Uvid u patogenezu neurodegenerativnih bolesti: fokus na mitohondrijalnu disfunkciju i oksidativni stres, 2. dio

Nekoliko posttranslacijskih modifikacija također reguliraju dinamiku mitohondrija. Drp1 fosforilacija može stimulirati ili fisiju ili fuziju ovisno o mjestu fosforilacije [100,101].

Uz kontinuirani razvoj neuronauke, sve više studija pokazuje da postoji bliska veza između mitohondrijalne dinamike i pamćenja, što ima pozitivno i progresivno značenje.

Mitohondrije su važan organ u ćelijama, sa dve glavne funkcije: jedna je da obezbedi energiju ćelijama, a druga je da reguliše razvoj ćelija i životne aktivnosti. Funkcija mitohondrija nije samo povezana sa zdravljem ćelija, već je usko povezana i sa fizičkim zdravljem ljudskog tela. Ljudsko pamćenje je jedno od njih.

Studije su otkrile da su se u ljudskom mozgu dogodile mnoge promjene u dinamici mitohondrija, kao što su povećana gustoća mitohondrija, mitohondrijalna migracija i regeneracija mitohondrija. Ove promjene nisu povezane samo sa zdravljem neurona u mozgu, već su usko povezane i s poboljšanjem moždane memorije.

Konkretno, mitohondrijalna dinamika može promovirati prijenos informacija između neurona mozga, čime se potiče formiranje, konsolidacija i obnavljanje pamćenja i učenja. Osim toga, ekstremni sportovi i druge vrste sportova mogu promovirati povećanje gustoće mitohondrija, čime se poboljšava pamćenje mozga i kognitivne sposobnosti.

Stoga bismo trebali aktivno sudjelovati u nekim aktivnostima koje su korisne za fizičko zdravlje, kao što su vježbanje, fitnes, razvijanje dobrih prehrambenih navika, itd., kako bismo promovirali razvoj mitohondrijalne dinamike i poboljšali pamćenje i kognitivne sposobnosti. Istovremeno, treba paziti i na odmor, smanjiti stres, održavati dobro zdravlje i tako aktivno liječiti budući život.

Ukratko, postoji bliska veza između mitohondrijske dinamike i pamćenja. Aktivan način života i zdrave navike su korisni za razvoj mitohondrijalne dinamike, čime se poboljšava pamćenje mozga i kognitivne sposobnosti. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer Cistanche djeluje antioksidativno, protuupalno i protiv starenja, što može pomoći u smanjenju oksidativnih i upalnih odgovora u mozgu, čime se štiti zdravlje nervni sistem. Osim toga, Cistanche također može promovirati rast i popravak nervnih ćelija, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi efekti mogu pomoći u poboljšanju pamćenja, sposobnosti učenja i brzine razmišljanja, a također mogu spriječiti pojavu kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite znati načine za poboljšanje funkcije mozga

Fosforilacija MFF povećava regrutaciju Drp1 i kasniju fisiju mitohondrija [102], dok ubikvitinacija acetiliranog Mfn1 potiče njegovu proteazomsku degradaciju [103]; fosforilacija Mfn1 pomoću ERK inhibira mitohondrijalnu fuziju, promovišući apoptozu [104].

Specifična stanja nutrijenata također indirektno reguliraju ravnotežu između ova dva procesa. Dok gladovanje dovodi do spojenih i izduženih mitohondrija, okruženje bogato nutrijentima praćeno je fragmentiranim mitohondrijama [105,106].

3.4. Autofagija

Autofagija je još jedan bitan korak u održavanju ravnoteže između sinteze i klirensa proteina, biogeneze organela i degradacije, čime se promovira zdravlje stanica [107]. Na osnovu načina na koji se ciljani teret prenosi radi razgradnje tolizozoma, autofagija se može klasificirati u [107,108]:

- Makroautofagija, u kojoj se autofagosom, vezikula s dvostrukom membranom, formira i spaja sa lizosomima nakon čega se njihov sadržaj razgrađuje kiselim hidrolazama lizosoma;

- Mikroautofagija, proces tokom kojeg se lizozomi omotaju oko različitih citosolnih spojeva koji se razgrađuju nakon involucije membrane [109];

- Autofagija posredovana šaperonom, proces tokom kojeg se šaperoni vezuju za oštećene proteine ​​i receptore na lizozomalnoj membrani, nakon čega slijedi translokacija proteina u lizozom radi razgradnje [110].

