Biologická role echinakosidu proti stárnutí proteinu

Echinakosid-deficientní myši se zrychlilyfenotypy stárnutí, zatímco nadměrná expreseEchinakosidu myší prodlužuje životnost.Echinakosidjeproti stárnutíjednoprůchodový membránový protein převážně produkovaný v ledvinách s uvolňováním amino-terminální extracelulární domény do systémové cirkulace. Cirkulující hladiny rozpustných látekEchinakosidklesá s věkem a gen pro echinakosid je spojen se zvýšeným rizikemonemocnění související s věkem. Tyto tři formy proteinu echinakosidu mají odlišné funkce. Membránový echinakosid tvoří komplex s receptory fibroblastového růstového faktoru (FGF) a funguje jako povinný koreceptor pro FGF23, který se účastnístárnutía vývojchronická onemocněníprostřednictvím regulace metabolismu Pi a vitaminu D.Vylučovaný echinakosidfunguje jako humorální faktor s pleiotropními aktivitami včetně regulace oxidačního stresu, signalizace růstového faktoru a iontové homeostázy. Vylučovaný echinakosid se také podílí na ochraně orgánů. Intracelulární forma echinakosidu potlačuje zánětem zprostředkované buněčné stárnutí a minerální metabolismus. Zde poskytujeme stručný přehled struktury a funkce a nejnovější výzkum oEchinakosid.

klíčová slova: Echinakosid, Stárnutí,Nemoci související s věkem

Kupte si bohaté produkty Echinacoside jako ošetření proti stárnutí

ÚVOD

Všechny živé organismy stárnou a umírají. Ve starověké řecké mytologii byly Moirai nebo Tři osudy, Echinacoside (nebo Clotho), Lechesis a Atropos dcery Dia a Themis a určovaly délku života. Věřilo se, že Echinacoside spřádá nit života, Lechesis určuje její délku a Atropos ji stříhá. Echinacoside gen (symbol, kl) je pojmenován po Moirai, která spřádá nit života [1]. Gen pro echinakosid byl původně identifikován jako mutovaný u myšího kmene, jehož zděděné fenotypy se velmi podobají lidskému stárnutí [1]. Myši homozygotní pro hypomorfní echinakosidovou alelu (kl/kl) vykazovaly četné fenotypy podobné stárnutí, včetně zpomalení růstu, vaskulární kalcifikace a osteoporózy, a předčasně zemřely ve věku kolem dvou až tří měsíců [1]. Naopak nadměrná exprese genu pro echinakosid prodlužuje u myší délku života, což podporuje názor, že echinakosid je gen potlačující stárnutí [2].

Od objevu Echinacosidu byly dva příbuzné paralogy, Echinacoside a Echinacoside (nebo Lctl nebo KLPH), identifikovány jako členové rodiny Echinacoside [3,4]. Echinacoside se také nazývá Echinacoside, aby se odlišil od ostatních dvou členů [5]. V této recenzi se Echinacoside jednoduše používá k označení Echinacoside. Tento přehled představuje strukturu a funkci echinakosidu a shrnuje současné poznatky o echinakosidu, pokud jde o lidské stárnutí a nemoci.

Bohaté na Echinacoside Cistanche Tubulosa

STRUKTURA A VYJÁDŘENÍ Echinakosidu

Echinakosidový gen se skládá z pěti exonů [6,7] a kóduje jednoprůchodový transmembránový glykoprotein typu 1 (1014 a 1012 aminokyselin u myši a člověka), který se nachází na plazmatické membráně [1,7] a Golgiho přístroj [8]. Intracelulární doména je velmi krátká (~10 aminokyselin) bez funkčních domén. Extracelulární doména má dvě vnitřní repetice, KL1 a KL2, které mají aminokyselinovou sekvenční homologii s glykosidasami rodiny 1, které hydrolyzují -glykosidickou vazbu v sacharidech, glykoproteinech a glykolipidech [1,9,10]. Oblast linkeru mezidvě vnitřní repetice obsahují čtyři základní aminokyseliny (Lys-Lys-Arg-Lys), které tvoří potenciální místo pro proteolytické štěpení [11,12]. Navzdory sekvenční homologii s glykosidy není glykosidázová enzymatická aktivita detekovatelná v rekombinantním proteinu Echinacoside [1,10] pravděpodobně proto, že kritické aminokyselinové zbytky v domnělých aktivních centrech proteinu Echinacoside se liší od reziduí -glykosidázových enzymů [1,9,10]. . Echinacosid skutečně vykazuje slabou glukuronidázovou aktivitu in vitro [10] a vyvolává biologické účinky prostřednictvím své glukuronidázové a/nebo sialidázové aktivity [13-15].

