Prioonvalk: paljude vormide ja nägude molekul, 1. osa

Kokkuvõte: Rakuline prioonvalk (PrPC) on glükosüülfosfatidüülinositooli (GPI) ankurdatud valk, mida leidub kõige sagedamini neuronite välismembraanis. Struktuuriomaduste tõttu (paindlik Tailandi struktureeritud tuum) suhtleb PrPC paljude partneritega.

Viimastel aastatel on paljud uuringud näidanud, et raku prioonvalkudel on oluline seos loomade mälu arendamise ja säilitamisega.

Rakuline prioon (Herpes simplex virus, HSV) on inimpopulatsioonis laialdaselt esinev viirus, mida peetakse üheks olulisemaks neuroloogiliste haiguste ja nahahaiguste patogeeniks. HSV-1 ja HSV-2 on kaks kõige levinumat viirusetüüpi inimestel.

Hiljutine uuring näitas, et HSV{0}} viirusvalk võib soodustada inimeste ja loomade mälu arengut ja säilitamist. Selle uuringu tulemused näitasid, et HSV-1 infektsioon esineb peamiselt inimese elu väga varases staadiumis ning viirusvalgud kogunevad inimese närvisüsteemi ja reguleerivad neurotransmitterite vabanemist ja sünaptilist ülekannet. Need reguleerivad mõjud aitavad parandada aju mälu funktsiooni ning parandavad ruumilist tunnetust ja tähelepanu.

Lisaks on HSV{0}} viirusvalgul teatud seos organismi immuunvastuse ja viirusevastase vastusega. Uuringud on näidanud, et HSV-1 viirusvalgu mõju aktiveerib organismi immuunvastuse ja toimib aktiivselt kehas olevatele "mälu-T-rakkudele", tugevdades seeläbi organismi viirusevastast kaitset. Sellel avastusel on HSV-1 ja loomade immuunsuse vahelise seose uurimiseks kaugeleulatuv tähendus.

Lühidalt öeldes pakub raku prioonviiruse valgu ja mälu seos laialdast uurimisruumi tulevaste mälu, närvisüsteemi funktsiooni ja immuunvastuse uuringute jaoks ning sellel on eeldatavasti oluline roll seotud haiguste ennetamisel ja ravis. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche võib oluliselt parandada mälu, kuna Cistanche suudab reguleerida ka neurotransmitterite tasakaalu, näiteks tõsta atsetüülkoliini ja kasvufaktorite taset, mis on mälu ja õppimise jaoks väga olulised. Lisaks võib Cistanche parandada verevoolu ja soodustada hapniku kohaletoimetamist, mis tagab aju piisava toitumise ja energia, parandades seeläbi aju elujõudu ja vastupidavust.

Mälu parandamiseks klõpsake teadmise lisandeid

Kuigi on tehtud ettepanek, et PrPC osaleb paljudes füsioloogilistes funktsioonides, on siiani heauskse funktsioonina kinnitatud ainult perifeerse närvi müelinisatsiooni homöostaas.

PrPC valesti voltimine põhjustab prioonhaigusi ja PrPC vahendab Alzheimeri ja Parkinsoni tõve korral rikkalikku oligomeeride põhjustatud neurotoksilisust ning neuroprotektsiooni isheemia korral.

Proteolüütilise lõhustamise korral muundatakse PrPC vabanenud ja kinnitunud PrP vormideks, mis võivad sõltuvalt PrPC struktuurilistest omadustest avaldada kaitsvaid või toksilisi omadusi.

Selles ülevaates kirjeldame prioonvalgu ja prioonvalgu fragmendi omadusi ning anname ülevaate nende seotusest interakteeruvate partneritega ja signaaliradadega müelinisatsioonis, neuroprotektsioonis ja neurodegeneratiivsetes haigustes.

Märksõnad: prioonvalk; prioonvalgu fragmendid; neuroprotektsioon; müelinisatsioon; isheemiline insult;neurodegeneratiivne haigus.

1. Sissejuhatus

Prioonvalk (PrP) on väga konserveerunud kõikjal esinev glükoproteiin. See eksisteerib kahel kujul; normaalne või rakuline isovorm PrPC ja haigusega seotud nakkuslik isoformor skreipi PrP, PrPSc.

PrPSc patoloogilist rolli on priondhaiguse puhul põhjalikult uuritud ja seda on käsitletud mitmes artiklis [1–3]. PrPC ekspresseerub paljudes erinevates organites ja kudedes kõrge ekspressioonitasemega kesk- ja perifeerses närvisüsteemis.

