Prioonvalk: paljude vormide ja nägude molekul, 2. osa

5. Prioonvalk ja isheemilised insuldid

Eelmises jaotises täheldasime, et knockout-loomad on oksüdatiivse stressi suhtes haavatavamad. Uuringud toetavad ideed, et PrPC toimib antioksüdandina, reguleerides glutatioonreduktaasi aktiivsust [117, 118] ja superoksiidi dismutaasi (SOD) ioonide sidumise kaudu [119–123].

Oksüdatiivne stress on nähtus, mille puhul organism toodab füsioloogilistes ja patoloogilistes tingimustes liiga palju vabu radikaale ja muid aktiivseid oksüdante, mis ületab kliirensvõimet, põhjustades seeläbi rakkude ja kudede kahjustusi. Paljud uuringud on näidanud, et oksüdatiivne stress on tihedalt seotud paljude haigustega nagu Alzheimeri tõbi, Parkinsoni tõbi, Alzheimeri tõbi jne.

Hiljutised uuringud on aga näidanud, et mõõdukas oksüdatiivne stress võib aidata parandada mälu. Mõned teadlased usuvad, et mõõdukas oksüdatiivne stress võib stimuleerida neuroneid tootma rohkem antioksüdante, parandades seeläbi nende võimet taluda oksüdatiivset stressi, kaitstes neuroneid ekslike signaalide häirete eest ning parandades seeläbi õppimist ja mälu.

Lisaks on uuringud näidanud, et mõõdukas oksüdatiivne stress võib soodustada ka sünapside teket ja tugevnemist, mis on samuti mälu võtmetegur. Teadlased on leidnud, et mõned kasulikud oksüdatiivse stressi molekulid võivad stimuleerida sünapside teket ja soodustada sünapside tugevnemist, parandades seeläbi õppimis- ja mälufunktsioone.

Seetõttu ei tohiks me mälu parandamiseks oksüdatiivsele stressile liigselt vastu seista. Mõõdukas kogus oksüdatiivset stressi on inimorganismile kasulik ning seda saab soodustada ja sellega toime tulla, tehes trenni ja tarbides antioksüdantiderikkaid toite. Samal ajal peame pöörama tähelepanu ka oksüdatiivse stressi taseme kontrollimisele ja tagama, et see oleks mõõdukas, et saavutada parim tervist ja mälu parandav efekt. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche on traditsiooniline Hiina meditsiiniline materjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Cistanche'i toime tuleneb selles sisalduvatest erinevatest toimeainetest, sealhulgas parkhappest, polüsahhariididest, flavonoidglükosiididest jne. Need koostisosad võivad mitmel viisil edendada aju tervist.

Klõpsake nuppu Tea 10 viisi mälu parandamiseks

PrP-knockout hiirtel oli vähenenud kaitse ROS-i vastu, samas kui priooniga nakatunud hiirtel oli suurenenud oksüdatiivse stressi tase, mis oli tõenäoliselt PrPC funktsiooni kadumise tagajärg [124–126].

Oksüdatiivse stressi tingimustes suureneb PrP mRNA tase, mis tähendab, et oksüdatiivne stress reguleerib PrPC ekspressiooni üles [127]. Isheemiline insult on seisund, kus verevoolu kaotus aju piirkonnas põhjustab hüpoksilisi seisundeid ja ajukahjustusi [128].

Toisheemiaga PrP-knockout loommudelid näitasid intensiivset isheemilist kahjustust ja vähenenud regeneratsiooni võimalust, samas kui PrPC sünteesi võimalus põhjustas PrPC üleekspressiooni ja vähendas isheemilist kahjustust [127].

Isheemiliste insultide uuringud on näidanud, et PrPC üleekspressioon võib metsikut tüüpi hiirtega võrreldes vähendada kahjustuse suurust, omistades PrPC-le kaitsva rolli isheemilise kahjustuse eest [129–135].

Pärast isheemilist insuldi seostatakse PrPC neuroprotektiivsete ja regeneratiivsete protsessidega, interakteerudes erinevate tsütosoolsete ja transmembraansete signaalvalkudega.

