Vpogled v patogenezo nevrodegenerativnih bolezni: Osredotočite se na mitohondrijsko disfunkcijo in oksidativni stres 2. del

Več posttranslacijskih modifikacij uravnava tudi mitohondrijsko dinamiko. Fosforilacija Drp1 lahko stimulira cepitev ali fuzijo, odvisno od mesta fosforilacije [100,101].

Z nenehnim razvojem nevroznanosti vse več študij dokazuje, da obstaja tesna povezava med mitohondrijsko dinamiko in spominom, ki ima pozitiven in progresiven pomen.

Mitohondriji so pomemben organ v celicah z dvema glavnima nalogama: ena je zagotavljanje energije celicam, druga pa uravnavanje celičnega razvoja in življenjskih aktivnosti. Delovanje mitohondrijev ni povezano samo z zdravjem celic, temveč je tesno povezano tudi s fizičnim zdravjem človeškega telesa. Človeški spomin je eden izmed njih.

Študije so pokazale, da je v človeških možganih prišlo do številnih sprememb v dinamiki mitohondrijev, kot so povečana gostota mitohondrijev, migracija mitohondrijev in regeneracija mitohondrijev. Te spremembe niso povezane samo z zdravjem nevronov v možganih, ampak so tesno povezane tudi z izboljšanjem možganskega spomina.

Natančneje, mitohondrijska dinamika lahko spodbuja prenos informacij med možganskimi nevroni, s čimer spodbuja nastanek, utrjevanje in obnavljanje spomina in učenja. Poleg tega lahko ekstremni športi in druge vrste športov spodbujajo povečanje gostote mitohondrijev in s tem izboljšajo spomin in kognitivne sposobnosti možganov.

Zato bi morali aktivno sodelovati v nekaterih dejavnostih, ki so koristne za fizično zdravje, kot so vadba, fitnes, razvijanje dobrih prehranjevalnih navad itd., da bi spodbudili razvoj mitohondrijske dinamike ter izboljšali spomin in kognitivne sposobnosti. Ob tem bi morali paziti tudi na počitek, zmanjšati stres, ohraniti dobro zdravje in s tem aktivno zdraviti prihodnje življenje.

Če povzamemo, obstaja tesna povezava med mitohondrijsko dinamiko in spominom. Aktiven življenjski slog in zdrave navade ugodno vplivajo na razvoj mitohondrijske dinamike in s tem izboljšajo spomin in kognitivne sposobnosti možganov. Vidimo lahko, da moramo izboljšati spomin, Cistanche pa lahko bistveno izboljša spomin, ker ima Cistanche antioksidativne, protivnetne učinke in učinke proti staranju, kar lahko pomaga zmanjšati oksidativne in vnetne odzive v možganih, s čimer ščiti zdravje živčnega sistema. Poleg tega lahko Cistanche spodbuja tudi rast in popravilo živčnih celic ter tako izboljša povezljivost in delovanje nevronskih mrež. Ti učinki lahko pomagajo izboljšati spomin, sposobnost učenja in hitrost razmišljanja ter lahko tudi preprečijo pojav kognitivnih motenj in nevrodegenerativnih bolezni.

Kliknite spoznajte načine za izboljšanje delovanja možganov

Fosforilacija MFF poveča rekrutacijo Drp1 in kasnejšo mitohondrijsko fisijo [102], medtem ko ubikvitinacija acetiliranega Mfn1 spodbuja njegovo proteasomsko razgradnjo [103]; fosforilacija Mfn1 z ERK zavira mitohondrijsko fuzijo in spodbuja apoptozo [104].

Določena stanja hranil tudi posredno uravnavajo ravnotežje med tema dvema procesoma. Medtem ko stradanje vodi do zlitih in podaljšanih mitohondrijev, okolje, bogato s hranili, spremljajo fragmentirani mitohondriji [105,106].

