NEDD4 alamperekonna HECT E3 ubikvitiini ligaaside rollid närvide arengus ja neurodegeneratsioonis, 3. osa

Oksüdatiivne stress ja apoptootiliste radade aktiveerimine on seotud paljude neurodegeneratiivsete haiguste patofüsioloogiaga.

Oksüdatiivse stressi ja mälu seos on pälvinud teadlaste laialdast tähelepanu. Oksüdatiivne stress on elusorganismides vältimatu füsioloogiline nähtus. See on põhjustatud vabade radikaalide, hapnikuioonide ja muude oksüdatiivsete ainete liigsest tootmisest kehas, mis põhjustab organismis redoksseisundi tasakaalustamatust, põhjustades seeläbi bioloogiliste makromolekulide, rakumembraanide jne oksüdatiivset kahjustust. Võib kahjustada erinevaid füsioloogilisi funktsioone, sealhulgas mälu. Viimased uuringud näitavad aga, et sobiv oksüdatiivne stress mõjutab hästi mälu.

Esiteks võib oksüdatiivne stress aktiveerida ajurakkudes antioksüdantide kaitsemehhanismi, soodustada nende ainevahetust ning suurendada närvirakkude elujõulisust ja kohanemisvõimet.

Teiseks võib mõõdukas oksüdatiivne stress soodustada ka kasulike ainete sünteesi ajurakkudes ning parandada närvirakkude ühendust ja stabiilsust. Näiteks kasulike ainete, nagu antioksüdantsed ensüümid ja kuumašokivalgud, pidev süntees parandab neuronite eneseparandusvõimet, parandades seeläbi õppimis- ja mälufunktsioone.

Lõpuks võib oksüdatiivne stress aktiveerida ka mõningaid rakkude ellujäämise ja diferentseerumisega seotud geene, soodustada rakkude taastumist ja uuenemist ning seega olla kognitiivsete võimete ja mälu edendamisel palju kasu.

Lühidalt võib öelda, et mõõdukas oksüdatiivne stress võib aidata parandada kognitsiooni ja mälu võimeid ning seda tuleks tõsiselt võtta ja ratsionaalselt kasutada. Siiski tuleb rõhutada, et liigne oksüdatiivne stress ei ole tervisele kasulik. Seetõttu tuleks oma igapäevases toidus tarbida rohkem antioksüdante, pöörates samal ajal tähelepanu ka krooniliste haiguste esinemise vähendamisele ja tervislike eluviiside hoidmisele. On näha, et meil on vaja mälu parandada ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola suudab reguleerida ka neurotransmitterite tasakaalu, näiteks tõsta atsetüülkoliini ja kasvufaktorite taset. Need ained on mälu ja õppimise jaoks väga olulised. Lisaks võib Cistanche deserticola parandada ka verevoolu ja soodustada hapniku kohaletoimetamist, mis tagab aju piisava toitainete ja energia kättesaamise, parandades seeläbi aju elujõudu ja vastupidavust.

Mälu parandamiseks klõpsake teadmise lisandeid

Oksüdatiivne stress tekitab reaktiivseid radikaalhapniku liike (ROS), mis käivitavad pro-apoptootiliste tegurite ekspressiooni. Alzheimeri tõbe (AD), PD ja ALS-i on seostatud insuliini/insuliini kasvufaktori (IGF)-1 signaalide halvenemisega [105].

IGF-1 lagunemist vahendab ubikvitiini proteasoomisüsteem (UPS) ja NEDD4-1 mängib selles protsessis võtmerolli. NEDD4-1 on ülesreguleeritud paljude neurotoksiinide poolt, mis kutsuvad esile neuronites oksüdatiivse stressi, mis viib IGF-1 lagunemiseni UPS-i poolt. Kõrgenenud NEDD4-1 ekspressioon leiti AD, PD ja HD patsientide ajukoes ning ka ALS-i patsientide ja mutantsete SOD1 hiirte seljaaju kudedes.

NEDD{0}} alareguleerimine/inaktiveerimine päästis neuronid tsinktoksilisusest põhjustatud surmast [106]. NEDD4-1 on seostatud ka teiste valkudega, mis on eriti olulised rakulise stressivastuse (HSF-1) ja apoptoosi (NDFIP1) reguleerimisel.

