Priono baltymas: daugelio formų ir veidų molekulė 1 dalis

Anotacija: Ląstelių priono baltymas (PrPC) yra glikozilfosfatidilinozitolio (GPI) pritvirtintas baltymas, dažniausiai randamas išorinėje neuronų membranoje. Dėl struktūrinių savybių (lankstus Tailando struktūrinis branduolys) PrPC bendrauja su daugybe partnerių.

Pastaraisiais metais daugelis tyrimų parodė, kad ląstelių prionų baltymai turi svarbų ryšį su gyvūnų atminties vystymu ir palaikymu.

Ląstelinis prionas (Herpes simplex virusas, HSV) yra virusas, plačiai paplitęs žmonių populiacijoje ir laikomas vienu svarbiausių neurologinių ir odos ligų sukėlėjų. HSV-1 ir HSV-2 yra du dažniausiai pasitaikantys žmonių virusų tipai.

Neseniai atliktas tyrimas parodė, kad HSV{0}} viruso baltymas gali skatinti žmonių ir gyvūnų atminties vystymąsi ir palaikymą. Šio tyrimo rezultatai parodė, kad HSV-1 infekcija dažniausiai pasireiškia labai ankstyvose žmogaus gyvenimo stadijose, o virusiniai baltymai kaupiasi žmogaus nervų sistemoje ir reguliuoja neurotransmiterių išsiskyrimą bei sinapsinį perdavimą. Šie reguliavimo efektai padeda pagerinti smegenų atminties funkciją ir pagerinti erdvinį pažinimą bei dėmesį.

Be to, HSV{0}} viruso baltymas taip pat turi tam tikrą ryšį su organizmo imuniniu ir antivirusiniu atsaku. Tyrimai parodė, kad HSV-1 viruso baltymo įtaka suaktyvina organizmo imuninį atsaką ir aktyviai veikia „atminties T ląsteles“ organizme, taip sustiprindamas organizmo antivirusinę apsaugą. Šis atradimas turi didelę reikšmę tiriant ryšį tarp HSV-1 ir gyvūnų imuniteto.

Trumpai tariant, ryšys tarp ląstelių prionų viruso baltymo ir atminties suteikia plačią tyrimų erdvę būsimiems atminties, nervų sistemos funkcijos ir imuninio atsako tyrimams, ir tikimasi, kad jis vaidins svarbų vaidmenį susijusių ligų prevencijoje ir gydyme. Matyti, kad turime pagerinti atmintį, o Cistanche gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche taip pat gali reguliuoti neuromediatorių pusiausvyrą, pavyzdžiui, padidinti acetilcholino ir augimo faktorių kiekį, kurie labai svarbūs atminčiai ir mokymuisi. Be to, Cistanche taip pat gali pagerinti kraujotaką ir skatinti deguonies tiekimą, o tai gali užtikrinti, kad smegenys gautų pakankamai mitybos ir energijos, taip pagerinant smegenų gyvybingumą ir ištvermę.

Norėdami pagerinti atmintį, spustelėkite žinokite papildus

Nors buvo pasiūlyta, kad PrPC dalyvauja daugelyje fiziologinių funkcijų, iki šiol buvo patvirtinta, kad tik periferinio nervo mielinizacijos homeostazė yra bona fide funkcija.

Neteisingas PrPC sulenkimas sukelia prionų ligas, o PrPC tarpininkauja gausiai oligomerų sukeltam neurotoksiškumui sergant Alzheimerio ir Parkinsono ligomis, taip pat neuroprotekcija sergant išemija.

Po proteolitinio skilimo PrPC paverčiamas išlaisvintomis ir prijungtomis PrP formomis, kurios, priklausomai nuo PrPC struktūrinių savybių, gali turėti apsaugines arba toksines savybes.