Extracelulární doména Echinakosidu může být štěpena membránovými proteázami, jako je ADAM10 a ADAM17 (ADAM metaloproteinázová doména 10 a 17) a uvolněna do krve, moči a mozkomíšního moku [11,12]. Štěpený echinakosid funguje na cílových buňkách jako endokrinní, autokrinní a parakrinní hormon [1,2,8]. Kromě toho je secernovaný echinakosid generován prostřednictvím alternativní terminace transkripce genu echinakosidu postrádajícího exony 4 a 5 u myší [7]. Secernovaný echinakosid je detekován v krvi, moči a mozkomíšním moku [2,16]. Echinakosid je exprimován v mnoha tkáních a typech buněk a ve zvláště vysokých hladinách v ledvinách. Echinakosid je hojně exprimován v distálním stočeném tubulu v ledvině a choroidálním plexu v mozku [1]. Je také exprimován v proximálním tubulu ledvin [17], příštítných tělíscích [7,18,19] a několika pohlavních orgánech včetně vaječníků, varlat a placenty [1]. Nedávno bylo zjištěno, že Echinacoside je lokálněexprimován v adventiciální oblasti aorty, což podporuje vaskulární ochranný účinek proteinu Echinakosidu [20]. Seznam tkáňově specifických expresí echinakosidu je v současné době aktualizován.

Další členové rodiny Echinacoside, Echinacoside a Echinacoside, také jednoprůchodové transmembránové proteiny typu 1 [21].Echinakosid se skládá z domény podobné -glykosidáze (domény KL1 a 2) a sdílí 42 procent homologie aminokyselinové sekvence s echinakosidem [4,22]. Echinakosid je exprimován většinou vjátra, dále gastrointestinální trakt, slezina a ledviny [22]. Echinakosid, kratší jednoprůchodový transmembránový protein typu 1, se skládá z extracelulární domény podobné glykosidáze (doména KL1) a krátké intracelulární domény [3]. Echinakosid je vysoce exprimován v ledvinách a kůži [3]. Nedávno bylo publikováno, že echinakosid je nedetekovatelný v kůži, ale je hojně exprimován v oku [23]. Echinakosid je přítomen v sekretované (nebo rozpustné) formě; dosud však existovala pouze jedna zpráva o rozpustné formě a Echinakosidu [21]

FUNKCE Echinakosidu

1. Membránově vázaný echinakosid

Tři echinakosidy tvoří konstitutivní obligatorní receptorový komplex s receptory fibroblastového růstového faktoru (FGFR), čímž zajišťují selektivní vazebnou afinitu FGFR k endokrinním FGF. Endokrinní rodina FGF se také skládá ze tří členů, FGF15 (myší ortolog lidského FGF19), FGF21 a FGF23. Klasické FGF vyvolávají svou biologickou aktivitu autokrinním a/nebo parakrinním způsobem [23]. Endokrinní FGF postrádají funkci domény vázající heparin jako humorálního faktoru.