Seda leidub rohkesti neuronite rakupinnal [4–6] ja see on seotud paljude füsioloogiliste mehhanismidega. Valgu funktsioon jääb selgitamisele; sellegipoolest seostavad intensiivsed uuringud PrPC-d müeliini homöostaasiga [7], neuroprotektsiooniga [8,9], ööpäevarütmiga [10,11], metalliioonide homöostaasiga [12,13], mitokondriaalse homöostaasiga [14] ja rakkudevahelise signaaliülekandega [6,15]. ,16].

Neuronites esineb PrPC aksoniterminalide presünaptilistes ja postsünaptilistes sektsioonides, kus see on seotud anterograadse ja retrograadse aksonite transpordiga [17–20]. PrPC lõhustatakse rakumembraanil proteaaside poolt, moodustades vabanenud ja kinnitunud vormid.

Viimastel aastatel on neurodegeneratiivsete haiguste korral tähelepanu pööratud prioonvalgu ja prioonvalgu vabastatud vormidele, mis on seotud neuroprotektsiooniga.

Selles ülevaates tutvustame prioonvalgu ja prioonvalgu vabanenud vorme, võtame kokku nende osaluse müelinisatsioonis, neuroprotektsioonis ja neurodegeneratiivsetes haigustes ning arutame selle valdkonna uusimaid avastusi.

2. Prioonvalk

Küps inimese PrPC koosneb paindlikust struktureerimata N-terminaalsest domeenist (aminohappejäägid 23–120) ja struktureeritud C-terminaalsest domeenist (aminohappejäägid 121–231).

See on kinnitatud rakumembraani külge glükosüülfosfatidüülinositooli (GPI) ankruga [21,22]. Paindlik N-terminaalne domeen sisaldab oktarekordi piirkonda, samas kui struktureeritud domeen koosneb kolmest heeliksist, kahest lehest, disulfiidsidemest, mis ühendab tsüsteiinid 179, 214, 214. ja kaks N-glükaani aminohappejäägidel 181 ja 197 [23,24] (joonis 1).

PrPC võib muutuda leherikkaks isovormiks PrPSc, mis on altid autokatalüütilisele muundamisele ja agregatsioonile lahustumatuteks agregaatideks [22, 25, 26]. Patoloogilise valgu ebanormaalne kogunemine ajus võib põhjustada transmissiivsete spongioossete entsefalopaatiate (TSE) arengut, mida tuntakse ka prioonhaigustena.

Prioonhaiguste hulka kuuluvad Creutzfeldt-Jakobi tõbi (CJD), Gerstmann-Sträussleri-Scheinkeri sündroom (GSS), fataalne perekondlik unetus (FFI) ja kuru inimestel, veiste spongioosne entsefalopaatia, skreipi kitsedel ja lammastel ning krooniline kurnatushaigus hirvlastel.

Kõik prioonhaigused on surmaga lõppevad neurodegeneratiivsed häired. Prioonhaiguste kliinilised ja neuropatoloogilised tunnused inimestel on sarnased Alzheimeri tõve (AD) omadega, nagu kiire mälukaotus ja ajufunktsiooni kaotus, samuti dementsus, aju spongioosne deformatsioon, isiksuse muutused ja liikumisraskused [15,27]. .

Kuigi prioonhaigused tekivad toksiliste PrPSc agregaatide kuhjumise tõttu ajus, jääb PrPC PrPSc-ks muundumise ja prioonhaiguse arengu aluseks olev mehhanism teadmata.

Peale selle, et PrPC on prioonhaiguste arengu substraadiks, võib see olla tsütotoksiliste amüloid- (A) oligomeeride [20, 28] ja tau-valgu toksiliste lahustuvate agregaatide retseptorina AD ja teiste tauopaatiate korral [29, 30].

On ka vastandlikke uuringuid sünukleiini (-syn) oligomeeride PrPC seondumise kohta Parkinsoni tõve (PD) ja teiste sünukleinopaatiate korral, mis avavad arutelu PrPC rolli üle -sünukleiini toksilisuses [30–33].

3. Prioonvalgu fragmendid

PrPC võib läbida neli posttranslatsioonilist lõhustamist, moodustades PrP fragmendid (joonis fig 1). Lõhustumine ja lõhustamine toimuvad struktureerimata N-terminaalses domeenis, samas kui lõhustamine ja PrP eraldumine toimuvad struktureeritud C-terminaalses domeenis.