Muu hulgas on PrPC-d seostatud rakuvälise signaaliga reguleeritud kinaasi (ERK1/2) [133,136,137] ülesreguleerimisega, fosfatidüülinositool3-kinaasi/valgukinaasi B/Akt (PI3K/Akt) raja aktiveerimisega [138– 142], N-metüülD-aspartaadi (NMDA) retseptori poolt vahendatud toksilisuse moduleerimine [143], cAMP-sõltuva proteiinkinaasi A (PKA) raja aktiveerimine [144–146] ja interaktsioon stressist indutseeritava valguga 1 (STI1) [ 146], mille tulemuseks on neuronite ellujäämine, neuriitide väljakasv ja neuroprotektsioon.

PrPC on Fyn kinaasi retseptor, mis kuulub türosiinkinaaside (SFK) perekonda Src [146]. Fyn kinaasi aktiveerimise kaudu vahendab PrPC oligomeeridest põhjustatud toksilisust neurodegeneratiivseid haigusi [147–150] ja soodustab neuriitide väljakasvu neuronaalse raku adhesioonimolekuli (NCAM) GluN2A domeeni fosforüülimise kaudu [151].

Fyn kinaas ja teised SFK perekonna liikmed on seotud isheemiliste kahjustustega [152–155]. SFK-de inhibeerimine globaalses isheemiamudelis ja GluN2A Fyn-vahendatud fosforüülimise pärssimine vastsündinute HII mudelis suurendas neuronaalset ellujäämist [ 156–158], samas kui Fyni üleekspressioon vastsündinute HII mudelis tõi kaasa ajukahjustuse suurenemise [159].

SFK-de inhibeerimine isheemia hiiremudelis põhjustas ka isheemilise mahu vähenemise ja ajufunktsiooni paranemise pärast provokatsiooni [155].

Kuna seda efekti Fyn-knockout hiirtel ei täheldatud, kahtlustame, et ka muud ligandid peale Fyn-kinaasi võivad mõjutada isheemiatõve taastumist [155]. Samuti näidati, et PrPC fragmendid osalesid isheemilises insuldis.

Näidati, et fragmendid N1 ja N2 toimivad rakulise stressi korral kaitsvalt [160–162] ja moduleerivad neuraalsete tüvirakkude vaikust täiskasvanu neurogeneesis pärast insuldi [163], samas kui PrPC fragmendidC1 ja C2 osalesid p53-sõltuva apoptoosi ja apoptoosi reguleerimises. rakkude ellujäämine [164]. Leiti, et fragment C1 on rikastatud väikeste EV-de (EV) suhtes, kus see toimis sarnaselt viiruse pinnavalkudele [165,166].

Seetõttu võib see mõjutada rakkudevahelist infovahetust sEV-de ja nende sihtrakkude vahel ning aidata kaasa nende omastamisele [63]. Brenna et al. uuris sarnasusi PrP-knockout hiirte ja metsiktüüpi hiirte ajust pärinevate sEV-de omastamise vahel pärast insulti [128].

Nad näitasid, et sEV-d lõdvendav PrP omastati oluliselt kiiremini ja suurema efektiivsusega ning neid sorteeriti kergemini lüsosoomideks kui PrP-d ja fragmenti C1 sisaldavad sEV-d [128].

Samuti leiti, et FragmentN1 osaleb mikrogliia ja teiste ajurakkude vaheliste interaktsioonide reguleerimises. Hiljutine in vitro uuring segatud neuronaalse liini ja mikrogliia kokultuursüsteemiga näitas, et fragment N1 stimuleeris muutusi raku morfoloogias ja ainevahetuses ning indutseeris Cxcl10 sekretsiooni [167].

Lisaks näidati, et fragment N1 mõjutab mikrogliat, muutes membraani koostist ümbritsevate rakkudega vastastikmõju kohtades kõrgemale GM1 sisaldusele kaaskultuuris, kuid ainult otsesel rakuvahelisel kokkupuutel [167].

Fragment N1 pakuti ka neuronite kaitsmiseks staurosporiinist põhjustatud kaspaas-3 aktivatsiooni eest roti võrkkesta isheemilises mudelis [60]. Neid tulemusi toetavad in vitro uuringud, kus PrPC ekspressioon kaitses staurosporiini või anisomütsiini poolt indutseeritud apoptoosi eest [144, 146]. Fragment N1 on seotud ka neurodegeneratiivsete haiguste neuroprotektsiooniga, mida käsitletakse üksikasjalikumalt järgmises jaotises.