Autofagija za oštećene mitohondrije poznata je i kao mitofagija. Prva inicijacija koraka mitofagije je formiranje izolacione membrane, autofagosoma, za koji se vjeruje da potiče od MAM-a, membrane ER-a ili plazma membrane [111,112], nakon čega slijedi aktivacija pre-inicijacionog kompleksa, koji sadrži ULK1 (Unc{{ 4}}kao kinaza1, Atg 13 i 101 (proteini povezani sa autofagijom) i FIP200 (fokalna adheziona kinaza koja interaguje sa partnerom 200) [113] Kompleks pre inicijacije regrutuje klasu III fosfatidilinozid 3-kinaze (PI3K). beclin1, Atg 14, autofagija i beclin 1 regulator (AMBRA1), kao i vaskularno sortiranje proteina 34 i 15 (Vps 34 i 15) za proizvodnju fosfatidilinozitol3-fosfata (PI3P).

Pi3P je također poznat kao inicijacijski kompleks [114]. Nakon aktivacije, oba kompleksa se translociraju na mjesto nukleacije fagofora [108]. PI3P je prepoznat i stupa u interakciju s drugim proteinima lociranim u IM, kao što je protein koji se ponavlja sa WD proteinom koji je u interakciji s fosfoinozitidom (WIPI) i proteinima koji sadrže domen FYVE [115] i dovodi do serije konjugacija Atgs na fagoforu, što kulminira cijepanjem pro-LC3 (laki lanac 3) pomoću Atg4 u LC3-I, dalje transformiran fosfatidiletanolaminom u LC3-II, i dovodi do izduženja i zatvaranja izolacione membrane [116,117].

Vjeruje se da protein povezan s receptorom A-receptora tipa Υaminomaslačne kiseline (GABARAP) i protein sličan1 GABARAP-u (GABARAPL1) imaju slične uloge sa LC3 u ekspanziji autofagosoma [118].

Signalni protein mTOR (meta rapamicina kod sisara) snažno modulira autofagiju. Inhibicija mTOR, kao što se dešava kod gladovanja, defosforilira i aktivira Atg13, palići proces mitofagije [119].

Kada su faktori rasta i ćelijski nutrijenti u izobilju, mTOR fosforiliše Atg 13, sprečavajući njegovo vezivanje za ULK1 i regrutovanje FIP200 [107]. Fuziju autofagosoma u lizozome posreduju Rab7 i LAMP-2, lizozomalni transmembranski protein [120,121]. Nakon fuzije, lizozomalenzimi, uglavnom katepsini, razgrađuju autofagosomski sadržaj [122].

U mitofagiji koja nije posredovana receptorima, proces indukcije mitofagije aktivira PTEN-indukovanu kinazu 1 (PINK1), koja se akumulira na OMM-u i regrutuje i fosforiliše Parkina [123,124]. Parkin se akumulira na OMM-u i ubikvitinira OMMproteine, što dovodi do povećane aktivnosti PINK1 i većeg regrutovanja Parkina [113].

Među proteinima koje Parkin ubikvitinira su anionski kanali zavisni od napona 1(VDAC1), Mfn1 i Mfn2, kao i TOM20 (translokaza vanjske mitohondrijalne membrane 20), koji upravljaju fuzijom mitohondrija.

Ubikvitinacija Mfn1/2 će blokirati proces fuzije i omogućiti izolaciju malih i oštećenih mitohondrija [125].

Ubikvitinirani proteini regrutuju proteine ​​adaptera autofagije, kao što su OPTN (optineurin), NBR1 (susjed BRCA1), TAX1BP1 (Tax-1 vezujući protein), NDP52 (protein nuklearnih tačaka52) ili sekvestozom-1, koji međusobno djeluju sa proteinima autofagosoma kao što su GABARAP ili LC3 kroz LC3 interakcione regione (LIR) da bi posredovali formiranje autofagosoma i fuziju sa lizosomima [126,127]. Slika 2 shematski prikazuje proces mitofagije.

