Prionový protein: Molekula mnoha podob a tváří, část 2

5. Prionový protein a ischemické mrtvice

V předchozí části jsme pozorovali, že knokautovaná zvířata jsou zranitelnější vůči oxidačnímu stresu. Studie podporují myšlenku, že PrPC působí jako antioxidant regulací aktivity glutathionreduktázy [117,118] a regulací superoxiddismutázy (SOD) prostřednictvím vazby iontů [119–123].

Oxidační stres je jev, při kterém tělo za fyziologických a patologických podmínek produkuje příliš mnoho volných radikálů a dalších aktivních oxidantů, které překračují clearance a tím dochází k poškození buněk a tkání. Mnoho studií prokázalo, že oxidační stres úzce souvisí s mnoha nemocemi, jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba atd.

Nedávné studie však poukázaly na to, že mírné množství oxidačního stresu může pomoci zlepšit paměť. Někteří vědci se domnívají, že mírné množství oxidačního stresu může stimulovat neurony, aby produkovaly více antioxidantů, a tím zlepšit jejich schopnost tolerovat oxidační stres, chránit neurony před interferencemi z chybných signálů, a tak zlepšit učení a paměť.

Studie navíc ukázaly, že mírné množství oxidačního stresu může také podporovat tvorbu a posilování synapsí, což je také klíčový faktor paměti. Vědci zjistili, že některé prospěšné molekuly oxidačního stresu mohou stimulovat tvorbu synapsí a podporovat posilování synapsí, čímž zlepšují funkce učení a paměti.

Pro zlepšení paměti bychom se proto oxidativnímu stresu neměli bránit přehnaně. Mírné množství oxidačního stresu je pro lidské tělo prospěšné a lze jej podpořit a řešit cvičením a konzumací potravin bohatých na antioxidanty. Současně také musíme věnovat pozornost kontrole stupně oxidačního stresu a zajistit, aby byl v mírném rozmezí, abychom dosáhli nejlepšího účinku na zlepšení zdraví a paměti. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche je tradiční čínský léčivý materiál s mnoha unikátními účinky, z nichž jedním je zlepšení paměti. Účinek Cistanche pochází z různých účinných látek, které obsahuje, včetně kyseliny tříslové, polysacharidů, flavonoidních glykosidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku mnoha způsoby.

Klikněte na 10 způsobů, jak zlepšit paměť

PrP-knockout myši vykazovaly sníženou ochranu proti ROS, zatímco myši infikované priony vykazovaly zvýšené hladiny oxidačního stresu, nejpravděpodobněji v důsledku ztráty funkce PrPC [124–126].

Za podmínek oxidačního stresu se hladiny PrP mRNA zvyšují, což znamená, že oxidační stres zvyšuje expresi PrPC [127]. Ischemická cévní mozková příhoda je stav, kdy ztráta průtoku krve v oblasti mozku způsobuje hypoxické stavy a poškození mozku [128].

Zvířecí modely s vyřazením PrP vystavené ischemii vykazovaly intenzivní ischemické poškození a sníženou šanci na regeneraci, zatímco možnost syntézy PrPC vedla k nadměrné expresi PrPC a snížení ischemického poškození [127].

Studie o ischemických cévních mozkových příhodách ukázaly, že nadměrná exprese PrPC může snížit velikost lézí ve srovnání s myšmi divokého typu, což PrPC přisuzuje protektivní roli při poškození inischemie [129–135].

Po ischemickém poškození je PrPC spojen s neuroprotektivními a regeneračními procesy interakcí s různými cytosolickými a transmembránovými proteiny.

PrPC je mimo jiné spojován s upregulací kinázy regulované extracelulárním signálem (ERK1/2) [133,136,137], aktivací dráhy fosfatidylinositol{6}}kinázy/proteinkinázy B/Akt (PI3K/Akt) [138– 142], modulace toxicity zprostředkované receptorem N-methylD-aspartát (NMDA) [143], aktivace dráhy proteinkinázy A (PKA) závislé na cAMP [144–146] a interakce se stresem indukovatelným proteinem 1 (STI1) [ 146], což vše vede k přežití neuronů, růstu neuritů a neuroprotekci.

PrPC je receptor Fyn kinázy, člena rodiny Src tyrosin kináz (SFK) [146]. Prostřednictvím aktivace Fyn kinázy PrPC zprostředkovává oligomery indukovanou toxicitu u neurodegenerativních onemocnění [147–150] a podporuje růst neuritů fosforylací domény GluN2A adhezní molekuly neuronálních buněk (NCAM) [151].

