Ponovno ožičenje metabolizma glukoze in lipidov, ki ga povzroča z G proteinom sklopljenim receptorjem 17 Utišanje omogoča prehod oligodendrocitnih matičnih celic v mielinizirajoče celice

4. Razprava

V zadnjih letih je več študij poudarilo pomen GPR17 pri diferenciaciji OL, s čimer so ta receptor potrdili ne le kot označevalec natančnega časovnega okna zorenja (tj. O4plusvmesna stopnja pred OL), vendar dokazuje, da deluje tudi kot aključni regulator diferenciacije OPC[12,19]. Predvsem med fiziološko diferenciacijo,po vmesnih stopnjah OPC je treba GPR17 utišati, da se omogoči končno zorenje celic, dogodek, ki se verjetno zgodi tako z znižanjem/ponotranjenjem membranskih receptorskih kompleksov kot z jedrsko represijo transkripcije gena gpr17 [37,40]. Pomanjkljivo utišanje GPR17, tj. kakršna koli stanja, ki vodijo do vztrajne aberantne ekspresije GPR17 (kot so tista, opažena pri več nevrodegenerativnih stanjih, povezanih z demielinizacijo), blokira celice v nezrelih fazah in prispeva k okvaram remielinizacije [15,41]. To je privedlo do hipoteze, da pravočasno utišanje GPR17 deluje kot "zeleni signal" za spodbujanje učinkovite mielinizacije s spodbujanjem presnovnih in biokemičnih procesov, potrebnih za zorenje celic.13]. Vendar narava in natančna posledica dogodkov, ki jih aktivira utišanje GPR17, še vedno nista znani. Tukaj smo odpravili to vrzel tako, da smo najprej izvedli celotno transkriptomsko analizo OPC-jev v normalnih pogojih in po posnemanju znižane regulacije GPR17 s tehnologijo siRNA, čemur je sledila analiza nabora podatkov različno izraženih genov s pristopi, ki temeljijo na poti in ontologiji. Ta začetna analiza je predlagala spremembe različnih načinov in bioloških procesov, ki so znani po svojem pomenu pri zorenju OL, vključno s signalnimi potmi mTOR in Wnt, preoblikovanjem citoskeleta ter regulacijo energije in metabolizma OPC.

KLIKNITE TUKAJ ZA DOBITEV CISTANCHE ZA NEVRODEGENERATIVNE BOLEZNI

Ciljna metabolomska analiza med diferenciacijo OPC in po utišanju GPR17 nam je omogočila vpogled v možno povezavo med izražanjem GPR17 in metabolizmom OPC. V zgodnjih OPC, ko je ekspresija GPR17 še vedno fiziološko nizka, so celice pokazale visoke ravni metabolitov, ki pripadajo Krebsovemu ciklu, ki jih je bilo kasneje veliko manj, kar kaže na njihovo porabo za proizvodnjo drugih ključnih metabolitov. To je v skladu z literaturnimi podatki, ki kažejo, da so OPC presnovno bolj aktivni kot OL in da je proizvodnja ATP v OPC glodalcev pretežno odvisna od oksidativne fosforilacije [7]. Na vmesnih stopnjah (od DID 1 do DID 3) so pred-OL pokazali izrazito povečano regulacijo molekul, ki sodelujejo pri sintezi maščobnih kislin in holesterola, kot sta acetil-CoA (ki predstavlja prekurzor holesterola in maščobnih kislin) in malonil-CoA (a specifičen intermediat sinteze maščobnih kislin). Te spremembe so popolnoma sovpadale s časom izražanja GPR17 v OPC, ki je zelo nizek na dan 0, ko so OPC inducirani, da zapustijo celični cikel in začnejo diferenciacijo, in postopoma doseže največjo izraženost pri DID 3, ko pred -OL so že znižali presnovke, vključene v celični cikel, in uravnavajo molekule, povezane s sintezo maščobnih kislin. Globalno gledano ti podatki kažejo, da ko GPR17 doseže svoj maksimalni izraz, pred-OL večinoma uporabljajo glukozo in aminokisline za vzdrževanje biosinteze holesterola in maščobnih kislin. Opozoriti je treba, da je znano, da kljub temu, da aerobna glikoliza ustvarja ATP z manjšo učinkovitostjo kot oksidativna fosforilacija, proizvaja prekurzorje ogljikove verige, potrebne za podporo biosinteze beljakovin in lipidov za proizvodnjo mielina.42], omejuje proizvodnjo ROS in spodbuja proizvodnjo dolgoživih lipidov, ki jih potrebuje mielin OL [7]. Opazili smo tudi znižane ravni AMP in ADP od dneva 0 do DID 5 in prehodno povečanje ATP med DID 1 in 3. Ti podatki so popolnoma združljivi z izražanjem GPR17 in njegovo konsolidirano vlogo pri uravnavanju (v sodelovanju z drugimi GPCR) znotrajcelično proizvodnjo cikličnega AMP (cAMP) iz ATP med diferenciacijo OL [13,43,44]. Ko ekspresija GPR17 začne naraščati (DID 1 do 3), endogeni ligandi spodbujajo postopno povečanje aktivnosti z receptorjem sklopljenega Gi proteina, kar posledično zmanjša proizvodnjo cAMP [12], kar povzroči povečane znotrajcelične ravni ATP (tukaj deluje kot substrat adenilil ciklaze za sintezo cAMP), sočasno s povečanimi ravnmi metabolitov biosinteze lipidov (acetil-CoA in malonilCoA). Ti podatki so tudi v skladu s konceptom, da anabolični metabolizem (kot je sinteza lipidov) običajno poteka v ugodnem energijskem stanju.

