisztált és a nukleációs polimerizációs modell szerint terjed és aggregálódik.

A patogén prion templátként működik a templát-asszisztált modellben, és felületet biztosít az endogén normál prionfehérjék hibásan hajtogatott patogén formává való átalakításához [226]. A nukleáció-polimerizációs modellben a monomerPrPSc egyesül, és stabil magot képez, amelyet magnak is neveznek. Ezek a magok folyamatosan toborozzák a PrPC-t, és átalakítják őket patogén társaiké [226].

A prionok egyik figyelemreméltó tulajdonsága, hogy tévesen összehajtogathatnak különböző konformációkat, amelyek mindegyike eltérő klinikai, szövettani és patológiai profilokat eredményez. Ezeket a különböző konformációjú és patológiás viselkedésű aggregátumokat „törzseknek” nevezik [45,227]. A priontörzsek jelenlétére vonatkozó úttörő megfigyelések Pattison és Milson, 1961 [228] tanulmányából származnak, amelyben kísérletileg súrlókórt produkáltak kecskékben, és megfigyelték a betegség eltérő klinikai megnyilvánulásait a különböző törzsek miatt.

Egy másik tanulmányban Fraserand Dickinson képes volt megkülönböztetni a surlókór különböző törzseit fertőzött egérmodellekben az agy különböző régióinak károsodásának mértékétől függően [229]. A későbbiekben rengeteg tudósítás mutatta be a PrPSc törzsek [227,230–233] létezését, valamint a megkülönböztetésükre szolgáló módszereket, mint például a proteináz K (PK) emésztése [234,235], az elektronparamágneses krezonancia (EPR) és az NMR spektroszkópia [43].

A PrPSc ezen konformációi a másodlagos szerkezeti elemek különböző típusaiban változnak, mint például -hélix, -szál, -fordulat, különböző szerkezeti hajtások vagy különböző tömítések [227,230,232,235,236]. Például a szír hörcsögből származó prionprotein helikális és lapos struktúrákká, valamint különböző köztes termékekké alakul át vizes oldatban [236].

Ezek nemcsak szerkezetileg, hanem funkcionálisan is különböznek egymástól [43], és különböző humán és állati prionbetegségekben azonosították őket [233,237]. Annak ellenére, hogy ugyanazon prionfehérje aggregációja következtében a prionbetegségek a betegség kezdetét tekintve különböznek egymástól. lappangási idő, progresszió és kórszövettani elváltozások a fertőzött agyban [224,225]. Ezt összefoglalóan „priontörzs jelenségnek” nevezték [45,46,238].

E törzsdiverzitás/variáció egyik fő tényezője a fertőző ágensek/prionok azon képessége, hogy megfertőzzenek bizonyos fajokat [44,239,240], és átjussanak a „fajgáton”, ezáltal számos, megkülönböztethető biokémiai és patológiai jellemzőkkel rendelkező törzset generálnak. Az egyik ilyen eset a vCJD (Creutzfeldt–Jakob-betegség variáns), amely a BSEprion szarvasmarhákról emberre történő fajok közötti átviteléből ered [44 240], amely az egyetlen ismert eset, amikor a nem emberi prionok emberre terjednek.

Ezenkívül ismert volt, hogy különböző priontörzsek együtt léteznek egymással, amint azt az sCJD (sporadikus Creutzfeldt–Jakob-kór) [241,242] esetében is láthattuk, amelyek eltérő biokémiai tulajdonságokat mutatnak az agy különböző régióiban. A priontörzsekről is ismert, hogy meghosszabbítják lappangási idejüket más törzsekkel való együttes fertőzés esetén, így a „verseny” jelenségét mutatják, amint azt különböző tanulmányok megfigyelték [243–245].

A priontörzs-jelenségek összes fent említett jellemzője és az új priontörzsek keletkezésének lehetősége nemcsak komoly tudományos kihívásként, hanem az általános közegészségügyet fenyegetőként is megjelent.