Ankurdatud PrPC juuresolekul võib rekombinantne PrP (recPrP) indutseerida mesenhümaalsetel tüvirakkudel ERK1/2 ja Akt signaaliülekannet, mis võib toetada neuronite diferentseerumist [168], soodustada neuriitide väljakasvu ja hõlbustada aksonite kasvukoonuse juhtimist [169].

Hiljuti teatati, et recPrP soodustab neuriitide väljakasvu ja Schwanni rakkude migratsiooni läbi ERK1 / 2 raja [170].

Aktiveerimine hõlmas NMDA retseptoreid, madala tihedusega lipoproteiini retseptoriga seotud valku -1 (LRP1), SFK-sid ja Trk retseptoreid; tundus, et see toimus ankurdatud PrPC-st sõltumatult [170].

Selles mehhanismis mängisid SFK-d recPrP-algatatud raku signaaliülekandes kriitilist rolli, aktiveerides Trk-retseptoreid, mis asuvad ERK1/2-st ülesvoolu [170, 171]. Kuigi recPrP-l puudub glükosüülimine, võib seda pidada sobivaks shed PrP analoogiks.

Prioonvalk ja prioonvalgu fragmendid on seotud rakkudevahelise kommunikatsiooni ja signaaliülekande, oksüdatiivse stressi ja neuroprotektsiooniga ning on atraktiivne sihtmärk nende mehhanismide raviks ja reguleerimiseks. Sellegipoolest tuleks läbi viia täiendavaid uuringuid, et kinnitada nende molekulide mõju nimetatud mehhanismidele.

6. Prioonvalk ja neurodegeneratsioon

Neurodegeneratsioon on neuronite struktuuri või funktsiooni järkjärguline kadu, mis võib lõpuks hõlmata rakusurma. Molekulaarsel tasandil on neurodegeneratsioon seotud valesti volditud valkude kogunemisega.

Valguagregaatide kogunemine põhjustab mitokondrite düsfunktsiooni, kutsub esile oksüdatiivse stressi ja lõpuks kroonilise põletiku. Neurodegeneratsioon esineb selliste haiguste puhul nagu prioonhaigus, PD ja AD, mis on tingitud vastavalt PrPSc [26 172 173], -syn [174–177] ja A isovormide [178 179] ja tau valgu [180–183] agregatsioonist.

On leitud, et prioonvalk või prioonvalgu fragmendid interakteeruvad erinevate neurodegeneratiivsete haiguste korral agregeerivate ainetega, kuid nende roll sõltub uuritud tingimustest [24,81,184,185].

On teatatud, et PrPC seob paljusid neurodegeneratiivsete haigustega seotud leherikkaid oligomeere [148–150].

PrPC seob metabotroopset glutamaadi retseptorit5 (mGluR5) ja vahendab Fyn kinaasi kaudu oligomeeride põhjustatud toksilisust [175, 186–188].

Aktiveeritud Fyn kinaas võib fosforüülida NMDA-retseptorite GluN2A ja GluN2B alaühikuid, mis seejärel hüperaktiveeruvad ja põhjustavad kaltsiumi sissevoolu ja rakusurma [20, 189].

Samuti on näidatud, et PrPC võib LRP1-ga interaktsiooni kaudu aktiveerida Fyn kinaasi vahendatud A oligomeeri toksilisust [190]. Hiljutine uuring selles valdkonnas näitas, et peale LRP1 hõlmab see protsess aktiveeritud makroglobuliini ja koetüüpi plasminogeeni aktivaatorit [191].

Uuringud on näidanud, et lahustuvate valguagregaatide ja PrPC vaheline seondumine põhjustab neurotoksilisust ja pärsib pikaajalist võimendust (LTP) [30,192]. Samuti on avaldatud vastandlikud uuringud, mille kohaselt PrPC tasemed ei avalda olulist mõju A-indutseeritud LTP-le PrP-knockout-hiirtel [193], raku ablatsioonile ega PrP üleekspressioonile [194].

Nende lahknevuste põhjused on ebaselged, kuid need võivad olla tingitud erinevate mudelsüsteemide ja toksiliste või mittetoksiliste liikide kasutamisest [195]. Oligomeerid seonduvad PrPC-ga kahes sidumissaidis PrPC paindlikus N-terminaalses osas aminohappejääkide 23–23 vahel. 27 ja 92–110 [192,195,196]. Peale A-oligomeeride on PrPC teatatud olevat -syn oligomeeride ja tau agregaatide retseptor.