3.4. Avtofagija

Avtofagija je še en pomemben korak pri ohranjanju ravnovesja med sintezo in očistkom beljakovin, biogenezo organelov in razgradnjo, s čimer se spodbuja celično zdravje [107]. Glede na to, kako se ciljni tovor prenaša za razgradnjo tolizosomov, lahko avtofagijo razvrstimo v [107,108]:

- makroavtofagija, pri kateri nastane avtofagosom, mehurček z dvojno membrano, ki se zlije z lizosomi, nato pa njihovo vsebino razgradijo kisle hidrolaze lizosomov;

- mikroavtofagija, proces, med katerim se lizosomi ovijejo okoli različnih citosolnih spojin, ki se po involuciji membrane razgradijo [109];

- Avtofagija, ki jo posreduje šaperon, proces, med katerim se šaperoni vežejo na poškodovane beljakovine in receptorje na lizosomski membrani, čemur sledi translokacija proteina v lizosom za razgradnjo [110].

Avtofagija za poškodovane mitohondrije je znana tudi kot mitofagija. Prva stopenjska iniciacija mitofagije je tvorba izolacijske membrane, avtofagosoma, ki naj bi izhajal iz MAM, membran ER ali plazemske membrane [111,112], čemur sledi aktivacija prediniciacijskega kompleksa, ki vsebuje ULK1 (Unc{{ 4}}kot so kinaza1, Atg 13 in 101 (proteini, povezani z avtofagijo) in FIP200 (partner 200, ki deluje v družini žariščne adhezije) [113]. beclin1, Atg 14, avtofagija in regulator beclin 1 (AMBRA1), kot tudi razvrščanje vaskularnih beljakovin 34 in 15 (Vps 34 in 15) za proizvodnjo fosfatidilinozitol3-fosfata (PI3P).

Pi3P je znan tudi kot iniciacijski kompleks [114]. Po aktivaciji se oba kompleksa premestita na mesto nukleacije fagoforja [108]. PI3P je prepoznan in medsebojno deluje z drugimi proteini, ki se nahajajo na IM, kot je protein ponovitve WD, ki interagira s fosfoinozitidom (WIPI) in proteini, ki vsebujejo domeno FYVE [115], in vodi do serije konjugacij Atgs na fagoforju, ki se zaključijo s cepitvijo pro-LC3 (lahka veriga 3) z Atg4 v LC3-I, nadalje transformiran s fosfatidiletanolaminom v LC3-II, kar vodi do podaljšanja in zaprtja izolacijske membrane [116,117].

Protein, povezan z receptorjem tipa A Υaminomaslene kisline (GABARAP) in protein, podoben GABARAP1 (GABARAPL1), naj bi imel podobne vloge kot LC3 pri avtofagosomski ekspanziji [118].

Signalni protein mTOR (tarča rapamicina pri sesalcih) močno modulira avtofagijo. Inhibicija mTOR, kot se zgodi pri stradanju, defosforilira in aktivira Atg13, kar sproži proces mitofagije [119].

Ko je rastnih faktorjev in celičnih hranil v izobilju, mTOR fosforilira Atg 13, s čimer prepreči njegovo vezavo na ULK1 in rekrutiranje FIP200 [107]. Zlitje avtofagosomov v lizosome posredujeta Rab7 in LAMP-2, lizosomski transmembranski protein [120,121]. Po fuziji lizosomalenzimi, predvsem katepsini, razgradijo avtofagosomsko vsebino [122].

Pri mitofagiji, ki ni posredovana z receptorji, proces indukcije mitofagije aktivira PTEN-inducirano kinazo 1 (PINK1), ki se kopiči na OMM ter rekrutira in fosforilira Parkin [123,124]. Parkin se kopiči na OMM in ubikvitinira proteine ​​OMM, kar vodi do povečane aktivnosti PINK1 in večjega pridobivanja Parkina [113].

Med proteini, ki jih Parkin vseprisotno vsebuje, so od napetosti odvisni anionski kanali 1 (VDAC1), Mfn1 in Mfn2 ter TOM20 (translokaza zunanje mitohondrijske membrane 20), ki uravnava mitohondrijsko fuzijo.

Vseprisotnost Mfn1/2 bo blokirala proces fuzije in omogočila izolacijo majhnih in poškodovanih mitohondrijev [125].

Ubikvitinirani proteini rekrutirajo avtofagne adapterske proteine, kot so OPTN (optineurin), NBR1 (sosednji BRCA1), TAX1BP1 (Tax-1 vezavni protein), NDP52 (nuklearni pikčasti protein52) ali sekvestosom-1, ki medsebojno delujejo z avtofagosomskimi proteini, kot sta GABARAP ali LC3, preko LC3 interakcijskih regij (LIR) za posredovanje tvorbe avtofagosomov in fuzije z lizosomi [126,127]. Slika 2 shematično prikazuje proces mitofagije.

