Prionski protein: Molekula mnogih oblik in obrazov 2. del

5. Prionski protein in ishemične kapi

V prejšnjem razdelku smo opazili, da so izločene živali bolj ranljive za oksidativni stres. Študije podpirajo idejo, da PrPC deluje kot antioksidant z uravnavanjem aktivnosti glutation reduktaze [117,118] in z uravnavanjem superoksid dismutaze (SOD) prek vezave ionov [119–123].

Oksidativni stres je pojav, pri katerem telo v fizioloških in patoloških pogojih proizvede preveč prostih radikalov in drugih aktivnih oksidantov, ki presegajo zmožnost čiščenja, kar povzroči poškodbe celic in tkiv. Številne študije so pokazale, da je oksidativni stres tesno povezan s številnimi boleznimi, kot so Alzheimerjeva bolezen, Parkinsonova bolezen, Alzheimerjeva bolezen itd.

Vendar so nedavne študije pokazale, da lahko zmerna količina oksidativnega stresa pomaga izboljšati spomin. Nekateri znanstveniki menijo, da lahko zmerna količina oksidativnega stresa spodbudi nevrone, da proizvedejo več antioksidantov, s čimer izboljša njihovo sposobnost prenašanja oksidativnega stresa, zaščiti nevrone pred motnjami zaradi napačnih signalov in tako izboljša učenje in spomin.

Poleg tega so študije pokazale, da lahko zmerna količina oksidativnega stresa spodbuja tudi nastanek in krepitev sinaps, kar je prav tako ključni dejavnik pri spominu. Raziskovalci so ugotovili, da lahko nekatere koristne molekule oksidativnega stresa spodbudijo tvorbo sinaps in spodbujajo krepitev sinaps ter tako izboljšajo učenje in spominske funkcije.

Zato se za izboljšanje spomina ne smemo pretirano upirati oksidativnemu stresu. Zmerna količina oksidativnega stresa je koristna za človeško telo, lahko pa ga spodbujamo in se z njim spopademo z vadbo in uživanjem živil, bogatih z antioksidanti. Hkrati moramo biti pozorni tudi na nadzor stopnje oksidativnega stresa in zagotoviti, da je v zmernem območju, da dosežemo najboljši učinek izboljšanja zdravja in spomina. Vidimo lahko, da moramo izboljšati spomin in Cistanche lahko bistveno izboljša spomin, saj je Cistanche tradicionalna kitajska medicina s številnimi edinstvenimi učinki, med katerimi je tudi izboljšanje spomina. Učinek Cistanche izvira iz različnih aktivnih sestavin, ki jih vsebuje, vključno s taninsko kislino, polisaharidi, flavonoidnimi glikozidi itd. Te sestavine lahko na več načinov spodbujajo zdravje možganov.

Kliknite spoznajte 10 načinov za izboljšanje spomina

PrP-knockout miši so pokazale zmanjšano zaščito pred ROS, medtem ko so s prioni okužene miši pokazale povečane ravni oksidativnega stresa, najverjetneje kot posledico izgube funkcije PrPC [124–126].

V pogojih oksidativnega stresa se ravni mRNA PrP povečajo, kar pomeni, da oksidativni stres poveča izražanje PrPC [127]. Ishemična možganska kap je stanje, pri katerem izguba krvnega obtoka v možganskem predelu povzroči hipoksijo in poškodbo možganov [128].

PrP-nockout živalski modeli, podvrženi ishemiji, so pokazali intenzivno ishemično poškodbo in zmanjšano možnost regeneracije, medtem ko je možnost sinteze PrPC povzročila čezmerno izražanje PrPC in zmanjšano ishemično poškodbo [127].

Študije o ishemičnih možganskih kapih so pokazale, da lahko čezmerna ekspresija PrPC zmanjša velikost lezije v primerjavi z mišmi divjega tipa, pri čemer PrPC pripisuje zaščitno vlogo pri ishemični poškodbi [129–135].

Po ishemičnem napadu je PrPC povezan z nevroprotektivnimi in regenerativnimi procesi z interakcijo z različnimi citosolnimi in transmembranskimi signalnimi proteini.