Šioje apžvalgoje apžvelgsime prionų baltymų ir prionproteino fragmentų savybes, taip pat apžvelgsime jų dalyvavimą sąveikaujančiuose partneriuose ir signalų kelius sergant mielinizacija, neuroprotekcija ir neurodegeneracinėmis ligomis.

Raktažodžiai: priono baltymas; prionų baltymų fragmentai; neuroprotekcija; mielinizacija; išeminis insultas; neurodegeneracinė liga.

1. Įvadas

Priono baltymas (PrP) yra labai konservuotas visur esantis glikoproteinas. Jis egzistuoja dviem formomis; normali arba ląstelinė izoforma PrPC ir su liga susijusi infekcinė izoforminė skrepi PrP, PrPSc.

Patologinis PrPSc vaidmuo buvo plačiai ištirtas sergant priondais ir buvo apžvelgtas keliuose straipsniuose [1–3]. PrPC ekspresuojamas įvairiuose organuose ir audiniuose, turinčiuose aukštą ekspresijos lygį centrinėje ir periferinėje nervų sistemose.

Jo gausiai yra neuronų ląstelės paviršiuje [4–6] ir jis dalyvauja daugelyje fiziologinių mechanizmų. Baltymų funkcija dar turi būti išaiškinta; nepaisant to, intensyvūs tyrimai PrPC susieja su mielino homeostaze [7], neuroprotekcija [8,9], cirkadiniu ritmu [10,11], metalo jonų homeostaze [12,13], mitochondrijų homeostaze [14] ir tarpląsteliniu signalizavimu [6,15]. ,16].

Neuronuose PrPC yra presinapsiniame ir postsinapsiniame aksonų galų skyriuose, kur jis dalyvauja anterogradiniame ir retrogradiniame aksonų transporte [17–20]. PrPC skaidomas ląstelės membranoje proteazėmis, sudarydamos išlaisvintas ir prijungtas formas.

Pastaraisiais metais prionproteinų ir prionų baltymų išskiriamos formos sulaukė dėmesio, susijusios su neurodegeneracinių ligų neuroprotekcija.

Šioje apžvalgoje pristatome prionų baltymų ir prionų baltymų išsiskyrimo formas, apibendriname jų dalyvavimą mielinizacijoje, neuroprotekcijoje ir neurodegeneracinėse ligose bei aptariame naujausius atradimus šioje srityje.

2. Prionų baltymai

Subrendęs žmogaus PrPC susideda iš lankstaus nestruktūrizuoto N-galo domeno (aminorūgščių liekanos 23–120) ir struktūrinio C-galo domeno (aminorūgščių liekanos 121–231).

Jis pritvirtintas prie ląstelės membranos glikozilfosfatidilinozitolio (GPI) inkaru [21,22]. Lanksčiame N-galiniame domene yra oktare pasikartojimo sritis, o struktūrinį domeną sudaro trys spiralės, du lakštai, disulfidinė jungtis, jungianti cisteinus 179, 2144 ir 214. ir du N-glikanai 181 ir 197 aminorūgščių liekanose [23,24] (1 pav.).

PrPC gali transformuotis į daug lakštų turinčią izoformą PrPSc, kuri yra linkusi į autokatalizinę konversiją ir agregaciją į netirpius agregatus [22, 25, 26]. Nenormalus patologinio baltymo kaupimasis smegenyse gali sukelti užkrečiamųjų spongiforminių encefalopatijų (USE), dar vadinamų prioninėmis ligomis, vystymąsi.

Prionų ligos apima Creutzfeldt-Jakob ligą (CJD), Gerstmann-Sträussler-Scheinker sindromą (GSS), mirtiną šeiminę nemigą (FFI) ir kuru žmonėms, galvijų spongiforminę encefalopatiją, ožkų ir avių skrepi ir lėtinę elninių nykimo ligą.