Po utišanju GPR17 rezultati naše metabolomske analize kažejo na obsežno preoblikovanje metabolizma OPC. Opazili smo spremembe v številčnosti intermediatov Krebsovega cikla, kot so fumarat, malat in citrat (izhodni substrat za sintezo lipidov in holesterola) ter drugih presnovkov, opisanih v literaturi zaradi njihove kritične vloge pri preživetju in diferenciaciji OL. , pa tudi pri sintezi mielina, kot so kreatin, tavrin in laktat [39,45,46]. Kljub temu, da so vse te spremembe potencialno zanimive, smo se odločili, da naše analize osredotočimo na vlogo laktata na podlagi prejšnjihpodatki, ki ga vključujejo v celični metabolizem, diferenciacijo in mielinacijo OL [4,47], kot tudi v komunikaciji z bližnjimi nevroni in glijo [48]. Analiza številčnosti intracelularnega laktata med fiziološko diferenciacijo OPC je pokazala kinetiko, ki sledi kinetiki GPR17 (visoke ravni v vmesnih stopnjah, nizke ravni v začetni in končni fazi), medtem ko so se po utišanju GPR17 ravni laktata prezgodaj zmanjšale in dosegle minimum v vmesnih stopnjah. Razmerje med ekspresijo GPR17 in številčnostjo laktata je bilo že opaženo v nedavnih študijah, kjer je bilo povečanje glikolize in proizvodnje laktata, sekundarno po spremembi osi cAMP-PKA-PDK1, ugotovljeno pri OL, ki izhajajo iz izločenih živali GPR17 [49]. V skladu s tem je naša analiza mikromrež na GPR17-utišanih OPC-jih pokazala povečano regulacijo genov, povezanih z glikolizo in proizvodnjo laktata (PFK, PDK1, LDH); po drugi strani pa so naši presnovni podatki pokazali zmanjšanje znotrajceličnih ravni laktata. Da bi osvetlili te očitno nasprotujoče si rezultate, smo ovrednotili sproščanje tega metabolita v gojišču. Povečane ravni laktata so bile ugotovljene ob istem času, ko so bile ugotovljene znižane koncentracije laktata v citoplazmi celic, kar kaže na sproščanje tega metabolita zunajcelično in da bi GPR17 v OL lahko igral pomembno vlogo pri transportu energijskih metabolitov do nevronskih celic. To hipotezo potrjuje nedavna ugotovitev, ki kaže, da lahko pri GPR17 izločenih miših povišane ravni laktata v okolju hipotalamičnih nevronov modulirajo nevronsko aktivnost z aktivacijo poti AKT in STAT3.49]. Na podlagi teh dokazov domnevamo, da bi lahko podoben mehanizem veljal za tavrin in kreatin, za katera je znano, da pozitivno uravnavata proces mielinizacije [45,46] in katerih znotrajcelične ravni so dejansko zmanjšane v GPR{0}}utišanih OPC. Treba je omeniti, da se je izkazalo, da nevroni ne izražajo encimov, ki so odgovorni za sintezo teh presnovkov, kar kaže, da lahko izhajajo samo iz sosednjih glialnih celic.50,51]. 