A legújabb tanulmányok azonban azt sugallták, hogy az amiloidoknak ez a törzstulajdonsága nem csak a prionokra korlátozódik, hanem más amiloidokra is, amelyek különféle neurodegeneratív betegségekhez, például Alzheimer-kórhoz és Parkinson-kórhoz kapcsolódnak [19 246 247], [18 248]. Különféle bizonyítékokat szolgáltattak in vitro és in vivo tanulmányok a -Syn prionszerű törzsi viselkedésének bemutatására, amint azt alább tárgyaljuk.

4.2. -In vitro generált Syn törzsek

Az elmúlt néhány évben egyre több bizonyítékot jelentettek a synucleinopathiákban megfigyelt klinikai és kóros eltérésekkel összefüggő prionszerű -Syn törzsekről [29–35,249].

Ezeket a törzseket egyetlen fehérje különálló és stabil konformációs egységeiként határozták meg, amelyek képesek önszaporodni és in vivo szaporodni, és különböző betegségfenotípusokat eredményezni. Guo et al. felfedezte a -Syn előre kialakított fibrillumok (puffok) két „törzsét” denovo fibrilláció révén, amelyet „A törzsnek” neveznek, és ismétlődő oltási fibrillációt in vitro, amelyet „B törzsnek” neveztek.

Ez a két törzs eltérő konformációt és feltűnő különbségeket mutatott a tau-protein beoltása között primer neuronális kultúrákban és in vivo [30]. Amellett, hogy első alkalommal dokumentálták a -Syn fibrillumok törzsek bizonyítékát, ezek az eredmények a -Syn keresztezett oltási viselkedését is azonosították. Később több csoport kihasználta a -Syn kaméleon tulajdonságait [9], és számos növekedési körülményt szűrtek, hogy -Syn törzset hozzanak létre. Különböző növekedési körülmények között a fehérjék számos konformációslag stabil és instabil állapotát figyelték meg [250].

Azok a konformációk, amelyek termodinamikailag nem stabilak, vagy nem tudnak stabil intermolekuláris kölcsönhatásokat létrehozni, nem tudnak amiloidfibrillumokká fejlődni. Ezeket növekedésre inkompetens állapotoknak nevezzük (3. ábra). Másrészt a -Syn növekedésre képes állapotai a növekedési körülményektől függően növekedhetnek és különböző rostokat képezhetnek (3. ábra).

A különböző összeállítási körülmények között létrejövő fibrillumok nemcsak különböző biokémiai és biofizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például proteázokkal szembeni rezisztencia, citotoxicitás, oltási képesség stb. [29–32,34–36,51,53], hanem architektúrájukat is rányomják a leányszálakra, attól függően, hogy a növekedési feltételek és a magvak természete (3. ábra).

Bousset et al. valójában két szerkezetileg és funkcionálisan eltérő -Syn törzset hozott létre, amelyeket „fibrilláknak” és „szalagoknak” neveznek, különböző fiziológiás sókoncentrációkat használva [29]. A rostok nagyobb citotoxicitást okoztak, míg a szalagok hatékonyabbnak bizonyultak a -Syn zárványok in vivo indukálásában [33]. Hasonló különbségeket kaptunk a Suzuki és munkatársai által generált törzsekkel. [51], ahol az egyik törzs bőséges foszforilált és ubiquitinált -Syn aggregátumok felhalmozódását okozta tenyésztett neuronokban és egerekben, mivel képes volt kölcsönhatásba lépni a proteaszóma komplexekkel, míg a másik törzs nem tette ezt meg [51].

Manapság a változó kísérleti körülmények inkább általános stratégiává váltak a törzsek in vitro generálására. Azokban az esetekben, amikor a „törzsnek” nevezhető kritériumok, azaz a fehérje-aggregátumok szerkezeti változatának kell lenniük, képesnek kell lenniük a betegség önszaporítására és sorozatos átvitelére a következő generációk során, és klinikai és fenotípusos betegségvariációkat okoznak, nem teljes mértékben. teljesül, helyénvalóbb lenne a fibrillákat „polimorfoknak” nevezni.