Sarnaselt A-oligomeeridele seob ankurdatud PrPC painduvas N-otsas [30,175,185,197–199] väikeseid lahustuvaid agregaate või lühemaid -syn-oligomeeride või tau agregaatide fibrillid. Samuti on näidatud, et PrPC seob rekombinantseid -syn-fibrillid.

Mudelsüsteem, millel puudus PrPC, näitas kontrollrühmaga võrreldes madalamat -syn- ja -syn-fibrillide omastamist [177, 185, 197], mille tulemuseks oli väiksem -syn agregatsioon, astrogliia aktivatsioon ja dopamiinergiliste neuronite kadu PrP-knockout-hiirte ajus [185].

Veelgi enam, PrP-knockouthiirtel ei ilmnenud -syn-indutseeritud LTP kahjustust, samas kui ravi anti-PrPantikehaga hoidis ära -syn-indutseeritud LTP defektid PD mudelis [175]. Kuigi mainitud uuringud toetavad PrPC ja -syn oligomeeri koosmõju, La Vitola et al. näitas, et PrPC ei olnud sün-oligomeeride kahjulike mõjude vahendamiseks in vitro või in vivo kohustuslik [33].

Kuigi lahknevust ei saanud uuringus selgitada, võib see ilmneda ka lahustuvate täitematerjalide valmistamise erineva protokolli kasutamise või erinevate mudelsüsteemide kasutamise tõttu.

Samuti näidati, et ankurdatud PrPC seob tau agregaate ja näis hõlbustavat nende omastamist [30 198 200]. Näidati, et PrPC puudumine või eeltöötlemine antiPrP blokeerivate antikehadega vähendab rekombinantsete tau agregaatide omastamist ja kaotab tau agregaatidest põhjustatud toksilisuse [30 198 200].

Uuringud rekombinantse PrP fragmendi N1 kohta neurodegeneratiivsete haiguste korral on näidanud, et need molekulid võivad siduda toksilisi A oligomeere piirkondades, mis jäävad aminohappejääkide 23–31 ja 95–105 vahele.

Fragment N1 neutraliseerib toksilised A oligomeerid, haarates need rakuvälisesse ruumi ja vähendab oligomeeride põhjustatud toksilisust [61, 195, 201–204]. Fragmendi N1 kaitsvat toimet on täheldatud ka in vivo hiirtel, kes puutusid kokku ägeda A-indutseeritud toksilisusega [203]. Beland ja kolleegid täheldasid PrPC lõhustumise suurenemist AD-patsientide ajus [205].

Kuna N1 fragment seob ohtralt A oligomeere, võib viidata sellele, et lõhustamine toimib haiguste arengus kaitsvalt [205], samas kui N1 tootmise pärssimine soodustab AD progresseerumist [42].

PrP eraldumine vähendab raku külge kinnitatud PrPC taset [78]. Selle tulemusena väheneb prioonide replikatsiooni substraadi tase ja toksikoligomeeride retseptori tase [85, 206].

Sarnaselt fragmendile N1, arvatakse, et vabanenud PrP kaitseb ka prioonhaigustest ja muudest neurodegeneratiivsetest haigustest [40, 79, 81]. Nagu eelmises jaotises mainitud, on recPrP sarnane shed PrP-ga.

Kuigi sellel puuduvad glükaanid, võib seda retsepti kasutada mudelina, et ennustada vabanenud PrP rolli haigustes. Leiti, et RecPrP suurendab sünapside arengut ja neuriitide väljakasvu ankurdatud PrPC juuresolekul [170, 207].

Sarnaselt fragmendile N1 inhibeeris ka recPrP AD mudelis A oligomeeri moodustumist ja neutraliseeris A oligomeeri toksilisust [203]. In vitro uuringud, milles kasutati recPrP-d ja selle derivaate, näitasid, et nii PrP N-terminaalne kui ka C-terminaalne domeen on vajalik A fibrillide pikenemise tõhusaks inhibeerimiseks [202, 208] ja toetab vabanenud PrP kaitsvat rolli A fibrillide moodustumise inhibeerimisel.