Slika 2. Šematski dijagram mitofagije. Proces indukcije mitofagije aktivira PINK1, koji se akumulira na OMM-u i regrutuje i fosforilira Parkin.

Potonji ubikvitiniraju OMM proteine, kao što su mitofuzini 1 i 2 (Mfn), anionski kanali zavisni od napona 1 (VDAC1) i TOM20 (translokaza vanjske mitohondrijalne membrane 20).

Formiranje autofagosoma počinje aktivacijom preinicijacionog kompleksa, koji sadrži ULK1 (Unc{2}}slična kinaza 1), Atg 13 i 101 (proteini povezani s autofagijom) i FIP200 (fokalna adheziona kinaza u interakciji sa partnerom 200), i nastavlja se sa regrutovanje fosfatidilinozitid 3-kinaze klase III (PI3K), beclin1, Atg 14,AMBA1 (autofagija i beclin 1 regulator) i Vps 34 i 15 (sortiranje vaskularnih proteina), što rezultira proizvodnjom fosfatidilinozitola 3- fosfat (PI3P).

Ubikvitinirani proteini regrutuju proteine ​​adaptera autofagije, kao što su susjedni BRCA1 gen (NBR1), optineurin (OPTN), protein koji veže porez (TAX1BP1), protein nuklearne tačke 52 (NDP52) ili sekvestozom-1, koji stupaju u interakciju s proteinima autofagosoma kao što su GABARAP ili LC3 kako bi posredovali u formiranju autofagosoma. Fuzija autofagosoma sa lizosomima je posredovana LC3, Rab7, LRRK2 i LAMP-2 (vidi tekst).

Međutim, postoje i Parkin nezavisni putevi mitofagije [113], kao što je mitofagija posredovana receptorima. Najviše proučavani proteini uključeni u mitofagiju posredovanu receptorima su AMBRA1, FUNDC1 (protein 1 koji sadrži domen FUN14), NIX (Nip3-protein sličan) i BNIP3, koji se nalazi na OMM-u, kao i kardiolipin i prohibitin 2 (PHB2 ) na IMM [113].

Ovi receptori se mogu vezati za LC3 na Parkin-neovisan način [128] i izazvati mitofagiju. Njihova transkripcija se može aktivirati pod različitim uslovima. Na primjer, transkripcija BNIP3 i NIX se aktivira hipoksijom preko hipoksija-inducibilnog faktora 1 alfa (HIF1) [129], koji nakon fosforilacije ima visok afinitet vezivanja za LC3 [130]. Defosforilacija FUNDC1 hipoksijom olakšava njegovo vezivanje za LC3 [131].

Poslednjih godina, istraživači su pokazali da se mitohondrije mogu ekstrudirati iz ćelija i preuzeti endocitozom ili fagocitozom od strane susednih ćelija, gde na kraju prolaze kroz mitofagiju, fenomen koji se naziva transcelularna mitofagija [113,132].

Razumno je pretpostaviti da bi prijenos mitohondrija natrag u ćelijsku somu iz oraksona dendrita bio energetski nepovoljan, zbog čega neuroni oslobađaju mitohondrijske atipsinapse da bi ih razgradile glijalne stanice [133].

Zauzvrat, glijalne ćelije mogu prenijeti mitohondrije do neurona i zaštititi ih od hipoksije i energetskog neuspjeha [134]. Precizni putevi za mitohondrijski prijenos se još uvijek istražuju, ali neke studije sugerirale su važnu ulogu proteina koji povezuje mitohondrije s motornim proteinima citoskeleta, naime MIRO1 [135], dok su druge pokazale uključenost astrocitnog GFAP (glijalnog kiselog fibrilnog proteina) i neuronskog proteina UCP2 (uspojnog proteina UCP2). ) [136]. Drugi način odlaganja oštećenih mitohondrija identifikovan je 1992. [137] i nazvan je mitoptoza.