Kuumašoki transkriptsioonifaktor-1 (HSF-1) on peamine stressitranskriptsioonifaktor, mis aktiveerib chaperone ja anti-apoptootilisi valke kodeeriva geeni. Arvatakse, et selle düsregulatsioon on seotud neurodegeneratsiooniga, eriti -sünukleinopaatiaga. -Synukleiini poolt indutseeritud alamproteotoksilised stressitingimused, NEDD4-1 on neuronites E3 ligaas, mis ubikvitineerib HSF-1 edasiseks lagunemiseks proteasoomi poolt.

HSF{0}} ebanormaalne lagunemine, mis hõlmab NEDD4-1, võib olla sünukleinopaatia ja ulatusliku neurodegeneratsiooni aluseks olevaks oluliseks molekulaarseks võtmemehhanismiks [107]. NEDD4-1 interakteerub ka NDFIP1-ga (NEDD4 perekonda interakteeruv valk), mis on PD rakumudelis kaitsva rolliga transmembraanne valk, mis aitab vähendada apoptoosi ja parandada rakkude ellujäämise määra. See seondumine suurendab NDFIP1 ekspressiooni [108].

NEDD4-1 kaotust on seostatud RTP801 taseme tõusuga, mis on proapoptootiline valk, mis on piisav ja vajalik neuronite surma esilekutsumiseks PD raku- ja loommudelites [109]. SMURF1 ja SMURF2 on teised HECT E3 ligaasid, millel on seos apoptootiliste radadega.

SMURF1 on kirjeldatud kui Hirano kehaga (HB) seotud valku [110]. HB-d täheldati esmalt ALS-i ja PD-ga patsientidel ning seejärel AD-ga. SMURF1 on ülesreguleeritud põletikueelsete tsütokiinide poolt, mis mängivad rolli kesknärvisüsteemi kahjustuse korral apoptoosis [111].

Samuti on näidatud, et see pärsib p53-vahendatud apoptoosi, stabiliseerides MDM2-MDMX kompleksi, mis ubikvitineerib p53, põhjustades selle lagunemise [51]. SMURF2 on kirjeldatud kui TGF-signalisatsiooni negatiivset regulaatorit, mis on apoptoosi reguleerimise peamine tegur.

Ravi karbamaadi pestitsiidi karbofuraaniga põhjustab neurodegeneratsiooni, suurendades TGF-i signaaliülekannet koos olulise SMURF2 allareguleerimisega [112]. TGF-signalisatsioon on suurenenud, eriti AD, PD ja ALS patsientidel [113].

Teine oluline apoptoosi tegur on p53 valk. p53-vahendatud apoptoos on otseselt seotud neurodegeneratsioonini viivate protsessidega. Huvitaval kombel suurendab HECT E3 NEDL1 p53-vahendatud apoptoosi [114].

Glutamaat on kesknärvisüsteemis kõige levinum ergastav neurotransmitter. AD korral on kognitiivne langus tingitud sünaptilisest kahjustusest, mis on põhjustatud teamüloidi prekursorvalgu lõhustumisest patogeenseks peptiidiks amüloidiks- (A) [115]. A vähendab ionotroopse glutamaadi retseptori AMPA-R alatüüpi membraanil.

Selle vähenemiseni viivad täpsed molekulaarsed mehhanismid jäävad ebaselgeks; aga A-indutseeritud sünaptilise düsfunktsiooniga kultiveeritud neuronites tuvastati AMPA-R-i NEDD{1}}vahendatud ubikvitinatsiooni roll.

On teada, et NEDD4-1 sihib AMPA-R-i ja A soodustab selle värbamist, suurendades seega sünaptiliste retseptorite ubikvitineerimist ja lagunemist [116]. HECT E3 NEDD4-2 on seotud BEST1( ubikvitinatsiooni ja lagunemisega). bestrofiin-1), neuronite ja astrotsüütide pinnal ekspresseeritav kaltsiumi aktiveeritud kloriidkanal [117].

BEST1 on seotud glutamaadi ja GABA vabanemisega, mis on seotud neuronite erutuvuse ja sünaptilise ülekande moduleerimisega patoloogilistes tingimustes, nagu neuropõletik ja neurodegeneratsioon.