Fyn kináza a další členové rodiny SFK se podílejí na ischemickém poškození [152–155]. Inhibice SFK v modelu globální ischemie a inhibice Fyn zprostředkované fosforylace GluN2A v modelu neonatální HII vedly ke zvýšenému přežití neuronů [ 156–158], zatímco nadměrná exprese Fyn v modelu neonatální HII vedla ke zvýšenému poškození mozku [159].

Inhibice SFK v myším modelu ischemie také vedla ke snížení ischemického objemu a zlepšení mozkové funkce po provokaci [155].

Protože tento účinek nebyl pozorován u myší s vyřazením Fyn, máme podezření, že jiné ligandy než Fyn kináza mohou také ovlivnit obnovu ischemického poškození [155]. Bylo také prokázáno, že fragmenty PrPC se podílejí na ischemické mrtvici.

Ukázalo se, že fragmenty N1 a N2 působí protektivně při buněčném stresu [160–162] a modulují klid neurálních kmenových buněk v neurogenezi dospělých po mrtvici [163], zatímco fragmenty PrPC C1 a C2 se podílely na regulaci p53-závislé apoptózy a přežití buněk [164]. Bylo zjištěno, že fragment C1 je obohacen o malé EV (EV), kde působil podobně jako virové povrchové proteiny [165,166].

Díky tomu může ovlivnit mezibuněčnou výměnu informací mezi sEV a jejich cílovými buňkami a také přispět k jejich vychytávání [63].Brenna et al. studovali podobnosti mezi buněčným vychytáváním sEVs pocházejících z mozku u myší s knokautizovaným PrP a myší divokého typu po mrtvici [128].

Ukázali, že sEV uvolňující PrP byly vychytávány výrazně rychleji s větší účinností a byly snadněji tříděny do lysozomů než sEV obsahující PrP a fragment C1 [128].

Bylo také zjištěno, že FragmentN1 se podílí na regulaci interakcí mezi mikrogliemi a jinými mozkovými buňkami. Nedávná in vitro studie na smíšené neuronové linii a systému kokultivace mikroglií ukázala, že fragment N1 stimuloval změnu v buněčné morfologii a metabolismu a indukoval sekreci Cxcl10 [167].

Dále bylo ukázáno, že fragment N1 ovlivňuje mikroglie, aby změnil složení membrány na vyšší obsah GM1 v místech interakce s okolními buňkami v kokultuře, avšak pouze při přímém kontaktu mezi buňkami [167].

Fragment N1 byl také navržen k ochraně neuronů před staurosporinem indukovanou aktivací kaspázy-3 v ischemickém modelu sítnice potkana [60]. Tyto výsledky jsou podpořeny studiemi in vitro, kde exprese PrPC chránila proti apoptóze vyvolané staurosporinem nebo anisomycinem [144,146]. Fragment N1 také souvisí s neuroprotekcí u neurodegenerativních onemocnění, která je podrobněji diskutována v další části.

V přítomnosti zakotveného PrPC může rekombinantní PrP (recPrP) indukovat signalizaci ERK1/2 a Akt na mezenchymálních kmenových buňkách, což může podporovat neuronální diferenciaci [168], podporovat růst neuritů a usnadňovat vedení axonálního růstového kužele [169].

Nedávno bylo publikováno, že recPrP podporuje růst neuritů a migraci Schwannových buněk cestou ERK1/2 [170].

Aktivace zahrnovala NMDA receptory, proteiny související s lipoproteinovým receptorem s nízkou hustotou -1 (LRP1), SFK a Trk receptory; zdálo se, že probíhá nezávisle na ukotveném PrPC [170].

V tomto mechanismu hrály SFK rozhodující roli v buněčné signalizaci iniciované recPrP aktivací receptorů Trk, které jsou upstream od ERK1/2 [170,171]. Ačkoli recPrP postrádá glykosylaci, lze jej považovat za vhodný analog uvolněného PrP.

Prionový protein a fragmenty prionového proteinu jsou spojeny s mezibuněčnou komunikací a signalizací, oxidačním stresem a neuroprotekcí a představují atraktivní cíl pro léčbu a regulaci těchto mechanismů. Nicméně by měly být provedeny další studie, které by potvrdily účinky těchto molekul ve zmíněných mechanismech.

6. Prionový protein a neurodegenerace

Neurodegenerace je progresivní ztráta struktury nebo funkce neuronů, která může v konečném důsledku zahrnovat buněčnou smrt. Na molekulární úrovni je neurodegenerace spojena s akumulací špatně složených proteinů.

Hromadění proteinových agregátů způsobuje dysfunkci mitochondrií, vyvolává oxidační stres a v konečném důsledku způsobuje chronický zánět. Neurodegenerace se vyskytuje u onemocnění, jako je prionová choroba, PD a AD v důsledku agregace PrPSc [26,172,173], -syn [174–177] a izoforem A [178,179], respektive tau proteinu [180–183].

Bylo zjištěno, že prionový protein nebo fragmenty prionových proteinů interagují s agregačními činidly u různých neurodegenerativních onemocnění, ale jejich role závisí na studovaných podmínkách [24,81,184,185].

Bylo publikováno, že PrPC váže širokou škálu oligomerů bohatých na -sheet spojené s neurodegenerativními onemocněními [148–150].

PrPC zapojuje metabotropní glutamátový receptor5 (mGluR5) a zprostředkovává toxicitu vyvolanou oligomery prostřednictvím Fyn kinázy [175,186–188].

Aktivovaná Fyn kináza může fosforylovat podjednotky GluN2A a GluN2B NMDAreceptorů, které jsou následně hyperaktivovány a způsobují influx vápníku a buněčnou smrt [20,189].

Také se ukázalo, že PrPC může aktivovat toxicitu A oligomeru zprostředkovanou Fyn kinázou interakcí s LRP1 [190]. Nedávná studie v této oblasti naznačila, že kromě LRP1 tento proces zahrnuje aktivovaný 2-makroglobulin a aktivátor plasminogenu tkáňového typu [191].

Studie naznačují, že vazba mezi rozpustnými proteinovými agregáty a PrPC způsobuje neurotoxicitu a inhibuje dlouhodobou potenciaci (LTP) [30,192]. Byly také publikovány opačné studie, které neuvádějí žádný významný účinek hladin PrPC na A-indukovaný LTP u myší s vyřazením PrP [193], ablaci buněk nebo nadměrnou expresi PrP [194].

Důvody těchto nesrovnalostí nejsou jasné, ale mohly by být způsobeny použitím různých modelových systémů a toxických nebo netoxických druhů [195]. Oligomery se vážou na PrPC na dvou vazebných místech v rámci flexibilní N-terminální části PrPC, mezi aminokyselinovými zbytky 23– 27 a 92–110 [192,195,196]. Kromě oligomerů A se uvádí, že PrPC je receptorem pro oligomery -syn a agregáty tau.

Podobně jako oligomery A, ukotvený PrPC váže malé rozpustné agregáty nebo kratší fibrily oligomerů -syn nebo agregátů tau v rámci flexibilní N-terminální části [30,175,185,197–199]. Bylo také prokázáno, že PrPC vychytává rekombinantní -syn fibrily.

Modelový systém postrádající PrPC vykazoval nižší vychytávání -syn a -syn fibril ve srovnání s kontrolami [177,185,197], což vedlo k menší agregaci -syn, astrogliální aktivaci a ztrátě dopaminergních neuronů v mozcích myší s vyřazením PrP [185].

Navíc PrP-knockoutmy nevykazovaly -syn-indukované poškození LTP, zatímco léčba anti-PrPantilátkou zabránila -syn-indukovaným LTP defektům v modelu PD [175]. Ačkoli zmíněné studie podporují souhru PrPC a -syn oligomeru, La Vitola et al. ukázaly, že PrPC nebylo povinné pro zprostředkování škodlivých účinků -syn oligomeru in vitro nebo in vivo [33].

Přestože tento rozpor nebylo možné ve studii vysvětlit, mohl se také objevit v důsledku použití jiného protokolu přípravy rozpustného agregátu nebo použití různých modelových systémů.

Bylo také ukázáno, že ukotvený PrPC váže agregáty tau a zdá se, že usnadňuje jejich příjem [30,198,200]. Ukázalo se, že nepřítomnost PrPC nebo předběžné ošetření antiPrP blokujícími protilátkami snižuje vychytávání rekombinantních agregátů tau a odstraňuje toxicitu vyvolanou agregáty tau [30,198,200].

Studie týkající se rekombinantního PrP fragmentu N1 u neurodegenerativních onemocnění ukázaly, že tyto molekuly mohou vázat toxické oligomery A v oblastech mezi aminokyselinovými zbytky 23–31 a 95–105.

Fragment N1 neutralizuje toxické oligomery A tím, že je zachytí v extracelulárním prostoru a snižuje toxicitu vyvolanou oligomery [61,195,201–204]. Ochranné účinky fragmentu N1 byly také pozorovány in vivo u myší vystavených akutní toxicitě indukované A [203]. Beland a spolupracovníci pozorovali zvýšení štěpení PrPC v mozcích pacientů s AD [205].

Protože fragment N1 hojně váže oligomery A, může být naznačeno, že štěpení působí protektivně při rozvoji onemocnění [205], zatímco inhibice produkce N1 podporuje progresi AD [42].

Vylučování PrP snižuje hladinu PrPC ukotveného v buňce [78]. To má za následek sníženou hladinu substrátu pro replikaci prionů a sníženou hladinu receptoru pro toxikoligomery [85,206].

Podobně jako u fragmentu N1 se má za to, že uvolněný PrP je protektivní prionová onemocnění a další neurodegenerativní onemocnění [40,79,81]. Jak bylo zmíněno v předchozí části, recPrP je podobný kůlně PrP.

Ačkoli postrádá glykany, recept může být použit jako model k předpovědi role uvolněného PrP u nemocí. Bylo zjištěno, že RecPrP zvyšuje vývoj synapsí a vyrůstání neuritů v přítomnosti zakotveného PrPC [170,207].

Podobně jako fragment N1, recPrP také inhiboval tvorbu oligomeru A a neutralizoval toxicitu oligomeru A v modelu AD [203]. In vitro studie využívající recPrP a jeho deriváty ukázaly, že jak N-terminální, tak C-terminální domény PrP jsou vyžadovány pro účinnou inhibici prodloužení A fibril [202,208] a podporují ochrannou roli uvolněného PrP při inhibici tvorby A fibril.

Bylo také prokázáno, že RecPrP váže tau agregáty a -synoligomery a může neutralizovat jejich toxicitu [30]. Ačkoli vylučování PrPC působí protektivně, zvýšené vylučování PrPC by mohlo vést k negativní biologické aktivitě, jako je zánět v CNS [83,209]. Jarosz-Griffiths a kol. [82] nedávno informovali o ochranné roli PrPsheddingu.

Autoři uvedli, že knockdown ADAM10 zprostředkovaný siRNA snížil vylučování PrPC a zvýšil vazbu oligomeru A, zatímco acitretin podporoval uvolňování PrPC a snižoval vazbu oligomeru A v buňkách neuroblastomu a v lidských pluripotentních kmenových buňkách [82].

V nedávném článku Linsenmeiera et al. výzkumníci hodnotili roli indiferentních modelů propuštěného PrP [81]. Pomocí polyklonální protilátky sPrPG228, která specificky rozpoznávala myší PrP končící na G228 [210], ukázali, že u myší s prionovým onemocněním vylučují PrPcolokalizovaný s PrPSc v amyloidních plakech. Podobně jako u modelu prionové choroby byl uvolněný PrP také distribuován do depozit A v mozcích myší 5xFAD, kde byl nalezen navázaný na oligomery A a byl pozorován ve středu mnoha amyloidních plaků.

Vzhledem k dosavadním znalostem v této oblasti autoři navrhli, že fyziologicky uvolněný PrP může působit protektivně u prionových onemocnění a AD blokováním toxických oligomerů a/nebo jejich srážením bez toxických depozit [81,211].

RecPrP a N1 mohou také inhibovat oligomerizaci A, neutralizovat cytotoxicitu již existujících oligomerů A, bránit vazbě oligomerů s PrPC na buněčném povrchu a zachraňovat poškození LTP indukované A [212].

Protože recPrP a N1 oba obsahují navrhovaná vazebná místa proteinových oligomerů, bylo uvedeno, že obě molekuly také vážou -syn oligomery a také zprostředkovávají společné shlukování -syn oligomerů a AD-asociovaných amyloidních oligomerů [199].

PrPC je obohacen o extracelulární vezikuly (EV) [128,213,214]. O fyziologických funkcích PrPC u EV je známo jen málo. Několik studií naznačuje, že PrPC inEV chrání buňky před toxicitou A [214–217].

Mechanismus neutralizace toxických oligomerů A pomocí EV není znám; nicméně se předpokládá, že je podobný recPrP nebo N1-zprostředkovanému procesu.

Bylo navrženo, že exosomální PrPC zachycuje oligomery A v N-terminální oblasti PrP (aminokyselinové zbytky 23–31 a 95–105) [203], neutralizuje oligomery, podporuje tvorbu fibril A a zvyšuje internalizaci a degradaci agregátů. mikroglií [214–217].

Protože se ukázalo, že recPrP a zakotvený PrPC vážou tau a -syn oligomery [30], očekává se, že exosomální PrP budou působit stejným způsobem. Vazbou volných toxických oligomerů tau nebo -syn v extracelulárním prostoru zabraňují exosomální PrP vazbě toxického oligomeru na ukotvený PrPC a inhibují toxickou signalizaci v CNS pacientů s onemocněním.

Exosomy spojené s PrPSc jsou infekční a představují nebezpečí šíření prionové choroby [218–222]. Ačkoli zatím neexistuje žádná přímá studie, exosomální PrPC může také vyvolat zánět CNS. Je třeba vynaložit více práce na zkoumání dalších biologických aktivit, které může exosomální PrPC mít.

For more information:1950477648nn@gmail.com