Peale mainitud lõhustuste on PrPC lõhustatud katsetingimustes fosfolipaas C-ga, mis lõikas PrPC GPI ankrus [34, 35]. Lõhustamiskoht, fragmendi pikkus ja membraani kinnitus võimaldavad fragmentidel osaleda erinevates mehhanismides.

3.1. - Dekoltee

Lõhustamine on PrPC enim uuritud lõhustamine. See esineb füsioloogilistes tingimustes küpse PrPC keskses hüdrofoobses piirkonnas (aminohappejäägid 105–120 inimese järjestuses 111/112) [36–38] (joonis 1).

Lõhustamine vabastab ~ 11 kDa fragmendi N1, samas kui ~ 18 kDa osa C1 jääb GPIanchori poolt rakumembraani külge [36, 39]. Praegu pole lõhustamise eest vastutavat ainulaadset ensüümi [24, 40].

Kuigi liikide lõikes on lõhustumiskohad kindlaks määratud, on lõhustumine isoleerne järjestuse varieerumisele selles piirkonnas seni, kuni selle hüdrofoobsus säilib [38].

Uuringud on näidanud, et lõhustumine inimese ajus, hiiremudelites ja neuronaalsetes kultuurides toimub ensüümide ADAM10 ja ADAM17 juuresolekul [41–43]. ADAM10 aitab kaasa konstitutiivsele N1 tootmisele, samas kui ADAM17 osaleb peamiselt N1 moodustumisel stimuleerimisel [44]. ,45]. Samuti on näidatud, et ADAM8 lõhustab PrPC-d, moodustades lihastes N1 ja C1 [46].

ADAM8, ADAM10 ja ADAM17 rolli lõhustamisel on toetatud ka biofüüsikalises uuringus [47]. Fragmendil N1 on suhteliselt madal stabiilsus; sellegipoolest leiti, et see esineb kehavedelikes, koehomogenaatides või rakukultuuri supernatantides [39, 48, 49].

Algselt arvati, et lõhustamine toimub happelistes endosomaalsetes sektsioonides [50, 51], kuid hilisemad uuringud näitasid, et lõhustumine toimub PrPC vesikulaarse kaubitsemise ajal mööda sekretoorset rada [52, 53].

Lõhustamine kasutab substraadina PrPC-d, mis viib selle raku pinna vähenemiseni. Kuna PrPC on ka prioonide replikatsiooni substraat ja prioonhaiguste, AD ja teiste neurodegeneratiivsete haiguste toksilisuse peamine vahendaja, on lõhustamisel positiivne bioloogiline toime.

PrPC paindlik N-terminaalne osa on oluline valgu interaktsiooniks seondumispartneritega, mis reguleerivad PrPC omastamist inimkaubanduses [54, 55]. N1 puudumisel moodustab C1 rakumembraanil komplekse [56] ning on raku pinnal stabiilsem ja püsivam kui PrPC [50].

Fragmenti C1 saab lõhustada raku pinnal ja vabastada rakuvälisesse ruumi [57]. Leiti, et C1 inhibeerib hiirtel prioonide replikatsiooni [58,59], samas kui fragment N1 on neuroprotektiivne [60,61]; -lõhustamise puudumine on toksiline nii rakkudele kui ka hiirtele [47,62].

3.2. - Dekoltee

Lõhustamine toimub lõhustamiskoha oktapeptiidi korduspiirkonna N-terminaalses otsas. Lõhustamist täheldatakse enamasti patoloogilistes tingimustes ja see on sarnane lõhustumisega. Tundub, et see toimib kaitsvalt.

See toimub ümber aminohappejäägi 90, moodustades fragmendi N2 (~9 kDa) ja fragmendi C2 (~20 kDa) [36,37,48,63] (joonis 1). PrPC lõhustamist vahendavad reaktiivsed hapniku liigid (ROS) [37,63–66].

ROS-i eemaldamisega kaitseb lõhustamine rakke oksüdatiivse stressi eest [65]. Peale ROS-i indutseerivad lõhustumist kalpaiinid [67], lüsosomaalsed proteaasid [68, 69] või isegi ADAM8 [47].

Proteinaas K lõikab PrPSc (PrP27–30) proteaasiresistentse tuuma positsiooni 90 lähedal, luues fragmendi, mille pikkus on sarnane C2-ga. Sarnaselt fragmendiga C1 võib ka fragment C2 rakupinnalt eemaldada [70].

Sellise fragmendi moodustumine näitab, et lõhustumises osalevad proteaasid võivad samuti olla seotud rakkude katsetega PrPSc lagundada [71, 72].