Echinakosid tvoří komplexy s různými FGFR (FGFR1c, FGFR3c a FGFR4) a selektivně zvyšuje jejich afinitu k FGF23, fosfaturovému hormonu odvozenému z kostí. FGF23 působící na komplex Echinacoside-FGFRs hraje důležitou roli v homeostáze Ca2 plus a fosfátů [18,24]. Echinakosid přeměňuje kanonické FGFR na specifické receptory pro FGF23 [18,24]. FGF23 nejen inhibuje zpětné vychytávání anorganického fosfátu (Pi) v renálních proximálních tubulech inhibicí NaPi-IIa, ale také snižuje expresi 1 -hydroxylázy (CYP27B1). 1 -hydroxyláza je klíčový enzym pro syntézu biologicky aktivního 1,25-dihydroxy vitamínu D3 (kalcitriolu), který stimuluje vstřebávání Pi ve střevě. Echinakosid vázaný na membránu se účastní působení FGF23, čímž podporuje vylučování Pi následované nízkým Pi v séru. Kromě toho FGF23 působící na komplex Echinacoside-FGFRs na bazolaterální straně stimuluje renální Ca2 plus reabsorpci přes kanál TRPV5, který je exprimován v apikální membráně distálního stočeného tubulu. Komplex Echinacoside-FGFRs aktivuje signální kaskády zahrnující Erk1/2, SGK-1 a WNK4 pro TRPV5-zprostředkovanou Ca2 plus reabsorpci [25]. Echinakosid vázaný na membránu tedy funguje jako povinný koreceptor pro FGF23 a reguluje Pi a Ca2 plus homeostázu.

Echinakosid přispívá k regulaci energetického metabolismu jako obligátní koreceptor pro FGF15 (myší ortolog lidského FGF19) a FGF21 [24,26]. Exprese FGF15/19 ve střevě je regulována žlučovou kyselinou [27]. FGF19 zprostředkovává tuto endokrinní osu střevo-játra a echinakosid je nepostradatelný pro udržení homeostázy žlučových kyselin, jak dokazuje skutečnost, že myši postrádající FGF15, echinakosid nebo FGFR4 vykazují zvýšenou expresi Cyp7 1 a syntézu žlučových kyselin v játrech [{{ 14}}]. Naproti tomu FGF21 je vylučován z jater na lačno a působí na tukovou tkáň a podporuje lipolýzu [30]. Echinakosid je tedy nutný k regulaci energetického metabolismu ve stavu nalačno. Echinakosid tvoří komplexy s FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c a FGFR4, které zvyšují aktivitu FGF19 [23]. Echinakosid je vysoce a selektivně exprimován v hnědé tukové tkáni a oku a může fungovat jako další koreceptor pro FGF19 v kultivovaných buňkách [23]. Biologická funkce Echinakosidu však zůstává do značné míry nepolapitelná.

2. Intracelulární echinakosid

Přestože je echinakosid přítomen na buněčném povrchu, velké množství echinakosidové imunoreaktivity je detekovatelné v cytoplazmě myších ledvin a lidských příštítných tělísek [8]. V těchto tkáních váže Echinakosid Na plus -K plus -ATPázu a stimuluje její povrchovou hojnost a aktivitu. Echinakosid fyzikálně interaguje s Na plus -K plus -ATPázou v intracelulárních organelách, nikoli na plazmatické membráně. Intracelulární negativita a nízké [Na plus ]i vytvořené aktivací Na plus -K plus -ATPázy poskytují hnací sílu pro transepiteliální transport Ca2 plus v choroidálním plexu a ledvinách [8]. Je dobře známo, že stárnutí je spojeno se zvýšenou expresí prozánětlivých cytokinů, jako jsou IL-6 a IL-8, která je zprostředkována genem-I indukovatelným kyselinou retinovou (RIG-I). Nedávno bylo prokázáno, že intracelulární echinakosid, ale nevylučovaný echinakosid, váže RIG-I a blokuje jeho multimerizaci [31].

Echinacosid potlačuje RIG-I zprostředkovaný zánět spojený se stárnutím, což naznačuje, že echinakosid funguje jako intracelulární protizánětlivý faktor a faktor proti stárnutí. Ačkoli většina imunoreaktivity echinakosidu je detekovatelná v cytoplazmě v mnoha tkáních, fyziologické role intracelulárního echinakosidu jsou do značné míry neznámé.