Slika 2. Shematski diagram mitofagije. Proces indukcije mitofagije aktivira PINK1, ki se kopiči na OMM ter rekrutira in fosforilira Parkin.

Slednji ubikvitinira proteine ​​OMM, kot so mitofuzini 1 in 2 (Mfn), napetostno odvisni anionski kanali 1 (VDAC1) in TOM20 (translokaza zunanje mitohondrijske membrane 20).

Tvorba avtofagosoma se začne z aktivacijo prediniciacijskega kompleksa, ki vsebuje ULK1 (Unc-51-like kinaza 1), Atg 13 in 101 (proteina, povezana z avtofagijo) in FIP200 (partner 200 družine fokalne adhezijske kinaze), in se nadaljuje z rekrutiranje fosfatidilinozitid 3-kinaze razreda III (PI3K), beclin1, Atg 14, AMBA1 (avtofagija in regulator beclina 1) ter Vps 34 in 15 (razvrščanje vaskularnih beljakovin), kar ima za posledico proizvodnjo fosfatidilinozitola 3- fosfat (PI3P).

Ubikvitinirani proteini rekrutirajo avtofagne adapterske proteine, kot so sosednji gen BRCA1 (NBR1), optineurin (OPTN), Tax-1vezni protein (TAX1BP1), jedrski protein 52 (NDP52) ali sekvestosom-1, ki medsebojno delujejo z avtofagosomskimi proteini, kot sta GABARAP ali LC3, da posredujejo pri tvorbi avtofagosomov. Fuzijo avtofagosoma z lizosomi posredujejo LC3, Rab7, LRRK2 in LAMP-2 (glej besedilo).

Vendar pa obstajajo tudi od Parkina neodvisne poti mitofagije [113], kot je mitofagija, posredovana z receptorji. Najbolj raziskani proteini, vključeni v mitofagijo, posredovano z receptorji, so AMBRA1, FUNDC1 (protein 1, ki vsebuje domeno FUN14), NIX (Nip3-likeprotein) in BNIP3, ki se nahajajo na OMM, ter kardiolipin in prohibitin 2 (PHB2 ) na IMM [113].

Ti receptorji se lahko vežejo na LC3 na način, neodvisen od Parkina [128], in inducirajo mitofagijo. Njihovo prepisovanje se lahko aktivira pod različnimi pogoji. Na primer, transkripcijo BNIP3 in NIX aktivira hipoksija preko hipoksije inducibilnega faktorja 1 alfa (HIF1) [129], ki ima po fosforilaciji visoko vezavno afiniteto za LC3 [130]. Defosforilacija FUNDC1 s hipoksijo olajša njegovo vezavo na LC3 [131].

V zadnjih letih so raziskovalci pokazali, da se mitohondrije lahko iztisnejo iz celic in jih z endocitozo ali fagocitozo prevzamejo sosednje celice, kjer so na koncu podvrženi mitofagiji, pojavu, imenovanemu transcelularna mitofagija [113,132].

Smiselno je domnevati, da bi bil prenos mitohondrijev nazaj v celično somo iz dendritov oraksonov energijsko neugoden, zato nevroni sprostijo mitohondrijske atsinapse, ki jih glialne celice razgradijo [133].

Po drugi strani pa lahko glialne celice prenesejo mitohondrije na nevrone in jih zaščitijo pred hipoksijo in energijsko odpovedjo [134]. Natančne poti mitohondrijskega prenosa še raziskujejo, vendar so nekatere študije pokazale pomembno vlogo proteina, ki povezuje mitohondrije z citoskeletnimi motoričnimi proteini, in sicer MIRO1 [135], medtem ko so druge pokazale vpletenost astrocitnega GFAP (glialni kisli fibrilarni protein) in nevronskega UCP2 (odklopni protein 2). ) [136]. Drug način odstranjevanja poškodovanih mitohondrijev je bil identificiran leta 1992 [137] in imenovan mitoptoza.