Omogućuje ćelijama da razgrađuju mitohondrije bez otvaranja MPTP-a i pokretanja apoptoze [113]. Mitoptoza je vjerovatno aktivirana depolarizacijom mitohondrijalne membrane, oštećenjem mitohondrijske DNK (mtDNA) i ROS [113].

Tačni mehanizmi mitoptoze zahtijevaju daljnje proučavanje, ali je opisano nekoliko situacija, kao što je oticanje i fragmentacija krista praćeno citoplazmatskim ekstruzijom fragmenata krista kroz pucanje OMM-a [138], ili propadanje krista koalescencijom IMM-a uz očuvanje intaktnog OMM-a. [138].

ROS igra ključnu ulogu u regulaciji autofagije i mitofagije. Jedan put, spomenut gore, je mTOR put. Okruženje bogato aminokiselinama dovodi do translokacije mTOR kompleksa 1 (mTORC1) na lizozomalnu površinu, gdje on u interakciji s Rhebandom aktivira mTOR [139], dok se kod gladovanja mTOR kolokalizira sa LC3 i pokreće autofagiju [140].

S obzirom da mTOR oksidacija inhibira njegovu aktivnost, vrlo je vjerovatno da ROS regulira ovaj korak [141]. Nadalje, S-nitrozacija IκB kinaze i JNK1 azotnim oksidom inhibira njihovu aktivnost, što zauzvrat sprječava inaktivaciju mTOR i oslobađanje Beclina iz Beclin-Bcl-2 kompleksa [93,142].

Drugi put je beclin-1-klasa III PI3K kompleks, sa nizom kofaktora kao što su AMBRA1, faktor interakcije sa Baxom 1 (Bif-1) ili Rubicon (beclin koji sadrži domene RUN i domene bogate cisteinom -1-interakcioni protein) [143]. Drugi regulatori autofagije uključuju IP3 receptor, AMPK (50-AMP-aktivirana protein kinaza) i DAPK (protein kinaza povezana sa smrću) [144,145].

ROS i reaktivne azotne vrste indukuju posttranslacijske modifikacije proteina koje također regulišu aktivnost transkripcionih faktora. Na primjer, na putu Nrf2 (faktor povezan s nuklearnim faktorom i eritroidom 2-)/Keap1 (protein povezan s proteinom hidratazom sličan Kelchu, modifikacije Keap1 dovode do oslobađanja Nrf2, koji se vezuje za ARE( element antioksidativnog odgovora) i translocira se u jezgro, gdje aktivira transkripciju gena i proteina antioksidativnih enzima, kao što su p62 ili p53.

Dok p62 aktivira autofagiju [146,147], p5 je povezan i sa genima koji inhibiraju i promovišu autofagiju preko TIGAR-a (tumorski protein 53-indukovana glikoliza i regulator apoptoze) i DRAM (modulator autofagije reguliran oštećenjem), respektivno [148,149].

Zauzvrat, poremećena regulacija autofagije dovodi do povećanog oksidativnog stresa i akumulacije ubikvitiniranih proteina, što potonje uzrokuje mitohondrijalnu disfunkciju i dalje povećava generiranje ROS-a u petlji daljeg napajanja [93].

4. Mozak i oksidativni stres

Kiseonik je ključan za pravilno funkcionisanje ćelija, jer je uključen u stvaranje ATP-a [61]. Nažalost, zbog univalentnog statusa metaboličke redukcije kisika, s dva usamljena elektrona kisika koji se vrte paralelno, on može prihvatiti samo jedan elektron u isto vrijeme [150], što dovodi do stvaranja vrsta koje imaju jedan nespareni elektron koji može postojati sam za sebe, koje je Halivel definisao kao slobodne radikale [151].

Derivati ​​kiseonika su ili slobodni radikali, kao što su superoksidni anion (•O2−), hidroksilni radikal (HO•), hidroperoksilradikal (HO2•) i peroksilni radikal (ROO•), ili neradikali koji se mogu transformisati u radikale, kao što su kao vodonik peroksid (H2O2) [61,152].

Redox signalizacija se intenzivno koristi u mozgu [153], uključena je u transdukciju signala i transkripciju gena. Na primjer, NADPH oksidaze (NOXs) reguliraju hipokampalno dugotrajno potenciranje [154], a NOX2-superoksid i vodikov peroksid regulišu rast progenitorskih ćelija hipokampusa u mozgu odrasle osobe putem fosfatidil inozitol 3 kinaze (PI3K signalni put)/Akt [155].