Sposobnost OL, da uvažajo laktat ali ga sproščajo zunaj celic, posreduje monokarboksilatni transporter 1 (MCT1), ki je odgovoren za pasivni transport laktata in vodika proti citoplazmi ali zunajceličnemu okolju kot odgovor na njegove koncentracije v obeh predelih [47,52]. Kljub opazovanjem in vivo, ki kažejo, da pomanjkanje MCT1 v OL in njihovih potomcih v zgodnjem poporodnem obdobju in v zgodnji odrasli dobi ne vpliva na mielinizacijo, verjetno zaradi razpoložljivosti drugih energijskih intermediatov, kot je glukoza, v odrasli dobi izguba MCT1 vodi do aksonopatije in hipomielinizacije, kar dokazuje bistveno vlogo, ki jo imajo monokarboksilne kisline pri energetski homeostazi OL [53]. V naši študiji je bilo povečanje zunajceličnega laktata, opaženega po utišanju GPR17, povezano s pospešenim zorenjem, kar je povečalo možnost, da lahko laktat, ki ga sproščajo zreli OL, prevzamejo nezreli OL, da izboljšajo svoje zorenje na avtokrini način. Da bi ocenili to hipotezo, smo blokirali sproščanje laktata tako, da smo GPR17-utišane OPC izpostavili selektivnemu zaviralcu MCT1. Zmanjšanje izliva laktata je dejansko povzročilo zmanjšano zorenje OPC, kar kaže na to, da bi znižanje regulacije GPR17 lahko spodbudilo sproščanje laktata zunajcelično, s čimer bi se proces zorenja razširil na bližnje celice. V skladu s tem so nedavne študije pokazale, da lahko laktat neposredno spodbuja hitrost celičnega cikla in diferenciacijo OPC [39]. 