Med drugim je bil PrPC povezan z uravnavanjem zunajcelične signalno regulirane kinaze (ERK1/2) [133,136,137], aktivacijo poti fosfatidilinozitol3-kinaza/protein kinaza B/Akt (PI3K/Akt) [138– 142], modulacija toksičnosti, ki jo posreduje receptor N-metilD-aspartata (NMDA) [143], aktivacija poti od cAMP-odvisne protein kinaze A (PKA) [144–146] in interakcija s stresno inducibilnim proteinom 1 (STI1) [ 146], kar ima za posledico preživetje nevronov, izraščanje nevritov in nevroprotekcijo.

PrPC je receptor Fyn kinaze, člana družine Src tirozin kinaz (SFK) [146]. Z aktivacijo Fyn kinaze PrPC posreduje z oligomerom povzročeno toksičnost pri nevrodegenerativnih boleznih [147–150] in spodbuja izraščanje nevritov s fosforilacijo domene GluN2A molekule nevronske celične adhezije (NCAM) [151].

Fyn kinaza in drugi člani družine SFK so vpleteni v ishemične poškodbe [152–155]. Inhibicija SFK v modelu globalne ishemije in inhibicija fosforilacije GluN2A, posredovane s Fyn, v modelu neonatalnega HII je povzročila povečano preživetje nevronov [ 156–158], medtem ko je čezmerna ekspresija Fyn v modelu neonatalnega HII povzročila povečano poškodbo možganov [159].

Inhibicija SFK v mišjem modelu ishemije je prav tako povzročila zmanjšan ishemični volumen in izboljšano cerebralno funkcijo po provokaciji [155].

Ker ta učinek ni bil opažen pri Fyn-knockout miših, sumimo, da lahko tudi drugi ligandi razen Fyn kinaze vplivajo na okrevanje po ishemiji [155]. Pokazalo se je tudi, da so fragmenti PrPC vpleteni v ishemično možgansko kap.

Pokazalo se je, da fragmenta N1 in N2 delujeta zaščitno pod celičnim stresom [160–162] in modulirata mirovanje nevralnih matičnih celic v nevrogenezi odraslih po možganski kapi [163], medtem ko sta fragmenta PrPC C1 in C2 sodelovala pri uravnavanju p53-odvisne apoptoze in celično preživetje [164]. Ugotovljeno je bilo, da je fragment C1 obogaten z majhnimi EV (EV), kjer je deloval podobno kot površinski proteini virusa [165,166].

Zaradi tega lahko vpliva na medcelično izmenjavo informacij med sEV in njihovimi ciljnimi celicami ter prispeva k njihovemu prevzemu [63]. Brenna et al. preučevali podobnosti med celičnim privzemom iz možganov izpeljanih sEV iz PrP-knockout miši in miši divjega tipa po možganski kapi [128].

Pokazali so, da so bili PrP, ki zapuščajo sEV, prevzeti bistveno hitreje z večjo učinkovitostjo in so bili lažje razvrščeni v lizosome kot sEV, ki vsebujejo PrP in fragment C1 [128].

Ugotovljeno je bilo tudi, da je fragment N1 vključen v uravnavanje interakcij med mikroglijo in drugimi možganskimi celicami. Nedavna in vitro študija mešane nevronske linije in sistema kokulture mikroglije je pokazala, da je fragment N1 spodbudil spremembo morfologije in presnove celic ter povzročil izločanje Cxcl10 [167].

Poleg tega je bilo dokazano, da fragment N1 vpliva na mikroglijo, da spremeni sestavo membrane v višjo vsebnost GM1 na mestih interakcije z okoliškimi celicami v sokulturi, a le ob neposrednem stiku celica s celico [167].

Fragment N1 je bil tudi predlagan za zaščito nevronov pred aktivacijo kaspaze-3, ki jo povzroča staurosporin, v ishemičnem modelu podganje mrežnice [60]. Te rezultate podpirajo študije in vitro, kjer je bila ekspresija PrPC zaščitena pred apoptozo, ki jo povzroča stavrosporin ali anizomicin [144,146]. Fragment N1 je povezan tudi z nevroprotekcijo pri nevrodegenerativnih boleznih, kar je podrobneje obravnavano v naslednjem razdelku.