3.3. - Dekoltee

PrPC viimati avastatud proteaasi lõhustamine on -lõhustamine. PrPC lõhustamist tuleb veel määrata, kuid vabanenud fragmendi N3 (~20 kDa) ja GPI-ga ankurdatud fragmendi C3 (~5 kDa) suurused viitavad sellele, et valgu lõhustumine toimub aminohappejääkide 170 ja 200 vahelises piirkonnas [73, 74] (joonis 1).

Uuringud näitavad, et maatriksi metalloproteaaside (MMP) perekonna liikmete juuresolekul toimub glükosüülimata valgu sekretoorsel rajal hiline lõhustumine [73].

Põhjus, miks -lõhustumine toimub ainult glükosüülimata PrPC-l, arvatakse olevat tingitud proteaaside steerilisest takistusest glükaanide poolt kavandatava lõhustamiskoha läheduses [40, 75].

On leitud, et lõhustamine eksisteerib erinevates liikides, kudedes ja rakukultuuri mudelites. Selle rolli kindlaksmääramine nõuab täiendavat uurimist, kuigi viide C3 fragmendi suurenenud kogusele CJD ajus võib põhjustada võimalikku patogeenset tähtsust [73].

3.4. Prioonvalgu eritumine

Samuti on C-otsa läheduses oluline PrP lõhustamine. Lõhustamine heidab PrP rakuvälisesse ruumi, jättes raku pinnale väikese arvu aminohappejääke.

Lõhustumist kirjeldati varases uuringutes [35, 39, 76, 77], kuid viimastel aastatel on sellele rohkem tähelepanu pööratud, kuna PrP on seotud haigustega [40, 63, 78–83].

Sarnaselt lõhustamisele toimub PrP eraldumine ADAM perekonna ensüümide juuresolekul. In vitro ja in vivo katsed viitavad sellele, et ADAM9 ja ADAM10 osalevad lõhustamise ja PrP eraldamise protsessis [47,84–86], kus ADAM10 on PrP esmane sheddaas ja ADAM9 on ADAM10 aktiivsuse modulaator [24 ].Shed PrP määrati esmakordselt hamstrites.

Prioonidega nakatunud hamstrite ajus moodustas shedPrP ligikaudu 15% PrPSc molekulidest [76]. Täiendav analüüs näitas, et ADAM10 lõigas PrP Gly228 ja Arg229 vahel ja moodustas PrP, mis lõppes Gly228 juures [84].

ADAM10 lõhustamiskoha profiili uuriv analüüs näitas, et lõhustumist ei indutseeri ainulaadne järjestus [87].

Järelikult võib ADAM10 proteaas sõltuvalt valgu järjestusest ja konformatsioonist toota eraldatud PrP variante. Jansen ja kaastöötajad kirjeldasid prioonhaigusega patsientidel ankurdamata PrP vormide olemasolu, mis lõpevad Tyr225 ja Tyr226-ga [88].

Autorid iseloomustasid kahte prioonhaigusega patsienti, kes kandsid stoppmutatsioone positsioonides Y226X ja Q227X ja ekspresseerisid vastavaid vorme. Kasutades monoklonaalset antikeha V5B2 [89], mis seondub spetsiifiliselt Tyr226-ga lõppeva PrP fragmendiga, kirjeldasime samaaegselt PrP vaba vormi PrP226* olemasolu [90–94].

PrP226* jaotumist inimese ajus on seostatud PrPSc jaotumisega [90,94]. Rohkem kui ühe eraldusvormi olemasolu tõttu püstitasime hüpoteesi, et inimese järjestuse proteolüütiline sait ei asu eranditult aminohappejääkide 228 ja 229 vahel, vaid asub C-otsa läheduses [95] (joonis 1).

Hiljuti on Linsenmeier et al. avaldas põhjaliku uuringu PrPC proteolüütilist eraldumist stimuleeriva mehhanismi kohta [81]. Loommudeleid ja kontrolle kasutades näitasid nad, et PrP eritumine korreleerub negatiivselt prioonkonversiooniga ja et PrP-d on amüloidnaastudes rohkesti.

Samuti uurisid nad PrP-suunatud antikehade PrPC-ga seondumise mõju eraldumise kalduvusele. Tervete PrP-vastaste antikehade seondumine PrPC C-otsa struktureeritud domeeniga või üheahelaliste antikehade derivaatidega, mis on suunatud korduvate epitoopide vastu N-terminaalse domeeni oktarepeatuse piirkonnas, stimuleeris eraldumist, kui tervete PrP-vastaste antikehade seondumine oktarepeaga N-terminaalse domeeni piirkond lukustas N-terminaalse domeeni struktuuri ja kutsus esile PrPC pinnaklastri, endotsütoosi ja lagunemise lüsosoomides [81].