Veel ühte seost glutamaadi ja neurodegeneratiivsete haiguste vahel on põhjalikult kirjeldatud: glutamaadi eksitotoksilisus. Liigne glutamaadi sisaldus sünapsides on toksiline ja seda on seostatud AD, ALS ja HD-ga. Sellele eksitotoksilisusele aitavad kaasa düsfunktsionaalsed glutamaadi transporterid [118].

HECT E3 NEDD{1}}võib vahendada glutamaadi transporterite ubikvitineerimist in vitro ja in vivo PD mudelites [119]. MPP+ (1-metüül-4-fenüülpüridiinium) töödeldud astrotsüütides suureneb ubikvitineeritud (Ub) glutamaadi transporterite GLT-1 tase, samas kui mitte-Ub GLT-1 tase väheneb.

Selle tühistab siRNA-vahendatud NEDD4-2 katkestamine. Sarnased tulemused saadi PD (1-metüül-4-fenüül-1,2,2,6-tetrahüdropüridiin) MPTP hiiremudeliga. NEDD4-2 hävitamine selle hiiremudeli tulemuseks oli liikumishäirete paranemine [120].

6. Järeldused ja tulevikuperspektiivid

Ubikvitiini rada on valgu homöostaasi ja paljude valkude aktiivsuse reguleerimise peamine tegur. Selle paljudest ensüümidest ja eriti E3 ligaasidest koosneva raja dereguleerimine põhjustab neuronite arengu ja funktsiooni defekte, põhjustades neurodegeneratiivseid või neurodegeneratiivseid haigusi (joonis 3).

Selles töös oleme andnud esimese ülevaate ajus tugevalt ekspresseeritud E3 ligaaside konkreetse alamperekonna, E3 HECT ubikvitinligaaside NEDD4 alamperekonna funktsioonidest ja regulatsioonist. See on 28 HECT-tüüpi ensüümi kõige paremini iseloomustatud alarühm [121].

Selle NEDD4 alamperekonna 9 liiget on evolutsiooni käigus väga konserveerunud imetajatel, aga ka mitteimetajatel, nagu Caenorhabditis elegans või Drosophila. Pärmis Saccharomyces cerevisiae ja Schizosaccharomyces pombe on leitud samu struktuure ja domeene nagu NEDD4 valkudel [17].

On teada, et NEDD4 alamperekonna E3 ensüümid ekspresseeruvad kõrgelt kesknärvisüsteemis.

Hiljutised uuringud näitavad, et neil on neuronite arengus ja funktsioneerimises mitmekesine ja oluline roll. Nad osalevad ka rakuprotsessides, mis on seotud rakkude ellujäämise ja programmeeritud rakusurma reguleerimisega (joonis 3).

Geneetilised uuringud on näidanud, et mõned neid ensüüme kodeerivad geenid on muteerunud eelkõige neurodegeneratiivsete ja neurodegeneratiivsete haiguste korral. On väga tõenäoline, et edasised geneetilised uuringud, kasutades järgmise põlvkonna sekveneerimist suurtel patsientide rühmadel, näitavad selle E3 perekonna seotust teiste kesknärvisüsteemi patoloogiatega. Neurodegeneratiivsed haigused on teadaolevalt vanusega seotud haigused.

Vanus võib põhjustada ubikvitiini raja ensüümide kontsentratsiooni ja aktiivsuse muutusi. Muutused aktiivsuses võivad olla põhjustatud translatsioonijärgsetest modifikatsioonidest (PTM), näiteks deamidatsioonist.

Tõepoolest, arvatakse, et deamidatsioon on valkude ringluse molekulaarne kell ja see võib põhjustada valkude denaturatsiooni või agregatsiooni [122]. NEDD4 perekonna ubikvitinligaaside deamideerimise mõju tuleks sarnaselt fosforüülimisega tõsiselt uurida.

Nende kontsentratsiooni või aktiivsuse muutmine võib mõjutada rakuprotsesse ja põhjustada neurodegeneratsiooni. NEDD4 regulatiivsed mehhanismid on üsna mitmekesised, nagu varem nähtud. See avab huvitavad võimalused teraapiate väljatöötamiseks, mis võimaldaksid nende toimet moduleerida (blokeerida, vähendada või suurendada).