Celicam omogoča razgradnjo mitohondrijev brez odpiranja MPTP in sprožitve apoptoze [113]. Mitoptozo verjetno aktivirajo depolarizacija mitohondrijske membrane, poškodba mitohondrijske DNA (mtDNA) in ROS [113].

Natančni mehanizmi mitoptoze zahtevajo nadaljnje študije, vendar je bilo opisanih več situacij, kot je otekanje in fragmentacija krist, ki ji sledi citoplazemska ekstruzija fragmentov krist zaradi poka OMM [138], ali poslabšanje krist zaradi koalescence IMM z ohranitvijo nedotaknjene OMM [138].

ROS ima ključno vlogo pri regulaciji avtofagije in mitofagije. Ena od zgoraj omenjenih poti je pot mTOR. Okolje, bogato z aminokislinami, vodi do translokacije kompleksa mTOR 1 (mTORC1) na površino lizosomov, kjer medsebojno deluje z Rhebandom in aktivira mTOR [139], medtem ko se pri stradanju mTOR kolokalizira z LC3 in sproži avtofagijo [140].

Glede na to, da oksidacija mTOR zavira njegovo aktivnost, je zelo verjetno, da ROS regulira ta korak [141]. Nadalje S-nitrozacija IκB kinaze in JNK1 z dušikovim oksidom zavira njuno aktivnost, kar posledično prepreči inaktivacijo mTOR in sproščanje Beclina iz kompleksa Beclin-Bcl-2 [93,142].

Druga pot je beclin-1-kompleks PI3K razreda III z nizom kofaktorjev, kot je AMBRA1, faktor 1, ki interagira z Baxom (Bif-1), ali Rubicon (beclin, ki vsebuje domeno RUN in domeno bogato s cisteinom -1-interakcijski protein) [143]. Drugi regulatorji avtofagije vključujejo receptor IP3, AMPK (50-AMP-aktivirana protein kinaza) in DAPK (protein kinaza, povezana s smrtjo) [144,145].

ROS in reaktivne dušikove vrste inducirajo posttranslacijske modifikacije proteinov, ki uravnavajo tudi aktivnost transkripcijskih faktorjev. Na primer, v poti Nrf2 (faktor 2, povezan z jedrskim faktorjem in eritroidom 2-)/Keap1 (protein 1, povezan z enoil-CoA hidratazo Kelchu) spremembe Keap1 vodijo do sproščanja Nrf2, ki se veže na ARE( element antioksidantnega odziva) in se premakne v jedro, kjer aktivira transkripcijo genov in proteinov antioksidantnih encimov, kot sta p62 ali p53.

Medtem ko p62 aktivira avtofagijo [146,147], je p5 povezan z geni, ki zavirajo in spodbujajo avtofagijo, prek TIGAR (regulator glikolize in apoptoze, ki ga povzroča tumorski protein 53-) oziroma DRAM (modulator avtofagije, reguliran s poškodbami) [148,149].

Po drugi strani oslabljena regulacija avtofagije vodi do povečanega oksidativnega stresa in kopičenja vseprisotnih proteinov, pri čemer slednji povzročijo mitohondrijsko disfunkcijo in dodatno povečajo nastajanje ROS v zanki naprej [93].

4. Možgani in oksidativni stres

Kisik je ključnega pomena za pravilno celično delovanje, saj sodeluje pri nastajanju ATP [61]. Na žalost lahko kisik zaradi enovalentnega presnovnega redukcijskega statusa z dvema osamljenima elektronoma kisika, ki se vrtita vzporedno, sprejme samo en elektron naenkrat [150], kar vodi do nastanka vrst z enim neparnim elektronom, ki lahko obstaja sam, ki jih je Halliwell definiral kot proste radikale [151].

Derivati ​​kisika so bodisi prosti radikali, kot so superoksidni anion (•O2−), hidroksilni radikal (HO•), hidroperoksilradikal (HO2•) in peroksilni radikali (ROO•), bodisi neradikali, ki se lahko pretvorijo v radikale, npr. kot vodikov peroksid (H2O2) [61,152].