Ezek a polimorfok feltűnő különbségeket mutathatnak morfológiájukban és szerkezetükben [28, 56, 251], magképződési sebességükben [252], oltási és membránkötő képességükben a sejtekben [36] stb. Ezeknek a szerkezeti eltéréseknek a funkcionális következményeként azonban ezek a polimorfok, vagy előfordulhatnak. nem eredményez különböző klinikai altípusokat. Vannak olyan esetek is a mintán belüli polimorfizmusra, amely függetlenül attól, hogy a fibrillák in vitro keletkeznek [39,57,253–256], vagy agyi kivonatokból származnak [40,257,258].

Bár ezeknek lehetnek bizonyos közös vonásai, mint például egy hasonló monomer redő vagy közös szerkezet, jelentős eltéréseket mutatnak a morfológiában, a szálelrendezésben vagy a biokémiai tulajdonságokban [57,256]. Így a különböző összeszerelési körülmények szerkezetileg és funkcionálisan eltérő fibrilláris összeállításokat hozhatnak létre, amelyek vagy egyedi -Syn törzsként terjedhetnek, vagy egyszerűen polimorfokat képezhetnek.

Számos jelentés állítja a -Syn aggregátumok jelenlétét a gyomor-bél traktusban [259–263], és a vagus ideg kulcsfontosságú szerepét ezen aggregátumok bélből az agyba való terjesztésében [74,76,192,264,265]. A közelmúltban kimutatták, hogy a curli-t expresszáló E. coli elősegíti a -Syn patológiát a humán -Syn-t túltermelő egerek bélrendszerében és agyában [78]. A mikrobiális amiloidoknak való kitettség polimorfizmust válthat ki.

Ehelyett érdekes lenne megkérdezni, hogy a -Syn különböző formái (polimorfok) a bélből származnak-e, retrográd vagális transzport útján terjednek-e az agyi régiókban, és törzs-specifikus módon okoznak-e patológiát. Ebben az összefüggésben szerkezeti és funkcionális különbségeket figyeltek meg a bakteriális endotoxin lipopoliszacharid (LPS) jelenlétében és hiányában kialakuló -Syn fibrillumok között [31].

Az LPS köztudottan modulálja a -Syn aggregációt azáltal, hogy stabilizálja az aggregációs útvonala során képződő -helical intermediereket, ami változó citotoxicitású fibrillumot és megváltozott internalizációs viselkedést eredményez [266]. Ezenkívül a -Syn számos PTM-en megy keresztül, mint például foszforiláció, metionin oxidáció, acetilezés, nitrálás stb., amelyek közvetlenül összefüggenek aggregációjával és citotoxicitásával [94,115,267,268].

Mivel a pS129 a leggyakoribb PTM és a -Syn fő formája a zárványtestekben, in -Synin vivo törzsképződést okozhat. Ma és mtsai. kimutatták, hogy a Ser129-nél végzett foszforiláció lehetővé teszi, hogy a fehérje különálló törzset képezzen, amely szerkezetileg nagyobb citotoxicitással és eltérő szaporodási tulajdonságokkal rendelkezik in vitro és sejtekben, mint a vad típusú megfelelője (foszforiláció nélkül) [269].

Nemcsak a foszforiláció, hanem az N-terminális acetiláció is kölcsönözhet fibrillumot [267], ami arra utal, hogy a -Syn aminosavszekvencia enyhe módosítása is jelentősen befolyásolhatja a fibrillák szerkezetét. A fibrillák szerkezetének megváltozása tovább befolyásolhatja a fibrillumok in vivo szaporodását azáltal, hogy az agyon belül szelektíven célozza meg a különböző sejttípusokat és sejtpopulációkat [32].

Ezek a törzsspecifikus különbségek azután generációkon át hűen megmaradnak [28, 29, 52], és klinikai különbségekhez vezetnek a betegség kezdete, a neurológiai betegség, az elváltozás profilja stb. tekintetében [32].

Összességében ezek a tanulmányok azt sugallják, hogy egy olyan összetett és zsúfolt környezetben, mint az acelláké, a finom környezeti és sejtszintű változások, kofaktorok vagy más fehérjék jelenléte, valamint a fehérje elsődleges szekvenciájának megváltozása különböző polimorfok vagy törzsek kialakulásához vezethet. , ami különböző betegségek kimenetelét eredményezi.

For more information:1950477648nn@gmail.com