Võiksime sihtida ensümaatilise aktiivsuse reguleerimise valgudomeene, nagu HECT ensümaatiline domeen ja ligandidega interaktsiooni domeen. Mõned molekulid on juba välja töötatud NEDD4 valkude aktiveerimiseks, näiteks vähivastane ravim Bortesomib, mis interakteerub mitme NEDD4 alamperekonna valguga [123].

Klomipramiin, depressiooni raviks kasutatav ravim, blokeerib spetsiifiliselt NEDD4 ITCH-i HECT-i katalüütilist aktiivsust [124]. NEDD4 alamperekond on kasvanud pakkumaks suurt huvi neile, kes on huvitatud kesknärvisüsteemi füsioloogilistest ja patofüsioloogilistest protsessidest.

Arvestades selle alamperekonna valkude funktsioonide mitmekesisust ja tähtsust neuronites ning võimalust töötada välja spetsiifiliselt neile suunatud ravimeid, on nende konkreetsete ligaaside kohta vaja täiendavaid uuringuid.

Autori kaastööd: Conceptualization, SH, PV ja CRA; metoodika, SH, PV ja CRA; valideerimine, SH, PV ja CRA; kirjutamine-originaalse mustandi ettevalmistamine, SH, PV, SM, CV-D., DL, FL, PC, HB ja CRA; kirjutamine-retsenseerimine ja toimetamine, SH, PV, MJ, SM, CV-D., DL, FL, PC, HBand CRA; järelevalve, PV ja reitinguagentuur; projektihaldus, PV ja reitinguagentuur; rahastamise omandamine, PV ja CRA Kõik autorid on käsikirja avaldatud versiooni läbi lugenud ja sellega nõustunud.

Rahastamine: see uurimus ei saanud välist rahastamist.

Institutsioonilise läbivaatamise nõukogu avaldus: Ei kohaldata.

Teavitatud nõusoleku avaldus: Ei kohaldata.

Andmete kättesaadavuse avaldus: Ei kohaldata.

Tänuavaldused: Seda uurimistööd toetasid Toursi ülikool Inserm ja Prantsusmaa sihtasutus ARSLA. SH tunnustab Val deLoire'i piirkonnakeskuse (stipendiumi) rahalist toetust.

Huvide konflikt: autorid ei deklareeri huvide konflikti.

Viited

1. Gilbert, SL; Dobyns, WB; Lahn, BT Geneetilised seosed aju arengu ja aju evolutsiooni vahel. Nat. Rev Genet. 2005,6, 581–590. [CrossRef] [PubMed]

2. Upadhyay, A.; Joshi, V.; Amanullah, A.; Mišra, R.; Arora, N.; Prasad, A.; Mishra, A. E3 Ubikvitiini ligaasid Neurobioloogilised mehhanismid: areng kuni degeneratsioonini. Esiosa. Mol. Neurosci. 2017, 10, 151. [CrossRef] [PubMed]

3. Hipp, MS; Kasturi, P.; Hartl, FU Proteostaasi võrgustik ja selle vähenemine vananemises. Nat. Rev Mol. Cell Biol. 2019, 20, 421–435.[CrossRef] [PubMed]

4. Ramocki, MB; Zoghbi, HY Neuronaalse homöostaasi ebaõnnestumise tulemuseks on tavalised neuropsühhiaatrilised fenotüübid. Loodus 2008,455, 912–918. [CrossRef] [PubMed]

5. Wang, C.; Dong, K.; Wang, Y.; Peng, G.; Laul, X.; Yu, Y.; Shen, P.; Cui, X. HECW1 ekspressiooni integreerimine kliinilistesse indikaatoritesse näitab suurt täpsust selgerakulise neerurakulise kartsinoomiga patsientide prognoosi hindamisel. BMC Cancer 2021, 21, 890.[CrossRef]

6. Swatek, KN; Komander, D. Ubikvitiini modifikatsioonid. Cell Res. 2016, 26, 399–422. [CrossRef]

7. Kwon, YT; Ciechanover, A. Ubikvitiini kood ubikvitiini-proteasoomi süsteemis ja autofagia. Trends Biochem. Sci. 2017,42, 873–886. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com