Samuti näidati, et RecPrP seob tau agregaate ja -sünoligomeere ning võib neutraliseerida nende toksilisuse [30]. Kuigi PrPC eritumine toimib kaitsvalt, võib tõhustatud PrPC eritumine põhjustada negatiivset bioloogilist aktiivsust, näiteks põletikku kesknärvisüsteemis [83, 209]. Jarosz-Griffiths jt. [82] teatas hiljuti PrPsheddingu kaitsvast rollist.

Autorid teatasid, et siRNA-vahendatud ADAM10 knockdown vähendas PrPC eraldumist ja suurendas A oligomeeri seondumist, samas kui atsitretiin soodustas PrPC eraldumist ja vähendas A oligomeeri seondumist neuroblastoomirakkudes ja inimese poolt indutseeritud pluripotentsetes tüvirakkudes [82].

Linsenmeieri jt hiljutises artiklis hindasid teadlased heitunud PrP ükskõiksete mudelite rolli [81]. Kasutades polüklonaalset antikeha sPrPG228, mis tuvastas spetsiifiliselt G228-ga lõppeva hiire PrP [210], näitasid nad, et prioonhaigetel hiirtel eritus PrPkolokaliseerumine PrPSc-ga amüloidnaastudes. Sarnaselt prioonhaiguse mudelile jaotati ka eraldunud PrP-d 5xFAD hiirte ajude A ladestustesse, kus see leiti seotuna A oligomeeridega ja seda nähti paljude amüloidnaastude keskel.

Selle valdkonna seniste teadmiste tõttu tegid autorid ettepaneku, et füsioloogiliselt eritunud PrP võib toimida kaitsvalt prioonhaiguste ja AD korral, blokeerides toksilisi oligomeere ja/või sadestades need ilma mürgiste ladestustega [81,211].

RecPrP ja N1 võivad samuti pärssida A oligomerisatsiooni, neutraliseerida olemasolevate A oligomeeride tsütotoksilisust, takistada oligomeeride seondumist rakupinna PrPC-ga ja päästa A-indutseeritud LTP kahjustuse [212].

Kuna recPrP ja N1 mõlemad sisaldavad valgu oligomeeride pakutud sidumissaite, siis teatati, et mõlemad molekulid seovad ka -syn oligomeere ning vahendavad -syn oligomeeride ja AD-ga seotud amüloid-oligomeeride koosklastrit [199].

PrPC on rikastatud ekstratsellulaarsete vesiikulite (EV) poolest [128,213,214]. PrPC füsioloogiliste funktsioonide kohta elektrisõidukites on vähe teada. Mitmed uuringud on näidanud, et PrPC inEV-d kaitsevad rakke A toksilisuse eest [214–217].

Elektriautode poolt toksiliste A oligomeeride neutraliseerimise mehhanism ei ole teada; Sellest hoolimata eeldatakse, et see sarnaneb recPrP või N{0}}vahendatud protsessiga.

On tehtud ettepanek, et eksosomaalne PrPC püüab kinni A-oligomeere N-terminaalses PrP piirkonnas (aminohappejäägid 23–31 ja 95–105) [203], neutraliseerib oligomeere, soodustab A-fibrillide moodustumist ning reguleerib üles agregaatide internaliseerumist ja lagunemist. mikrogliia poolt [214–217].

Kuna on näidatud, et recPrP ja ankurdatud PrPC seovad tau ja -syn oligomeere [30], siis eeldatakse, et eksosomaalsed PrP-d toimivad samal viisil. Seoses rakuvälises ruumis vabade toksiliste tau- või -syn-oligomeeridega takistavad eksosomaalsed PrP-d toksilise oligomeeri seondumist ankurdatud PrPC-ga ja pärsivad toksilist signaaliülekannet haigustega patsientide kesknärvisüsteemis.

PrPSc-ga seotud eksosoomid on nakkusohtlikud ja kujutavad endast prioonhaiguse leviku ohtu [218–222]. Kuigi otsest uuringut veel pole, võib eksosomaalne PrPC esile kutsuda ka kesknärvisüsteemi põletikku. Muude eksosomaalsete PrPC-de bioloogiliste tegevuste uurimiseks tuleb teha rohkem tööd.

For more information:1950477648nn@gmail.com