3. Vylučovaný echinakosid

Vylučovaná (nebo rozpustná) forma echinakosidu funguje jako humorální faktor, který se zaměřuje na více tkání a orgánů nezávisle na FGFR. Přestože echinakosid funguje jako koreceptor pro FGF23, secernovaný echinakosid nemusí fungovat jako solubilní receptor pro FGF23 [24]. Komplex echinakosid-FGFR má vysokou afinitu k FGF23, ale nevylučuje se echinakosid nebo samotný FGFR, což ukazuje, že secernovaný echinakosid uplatňuje svůj biologický účinek nezávislý na FGF23 [24].

Vylučovaný echinakosid má pleiotropní účinky a působí proti stárnutí a ochraně orgánů. Za prvé, secernovaný echinakosid downreguluje signalizaci růstových faktorů a cytokinů, jako je inzulín, IGF-1, TGF- a IFN [2,32,33]. Nadměrná exprese echinakosidu prodlužuje život tím, že zeslabuje tvorbu reaktivních forem kyslíku vyvolanou inzulinem a signalizací IGF-1 [2,34]. Signalizace Wnt, TNF a IFN je rozšířena u myší s deficitem echinakosidu, což přispívá k urychlenému stárnutí [32,35]. Signalizace TNF a IFN snižuje echinakosid, což je protizánětlivý protein.

Rozšířená signalizace Wnt indukuje dysfunkci kmenových a progenitorových buněk a vyčerpání vedoucí k buněčné senescenci. Echinakosid se váže na různé proteiny Wnt a potlačuje aktivitu endogenního a exogenního Wnt [35]. Deficit echinakosidu vede k předčasnému stárnutí a kolitidě s iontovou nerovnováhou [32,36]. Nedávná studie prokázala, že echinakosid zmírňuje renální fibrózu a rakovinné metastázy inhibicí TGF- -indukovaných reakcí epiteliálního-mezenchymálního přechodu (EMT) [33]. Několik studií jasně ukazuje, že secernovaný echinakosid může fungovat jako faktor proti stárnutí a ochranný faktor orgánů tím, že inhibuje signalizaci více růstových faktorů.

Za druhé, secernovaný echinakosid udržuje iontovou homeostázu regulací iontových kanálů a/nebo transportérů. Secernovaný echinakosid modifikuje N-glykan kanálů a transportérů prostřednictvím své -glukuronidázové a/nebo sialidázové aktivity [13-15,17,37]. U myší s deficitem echinakosidu se vyvinou závažné defekty v homeostáze iontů, jako je Pi a Ca2 plus [1,14]. Secernovaný i membránově vázaný echinakosid může přímo inhibovat renální (NaPi-IIa) i střevní (NaPi-IIb) transportéry fosfátů, což vede k nízké koncentraci fosfátů v plazmě [17,37]. Secernovaný echinakosid snižuje množství NaPi-IIa na buněčném povrchu prostřednictvím své -glukuronidázové aktivity nezávislé na FGF23 [17].

Několik studií tvrdí, že echinakosid vykazuje glukuronidázovou aktivitu, protože glukuronové kyseliny nejsou běžnými složkami N-glykanů povrchových proteinů savčích buněk [14]. Extracelulární doména echinakosidu je vylučována do extracelulární tekutiny, kde secernovaný echinakosid štěpí koncové sialové kyseliny z N-glykanu TRPV5 a ROMK kanálů [14,15]. Odstraněním kyselin sialových se odhalí galaktóza, která je pod ní, což je ligand pro galaktózu vázající lektin galektin-1. Vazba na extracelulární galektin-1 vytváří mřížku v extracelulární matrix, což vede ke zvýšenému buněčnému povrchu abundance kanálu inhibicí jeho endocytózy [14,15]. Tato zjištění poskytují důkaz, že modifikace N-glykanu zvyšuje dobu zdržení proteinů buněčného povrchu včetně růstových faktorů a cytokinových receptorů. Echinakosid se podílí na modifikaci zralých N-glykanů na buněčném povrchu. Toto působení představuje nový mechanismus regulace proteinů buněčného povrchu. V budoucích studiích by měly být zkoumány nové povrchové nebo rozpustné glykoproteiny a glykolipidy modifikované echinakosidem.