Visos prioninės ligos yra mirtini neurodegeneraciniai sutrikimai. Klinikiniai ir neuropatologiniai žmonių prionų ligų požymiai yra panašūs į Alzheimerio ligos (AD), pvz., greitas atminties praradimas ir smegenų funkcijos praradimas, taip pat demencija, spongiforminė smegenų deformacija, asmenybės pokyčiai ir judėjimo sunkumai [15, 27]. .

Nors prionų ligos atsiranda dėl toksiškų PrPSc agregatų kaupimosi smegenyse, mechanizmas, kuriuo grindžiamas PrPC pavertimas PrPSc ir prionų ligos vystymasis, lieka nežinomas.

Be to, kad PrPC yra prioninių ligų vystymosi substratas, jis gali būti citotoksinių amiloido (A) oligomerų [20, 28] ir toksiškų tirpių tau baltymo agregatų receptorius sergant AD ir kitomis tauopatijomis [29, 30].

Taip pat yra prieštaringų tyrimų dėl -sinukleino (-syn) oligomerų PrPC jungimosi Parkinsono liga (PD) ir kitomis sinukleinopatijomis, pradėjusiomis diskutuoti apie PrPC vaidmenį sinukleino toksiškume [30–33].

3. Prionų baltymų fragmentai

PrPC gali atlikti keturis potransliacinius skilimus, suformuojant PrP fragmentus (1 pav.). Skilimas ir skilimas vyksta nestruktūrizuotame N-galo domene, o skilimas ir PrP išsiskyrimas vyksta struktūrizuotame C-galo domene.

Be minėtų skilimų, PrPC buvo suskaidytas eksperimentinėmis sąlygomis su fosfolipaze C, kuri suskaidė PrPC GPI inkare [34, 35]. Skilimo vieta, fragmento ilgis ir membranos pritvirtinimas leidžia fragmentams dalyvauti įvairiuose mechanizmuose.

3.1. - Skilimas

Skilimas yra labiausiai ištirtas PrPC skilimas. Jis atsiranda fiziologinėmis sąlygomis subrendusio PrPC centrinėje hidrofobinėje srityje (aminorūgščių liekanos 105–120 žmogaus sekoje 111/112) [36–38] (1 pav.).

Skilimas atpalaiduoja ~ 11 kDa fragmentą N1, o ~ 18 kDa dalis C1 lieka prijungta prie ląstelės membranos GPIanchor [36, 39]. Kol kas nėra unikalaus fermento, atsakingo už -skilimą [24,40].

Nors skilimo vietos buvo nustatytos atsižvelgiant į rūšis, skilimas netoleruoja sekos variacijų šiame regione tol, kol išlieka jo hidrofobiškumas [38].

Tyrimai parodė, kad skilimas žmogaus smegenyse, pelių modeliuose ir neuronų kultūrose vyksta esant fermentams ADAM10 ir ADAM17 [41–43].ADAM10 prisideda prie konstitucinės N1 gamybos, o ADAM17 daugiausia dalyvauja N1 susidaryme stimuliuojant [44]. ,45]. Taip pat buvo įrodyta, kad ADAM8 skaldo PrPC, kad susidarytų N1 ir C1 raumenyse [46].

ADAM8, ADAM10 ir ADAM17 vaidmuo skilime taip pat buvo patvirtintas biofiziniame tyrime [47]. Fragmentas N1 turi santykinai mažą stabilumą; nepaisant to, buvo nustatyta, kad jo yra kūno skysčiuose, audinių homogenatuose arba ląstelių kultūros supernatantuose [39, 48, 49].

Iš pradžių buvo manoma, kad skilimas vyksta rūgštiniuose endosominiuose skyriuose [50, 51], tačiau vėlesni tyrimai parodė, kad skilimas vyksta PrPC vezikulinio judėjimo metu sekrecijos keliu [52, 53].

Skilimas naudoja PrPC kaip substratą, todėl sumažėja ląstelės paviršius. Kadangi PrPC taip pat yra prionų replikacijos substratas ir pagrindinis toksiškumo tarpininkas prionų ligomis, AD ir kitomis neurodegeneracinėmis ligomis, skilimas turi teigiamą biologinį poveikį.