Spremembe ekspresije, opažene po utišanju GPR17, so prav tako nakazovale potencialno povezavo med ekspresijo GPR17 in aktivacijo sintetičnih poti lipidov in holesterola. Med najpomembnejšimi spremembami smo ugotovili povečano izražanje LXR in njegovi ciljni geni, SREBP1c, ABCG1 in ABCA1. Sposobnost LXR za spodbujanje celične diferenciacije v OL je bilo dokazano in vivo po demielinizaciji, ki jo povzroči lizolecitin: LXR aktivacija z naravnimi (tj. oksisteroli) in sintetičnimi agonisti je spodbudila remielinizacijo področij, ki jih je prizadela demielinizacijska poškodba [54]. Oksisteroli so tudi provnetne molekule, ki lahko aktivirajo več receptorjev, povezanih z G-proteini, vključno z GPR17.55], katerih sposobnost odzivanja na nujne signale, povezane z oksidativnim stresom, vnetjem nevronov in nevrodegeneracijo, je splošno znana. Spremembe izražanja zgoraj opisanih transkripcijskih faktorjev so potrebne tudi za reorganizacijo metabolizma lipidov, ki se pojavi med zorenjem OL [56], kar tem celicam omogoča, da povečajo sintezospecifične razrede lipidov in postopoma spreminjajo sestavo njihove plazemske membrane [2]. Ta premik označuje prehod z OPC na zrele OL; na primer, pokazalo se je, da se nekateri za mielin specifični glikosfingolipidi začnejo proizvajati v bližini končne diferenciacije in se ohranijo v zrelih mielinizirajočih OL [57]. Naši lipidomski podatki kažejo, da lahko izražanje GPR17 neposredno vpliva na številčnost lipidov, specifičnih za mielin, kot so ceramidi in sfingomielini. Izkazalo se je, da ima pravilno ravnovesje med sintezo in razgradnjo sfingolipidov ključno vlogo pri ohranjanju celovitosti mielina.58,59]. Poleg tega smo odkrili, da je knockdown GPR17 pri DID 5 povzročil znižanje ravni več diacil-PC in diacil-Pes, ki so glavne vrste, zastopane v mielinski membrani, kot je navedeno v literaturi [60–62]. Ugotovitev, da lahko ti lipidi igrajo vlogo pri stabilizaciji uvodne periodne linije mielina [61] nadalje podpira ključno vlogo GPR17 kot ključnega akterja pri določanju sestave in delovanja mielina. Kljub znižanim nivojem diacil-PC in diacil-PE smo ugotovili tudi povečane ravni več plazmalogenov (tj. acil-alkil-PC) po izčrpanju GPR17 pri DID5. Ti plazmalogeni, pridobljeni iz PC-ja, so bili predlagani kot zaščitna sredstva v mielinu, saj preprečujejo peroksidacijo membranskih lipidov z reaktivnimi kisikovimi spojinami.63,64]. Zaščitni učinki plazmalogenov so bili pripisani atomu vodika, ki meji na vinil etrsko vez. Dejansko je lahko ta atom vodika bolj dovzeten za oksidacijo glede na estrsko vez, ki je prisotna v diacil-PC in diacil-PE [63,64]. Poleg tega mielinski plazmalogeni sodelujejo pri tvorbi in/ali vzdrževanju membrane.65,66]. Na podlagi naših rezultatov sklepamo, da je GPR17 pomemben tudi pri uravnavanju ravnotežja med diacil-PC in diacil-PE ter njunimi plazmalogeni, da se zagotovi optimalna struktura in delovanje mielina. Vendar je treba upoštevati, da bi se lahko plazmalogeni povečali brez GPR17 kot zaščitnega mehanizma glede na njihovo antioksidativno vlogo. Sprememba lipidov mielina je bila opisana tudi pri podganah s sladkorno boleznijo.62], ki je osnova povezave med presnovo glukoze in mielinizacijo. Poročali so, da so bolezni, za katere je značilna disregulacija metabolizma lipidov ali glukoze (tj. dislipidemije in sladkorna bolezen), povezane z večjim tveganjem za MS [67,68], čeprav se o natančnih patogenetskih mehanizmih, ki povezujejo te presnovne disfunkcije z MS, še vedno veliko razpravlja. Poleg tega je masna spektrometrična analiza pokazala povečano številčnost fosfolipidov in zmanjšanje vsebnosti sfingolipidov v normalni beli snovi (NAWM) oseb z aktivno MS [69], kar kaže, da se lahko specifične presnovne spremembe pojavijo pred pojavom demielinizirajočih lezij. Omeniti velja, da smo v prejšnji študiji pokazali, da NAWM bolnikov z multiplo sklerozo predstavlja največje število celic, ki izražajo GPR17-v primerjavi z lezijami MS in WM zdravih preiskovancev [20].

