Прионов протеин: Молекулата с много форми и лица Част 2

5. Прионов протеин и исхемични инсулти

В предишния раздел наблюдавахме, че нокаутираните животни са по-уязвими към оксидативен стрес. Проучванията подкрепят идеята, че PrPC действа като антиоксидант чрез регулиране на глутатион редуктазната активност [117,118] и чрез регулиране на супероксид дисмутазата (SOD) чрез йонно свързване [119–123].

Оксидативният стрес е явление, при което тялото произвежда твърде много свободни радикали и други активни оксиданти при физиологични и патологични условия, което надвишава капацитета за изчистване, като по този начин причинява увреждане на клетките и тъканите. Много изследвания показват, че оксидативният стрес е тясно свързан с много заболявания като болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон, болестта на Алцхаймер и др.

Скорошни проучвания обаче показват, че умерено количество оксидативен стрес може да помогне за подобряване на паметта. Някои учени вярват, че умереното количество оксидативен стрес може да стимулира невроните да произвеждат повече антиоксиданти, като по този начин подобрява способността им да понасят оксидативен стрес, предпазвайки невроните от смущения от грешни сигнали и по този начин подобрявайки ученето и паметта.

В допълнение, проучванията показват, че умерено количество оксидативен стрес може също да насърчи образуването и укрепването на синапсите, което също е ключов фактор за паметта. Изследователите са открили, че някои полезни молекули на оксидативния стрес могат да стимулират образуването на синапси и да насърчат укрепването на синапсите, като по този начин подобряват ученето и функциите на паметта.

Следователно, за да подобрим паметта, не трябва да се съпротивляваме прекомерно на оксидативния стрес. Умереното количество оксидативен стрес е полезно за човешкото тяло и може да бъде насърчавано и справяно с него чрез упражнения и консумация на храни, богати на антиоксиданти. В същото време трябва да обърнем внимание и на контролирането на степента на оксидативен стрес и да гарантираме, че е в рамките на умерен диапазон, за да постигнем най-добрия ефект за подобряване на здравето и паметта. Може да се види, че трябва да подобрим паметта и Cistanche може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche е традиционен китайски лекарствен материал с много уникални ефекти, един от които е да подобри паметта. Ефектът на Cistanche идва от различните активни съставки, които съдържа, включително танинова киселина, полизахариди, флавоноидни гликозиди и др. Тези съставки могат да насърчат здравето на мозъка по много начини.

Щракнете върху познайте 10 начина за подобряване на паметта

PrP-нокаут мишки показаха намалена защита срещу ROS, докато заразените с прион мишки показаха повишени нива на оксидативен стрес, най-вероятно като следствие от загуба на функция на PrPC [124–126].

При условия на оксидативен стрес нивата на PrP mRNA се повишават, което предполага, че оксидативният стрес регулира експресията на PrPC [127]. Исхемичният инсулт е състояние, при което загубата на кръвен поток в мозъчна област причинява хипоксични състояния и увреждане на мозъка [128].

PrP-нокаутирани животински модели, подложени на исхемия, показват интензивно исхемично увреждане и намален шанс за регенерация, докато възможността за синтез на PrPC води до свръхекспресия на PrPC и намалено исхемично увреждане [127].

Проучвания върху исхемични инсулти показват, че свръхекспресията на PrPC може да намали размера на лезията в сравнение с мишки от див тип, приписвайки на PrPC защитна роля при исхемично увреждане [129–135].

След исхемичен инсулт, PrPC се свързва с невропротективни и регенеративни процеси чрез взаимодействие с различни цитозолни и трансмембранни сигнални протеини.

Наред с други, PrPC се свързва с регулиране на извънклетъчната сигнално-регулирана киназа (ERK1/2) [133,136,137], активиране на пътя на фосфатидилинозитол3-киназа/протеин киназа B/Akt (PI3K/Akt) [138– 142], модулиране на N-methylD-aspartate (NMDA) рецептор-медиирана токсичност [143], активиране на cAMP-зависимия протеин киназа A (PKA) път [144-146] и взаимодействие със стрес-индуцируем протеин 1 (STI1) [ 146], всичко което води до оцеляване на неврони, невритен растеж и неврозащита.

PrPC е рецептор на Fyn киназа, член на Src семейството на тирозин кинази (SFKs) [146]. Чрез активиране на Fyn киназа, PrPC медиира индуцираната от олигомер токсичност при невродегенеративни заболявания [147–150] и насърчава растежа на неврит чрез фосфорилиране на GluN2A домейна на молекулата на невронна клетъчна адхезия (NCAM) [151].