Lanksti PrPC N-galinė dalis yra būtina baltymo sąveikai su surišimo partneriais, kurie reguliuoja PrPC įsisavinimą prekyboje [54, 55]. Trūkstant N1, C1 sudaro kompleksus ant ląstelės membranos [56] ir yra stabilesnis ir patvaresnis ląstelės paviršiuje nei PrPC [50].

Fragmentas C1 gali būti suskaldytas ląstelės paviršiuje ir išleistas į tarpląstelinę erdvę [57]. Nustatyta, kad C1 slopina prionų replikaciją pelėse [58,59], o fragmentas N1 yra neuroprotekcinis [60,61]; -skilimo nebuvimas yra toksiškas tiek ląstelėms, tiek pelėms [47,62].

3.2. - Skilimas

Skilimas vyksta skilimo vietos oktapeptido pasikartojimo srities N-galo gale. Skilimas dažniausiai stebimas patologinėmis sąlygomis ir yra panašus į skilimą. Atrodo, kad tai veikia apsaugant.

Jis vyksta aplink 90 aminorūgšties liekaną, sudarydamas fragmentą N2 (~ 9 kDa) ir fragmentą C2 (~ 20 kDa) [36, 37, 48, 63] (1 pav.). PrPC skilimą skatina reaktyviosios deguonies rūšys (ROS) [37,63–66].

Pašalinus ROS, skilimas apsaugo ląsteles nuo oksidacinio streso [65]. Be ROS, skilimą sukelia kalpainai [67], lizosominės proteazės [68, 69] ar net ADAM8 [47].

Proteinazė K skaldo proteazėms atsparią PrPSc (PrP27–30) šerdį netoli 90 padėties, sukurdama fragmentą, kurio ilgis panašus į C2. Panašiai kaip fragmentas C1, fragmentas C2 taip pat gali išsiskirti nuo ląstelės paviršiaus [70].

Tokio fragmento susidarymas rodo, kad proteazės, dalyvaujančios skaidyme, taip pat gali būti susijusios su ląstelių bandymais suskaidyti PrPSc [71, 72].

3.3. - Skilimas

Naujausias PrPC proteazės skilimas yra -skilimas. PrPC skilimo vieta dar turi būti nustatyta, tačiau atpalaiduoto fragmento N3 (~ 20 kDa) ir GPI pritvirtinto fragmento C3 (~ 5 kDa) dydžiai rodo, kad baltymo skilimas vyksta srityje tarp 170 ir 200 aminorūgščių liekanų [73, 74] (1 pav.).

Tyrimai rodo, kad neglikozilinto baltymo sekrecijos skilimas vyksta vėlai, kai yra matricos metaloproteazių (MMP) šeimos nariai [73].

Manoma, kad priežastis, dėl kurios skilimas vyksta tik ant neglikozilinto PrPC, yra dėl glikanų, esančių netoli siūlomos skilimo vietos, steriškai trukdomo proteazėms [40, 75].

Nustatyta, kad skilimas egzistuoja skirtingose ​​rūšyse, audiniuose ir ląstelių kultūros modeliuose. Norint nustatyti jo vaidmenį, reikia atlikti tolesnius tyrimus, nors CJD smegenyse padidėjusį fragmento C3 kiekį gali atsirasti patogeninė reikšmė [73].

3.4. Prionų baltymų išsiskyrimas

Taip pat yra svarbus PrP skilimas netoli C-galo. Skilimas išmeta PrP į tarpląstelinę erdvę, palikdamas nedidelį skaičių aminorūgščių liekanų ląstelės paviršiuje.

Skilimas buvo aprašytas ankstyvuosiuose tyrimuose [35, 39, 76, 77], tačiau pastaraisiais metais jam buvo skiriama daugiau dėmesio dėl PrP išsiskyrimo į ligas [40, 63, 78–83].