4. Prioonvalk ja müelinisatsioon

PrPC ekspresseerub rikkalikult kesknärvisüsteemis (KNS) ja perifeerses närvisüsteemis [4,5]. Uuringud primaatide, näriliste aju ja transgeensete hiirtega näitasid, et see on rikastatud piki aksoneid ja presünaptilisi terminale, kus see osaleb anterograadses ja retrograadses aksonite transpordis [4, 17, 18, 96–98].

Deletsioonid PrPC lõhustamispiirkonnas näitasid tõsist demüeliniseerumist nii seljaajus kui ka väikeaju valgeaines in vivo [99 100] Hiljem kinnitati, et aksonaalne PrPC ja selle lõhustumine on perifeerses närvisüsteemis müelinisatsiooni soodustamiseks vajalikud [101].

Kasutades kaasisogeensetPrP-knockout hiirte mudelit, Kuffer et al. avastas, et aksonaalne PrPC soodustab müeliini säilimist transis, seondudes N-otsa painduva sabaga Schwanni rakkude adhesiooni G-valguga seotud retseptoriga Adgrg6 [7].

Samuti kinnitasid nad, et hiirtel, kellel puudus PrPC, tekkis krooniline demüeliniseeriv neuropaatia, mis viitab sellele, et müelinisatsiooni homöostaas perifeerses närvisüsteemis on PrPC heauskne füsioloogiline funktsioon [7].

Leiti, et müeliini säilitamine on reguleeritud PrPC N-terminaalselt vabastatud fragmendi (arvatavasti N1 või shed PrP) seondumise kaudu Adgrg6-ga Schwanni rakkudel.

Interaktsioon aktiveeris Adgrg6, suurendas cAMP taset rakus ja vallandas müeliniseerumist soodustava signaalikaskaadi [7]. Perifeerse müeliini säilitamise reguleerimine PrPC poolt leidis kinnitust viies erinevas PrP-knockout hiiremudeli tüves, millel tekkis hilise algusega perifeerne neuropaatia [101–103].

Hiljuti püüti välja töötada perifeersete demüeliniseerivate haiguste ravi, mis põhineb PrPC N-terminaalse domeeni ja Adgrg6 vahelisel seondumisel [104]. Selles uuringus konstrueerisid nad immunoadhesiini molekuli, mis koosnes PrPC kahest paindlikust N-terminaalsest domeenist, mis olid seotud immunoglobuliini G1 (FT2Fc) kristalliseeritava fragmendiga (Fc) [104].

Molekulil olid soodsad farmakokineetilised omadused ja potentsiaal in vitro, kuid sellel ei olnud terapeutilist toimet demüelinisatsiooni varajastele molekulaarsetele tunnustele PrP-knockout hiirtel [104].

PrPC-d uuriti ka seoses perifeerse müeliini arengu ja regeneratsiooniga pärast närvikahjustusi [105]. Kuna PrP leiti olevat selles mehhanismis asendamatu, võib eeldada, et PrP-l ei ole perifeerse närvi parandamise protsessis olulist rolli või selle puudumist võivad kompenseerida teised ligandid [105].

PrPC müeliniseerumist ja teisi füsioloogilisi rolle on intensiivselt uuritud väljalülitatud või langenud PrP geeniekspressiooniga loommudelitel.

Uuringud on näidanud piiratud negatiivseid mõjusid hiirtel [102, 106–109], veistel [110] ja kitsedel [68 111 112], samas kui PrP-knockout hiirte või kitsede uuringud näitasid närvisüsteemi defekte ja tundlikkust oksüdatiivse stressi suhtes [6 101, 111, 11. Mitmed PrP-knockout-hiirte mudelid loodi segase taustaga [106, 109, 114–116].

Kuna uuringud ei ole mudelite vahel reprodutseeritavad, võib see tõstatada küsimuse, kas täheldatud fenotüübid olid tegelikult tingitud Prnp-ga külgnevate geenide polümorfismidest või PrPC puudumise tulemusest. Selle probleemi vältimiseks oleks soovitatav korrata peamisi katseid kaasisogeensete PrPknockout hiirtega.

Kuigi PrPC rolli kesknärvisüsteemis tuleb selgitada, on PrPC ja PrPC-ga vabastatud fragmendid perifeerse närvi müeliini homöostaasis asendamatud, kuid need võivad olla närvide taastumisel asendamatud.

For more information:1950477648nn@gamil.com