Naša študija je prva, ki je pokazala vpletenost znižane regulacije GPR17 pri preoblikovanju metabolizma OPC med diferenciacijo, vendar je treba upoštevati nekatere omejitve/opozorila. Prvič, v tej študiji smo uporabili primarne kulture, ki imajo v primerjavi s celičnimi linijami tako prednosti kot slabosti. Kljub temu, da so primarni OL bolj nagnjeni k doseganju stopnje mielinizacije, imajo lahko podatki, pridobljeni z uporabo teh celic, večjo variabilnost zaradi dejstva, da OPC niso sinhronizirani in zato sledijo nekoliko različni kinetiki zorenja in vitro med neodvisnimi poskusi. Vendar smo za reševanje te težave uporabili metodo analize, ki identificira vzorce, ki v svojem presnovnem profilu odstopajo od drugih vzorcev iste skupine, kar omogoča prerazporeditev v ustrezno skupino. Drugič, uporabili smo ciljno usmerjen metabolomični pristop, ki nam je omogočil zbiranje več ravni metabolitov in sprememb v reprezentativnih presnovnih poteh. Kot taka je lahko celovita neciljana metabolomska analiza (brez vnaprejšnje definicije metabolitov, ki jih je treba odkriti) dodatno informativna za druge metabolite, ki niso upoštevani v naši ciljni metabolomiki, in tako ustvarja nove delovne hipoteze na tem področju. Tretjič, čeprav naša študija predstavlja pomemben napredek pri razumevanju vloge GPR17 pri zorenju OPC, je še vedno potrebno nadaljnje delo za oceno pomembnosti presnovnih sprememb, ki jih povzroča njegova znižana regulacija v patoloških stanjih. V tem kontekstu bodo prihodnje študije usmerjene v oceno, ali je modulacijo GPR17 mogoče izkoristiti za izboljšanje presnove OL med dinamiko demielinizacije/remielinizacije na živalskih modelih MSin ali je disregulacija GPR17 lahko povezana s specifičnimi presnovnimi spremembami v človeških MS lezijah in v NAWM.

Naši rezultati skupaj kažejo, da lahko receptor GPR17 deluje kot kontrolna točka, potrebna zazavira prezgodnjo mielinizacijo in vzdržuje reaktivnost celicna zunajcelične signale inpoudarite vpletenost znižanja regulacije GPR17vusklajevanje energijeinpreureditev metabolizma lipidovpotreben za zorenje OPC, ki zagotavlja bistvene namige obioaktivni metabolitiinlipidi urejenis strani receptorja. Na podlagi naših prejšnjih podatkov o spremembah izražanja GPR17 v patogenezi MS in neuspehu remielinizacije predlagamo, da so ti funkcionalni in mehanični vpoglediy navdihujejo nove farmakološke in terapevtske pristopezazdravljenje nevrodegenerativnih bolezni. 

Reference

1. Butt, AM; Papanikolau, M.; Rivera, A. Fiziologija oligodendroglije.Adv. Exp. Med. Biol.2019, 1175, 117–128. [CrossRef] [PubMed] 

2. Ladja, KA; Werner, HB Mielinizacija živčnega sistema: Mehanizmi in funkcije.Annu. Rev. Cell Dev. Biol.2014, 30, 503–533. [CrossRef] [PubMed]

3. Narine, M.; Colognato, H. Trenutni vpogled v metabolizem oligodendrocitov in njegovo moč oblikovanja pokrajine mielina.Spredaj. Celica. Neurosci.2022, 16, 892968. [CrossRef] 

4. Tepavčević, V. Oligodendroglialni energetski metabolizem in (re)mielinizacija.življenje2021, 11, 238. [CrossRef] [PubMed] 

5. Rao, VTS; Khan, D.; Cui, QL; Fuh, SC; Hossain, S.; Almazan, G.; Multhaup, G.; Healy, LM; Kennedy, TE; Antel, JP Različni presnovni profili oligodendrocitov, odvisni od starosti in stanja diferenciacije, v optimalnih in stresnih pogojih.PLoS ENA2017, 12, e0182372. [CrossRef] 

6. Schoenfeld, R.; Wong, A.; Silva, J.; Li, M.; Itoh, A.; Horiuchi, M.; Itoh, T.; Veselje, D.; Cortopassi, G. Oligodendroglialna diferenciacija inducira mitohondrijske gene in inhibicija mitohondrijske funkcije zavira oligodendroglialno diferenciacijo.Mitohondrij2010, 10, 143–150. [CrossRef] 

7. Rone, MB; Cui, QL; Fang, J.; Wang, LC; Zhang, J.; Khan, D.; Bedard, M.; Almazan, G.; Ludwin, SK; Jones, R.; et al. Oligodendrogliopatija pri multipli sklerozi: Nizka stopnja glikolitičnega metabolizma spodbuja preživetje oligodendrocitov.J. Neurosci.2016, 36, 4698–4707. [CrossRef]

Vprašaj za več:

E-pošta:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel: plus 86 15292862950

NAKUP:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop