Zelený čaj Epigalokatechin-3-gallát (EGCG) Cílení na nesprávné složení proteinu při objevování léků pro neurodegenerativní onemocnění Část 2

3. Chybné skládání proteinů u neurodegenerativních onemocnění

Přeměna proteinů z jejich nativního stavu na špatně složené agregáty je spojena a předpokládá se, že je příčinou některých ND, včetně AD a PD [133]. Chybné skládání, agregace a ukládání specifických proteinů jsou klíčovými charakteristikami většiny progresivních NND [21,134].

Protein je jednou ze základních živin pro lidské tělo. Je základním prvkem, který tvoří buňky těla a je také jedním z důležitých materiálních základen pro různé fyziologické funkce lidského těla. Protein také hraje důležitou roli při zlepšování paměti.

Za prvé, bílkoviny nám mohou pomoci zlepšit naši schopnost myšlení a tím zlepšit naši paměť, protože bílkoviny jsou základní složkou nervových buněk. Neurony jsou základní jednotky, které tvoří mozek a nervový systém. Zpracování paměti a přenos informací v mozku vyžaduje komunikaci a koordinaci mezi neurony. Dostatečný příjem bílkovin nám proto může pomoci chránit nervový systém a posílit interakci mezi nervovými buňkami a neurony v mozku, a tím zlepšit schopnost učit se, pamatovat si a myslet.

Za druhé, protein nám může pomoci stabilizovat naše emoce, zmírnit úzkost a stres, a tím podpořit zlepšení paměti. Studie ukázaly, že lidé, kterým chybí bílkoviny, často vykazují příznaky emoční nestability, jako je podrážděnost, napětí a podrážděnost, protože bílkoviny jsou základem pro syntézu látek regulujících emoce. Může pomoci lidskému tělu syntetizovat neurotransmitery, jako je dopamin, a tím regulovat emoce. Když jsou naše emoce co nejstabilnější a uvolněné, může být maximalizována schopnost mozku zpracovávat informace a podle toho se také zlepší naše paměť.

Stručně řečeno, bílkoviny jsou důležitou živinou nezbytnou pro lidský organismus a nezastupitelnou roli hrají i při zlepšování paměti. Proto se musíme zaměřit na příjem bílkovin v naší každodenní stravě, zlepšit funkce různých důležitých orgánů těla, zlepšit schopnost myšlení a emoční stabilitu a přimět nás k lepším a lepším výkonům při učení a práci. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche má antioxidační, protizánětlivé účinky a účinky proti stárnutí, které mohou pomoci snížit oxidační a zánětlivé reakce v mozku, a tím chránit zdraví mozku. nervový systém. Kromě toho může Cistanche také podporovat růst a opravu nervových buněk, čímž zlepšuje konektivitu a funkci neuronových sítí. Tyto účinky mohou pomoci zlepšit paměť, schopnost učení a rychlost myšlení a mohou také zabránit výskytu kognitivní dysfunkce a neurodegenerativních onemocnění.

Kliknutím nyní zlepšíte funkci mozku

A , tau, -syn, TDP-43, huntingtin nebo prionový protein (PrP) jsou jen některé příklady proteinů specifických pro onemocnění, které se mohou agregovat a přispívat k patogenezi ND (obrázek 2).

Špatně složené proteinové agregáty způsobují buněčnou toxicitu a nakonec vedou k buněčné smrti u neurodegenerativních patologií. Ve všech případech hraje agregační proces klíčovou roli v progresi onemocnění buď v důsledku ztráty funkce proteinu (jako důsledek agregace samotné), nebo v důsledku toxicity rozpustných agregátů [17,22].

Vzhledem k tomu, že ND vznikají společnou cestou agregace, přičemž agregáty sdílejí podobnou strukturu, není překvapivé, že tyto agregáty způsobují poškození buněk podobnými mechanismy.

Klíčové rozdíly mezi špatně poskládanými proteiny však vznikly v důsledku umístění agregátů, ať už intra- nebo extracelulárních, a jejich koncentrace, která závisí na několika faktorech, včetně stability fibril [93].

Je dobře známo, že chybné skládání, agregace a akumulace proteinů kulminují v poškození neuronů, ve kterých se proteiny hromadí, což způsobuje neurodegenerační proces [135].

Konkrétní protein se může sbalit do stabilní alternativní konformace, což ve většině případů vede k jeho agregaci a akumulaci ve tkáních jako fibrilární depozita [136].

Stále více důkazů ukazuje, že sestavení amyloidních fibril je doprovázeno konformačními změnami v agregačních proteinech. Například „přirozeně nesbalené“ polypeptidy A a -syn mají ve svém rozpustném nativním stavu primárně strukturu náhodného klubka [24].

Avšak v procesu fibrilogeneze (obrázek 3) se jejich struktura přeměňuje na konformaci -listu, což naznačuje, že tvorba -listu řídí proces sestavení amyloidu.

Kromě toho experimenty in vitro naznačují, že tyto špatně složené proteiny snadno tvoří křížové struktury s profilem agregační kinetiky, který typicky vykazuje sigmoidální křivku, kde se proteiny skládají do oligomerů (lag fáze) před prodloužením fibril (fáze růstu) a plošinu, kde se fibrily a volné monomery jsou v rovnováze (saturační fáze) [137,138].

Tvorba amyloidních fibril je skutečně komplexní, vícefázový proces sestávající ze tří fází: nukleace nebo fáze zpoždění, fáze prodlužování neboli růstové fáze a fáze nasycení.

Fáze zpoždění začíná tím, že monomery procházejí strukturním přeskupením a samosestavením na dimery, trimery a/nebo oligomery. V růstové fázi oligomerní jádro působí jako templát pro monomery v roztoku a probíhá elongací fibril pomocí fragmentace, sekundární nukleace a spojování fibril.

Nakonec fibrilace dosáhne rovnováhy v saturační fázi se zralými fibrilami a sníženou koncentrací monomerních druhů [138].

K pochopení dalších NÚ významně přispěl objev Stanleyho Prusinera, že PrP se může špatně skládat do patologické konformace, která kóduje strukturní informaci schopnou jak šíření, tak indukce závažné neuropatologie [139,140].

Zatímco přibývá důkazů, že jiné ND, zejména AD (A andtau) a PD ( -syn), vykazují alespoň některé ze stejných vlastností jako špatně složený PrP, mnoho ND se složkou chybně složeného proteinu je nyní označováno jako „prionové“. [141,142].

I když se v každém ND podílejí odlišné proteiny, proces chybného skládání a agregace proteinů je nápadně podobný. Chybně poskládané proteiny se přenášejí mezi buňkami a stávají se tím, čemu se říká „patologická semena“ [136].

Experimentální studie naznačují, že tato shromáždění pocházejí z prionové nasazené agregace specifických chybně složených proteinů, které se budují a akumulují za vzniku intracelulárních a/nebo extracelulárních lézí typických pro každou poruchu [135,143,144]. Prionové paradigma se tak ukázalo jako sjednocující molekulární základ pro patogenezi mnoha ND [145].

Prionové paradigma tvrdí, že chybné skládání a nasazená agregace určitých proteinů je základní příčinou specifických poruch. Tento objev má obrovské důsledky pro pochopení mechanismů zapojených do iniciace a progrese NÚ, stejně jako pro návrh nových léčebných a diagnostických strategií.

Výzkumníci se nyní zaměřují na vývoj terapií poruch nesprávného skládání proteinů, které využívají různé strategie. Patří mezi ně inhibice produkce proteinů relevantních pro onemocnění, které jsou náchylné k chybnému sbalení, inhibice agregace chybně složených proteinů, odstranění a zabránění šíření agregovaných špatně složených proteinů a manipulace s buněčnými systémy ke zmírnění toxických účinků chybně složených proteinů [19].

Vzhledem k tomu, že chybné skládání a agregace proteinů jsou hlavními příčinami mnoha ND, několik studií zkoumalo potenciál zacílení procesu fibrilace amyloidních proteinů v boji proti neurodegeneraci.

Řada sloučenin byla identifikována jako potenciální inhibitory nebo modulátory chybného skládání a agregace proteinů. Zejména většina slibných molekul, které byly identifikovány, cílí špatně složené A a -syn; zdá se, že tyto molekuly se vážou na oligomery a větší agregáty, jako jsou amyloidní plaky [146,147].

Takové sloučeniny lze kategorizovat do tří hlavních typů: protilátky, peptidové inhibitory a inhibitory s malými molekulami, jako jsou NP [132]. Konečně, vzhledem k mnoha liniím důkazů, které podporují nesprávné skládání proteinů jako běžnou příčinu a patologický mechanismus u ND, bylo navrženo že by mohla být možná společná terapie těchto nevyléčitelných poruch [24].

Je důležité poznamenat, že potenciál EGCG proti mnoha ND posiluje možnost vývoje běžné lékové terapie pro různé ND. V posledních desetiletích byla široce studována úloha přirozeného polyfenolu EGCG proti chybnému skládání a agregaci proteinů.

Nyní je k dispozici řada důkazů, které podporují potenciál EGCG inhibovat fibrilaci a potenciálně indukovat rozklad špatně složených agregovaných proteinů (A, tau a -syn) [148–151].

3.1. Špatně složené A v AD

A je chybně poskládaný peptid zapojený do patogeneze AD a plak složený z agregovaného peptidu A se výrazně projevuje v patologii AD; většina léků testovaných na AD v posledních dvou desetiletích se tedy zaměřovala na peptid A [50,66].

Peptidy A jsou 39–42-zbytkové peptidy, které se nacházejí v senilních plakech mozků pacientů s AD [61]. Tyto peptidy jsou proteolytické fragmenty generované metabolismem transmembránového amyloidního prekurzorového proteinu (APP), které se pak samoagregují ve vodném roztoku, přecházejí z rozpustných a převážně nestrukturovaných monomerů na nerozpustné uspořádané fibrily.

Jakmile se A agreguje do fibril mimo buňku, stává se odolným vůči proteolytickému štěpení [61,152]. Štěpení APP komplexní rodinou enzymů (-sekretázy a -sekretázy) uvolňuje peptidy A jako převážně nestrukturované monomery [152]. Vzhledem k hydrofobnosti primární struktury lze A rozdělit na čtyři oblasti: dvě hydrofobní a dvě hydrofilní.

16 prvních N-koncových zbytků tvoří hydrofilní konec, zatímco dvě hydrofobní oblasti se skládají z centrální části L17–A21 a C-konce A30–V40/A42, které jsou odděleny centrální hydrofilní oblastí E22–G29.

Tyto dvě hydrofobní oblasti A vykazují sklon k sekundární struktuře ke strukturám. Tyto oblasti přechodně přijímají konformace a mohou se pak přechodně skládat do vlásenky.

Bylo navrženo, že monomery A v roztoku mají přechodnou vlásenkovou konformaci, zatímco zbytky D23 až K30 se přímo účastní tvorby vlásenky [152]. Jak již bylo zmíněno dříve, navzdory škodlivým vlastnostem senilních plaků, velké množství důkazů implikuje rozpustné oligomerní A jako nejvíce neurotoxický molekulární druh [70,153,154].

Špatné skládání a extracelulární agregace peptidů A byly rozpoznány jako hlavní příčina progrese AD, což vede k tvorbě toxických oligomerů A a ukládání -amyloidních plaků v mozku [61]. Bylo navrženo, že oligomerní druhy A mohou představovat platný biologický cíl [66,155,156].

3.2. Špatně složeno -Syn v PD

Protein -syn je převážně lokalizován na synaptických místech, kde interaguje s mnoha partnery, jako jsou monoaminové transportéry, cytoskeletální složky, lipidové membrány, chaperony a proteiny asociované se synaptickými vezikuly (SV) [157].

-syn ismonomerní a neuspořádaný ve své fyziologické formě, i když některé studie diskutují o tom, zda přijímá helikální tetramer in vivo [158–160]. Kromě intracelulární agregace chybně složeného -syn, která je spojena s PD, se podílí na jiných ND, jako je např. AD, mnohočetná systémová atrofie (MSA) a demence s Lewyho tělísky.

Kromě toho je skupina poruch nazývaná synukleinopatie charakterizována akumulací inkluzí bohatých na protein -syn, které se mohou objevit později v životě [161,162]. Předpokládá se, že různé typy agregovaných druhů (oligomery, protofibrily, fibrily a další) se tvoří během procesu agregace -syn u těchto synukleinopatií a že alespoň některé mohou být neurotoxické a vést k neurodegeneraci [163].

Cílení na neuronální akumulaci -syn je tedy přitažlivé jako potenciální metoda k zastavení oddálení progrese PD a dalších synukleinopatií [164].

140-aminokyselina -syn je neuronální protein o velikosti 14 kDa kódovaný SNCA genem lidského chromozomu 4 [165]. Jeho primární aminokyselinovou sekvenci lze rozdělit do tří hlavních domén: N-terminální doména (1–60), centrální doména (61–95) a C-terminální doména (96–140).

N-terminální doména, která obsahuje vícenásobně se opakující konsenzuální sekvenci (KTKEGV) a má sklon ke šroubovici, je charakterizována anamfipatickým amino koncem bohatým na lysin, který hraje klíčovou roli při modulaci jejích interakcí s membránami a neuspořádaným, kyselým karboxy-koncem. koncový ocas. Ocas byl zapojen do regulace jeho jaderné lokalizace a interakcí s kovy, malými molekulami a proteiny.

Centrální oblast -syn obsahuje vysoce hydrofobní motiv známý jako neamyloidní složka amyloidních plaků AD (NAC), která se podílí na agregaci -syn při získávání struktury -listu. Oblast NAC je nepostradatelná pro agregaci -syn.

C-koncová doména je obohacena o negativně nabité a prolinové zbytky, což poskytuje polypeptidu flexibilitu [166,167]. Protože oblast NAC -syn propůjčuje proteinu vysokou náchylnost k chybnému skládání, tvoří amyloidní sestavy -sheet, nazývané také fibrily, pod patologické stavy. Sestavení -syn do amyloidních fibril je však dynamické a existence intermediárních oligomerních druhů byla rozsáhle studována [164].

Podobně jako oligomerní oligomery A,-syn mají více neurotoxických účinků než větší fibrilární sestavy, z čehož lze usuzovat, že by mohly být hlavními patogenními druhy [168].

Hypotéza toxického meziproduktu staví na tomto pohledu a naznačuje, že toxické oligomery narušují integritu membrán prostřednictvím tvorby amyloidních pórů, zatímco fibrilární konečné produkty jsou jednoduše vedlejším produktem detoxikace.

Tento názor podporuje fakt, že Lewyho tělíska obsahující fibrily se často nacházejí ve zdravých dopaminergních neuronech [169–171].

4. EGCG pro léčbu neurodegenerativních onemocnění

Ve světle velkého potenciálu použití zeleného čaje při léčbě ND byly katechiny zeleného čaje rozsáhle studovány, včetně studií in vitro a in vivo a klinických studií [16,117]. Terapeutický potenciál EGCG, hlavní bioaktivní sloučeniny zeleného čaje, je nyní dobře známý ve výzkumu ND [10]. Během posledních 20 let bylo prokázáno, že EGCG působí proti oxidačnímu stresu a zlepšuje fenotypy podobné AD a PD v různých modelech in vitro a in vivo (tabulky 2 a 3).

4.1. Důkazy z modelů neurotoxicity in vitro

V 90. letech studie s modelem neurotoxicity indukované A ukázaly, že přítomnost A 1-42 vede k neurotoxicitě a zvýšené oxidaci proteinů a v důsledku toho k oxidačnímu stresu [220–222].

Neurotoxicita proteinu A je zprostředkována volnými kyslíkovými radikály a může být zeslabena antioxidanty a lapači volných radikálů. Zeslabení oxidačního stresu antioxidačními sloučeninami proto může být potenciální terapeutickou strategií pro léčbu AD.

Na počátku 2000s byly zkoumány silné antioxidační vlastnosti polyfenolu EGCG ze zeleného čaje v A-indukovaném neurotoxickém modelování kultivovaných hipokampálních neuronů, s výsledky naznačujícími, že EGCG má ochranné účinky proti A-indukované neuronální apoptóze z vychytávání reaktivních forem kyslíku. z prvních zpráv o přínosech EGCG pro prevenci AD [172].

Následně byl zkoumán molekulární mechanismus, který je základem neuroprotektivního účinku EGCG v modelu neurotoxicity indukované A, se zaměřením na buněčný metabolismus redukovaného glutathionu s antioxidačními vlastnostmi. Výsledky ukázaly, že léčba EGCG opevnila buněčný glutathionový pool prostřednictvím zvýšené exprese -glutamylcystein ligázy [176].

Bylo také prokázáno, že oxidační stres indukuje upregulaci proteinu BACE{0}} v neuronových buňkách, což je enzym omezující rychlost při zpracování APP a generování A, a také je terapeutickým cílem pro AD [223,224]. Přestože expozice toneuronální kultuře A 1-42 zvýšila hladiny proteinu BACE{5}}, léčba EGCG významně utlumila produkci radikálového kyslíku indukovanou A a tvorbu struktury listů [174].

Na počátku 2010 bylo známo, že EGCG inhibuje bezbuněčné testy fibrilogeneze A a -syn; výzkumníci poté zkoumali, zda EGCG může remodelovat nerozpustné agregáty A a -syn v systému buněčného modelu [148].

Tento výzkum ukázal, že EGCG může snížit buněčnou toxicitu zralých fibril A a -syn remodelací jejich struktury. Remodelace amyloidních struktur bohatých na -listy zprostředkovaná EGCG vede ke vzniku menších amorfních proteinových agregátů, které jsou netoxické pro savčí buňky [148]. V roce 2017 bylo provedeno použití -syn-transdukovaných buněk PC12 za účelem zkoumání ochranných účinků EGCG, poskytuje důkaz, že EGCG může chránit tyto buňky před poškozením indukovaným -syn inhibicí nadměrné exprese a fibrilace -syn v buňkách [151].

Novější studie uvádí, že EGCG může interferovat s fibrilací -syn indukovanou Cu(II) a chránit životaschopnost buněk. Výzkumníci prokázali, že EGCG inhibuje tvorbu reaktivních forem kyslíku (ROS) indukovaných Cu(II), což vede ke snížení nadměrné exprese a fibrilace -syn v buňkách. Navíc kombinace Cu a EGCG vykazovala lepší kryoprotekci než samotný EGCG. Zde stojí za zmínku, že Cu(II) je anoxidant, který také urychluje fibrilaci a agregaci proteinů [183].

Existují také důkazy o neuroprotektivních účincích EGCG v modelech neurotoxicity PD parkinsonských neurotoxinů včetně sloučenin jako 6-hydroxydopamin (6-OHDA), 1-methyl-4-fenyl{{4 }},2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), rotenon (ROT) a paraquat. EGCG prokázalo pozoruhodnou neuronální ochranu proti paraquatu, 6-OHDA a neurotoxicitě MPP+, i když ne proti ROT [173,175,178,180,181].

Při hodnocení neuroprotektivních účinků EGCG na disociované mezencefalické kultury ošetřené ROT a organotypické striatální kultury EGCG částečně působilo proti účinkům ROT v kulturách striatálních řezů prostřednictvím snížení oxidu dusnatého (NO), ale nedisociovalo buňky proti toxicitě ROT [178]. .

Ačkoli posledně uvedená studie neprokázala, že EGCG chrání před neurotoxicitou indukovanou ROT v buněčných modelech, nedávno bylo publikováno, že EGCG má neuroprotektivní účinek in vivo na modely PD indukované ROT [206,207]. Společně tyto výsledky z in vitro modelů neurotoxicity podporují názor, že EGCG lze použít jako neuroprotektivní činidlo k léčbě ND.

For more information:1950477648nn@gmail.com