Slično, H2O2 dobijen NOX ima korisne uloge u regeneraciji aksona i pronalaženju aksonalne putanje tokom povezivanja mozga u razvoju [156,157]. Kao posljedica hipoksije, signalizacija izazvana superoksidom izvedena iz mitohondrija dovodi do adaptivnih odgovora [158].

Kako bi uravnotežili moguće štetne efekte prekomjernih slobodnih radikala, biološki sistemi imaju niz antioksidativnih obrana, koje se mogu podijeliti na enzimske (superoksidne dismutaze, katalaze, glutation peroksidaze, glutation transferaze, tioredoksine i peroksiredoksine) i neenzimske kao što su vitamini A, C, E, beta-karoten ili glutation [159].

Kad god stopa proizvodnje slobodnih radikala premašuje sposobnost biološkog sistema da ih neutralizira, dolazi do oksidativnog stresa.

4.1. Ranjivost mozga na oksidativni stres

Nervni sistem je vrlo osjetljiv na oksidativni stres, zbog niza razloga [153,160–162]:- Akcioni potencijali uzrokuju priliv kalcija i podižu intracelularnu koncentraciju kalcija sa približno 0,001 µm na otprilike 100 µm [ 163].

Visok intracelularni Ca2+ aktivira nNOS (neuronsku sintazu dušikovog oksida) i dovodi do stvaranja NO (azotnog oksida) [164], koji se vezuje za citokrom c oksidazu i inhibira mitohondrijsku respiraciju [165]. Mitohondrije pokušavaju da puferuju intracelularni kalcij, ali naknadno preopterećenje kalcijem uzrokuje produženo otvaranje MPTP-a i inhibira ATPgeneraciju, izazivajući apoptozu [166].

Mozak ima vrlo visoke energetske zahtjeve za održavanje ionskih gradijenta i podršku sinaptičkom prijenosu [19] i oslanja se uglavnom na sinaptičke mitohondrije za generiranje potrebne energije [167]. Na primjer, oslobađanje vezikula neurotransmitera zahtijeva 1,64 × 105 ATP/s/vezikuli [19].

- Mozak ima nisku antioksidativnu odbranu. Neuronske ćelije imaju 50 puta manje katalasetanskih hepatocita [168], dok je citosolni glutation oko 50% niži u neuronima u poređenju sa drugim ćelijama [153], a to bi moglo umanjiti aktivnost peroksiredoksina [169]. aktivira se H2O2 [170] i proizvodi superoksid preko izoforma NADPH oksidaze, potrebnih za uništavanje bakterija [171].

- Metabolizam neurotransmitera, kao što je metabolizam dopamina putem monoaminoksidaza, stvara ROS [153,172].- Neurotransmiteri, kao što su dopamin, serotonin ili adrenalin, mogu autooksidirati i generirati superoksid [173,174].

- Mozak je obogaćen redoks aktivnim prelaznim metalima, kao što su Cu+ ili Fe2+ [175]. Ironija je katalizator u Fentonovoj reakciji koja stvara hidroksilne radikale, kao i katalizator stvaranja speroksil i alkoksil radikala, čime doprinosi feroptozi, obliku ćelijske smrti koji ovisi o peroksidaciji lipida i Fe2+ [176]. Cu+ je kofaktor za Cu/ZnSOD i važan je za ćelijsku signalizaciju [177,178], ali pojačava Fentonovu reakciju kataliziranu bakrom [175].

- Mozak je posebno bogat holesterolom, koji može biti podvrgnut autooksidaciji [179] i moždane ćelije imaju veći omjer površine membrane i volumena citoplazme, ćelijske membrane su bogate polinezasićenim masnim kiselinama (PUFA), koje su vrlo osjetljive na peroksidaciju kroz slobodne radikalni napad [153].- Razvoj i plastičnost mozga oslanjaju se na nekodirajuće RNA (duge nekodirajuće RNA i mikroRNA) [180], ali ovim molekulima nedostaju zaštitni histoni i lako se oksidiraju [181]. Oksidirana glasnička RNK rezultira skraćenim i mutiranim proteinima, sklonim pogrešnom savijanju [182].