Redox signalizacija se v veliki meri uporablja v možganih [153], saj je vključena v transdukcijo signala in transkripcijo genov. Na primer, NADPH oksidaze (NOX) uravnavajo dolgoročno potenciranje hipokampusa [154], superoksid in vodikov peroksid, pridobljena iz NOX2-, pa uravnavata rast matičnih celic hipokampusa v odraslih možganih preko fosfatidil inozitol 3 kinaze (PI3K)/Akt signalne poti [155].

Podobno ima H2O2, pridobljen iz NOX, koristne vloge pri regeneraciji aksonov in iskanju poti aksonov med ožičenjem razvijajočih se možganov [156,157]. Kot posledica hipoksije signaliziranje, ki izhaja iz mitohondrijev, inducirano s superoksidom, povzroči prilagoditvene odzive [158].

Za izravnavo možnih škodljivih učinkov čezmernih prostih radikalov imajo biološki sistemi vrsto antioksidativnih obramb, ki jih lahko razdelimo na encimske (superoksid dismutaze, katalazo, glutation peroksidaze, glutation transferaze, tioredoksine in peroksiredoksin) in neencimske obrambe, kot so vitamini A, C, E, betakaroten ali glutation [159].

Kadarkoli stopnja proizvodnje prostih radikalov preseže sposobnost biološkega sistema, da jih nevtralizira, nastopi oksidativni stres.

4.1. Ranljivost možganov za oksidativni stres

Živčni sistem je zaradi vrste razlogov zelo občutljiv na oksidativni stres [153,160–162]: - Akcijski potenciali povzročajo dotok kalcija in zvišajo znotrajcelično koncentracijo kalcija s približno 0,001 µm na približno 100 µm [ 163].

Visok znotrajcelični Ca2+ aktivira nNOS (nevronska sintaza dušikovega oksida) in povzroči nastanek NO (dušikov oksid) [164], ki se veže na citokrom c-oksidazo in zavira mitohondrijsko dihanje [165]. Mitohondriji poskušajo pufrirati intracelularni kalcij, vendar kasnejša preobremenitev s kalcijem povzroči podaljšano odpiranje MPTP in zavira nastajanje ATP, kar povzroči apoptozo [166].

Možgani imajo zelo visoke zahteve po energiji za vzdrževanje ionskih gradientov in podpiranje sinaptičnega prenosa [19], pri ustvarjanju potrebne energije pa se zanašajo predvsem na sinaptične mitohondrije [167]. Na primer, sproščanje veziklov nevrotransmiterja zahteva 1,64 × 105 ATP/s/mehurček [19].

- Možgani imajo nizko antioksidativno obrambo. Nevronske celice imajo 50-krat manj katalaze kot hepatociti [168], medtem ko je citosolni glutation približno 50 % nižji v nevronih v primerjavi z drugimi celicami [153], kar lahko zmanjša aktivnost peroksiredoksina [169]. - Mikroglija, imunske celice možganov, so aktivira H2O2 [170] in proizvaja superoksid preko izooblik NADPH oksidaze, potrebne za ubijanje bakterij [171].

- Presnova nevrotransmiterjev, kot je presnova dopamina prek monoaminooksidaz, ustvarja ROS [153,172]. - Nevrotransmiterji, kot so dopamin, serotonin ali adrenalin, lahko avtooksidirajo in ustvarijo superoksid [173,174].

- Možgani so obogateni z redoks-aktivnimi prehodnimi kovinami, kot sta Cu+ ali Fe2+ [175]. Iron je katalizator Fentonove reakcije, ki ustvarja hidroksilne radikale, in tudi katalizira nastajanje speroksilnih in alkoksilnih radikalov, s čimer prispeva k feroptozi, obliki celične smrti, ki je odvisna od lipidne peroksidacije in Fe2+ [176]. Cu+ je kofaktor za Cu/ZnSOD in je pomemben za celično signalizacijo [177,178], vendar krepi z bakrom katalizirano Fentonovo reakcijo [175].

- Možgani so še posebej bogati s holesterolom, ki je lahko podvržen avtooksidaciji [179], možganske celice pa imajo višje razmerje med površinsko in citoplazmatsko prostornino, celične membrane pa so bogate s polinenasičenimi maščobnimi kislinami (PUFA), ki so zelo dovzetne za peroksidacijo s prostim radikalni napad [153]. - Razvoj in plastičnost možganov temeljita na nekodirajočih RNA (dolge nekodirajoče RNA in mikroRNA) [180], vendar te molekule nimajo zaščitnih histonov in se zlahka oksidirajo [181]. Posledica oksidirane messenger RNA so okrnjeni in mutirani proteini, ki so nagnjeni k napačnemu zvijanju [182].