Fyn киназата и други членове на семейството на SFK участват в исхемично увреждане [152–155]. Инхибирането на SFKs в модел на глобална исхемия и инхибирането на Fyn-медиираното фосфорилиране на GluN2A в модел на неонатален HII доведе до повишена невронна преживяемост [ 156–158], докато свръхекспресията на Fyn в модела на неонатален HII доведе до повишено увреждане на мозъка [159].

Инхибирането на SFKs в миши модел на исхемия също води до намален исхемичен обем и подобрена церебрална функция след провокация [155].

Тъй като този ефект не е наблюдаван при Fyn-нокаут мишки, ние подозираме, че лиганди, различни от Fyn киназата, също могат да повлияят на възстановяването от исхемичен инсулт [155]. Показано е също, че PrPC фрагментите участват в исхемичен инсулт.

Показано е, че фрагменти N1 и N2 действат протективно при клетъчен стрес [160–162] и модулират покоя на нервните стволови клетки в неврогенезата на възрастни при инсулт [163], докато PrPC фрагменти C1 и C2 участват в регулирането на p53-зависимата апоптоза и клетъчно оцеляване [164]. Установено е, че фрагмент С1 е обогатен с малки EVs (EVs), където действа подобно на вирусните повърхностни протеини [165,166].

Поради това може да повлияе на междуклетъчния обмен на информация между sEVs и техните целеви клетки, както и да допринесе за тяхното усвояване [63]. Brenna et al. изследва приликите между клетъчното поглъщане на sEVs, получени от мозъка, от PrP-нокаут мишки и мишки от див тип след инсулт [128].

Те показаха, че sEV-отслабващият PrP се усвоява значително по-бързо с по-голяма ефективност и се сортира по-лесно в лизозоми, отколкото sEVs, съдържащ PrP и фрагмент C1 [128].

Установено е също, че фрагмент N1 участва в регулирането на взаимодействията между микроглия и други мозъчни клетки. Скорошно in vitro проучване на смесена невронална линия и система за кокултура на микроглия показа, че фрагмент N1 стимулира промяна в клетъчната морфология и метаболизъм и индуцира секреция на Cxcl10 [167].

Освен това е показано, че фрагмент N1 влияе върху микроглията, за да промени състава на мембраната до по-високо съдържание на GM1 в местата на взаимодействие с околните клетки в съвместна култура, но само при директен контакт клетка-към-клетка [167].

Фрагмент N1 също беше предложен за защита на невроните срещу индуцирано от ставроспорин активиране на каспаза-3 в исхемичен модел на ретината на плъх [60]. Тези резултати са подкрепени от in vitro проучвания, при които експресията на PrPC е защитна срещу ставроспорин или индуцирана от анизомицин апоптоза [144,146]. Фрагмент N1 също е свързан с невропротекция при невродегенеративни заболявания, което се обсъжда по-подробно в следващия раздел.

В присъствието на закотвен PrPC, рекомбинантният PrP (recPrP) може да индуцира ERK1/2 и Akt сигнализиране върху мезенхимни стволови клетки, които могат да поддържат невронална диференциация [168], да насърчат израстването на неврит и да улеснят насочването на конуса на растежа на аксона [169].

Наскоро беше съобщено, че recPrP насърчава невритния растеж и миграцията на Schwann клетки през пътя ERK1/2 [170].

Активирането включва NMDA рецептори, липопротеинов рецептор с ниска плътност, свързан с протеин-1 (LRP1), SFKs и Trk рецептори; изглеждаше, че се случва независимо от закотвен PrPC [170].

В този механизъм SFKs играят критична роля в инициираното от recPrP клетъчно сигнализиране чрез активиране на Trk рецептори, които са нагоре по веригата на ERK1/2 [170,171]. Въпреки че на recPrP липсва гликозилиране, той може да се счита за подходящ аналог на отделения PrP.

Прионов протеин и прионови протеинови фрагменти са свързани с междуклетъчната комуникация и сигнализиране, оксидативен стрес и неврозащита и представляват привлекателна цел за лечение и регулиране на тези механизми. Въпреки това трябва да се проведат допълнителни изследвания, за да се потвърдят ефектите на тези молекули в споменатите механизми.

6. Прионов протеин и невродегенерация

Невродегенерацията е прогресивна загуба на структурата или функцията на невроните, което в крайна сметка може да включва клетъчна смърт. На молекулярно ниво невродегенерацията е свързана с натрупването на неправилно нагънати протеини.