4.2. Izvori slobodnih radikala

Višak slobodnih radikala može nastati iz mnogih izvora.

4.2.1. Mitohondrije i oksidativni stres

Mitohondrije se tradicionalno smatraju glavnim izvorima ROS. Najmanje 10 potencijalnih izvora proizvodnje ROS je identificirano [183], ali kompleksi I (NADH dehidrogenaza) i III (ubikinon citokrom c reduktaza) ETC-a [184] su najvažniji.

Prijenos elektrona na koenzim Q ili ubikinon kompleksima I i II rezultira inubikinol (redukovani ubikinon, QH2), koji će regenerirati koenzim Q preko semikinon anjona (•Q−), nestabilnog intermedijera koji može prenijeti elektrone na molekularni kisik, što rezultira stvaranjem superoksida [60]. Budući da je neenzimska reakcija, viši metabolikati dovode do povećane proizvodnje superoksida [185].

Superoksid je vrlo nestabilan i transformiran je mitohondrijskom superoksid dismutazom 2 (SOD2, mangan SOD) i citosolnom SOD1 (bakar-cink SOD) u stabilniji vodikov peroksid (H2O2).

Potonji može izaći iz IMM kroz akvaporinske kanale i difundirati kroz OMM u citoplazmu, gdje služi za redoks signalizaciju, ili se dalje reducira na vodenu bikatalazu, glutation peroksidaze i peroksiredoksine [186–189]. Druge mitohondrijalne komponente koje doprinose formiranju ROS uključuju monoamin oksidazu, glicerol fosfatdehidrogenazu, -ketoglutarat dehidrogenazu i p66shc [60,183,190].

Proizvodnja mitohondrijalnih ROS-a podložna je varijacijama izazvanim metaboličkim faktorima. Na primjer, NADH/NAD+ odnos utječe na brzinu stvaranja ROS-a, koja se povećava skoro linearno sa smanjenjem NADH [191]. Nivoi sukcinata mogu fluktuirati čak iu normalnim uslovima između 0.3 i 1 mM [192], uz povećane koncentracije sukcinata koje snažno povećavaju stvaranje mitohondrijalnog ROS-a [183,193].

Na brzinu proizvodnje ROS također utiče potencijal mitohondrijalne membrane [183]. Aktivna mitohondrijska fosforilacija ADP-a ili unos mitohondrijalnog kalcija smanjuje membranski potencijal, što utječe na redoks potencijal ETC-a i smanjuje proizvodnju ROS-a [194]. Nedostatak kiseonika ili ishemija značajno povećava generisanje ROS u mitohondrijima [195], iako se ovaj efekat ne može pripisati mitohondrijama samim po sebi, već signalnim putevima izazvanim hipoksijom [196].

4.2.2. NADPH oksidaza kao izvor ROS

NADPH oksidaza (NOX) je prvi put opisana u fagocitima [197], nakon čega je identifikovano sedam NOX gena: NOX 1–5 i DUOX 1 i 2 [198]. Mozak eksprimira uglavnom NOX2, kao i NOX4, a oba su opisana u korteksu i CA1 hipokampalarei [199].

Enzimski kompleks NOX2 ima membranski vezan citokrom b558, nekoliko citosolnih proteina i Rac G-protein. Nakon fosforilacije citosolnih proteina i aktivacije Rac, enzim se translocira na membranu i formira aktivni NOX2 sa citokromom b558 [200]. Nadalje, NOX2 prenosi protone preko membrane i dovodi do stvaranja superoksida [198].

NOX4 proizvodi uglavnom H2O2, koji se koristi kao sekundarni glasnik za proliferaciju i diferencijaciju ćelija [201].

NOX je opisan u neuronima, astrocitima i mikroglijama [202], dok se na ćelijskom nivou izoforme NOX lokaliziraju na endoplazmatski retikulum, jezgro, plazma membranu i mitohondrije [203,204]. ROS generiran aktiviranim NOX može depolarizirati mitohondrijalnu membranu i, zajedno s kalcijem, može dovesti do otvaranja MPTP-a [205], kao i aktivirati fosfolipazu C sa naknadnim promjenama u strukturi membrane [198].