Panašiai kaip ir skilimas, PrP išsiskyrimas vyksta dalyvaujant fermentams iš ADAM šeimos. Eksperimentai in vitro ir in vivo rodo, kad ADAM9 ir ADAM10 dalyvauja skilimo ir PrP išsiskyrimo procese [47,84–86], kur ADAM10 yra pagrindinė PrP sheddazė, o ADAM9 yra ADAM10 aktyvumo moduliatorius [24] ].Shed PrP pirmą kartą buvo nustatytas žiurkėnams.

Prionais užkrėstose žiurkėnų smegenyse shedPrP sudarė maždaug 15 % PrPSc molekulių [76]. Tolesnė analizė parodė, kad ADAM10 suskaidė PrP tarp Gly228 ir Arg229 ir susidarė PrP, kuri baigėsi ties Gly228 [84].

Analizė, tirianti ADAM10 skilimo vietos profilį, atskleidė, kad skilimo nesukelia unikali seka [87].

Todėl ADAM10 proteazė gali gaminti išmesto PrP variantus, priklausomai nuo baltymų sekos ir konformacijos. Jansenas ir bendradarbiai aprašė nepritvirtintų PrP formų, kurios baigiasi Tyr225 ir Tyr226, egzistavimą pacientams, sergantiems prionų liga [88].

Autoriai apibūdino du prionų liga sergančius pacientus, kurie turėjo stop mutacijas Y226X ir Q227X padėtyse ir išreiškė atitinkamas formas. Naudodami monokloninį antikūną V5B2 [89], kuris specifiškai jungiasi prie PrP fragmento, besibaigiančio Tyr226, kartu aprašėme laisvos PrP formos, pavadintos PrP226*, egzistavimą [90–94].

PrP226* pasiskirstymas žmogaus smegenyse buvo siejamas su PrPSc pasiskirstymu [90,94]. Kadangi egzistuoja daugiau nei viena išskyrimo forma, iškėlėme hipotezę, kad proteolitinė vieta žmogaus sekoje yra ne tik tarp 228 ir 229 aminorūgščių liekanų, bet yra netoli C-galo [95] (1 pav.).

Neseniai Linsenmeier ir kt. paskelbė išsamų PrPC proteolitinį išsiskyrimą skatinančio mechanizmo tyrimą [81]. Naudojant gyvūnų modelius ir kontrolę, jie parodė, kad PrP išsiskyrimas neigiamai koreliuoja su prionų konversija ir kad išsiskyrusio PrP yra amiloidinėse plokštelėse.

Jie taip pat ištyrė PrP nukreiptų antikūnų prisijungimo prie PrPC įtaką išsiskyrimo polinkiui. Ištisų anti-PrP antikūnų prisijungimas prie PrPC C-galo struktūrinio domeno arba vienos grandinės antikūnų darinių, nukreiptų į pasikartojančius epitopus N-galinio domeno oktare kartotinėje srityje, paskatino išsiskyrimą, kai ištisų anti-PrP antikūnų prisijungimas prie oktakartinio domeno. N-galinio domeno sritis užrakino N-galinio domeno struktūrą ir sukėlė PrPC paviršiaus klasterizavimą, endocitozę ir degradaciją lizosomose [81].

4. Prionų baltymai ir mielinizacija

PrPC gausiai ekspresuojamas centrinėje nervų sistemoje (CNS) ir periferinėje nervų sistemoje [4,5]. Tyrimai su primatų smegenimis, graužikų smegenimis ir transgeninėmis pelėmis parodė, kad jis yra praturtintas išilgai aksonų ir presinapsinių galų, kur jis dalyvauja anterogradiniame ir retrogradiniame aksonų transporte [4, 17, 18, 96–98].