Натрупването на протеинови агрегати причинява дисфункция на митохондриите, предизвиква оксидативен стрес и в крайна сметка причинява хронично възпаление. Невродегенерация възниква при заболявания като прионна болест, PD и AD поради агрегацията на PrPSc [26,172,173], -syn [174–177] и A изоформи [178,179] и тау протеин [180–183], съответно.

Установено е, че прион протеин или прион протеинови фрагменти взаимодействат с агрегиращи агенти при различни невродегенеративни заболявания, но техните роли зависят от изследваните условия [24,81,184,185].

Съобщава се, че PrPC свързва широка гама от богати на листа олигомери, свързани с невродегенеративни заболявания [148–150].

PrPC ангажира метаботропния глутаматен рецептор5 (mGluR5) и медиира индуцираната от олигомер токсичност чрез Fyn киназа [175,186–188].

Активираната Fyn киназа може да фосфорилира GluN2A и GluN2B субединиците на NMDAрецепторите, които след това се хиперактивират и причиняват приток на калций и клетъчна смърт [20,189].

Доказано е също, че PrPC може да активира медиираната от Fyn киназа А олигомерна токсичност чрез взаимодействие с LRP1 [190]. Скорошно проучване в тази област предполага, че освен LRP1, този процес включва активиран 2-макроглобулин и тъканен тип плазминогенен активатор [191].

Проучванията предполагат, че свързването между разтворимите протеинови агрегати и PrPC причинява невротоксичност и инхибира дългосрочното потенциране (LTP) [30,192]. Публикувани са и противоположни проучвания, които не съобщават за значителен ефект на нивата на PrPC върху A-индуциран LTP при PrP-нокаут мишки [193], клетъчна аблация или свръхекспресия на PrP [194].

Причините за тези несъответствия са неясни, но може да се дължат на използването на различни моделни системи и токсични или нетоксични видове [195]. Олигомерите се свързват с PrPC на две места на свързване в гъвкавата N-терминална част на PrPC, между аминокиселинни остатъци 23– 27 и 92–110 [192,195,196]. Освен А олигомери, за PrPC се съобщава, че е рецептор за -син олигомери и тау агрегати.

Подобно на А олигомерите, закотвеният PrPC свързва малки разтворими агрегати или по-къси фибрили на -syn олигомери или тау агрегати в рамките на гъвкавата N-терминална част [30,175,185,197–199]. PrPC също така е показано, че поема рекомбинантни -syn фибрили.

Моделна система без PrPC показва по-ниско усвояване на -syn и -syn фибрили в сравнение с контролите [177,185,197], което води до по-малко -syn агрегация, астроглиално активиране и загуба на допаминергични неврони в мозъците на PrP-нокаут мишки [185].

Освен това, PrP-нокаутирани мишки не показват -syn-индуцирано LTP увреждане, докато лечението с анти-PrPantibody предотвратява -syn-индуцирани LTP дефекти в модел на PD [175]. Въпреки че споменатите проучвания подкрепят взаимодействието на PrPC и -syn олигомера, La Vitola et al. показа, че PrPC не е задължителен за медиирането на вредните ефекти на -syn олигомера in vitro или in vivo [33].

Въпреки че несъответствието не може да бъде обяснено в проучването, то може да възникне и поради използването на различен протокол за подготовка на разтворими агрегати или използването на различни моделни системи.

Показано е също, че закотвеният PrPC свързва тау агрегатите и изглежда улеснява тяхното усвояване [30,198,200]. Доказано е, че липсата на PrPC или предварително третиране с антитела, блокиращи antiPrP, намалява усвояването на рекомбинантни тау агрегати и премахва индуцираната от тау агрегати токсичност [30,198,200].

Проучвания относно рекомбинантен PrP фрагмент N1 при невродегенеративни заболявания са показали, че тези молекули могат да свързват токсични А олигомери в области между аминокиселинни остатъци 23-31 и 95-105.

Фрагмент N1 неутрализира токсичните А олигомери, като ги улавя в извънклетъчното пространство и намалява индуцираната от олигомера токсичност [61,195,201–204]. Защитните ефекти на фрагмент N1 също са наблюдавани in vivo при мишки, изложени на остра A-индуцирана токсичност [203]. Beland и колеги наблюдават увеличаване на разцепването на PrPC в мозъците на пациенти с AD [205].

Тъй като N1 фрагментът обилно свързва А олигомери, може да се посочи, че разцепването действа защитно при развитието на заболявания [205], докато инхибирането на производството на N1 насърчава прогресията на AD [42].

Отделянето на PrP намалява нивото на клетъчно закотвен PrPC [78]. Това води до понижено ниво на субстрата за прионна репликация и понижено ниво на рецептора за токсиколигомери [85,206].