4.2.3. Monoamin oksidaza kao izvor ROS

Monoamin oksidaze (MAO A i B) su flavoenzimi koji se nalaze na OMM-u koji kataboliziraju aminske neurotransmitere, kao što su serotonin, epinefrin i dopamin [206].

MAO-A se eksprimira u neuronima, dok se MAO A i B mogu naći u glijalnim ćelijama [198]. Oni koriste FAD da razbiju monoamine, proces tokom kojeg se proizvode aldehidi, dok H2O2 nastaje iz ciklusa FAD-FADH2 [198].

4.2.4. Peroksizomi i ROS proizvodnja

Iako je glavni metabolički peroksisomalni proces koji dovodi do stvaranja H2O2 -oksidacija slobodnih masnih kiselina [60], nekoliko drugih peroksisomalnih enzima, kao što su ksantinoksidaza, D-aspartat oksidaza, acil CoA oksidaza, D-aminokiselina oksidaza, urat oksidaza ili L - -hidroksi oksidaza, može proizvesti različite ROS, kao što su superoksid, hidrogenperoksid, dušikov oksid ili hidroksilni radikali [207].

4.2.5. Egzogeni izvori ROS

Pored višestrukih izvora endogenog ROS, egzogeni ROS može povećati oksidativni stres. Najčešći izvori su zagađenje vode i vazduha, izlaganje ultraljubičastom zračenju, alkohol i duvanski dim, pesticidi, industrijski rastvarači, nezdrava ishrana (sa dimljenim mesom, ishrana sa visokim sadržajem masti), izloženost teškim metalima ili prelaznim metalima (Fe, Cr, Co, Cu ,Hg, Pb, As), kao i određeni lijekovi, kao što su doksorubicin, bleomicin, metronidazol, ili čak paracetamol [60].

4.3. Ciljevi ROS-a

Visoko reaktivni slobodni radikali oštećuju proteine, lipide i nukleinske kiseline [152].

4.3.1. Proteini i ROS

Proteini mogu biti oksidirani radikalima, kao što su superoksid, hidroksilni radikal, peroksil, hidroperoksil ili alkoksil radikali, kao i neradikalne vrste ili singlet kisik [208].

Oksidacija aminokiselina kao što su lizin, arginin, prolin ili treonin dovodi do karbonilderivata, koji se koriste kao markeri oksidativnog stresa [209]. Metionin i cistein, kao aminokiseline koje sadrže sumpor, vrlo su podložni oksidaciji, što dovodi do disulfida i metionin sulfoksida [210].

Oksidacija proteina dovodi do unakrsnih veza između proteina i proteina, promjene funkcije, gubitka enzimske aktivnosti i funkcionalnih modifikacija receptorskih i transportnih proteina [211].

Štaviše, vodikov peroksid i hidroksilni radikali inhibiraju apsorpciju glutamata od strane astrocita, povećavajući ekscitotoksičnost [212]. Kao posljedica toga, ovi izmijenjeni proteini moraju biti očišćeni, bilo putem autofagije-lizozoma ili putem sistema teubikvitin-proteasom [213,214].

Ubikvitin-proteasomalni sistem (UPS), glavni put degradacije ubikvitiniranih pogrešno savijenih proteina i kratkoživih signalnih molekula, sadrži 19S podjedinicu i katalitički aktivno 20S jezgro [215]. Regulatorna kapica s proteinima šaperona otvara ciljni protein, uklanjajući ubikvitinsku oznaku u procesu ovisnom o ATP-u, nakon čega se ciljni protein unosi u katalitičko jezgro i razgrađuje od strane proteasomalnih enzima.

Pod teškim stresom, UPS je preopterećen, a put autofagije-lizozoma kompenzuje povećano oštećenje proteina [107]. Niz autofagijskih receptora, kao što su p62, NDP52 ili NBR1 prepoznaju ubikvitin dio i ciljano označene proteine ​​za autofagosom vezivanjem do Atg8/LC3 [216,217].

FOXO3 (forkhead box O3) je faktor transkripcije aktiviran oksidativnim stresom, koji reguliše transkripciju gena uključenih u proteazomalnu i autofagičnu degradaciju proteina [218]. Pored toga, Parkin, ubikvitin ligaze i CHIP (C-terminus Hsc{4}}proteina u interakciji) doprinose i proteasomalnoj i autofagosomalnoj degradaciji proteina [107,219].

Relativni nivoi između BAG (Bcl-2 povezanog transgena) 1 i BAG3, ko-šaperon proteina, usmjeravaju put degradacije ćelijskih proteina prema proteasomalnom ili fagozomalnom [220].

4.3.2. Lipidi i ROS

Slobodni radikali ili neradikalne oksidativne vrste napadaju CC dvostruke veze lipida, zbog čega su polinezasićene masne kiseline vrlo osjetljive na oksidativni napad [221].

U početnoj fazi, slobodni radikal stupa u interakciju s metilenskom grupom u masnoj kiselini i stvara lipidni radikal disocijacijom atoma vodika [222]. Dalje, lipidni radikali reaguju sa molekularnim O2 i formiraju peroksilne radikale (ROO•) [223], koji pokreću lanac samoodrživih reakcija koje pojačavaju proces.

To rezultira cikličkim peroksidima i hidroperoksidima, koji se dalje mogu razgraditi do aldehida, a konačni proizvodi su malondialdehid (MDA), hidroksinonenal (HNE) i akrolein [224].

Proces je prekinut ili kroz interakciju lipidnih radikala s lipidnim peroksidima, što rezultira nereaktivnim stabilnim vrstama [221], ili kroz intervenciju endogenih ili egzogenih antioksidanata (vitamina C i E) [222,225].

U niskim koncentracijama, 4-HNE igra važnu homeostatsku ulogu djelujući kao signalni molekul i modulirajući ekspresiju gena indukujući post-translacijske proteinske modifikacije.

Najčešći ciljevi su ostaci tiola [225]. Interakcijom sa tiolima cisteina u Keap1, 4-HNE dovodi do oslobađanja Nrf2, koji nakon translokacije u jezgro aktivira ekspresiju ARE gena kao što su glutation-S-transferaza, NADPH zavisna kinon reduktaza ili hem oksigenaza{ {7}} [226]. Još jedna meta 4-HNE je NF-κB, faktor transkripcije za proinflamatorne citokine, koji se normalno održava u stanju mirovanja vezivanjem za IκB (inhibitor kapa B).

Pod ćelijskim stresom, IκB kinaza fosforilira IκB olakšavajući oslobađanje NF-κB, transkripcionog faktora koji posreduje u transkripciji antiapoptotičkih Bcl-2 proteina i upalnih citokina, kao što je interleukin-6 (IL-6) .

4-HNE inhibira IκB kinazu, čime se sprečava IκB fosforilacija i NF-κB nuklearna translokacija. .

Osim toga, proizvodi lipidne peroksidacije uključeni su u složene signalne puteve. Intracelularna akumulacija 4-HNE može dovesti do apoptoze i kroz intrinzične i ekstrinzične puteve [225]. 4-HNE povećava ekspresiju p53, nakon čega slijedi aktivacija p21, JNK, Bax i kaspaze 3 [229], što dovodi do apoptoze posredovane kaspazom.

Osim toga, 4-HNE inicira vezivanje proteina Daxx povezanog sa smrću za intracelularnu površinu Fas [230], čime je uključen u modulaciju vanjskog puta apoptoze kroz nizvodne signalne proteine ​​ASK1 i JNK [225].

Štaviše, visoki nivoi HNE mogu formirati konjugate sa JNK, odgovornim za modifikaciju histona i olakšavanje nuklearne translokacije [231], ili mogu aktivirati JNK kroz aktivaciju SPKK1 (stres-aktivirana proteinkinaza kinaza-1) [232]. Slično, HNE može aktivirati ERK putem aktivacije MEK1/2 i p38MAPK (protein kinaze aktivirane mitogenom) [233,234].

For more information:1950477648nn@gmail.com