4.2. Viri prostih radikalov

Presežek prostih radikalov lahko nastane iz številnih virov.

4.2.1. Mitohondriji in oksidativni stres

Mitohondriji tradicionalno veljajo za glavne vire ROS. Identificiranih je bilo vsaj 10 možnih virov proizvodnje ROS [183], vendar sta kompleksa I (NADH dehidrogenaza) in III (ubikinon citokrom c reduktaza) ETC [184] najpomembnejša.

Prenos elektronov na koencim Q ali ubikinon s kompleksi I in II povzroči inubikinol (reduciran ubikinon, QH2), ki bo regeneriral koencim Q preko semikinonskega aniona (•Q−), nestabilnega intermediata, ki lahko prenese elektrone na molekularni kisik, kar ima za posledico tvorbo superoksida. [60]. Ker gre za neencimsko reakcijo, višji presnovki povzročijo povečano proizvodnjo superoksida [185].

Superoksid je zelo nestabilen in ga mitohondrijska superoksid dismutaza 2 (SOD2, mangan SOD) in citosolni SOD1 (baker-cink SOD) pretvorita v bolj stabilen vodikov peroksid (H2O2).

Slednji lahko zapusti IMM skozi akvaporinske kanale in difundira skozi OMM v citoplazmo, kjer služi za redoks signalizacijo, ali pa se nadalje reducira v vodno katalazo, glutation peroksidaze in peroksiredoksine [186–189]. Druge mitohondrijske komponente, ki prispevajo k tvorbi ROS, vključujejo monoaminooksidazo, glicerol fosfatdehidrogenazo, -ketoglutarat dehidrogenazo in p66shc [60,183,190].

Proizvodnja ROS v mitohondrijih je podvržena variacijam, ki jih povzročajo presnovni dejavniki. Na primer, razmerje NADH/NAD+ vpliva na hitrost nastajanja ROS, ki narašča skoraj linearno z zmanjšanjem NADH [191]. Ravni sukcinata lahko nihajo celo v normalnih pogojih med 0.3 in 1 mM [192], pri čemer povečane koncentracije sukcinata močno povečajo mitohondrijsko nastajanje ROS [183,193].

Na hitrost proizvodnje ROS vpliva tudi potencial mitohondrijske membrane [183]. Aktivna mitohondrijska fosforilacija ADP ali mitohondrijski privzem kalcija zmanjša membranski potencial, kar vpliva na redoks potencial ETC in zmanjša proizvodnjo ROS [194]. Pomanjkanje kisika ali ishemija znatno poveča mitohondrijsko nastajanje ROS [195], čeprav tega učinka ni mogoče pripisati samim mitohondrijem, temveč signalni poti, ki jo sproži hipoksija [196].

4.2.2. NADPH oksidaza kot vir ROS

NADPH oksidazo (NOX) so najprej opisali v fagocitih [197], nato pa so identificirali sedem genov NOX: NOX 1–5 ter DUOX 1 in 2 [198]. Možgani izražajo predvsem NOX2, pa tudi NOX4, oba sta opisana v korteksu in CA1 hipokampalnih območjih [199].

Encimski kompleks NOX2 ima na membrano vezan citokrom b558, več citosolnih proteinov in Rac G-protein. Po fosforilaciji citosolnih proteinov in aktivaciji Rac se encim premakne na membrano in tvori aktivni NOX2 s citokromom b558 [200]. Nadalje NOX2 prenaša protone preko membrane in vodi do nastajanja superoksida [198].

NOX4 proizvaja predvsem H2O2, ki se uporablja kot sekundarni posrednik za celično proliferacijo in diferenciacijo [201].

NOX so opisali v nevronih, astrocitih in mikrogliji [202], medtem ko se na celični ravni izooblike NOX lokalizirajo v endoplazmatskem retikulumu, jedru, plazemski membrani in mitohondrijih [203,204]. ROS, ki nastane z aktiviranim NOX, lahko depolarizira mitohondrijsko membrano in lahko skupaj s kalcijem povzroči odprtje MPTP [205] ter aktivira fosfolipazo C s poznejšimi spremembami v strukturi membrane [198].

4.2.3. Monoamin oksidaza kot vir ROS

Monoaminooksidaze (MAO A in B) so flavoencimi, ki se nahajajo na OMM in katabolizirajo aminske nevrotransmiterje, kot so serotonin, epinefrin in dopamin [206].

MAO-A se izraža v nevronih, MAO A in B pa najdemo v glialnih celicah [198]. Uporabljajo FAD za razgradnjo monoaminov, proces, med katerim nastajajo aldehidi, medtem ko je H2O2 posledica cikla FAD-FADH2 [198].

4.2.4. Peroksisomi in proizvodnja ROS

Čeprav je glavni presnovni peroksisomski proces, ki vodi do nastajanja H2O2, oksidacija prostih maščobnih kislin [60], več drugih peroksisomskih encimov, kot so ksantinoksidaza, D-aspartat oksidaza, acil CoA oksidaze, D-aminokislinska oksidaza, urat oksidaza ali L - -hidroksi oksidaza lahko proizvede različne ROS, kot so superoksid, vodikov peroksid, dušikov oksid ali hidroksilni radikali [207].

4.2.5. Eksogeni viri ROS

Poleg številnih virov endogenih ROS lahko eksogeni ROS povečajo oksidativni stres. Najpogostejši viri so onesnažena voda in zrak, izpostavljenost ultravijolični svetlobi, alkohol in tobačni dim, pesticidi, industrijska topila, nezdrava prehrana (s prekajenim mesom, prehrana z visoko vsebnostjo maščob), izpostavljenost težkim kovinam ali prehodnim kovinam (Fe, Cr, Co, Cu). ,Hg, Pb, As), kot tudi nekatera zdravila, kot so doksorubicin, bleomicin, metronidazol ali celo paracetamol [60].

4.3. Cilji ROS

Zelo reaktivni prosti radikali poškodujejo beljakovine, lipide in nukleinske kisline [152].

4.3.1. Beljakovine in ROS

Proteini se lahko oksidirajo z radikali, kot so superoksid, hidroksilni radikal, peroksil, hidroperoksil ali alkoksil radikali, pa tudi z neradikalnimi vrstami ali singletnim kisikom [208].

Oksidacija aminokislin, kot so lizin, arginin, prolin ali treonin, vodi do karbonilnih derivatov, ki se uporabljajo kot označevalci oksidativnega stresa [209]. Metionin in cistein sta kot aminokislini, ki vsebujeta žveplo, zelo dovzetna za oksidacijo, kar vodi do disulfidov in metionin sulfoksida [210].

Oksidacija beljakovin povzroči navzkrižne povezave med beljakovinami, spremembo delovanja, izgubo encimske aktivnosti in funkcionalne modifikacije receptorjev in transportnih proteinov [211].

Poleg tega vodikov peroksid in hidroksilni radikali zavirajo privzem glutamata s strani astrocitov, kar poveča eksitotoksičnost [212]. Posledično je treba te spremenjene proteine ​​očistiti, bodisi po poti avtofagije-lizosoma bodisi po sistemu teubikvitin-proteasom [213,214].

Ubikvitin-proteasomski sistem (UPS), glavna pot razgradnje ubikvitiniranih napačno zvitih proteinov in kratkoživih signalnih molekul, vsebuje podenoto 19S in katalitično aktivno jedro 20S [215]. Regulatorna kapica s spremljevalnimi proteini razpre ciljni protein in odstrani ubikvitinsko oznako v procesu, ki je odvisen od ATP, po katerem se ciljni protein dovaja v katalitično jedro in ga razgradijo proteasomski encimi.

Pod hudim stresom je UPS preobremenjen in pot avtofagija-lizosom kompenzira povečano poškodbo beljakovin [107]. Niz receptorjev za avtofagijo, kot so p62, NDP52 ali NBR1, prepoznajo ubikvitin in ciljno označene proteine ​​usmerijo na avtofagosom z vezavo. na Atg8/LC3 [216,217].

FOXO3 (forkhead box O3) je transkripcijski faktor, aktiviran z oksidativnim stresom, ki uravnava transkripcijo genov, vključenih v proteasomsko in avtofagno razgradnjo beljakovin [218]. Poleg tega Parkin, ubikvitinske ligaze in CHIP (C-konec interagirajočega proteina Hsc70-) prispevajo k proteasomski in avtofagosomski razgradnji beljakovin [107,219].

Relativne ravni med BAG (Bcl-2 povezanim transgenom) 1 in BAG3, spremljevalnimi proteini, usmerjajo celično pot razgradnje beljakovin proti proteasomski ali fagosomski [220].

4.3.2. Lipidi in ROS

Prosti radikali ali neradikalne oksidativne vrste napadajo CC dvojne vezi lipidov, zato so polinenasičene maščobne kisline zelo občutljive na oksidativne napade [221].

V začetni fazi prosti radikal interagira z metilensko skupino v maščobni kislini in ustvari lipidni radikal z disociacijo vodikovega atoma [222]. Nadalje lipidni radikali reagirajo z molekularnim O2, da tvorijo peroksilne radikale (ROO•) [223], ki sprožijo verigo samozadostnih reakcij, ki ojačajo proces.

Rezultat tega so ciklični peroksidi in hidroperoksidi, ki se lahko nadalje razgradijo v aldehide, končni produkti pa so malondialdehid (MDA), hidroksinonenal (HNE) in akrolein [224].

Proces se je končal bodisi z interakcijo lipidnih radikalov z lipidnimi peroksidi, kar je povzročilo nereaktivne stabilne vrste [221], bodisi z intervencijo endogenih ali eksogenih antioksidantov (vitamina C in E) [222,225].

V nizkih koncentracijah ima 4-HNE pomembno homeostatsko vlogo, saj deluje kot signalna molekula in modulira izražanje genov z induciranjem posttranslacijskih modifikacij beljakovin.

Najpogostejše tarče so tiolni ostanki [225]. Z interakcijo s cisteinskimi tioli v Keap1 4-HNE vodi do sproščanja Nrf2, ki po prenosu v jedro aktivira izražanje genov ARE, kot je glutation-S-transferaza, NADPH-odvisna kinon reduktaza ali heme oksigenaza{ {7}} [226]. Druga tarča 4-HNE je NF-κB, transkripcijski faktor za provnetne citokine, ki se običajno vzdržuje v mirovanju z vezavo na IκB (inhibitor kapa B).

Pod celičnim stresom kinaza IκB fosforilira IκB, kar olajša sproščanje NF-κB, transkripcijskega faktorja, ki posreduje pri prepisovanju antiapoptotičnih proteinov Bcl-2 in vnetnih citokinov, kot je interlevkin-6 (IL-6). .

4-HNE zavira kinazo IκB, s čimer preprečuje fosforilacijo IκB in jedrsko translokacijo NF-κB [227]. Vendar zaradi peroksidacije lipidov v membrani spremeni prepustnost membrane, poveča svojo togost in lahko celo izgubi celovitost [228] .

Poleg tega so produkti lipidne peroksidacije vključeni v kompleksne signalne poti. Znotrajcelično kopičenje 4-HNE lahko vodi do apoptoze po intrinzični in ekstrinzični poti [225]. 4-HNE poveča izražanje p53, čemur sledi aktivacija p21, JNK, Bax in kaspaze 3 [229], kar vodi do apoptoze, posredovane s kaspazo.

Poleg tega 4-HNE sproži vezavo proteina Daxx, povezanega s smrtjo, na znotrajcelično površino Fas [230], s čimer je vključen v modulacijo zunanje poti apoptoze prek spodnjih signalnih proteinov ASK1 in JNK [225].

Poleg tega lahko visoke ravni HNE tvorijo konjugate z JNK, ki so odgovorni za modifikacijo histona in olajšajo jedrsko translokacijo [231], ali lahko aktivirajo JNK prek aktivacije SPKK1 (stresno aktivirana proteinkinazna kinaza-1) [232]. Podobno lahko HNE aktivira ERK z aktivacijo MEK1/2 in p38MAPK (mitogen-aktivirane proteinske kinaze) [233,234].

For more information:1950477648nn@gmail.com