Ištrynimai PrPC skilimo srityje parodė sunkią nugaros smegenų ir smegenėlių baltosios medžiagos demielinizaciją in vivo [99 100] Vėliau buvo patvirtinta, kad aksoninis PrPC ir jo skilimas yra būtini mielinizacijai periferinėje nervų sistemoje [101].

Naudodami ko-izogeninįPrP-knockout pelių modelį, Kuffer ir kt. atrado, kad aksoninis PrPC skatina mielino palaikymą trans, jungdamasis prie adhezinio G-baltymų susieto receptoriaus Adgrg6 ant Schwann ląstelių su N-galo lanksčia uodega [7].

Jie taip pat patvirtino, kad pelėms, neturinčioms PRPC, išsivystė lėtinė demielinizuojanti neuropatija, o tai rodo, kad mielinizacijos homeostazė periferinėje nervų sistemoje yra bona fide fiziologinė PrPC funkcija [7].

Nustatyta, kad mielino palaikymas reguliuojamas N-galo atpalaiduoto PrPC fragmento (turbūt N1 arba išsiskyrusio PrP) prisijungimu prie Adgrg6 Schwann ląstelėse.

Sąveika suaktyvino Adgrg6, padidino cAMP lygį ląstelėse ir suaktyvino signalizacijos kaskadą, kuri skatino mielinizaciją [7]. Periferinio mielino palaikymo reguliavimas pagal PrPC buvo patvirtintas penkiuose skirtinguose PrP-knockout pelės modelio padermėse, kurioms išsivystė vėlyva periferinė neuropatija [101–103].

Neseniai buvo bandoma sukurti periferinių demielinizuojančių ligų gydymą, pagrįstą jungimu tarp PrPC N-galinio domeno ir Adgrg6 [104]. Šiame tyrime jie sukonstravo imunoadhezino molekulę, susidedančią iš dviejų lanksčių PrPC N-galinių domenų, susietų su imunoglobulino G1 (FT2Fc) kristalizuojamu fragmentu (Fc) [104].

Molekulė pasižymėjo palankiomis farmakokinetinėmis savybėmis ir parodė potencialą in vitro, tačiau neturėjo terapinio poveikio ankstyviesiems molekuliniams demielinizacijos požymiams PrP-knockout pelių [104].

PrPC taip pat buvo tiriamas dėl periferinio mielino vystymosi ir regeneracijos po nervų pažeidimų [105]. Kadangi buvo nustatyta, kad PrP šiame mechanizme nereikia, galima daryti prielaidą, kad PrP neturi didelio vaidmens periferinio nervo atstatymo procese arba jo nebuvimą gali kompensuoti kiti ligandai [105].

Mielinizacija ir kiti fiziologiniai PrPC vaidmenys buvo intensyviai tiriami gyvūnų modeliuose su išmušta arba numušta PrP geno ekspresija.

Tyrimai parodė ribotą neigiamą poveikį pelėms [102, 106–109], galvijams [110] ir ožkoms [68 111 112], o tyrimai su PrP išmuštomis pelėmis ar ožkomis parodė nervų sistemos ir jautrumo oksidaciniam stresui defektus [6 101, 3]. Buvo sukurti keli PrP-knockout pelių modeliai su mišriu fonu [106, 109, 114–116].

Kadangi tyrimai nėra atkuriami tarp modelių, gali kilti klausimas, ar pastebėti fenotipai iš tikrųjų atsirado dėl genų, besiribojančių su Prnp, polimorfizmų arba dėl PrPC nebuvimo. Norint išvengti šios problemos, patartina pakartoti pagrindinius eksperimentus, naudojant koizogenines PrPknockout peles.

Nors PrPC vaidmuo CNS turi būti išaiškintas, PrPC ir PrPC išlaisvinti fragmentai yra būtini periferinio nervo mielino homeostazei, tačiau jie gali būti būtini nervų atsigavimui.

For more information:1950477648nn@gamil.com