V prisotnosti zasidranega PrPC lahko rekombinantni PrP (recPrP) inducira signalizacijo ERK1/2 in Akt na mezenhimskih izvornih celicah, ki lahko podpirajo diferenciacijo nevronov [168], spodbujajo izraščanje nevritov in olajšajo vodenje stožca rasti aksonov [169].

Pred kratkim so poročali, da recPrP spodbuja izraščanje nevritov in migracijo Schwannovih celic po poti ERK1/2 [170].

Aktivacija je vključevala receptorje NMDA, z receptorjem lipoproteinov nizke gostote povezane beljakovine -1 (LRP1), SFK in receptorje Trk; zdelo se je, da poteka neodvisno od zasidranega PrPC [170].

V tem mehanizmu so imele SFK ključno vlogo pri celični signalizaciji, ki jo sproži recPrP, z aktiviranjem receptorjev Trk, ki so pred ERK1/2 [170,171]. Čeprav recPrP nima glikozilacije, se lahko šteje za ustrezen analog shed PrP.

Prionski protein in fragmenti prionskega proteina so povezani z medcelično komunikacijo in signalizacijo, oksidativnim stresom in nevroprotekcijo ter predstavljajo privlačno tarčo za zdravljenje in regulacijo teh mehanizmov. Kljub temu je treba opraviti nadaljnje študije, da bi potrdili učinke teh molekul na omenjene mehanizme.

6. Prionski protein in nevrodegeneracija

Nevrodegeneracija je progresivna izguba strukture ali funkcije nevronov, kar lahko na koncu vključuje celično smrt. Na molekularni ravni je nevrodegeneracija povezana s kopičenjem napačno zvitih beljakovin.

Kopičenje beljakovinskih agregatov povzroči disfunkcijo mitohondrijev, povzroči oksidativni stres in na koncu povzroči kronično vnetje. Nevrodegeneracija se pojavi pri boleznih, kot so prionska bolezen, PD in AD, zaradi agregacije PrPSc [26,172,173], -syn [174–177] in izoform A [178,179] oziroma proteina tau [180–183].

Ugotovljeno je bilo, da prionski protein ali fragmenti prionskega proteina medsebojno delujejo z agregacijskimi sredstvi pri različnih nevrodegenerativnih boleznih, vendar je njihova vloga odvisna od preučevanih pogojev [24,81,184,185].

Poročali so, da PrPC veže široko paleto oligomerov, bogatih z lističi, povezanih z nevrodegenerativnimi boleznimi [148–150].

PrPC vključuje metabotropni glutamatni receptor5 (mGluR5) in posreduje toksičnost, ki jo povzroči oligomer, preko Fyn kinaze [175,186–188].

Aktivirana Fyn kinaza lahko fosforilira podenoti GluN2A in GluN2B receptorjev NMDA, ki se nato hiperaktivirajo in povzročijo dotok kalcija in celično smrt [20,189].

Pokazalo se je tudi, da lahko PrPC aktivira toksičnost oligomera A, posredovano s kinazo Fyn, z interakcijo z LRP1 [190]. Nedavna študija na tem področju je pokazala, da poleg LRP1 ta proces vključuje aktiviran 2-makroglobulin in tkivni aktivator plazminogena [191].

Študije so pokazale, da vezava med topnimi beljakovinskimi agregati in PrPC povzroča nevrotoksičnost in zavira dolgoročno potenciranje (LTP) [30,192]. Objavljene so bile tudi nasprotujoče si študije, ki ne poročajo o pomembnem vplivu ravni PrPC na A-induciran LTP pri miših z izločitvijo PrP [193], celično ablacijo ali čezmerno izražanje PrP [194].