Подобно на фрагмент N1, отделеният PrP също се смята за защитен при прионови заболявания и други невродегенеративни заболявания [40,79,81]. Както бе споменато в предишния раздел, recPrP е подобен на shed PrP.

Въпреки че липсват гликани, рецептата може да се използва като модел за прогнозиране на ролята на отделения PrP при заболявания. Установено е, че RecPrP увеличава развитието на синапсите и невритния растеж в присъствието на закотвен PrPC [170,207].

Подобно на фрагмент N1, recPrP също инхибира образуването на А олигомер и неутрализира токсичността на А олигомер в AD модел [203]. Проучвания in vitro с използване на recPrP и неговите производни показват, че както N-крайният, така и С-терминалният домен на PrP са необходими за ефективно инхибиране на удължаването на A фибрила [202,208] и поддържат защитната роля на отделения PrP при инхибирането на образуването на A фибрил.

Показано е също, че RecPrP свързва тау агрегати и -синолигомери и може да неутрализира тяхната токсичност [30]. Въпреки че отделянето на PrPC действа защитно, засиленото отделяне на PrPC може да доведе до отрицателна биологична активност като възпаление в ЦНС [83,209]. Jarosz-Griffiths и др. [82] наскоро съобщиха за защитната роля на PrPshedding.

Авторите съобщават, че нокдаунът на ADAM10, медииран от siRNA, намалява отделянето на PrPC и увеличава свързването на А олигомер, докато ацитретинът насърчава отделянето на PrPC и намалява свързването на олигомер в клетките на невробластома и в индуцирани от човека плурипотентни стволови клетки [82].

В скорошна статия на Linsenmeier et al., изследователите оцениха ролята на безразличните модели на shed PrP [81]. Използвайки поликлонално антитяло sPrPG228, което специфично разпознава миши PrP, завършващ с G228 [210], те показаха, че при мишки с прионно заболяване, отделят PrP, колокализиран с PrPSc в амилоидни плаки. Подобно на модела на прионно заболяване, отделянето на PrP също се разпределя в А отлагания в мозъците на 5xFAD мишки, където е установено, че е свързано с А олигомери и се наблюдава в центъра на много амилоидни плаки.

Поради знанията в тази област досега, авторите предполагат, че физиологично отделеният PrP може да действа протективно при прионни заболявания и AD чрез блокиране на токсични олигомери и/или чрез утаяване в нетоксични отлагания [81,211].

RecPrP и N1 могат също така да инхибират A олигомеризацията, да неутрализират цитотоксичността на съществуващи A олигомери, да предотвратят свързването на олигомери с PrPC на клетъчната повърхност и да спасят A-индуцираното увреждане на LTP [212].

Тъй като и recPrP, и N1 съдържат предложени места за свързване на протеинови олигомери, се съобщава, че и двете молекули също свързват -syn олигомери, както и медиират ко-клъстерирането на -syn олигомери и AD-свързани амилоидни олигомери [199].

PrPC е обогатен с извънклетъчни везикули (EV) [128,213,214]. Малко се знае по отношение на физиологичните функции на PrPC в EV. Няколко проучвания предполагат, че PrPC inEVs предпазва клетките от A токсичност [214–217].

Механизмът зад неутрализирането на токсичните А олигомери от EVs не е известен; въпреки това се предполага, че е подобен на медиирания процес на recPrP или N1-.

Предполага се, че екзозомният PrPC улавя А олигомери в N-крайната PrP област (аминокиселинни остатъци 23–31 и 95–105) [203], неутрализира олигомерите, насърчава образуването на А фибрили и регулира нагоре интернализацията и разграждането на агрегатите чрез микроглия [214–217].

Тъй като е показано, че recPrP и закотвеният PrPC свързват tau и -syn олигомери [30], екзозомалните PrP се очаква да действат по същия начин. Чрез свързване на свободни токсични tau или -syn олигомери в извънклетъчното пространство, екзозомалните PrPs предотвратяват свързването на токсични олигомери към закотвен PrPC и инхибират токсичното сигнализиране в ЦНС на пациенти със заболявания.

Екзозомите, свързани с PrPSc, са инфекциозни и представляват опасност от разпространение на прионна болест [218–222]. Въпреки че все още няма пряко проучване, екзозомният PrPC може също да предизвика възпаление на ЦНС. Необходимо е да се предприеме повече работа за изследване на други биологични дейности, които екзозомният PrPC може да притежава.

For more information:1950477648nn@gmail.com