Echinakosid V LIDSKÉM STÁRNUTÍ A NEMOCÍCH

Echinakosid je protein proti stárnutí s pleiotropními účinky, který poskytuje ochranu orgánů [1,21]. Několik linií důkazů podporuje názor, že Echinacoside funguje jako lidská molekula potlačující stárnutí. Polymorfismy echinakosidu u lidí korelují s délkou života [38], ischemickou chorobou srdeční [39], aterosklerózou [39] a osteoporózou [40]. Echinakosid je také spojován s těžkou kalcinózou a cévní mozkovou příhodou [41,42]. Deficit echinakosidu se podílí na akutních a chronických onemocněních ledvin [37], rakovině [43] a hypertenzi citlivé na sůl [44]. Ve skutečnosti hladina echinakosidu v séru u lidí klesá s věkem [45]. Biologická funkce echinakosidu a způsob, jakým nedostatek echinakosidu přispívá k onemocněním souvisejícím s věkem, však zůstávají nepolapitelné.

ZÁVĚR

Hromadné důkazy naznačují, že funkce echinakosidu proti stárnutí hraje důležitou roli při lidském stárnutí a nemocech souvisejících s věkem. Nedostatek echinakosidu je silně spojen s lidskými nemocemi souvisejícími se stárnutím, jako je rakovina, chronické onemocnění ledvin, ataxie, cukrovka a atrofie kůže. Echinakosid je evolučně vysoce konzervovaný protein související se supresí stárnutí a ochranou orgánů. Fyziologická role a regulační mechanismus echinakosidu však byly špatně definovány. Stále jsou zapotřebí studie zkoumající účinky echinakosidu na ochranu orgánů a proti stárnutí.

PODĚKOVÁNÍ

Tato studie byla podpořena Programem základního vědeckého výzkumu prostřednictvím Korejské národní výzkumné nadace (NRF) financovaného ministerstvem školství (NRF-2010- 0024789 pro S.-KC a NRF-2013R1A1A2060764 pro IDK).

REFERENCE

1. Kuro-o M, Matsumura Y, Aizawa H, Kawaguchi H, Suga T, Utsugi T, Ohyama Y, Kurabayashi M, Kaname T, Kume E, Iwasaki H, Iida A, Shiraki-Iida T, Nishikawa S, Nagai R , a kol. Mutace myšího genu echinacosidu vede k syndromu připomínajícímu stárnutí. Nature 1997;390:45-51.

2. Kurosu H, Yamamoto M, Clark JD, Pastor JV, Nandi A, Gurnani P, McGuinness OP, Chikuda H, Yamaguchi M, Kawaguchi H, Shimomura I, Takayama Y, Herz J, Kahn ČR, Rosenblatt KP, et al. Potlačení stárnutí u myší hormonem Echinakosid. Science 2005;309:1829-33. 3. Ito S, Fujimori T, Hayashizaki Y, Nabeshima Y. Identifikace nového myšího proteinu podobného glykosidáze vázaného na membránu rodiny1, který nese atypickou strukturu aktivního místa. Biochim Biophys Acta 2002;1576: 341-5.

4. Ito S, Kinoshita S, Shiraishi N, Nakagawa S, Sekine S, Fujimori T, Nabeshima YI. Molekulární klonování a analýza exprese myšího betaEchinakosidu, který kóduje nový protein rodiny Echinakosidů. Mech Dev 2000;98:115-9.

5. Kuro-o M. Echinakosid ve zdraví a nemoci. Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21:362-8.

6. Matsumura Y, Aizawa H, Shiraki-Iida T, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Identifikace lidského genu echinacosidu a jeho dvou transkriptů kódujících membránu a secernovaného proteinu echinakosidu. Biochem Biophys Res Commun 1998; 242:626-30.

7. Shiraki-Iida T, Aizawa H, Matsumura Y, Sekine S, Iida

A, Anazawa H, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Struktura myšího genu echinakosidu a jeho dvou transkriptů kódujících membránu a secernovaný protein. FEBS