Razlogi za ta odstopanja niso jasni, lahko pa so posledica uporabe različnih modelnih sistemov in toksičnih ali netoksičnih vrst [195]. Oligomeri se vežejo na PrPC na dveh veznih mestih znotraj prožnega N-terminalnega dela PrPC, med aminokislinskimi ostanki 23– 27 in 92–110 [192,195,196]. Poleg A oligomerov je PrPC poročal, da je receptor za -syn oligomere in tau agregate.

Podobno kot oligomeri A tudi zasidrani PrPC veže majhne topne agregate ali krajše fibrile -syn oligomerov ali agregatov tau znotraj prožnega N-končnega dela [30,175,185,197–199]. Pokazalo se je tudi, da PrPC prevzema rekombinantne -syn fibrile.

Modelni sistem brez PrPC je pokazal nižji vnos -syn in -syn fibril v primerjavi s kontrolami [177,185,197], kar je povzročilo manjšo agregacijo -syn, astroglialno aktivacijo in izgubo dopaminergičnih nevronov v možganih miši z izločitvijo PrP [185].

Poleg tega PrP-nockout miši niso pokazale -syn-inducirane LTP okvare, medtem ko je zdravljenje z anti-PrPantitelesom preprečilo -syn-inducirane LTP okvare v modelu PD [175]. Čeprav omenjene študije podpirajo medsebojno delovanje PrPC in -syn oligomera, La Vitola et al. je pokazalo, da PrPC ni obvezen za posredovanje škodljivih učinkov -syn oligomera in vitro ali in vivo [33].

Čeprav odstopanja v študiji ni bilo mogoče razložiti, se lahko pojavi tudi zaradi uporabe drugačnega protokola priprave topnega agregata ali uporabe različnih modelnih sistemov.

Pokazalo se je tudi, da zasidrani PrPC veže agregate tau in zdi se, da olajša njihov vnos [30,198,200]. Pokazalo se je, da odsotnost PrPC ali predhodna obdelava s protitelesi, ki blokirajo PrP, zmanjša privzem rekombinantnih agregatov tau in odpravi toksičnost, ki jo povzročajo agregati tau [30,198,200].

Študije v zvezi z rekombinantnim PrP fragmentom N1 pri nevrodegenerativnih boleznih so pokazale, da lahko te molekule vežejo toksične A oligomere v regijah med aminokislinskimi ostanki 23–31 in 95–105.

Fragment N1 nevtralizira toksične oligomere A tako, da jih zajame v zunajceličnem prostoru in zmanjša toksičnost, ki jo povzročajo oligomeri [61,195,201–204]. Zaščitne učinke fragmenta N1 so opazili tudi in vivo pri miših, izpostavljenih akutni toksičnosti, povzročeni z A [203]. Beland in sodelavci so opazili povečanje cepitve PrPC v možganih bolnikov z AD [205].

Ker fragment N1 v veliki meri veže oligomere A, je mogoče nakazati, da cepitev deluje zaščitno pri razvoju bolezni [205], medtem ko inhibicija proizvodnje N1 spodbuja napredovanje AD [42].

Odvajanje PrP zmanjša raven v celici zasidranega PrPC [78]. Posledica tega je zmanjšana raven substrata za replikacijo priona in zmanjšana raven receptorja za toksikoligomere [85,206].

Podobno kot fragment N1 naj bi tudi izločeni PrP deloval kot zaščita pri prionskih boleznih in drugih nevrodegenerativnih boleznih [40,79,81]. Kot je omenjeno v prejšnjem razdelku, je recPrP podoben shed PrP.

Čeprav nima glikanov, se recept lahko uporabi kot model za napovedovanje vloge izločenega PrP pri boleznih. Ugotovljeno je bilo, da RecPrP poveča razvoj sinaps in izraščanje nevrita v prisotnosti zasidranega PrPC [170,207].

Podobno kot fragment N1 je tudi recPrP zaviral tvorbo oligomera A in nevtraliziral toksičnost oligomera A v modelu AD [203]. Študije in vitro z uporabo recPrP in njegovih derivatov so pokazale, da sta tako N-terminalna kot C-terminalna domena PrP potrebni za učinkovito zaviranje raztezanja A fibrila [202,208] in podpirata zaščitno vlogo izločenega PrP pri zaviranju nastajanja A fibrila.

Pokazalo se je tudi, da RecPrP veže agregate tau in sinoligomere ter lahko nevtralizira njihovo toksičnost [30]. Čeprav izločanje PrPC deluje zaščitno, lahko okrepljeno izločanje PrPC povzroči negativno biološko aktivnost, kot je vnetje v CŽS [83,209]. Jarosz-Griffiths et al. [82] je nedavno poročal o zaščitni vlogi PrPsheddinga.

Avtorji so poročali, da je izločanje ADAM10, posredovano s siRNA, zmanjšalo izločanje PrPC in povečalo vezavo oligomera A, medtem ko je acitretin spodbujal izločanje PrPC in zmanjšal vezavo oligomera A v celicah nevroblastoma in v pluripotentnih matičnih celicah, ki jih povzroči človek [82].

V nedavnem prispevku Linsenmeierja et al. so raziskovalci ocenili vlogo indiferentnih modelov shed PrP [81]. Z uporabo poliklonskega protitelesa sPrPG228, ki je specifično prepoznalo mišji PrP, ki se konča z G228 [210], so pokazali, da pri miših, obolelih s prioni, PrP, kolokaliziran s PrPSc, izloča v amiloidne plake. Podobno kot pri modelu prionske bolezni je bil izločeni PrP prav tako porazdeljen v depozite A v možganih miši 5xFAD, kjer je bilo ugotovljeno, da je vezan na oligomere A in viden v središču številnih amiloidnih plakov.

Zaradi dosedanjega znanja na tem področju so avtorji predlagali, da lahko fiziološko izločeni PrP deluje zaščitno pri prionskih boleznih in AD z blokiranjem toksičnih oligomerov in/ali z njihovim obarjanjem v netoksične usedline [81,211].

RecPrP in N1 lahko tudi zavirata oligomerizacijo A, nevtralizirata citotoksičnost že obstoječih oligomerov A, preprečita vezavo oligomerov s PrPC na celični površini in rešita okvaro LTP, ki jo povzroči A [212].

Ker recPrP in N1 vsebujeta predlagana vezavna mesta proteinskih oligomerov, so poročali, da obe molekuli vežeta tudi -syn oligomere ter posredujeta pri skupnem združevanju -syn oligomerov in amiloidnih oligomerov, povezanih z AD [199].

PrPC je obogaten z zunajceličnimi vezikli (EV) [128,213,214]. O fizioloških funkcijah PrPC v električnih vozilih je malo znanega. Več študij je pokazalo, da PrPC inEV ščiti celice pred toksičnostjo A [214–217].

Mehanizem za nevtralizacijo toksičnih oligomerov A z EV ni znan; kljub temu se domneva, da je podoben procesu, ki ga posreduje recPrP ali N1-.

Predlagano je bilo, da eksosomski PrPC ujame A oligomere na N-terminalni PrP regiji (aminokislinski ostanki 23–31 in 95–105) [203], nevtralizira oligomere, spodbuja tvorbo A fibril in poveča internalizacijo in razgradnjo agregatov. z mikroglijo [214–217].

Ker se je pokazalo, da recPrP in zasidrani PrPC vežeta oligomere tau in -syn [30], se pričakuje, da bodo eksosomalni PrP delovali na enak način. Z vezavo prostih toksičnih oligomerov tau ali -syn v zunajceličnem prostoru eksosomski PrP preprečujejo vezavo toksičnih oligomerov na zasidran PrPC in zavirajo toksično signalizacijo v CŽS bolnikov z boleznimi.

Eksosomi, povezani s PrPSc, so nalezljivi in ​​predstavljajo nevarnost širjenja prionske bolezni [218–222]. Čeprav še ni neposredne študije, lahko eksosomski PrPC povzroči tudi vnetje CNS. Opraviti je treba več dela, da bi preučili druge biološke aktivnosti, ki bi jih lahko imel eksosomski PrPC.

For more information:1950477648nn@gmail.com