Strukturni i funkcionalni uvid u polimorfizam -sinukleinskih fibrila, 2. dio

Proteini -sinuklein ( -syn) i -sinuklein ( -Syn) takođe pripadaju porodici sinukleina [165] (Slika 1C). -Syn je protein od 134 aminokiseline, ranije identificiran kao humani homolog goveđeg fosfonuroproteina 14 (PNP14).

Kako starimo, pamćenje postepeno opada. Međutim, dobrom ishranom možemo poboljšati pamćenje. Protein aminokiselina je jedan od najvažnijih nutrijenata.

Proteini aminokiselina mogu povećati broj i veze neurona u mozgu, igrajući vitalnu ulogu u učenju i pamćenju. Osim toga, proteini aminokiselina mogu potaknuti rast i popravak krvnih žila u mozgu i povećati opskrbu mozga kisikom, čime pomažu poboljšanju kognitivnih sposobnosti i pamćenja mozga.

Neke namirnice bogate proteinima aminokiselina uključuju piletinu, govedinu, ribu i jaja. Istovremeno, neke namirnice biljnog porijekla kao što su pasulj, sjemenke suncokreta itd. također pružaju bogate proteinima aminokiselina. Možemo poboljšati pamćenje uravnoteženom prehranom i unosom odgovarajućih aminokiselina i proteina.

Osim toga, treba obratiti pažnju na unos odgovarajućih količina proteina aminokiselina i održavati zdrave prehrambene navike i način života. Redovno vježbanje, dovoljno sna i smanjenje stresa mogu pomoći u poboljšanju razvoja i funkcije mozga.

Sve u svemu, aminokiseline i proteini su važni nutrijenti za poboljšanje pamćenja. Kroz razumnu prehranu i prilagođavanje načina života, možemo pomoći našem mozgu da bolje funkcionira, poboljšati našu sposobnost učenja i pamćenja te imati zdraviji i sretniji život. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola djeluje antioksidativno, protuupalno i protiv starenja, što može pomoći u smanjenju oksidacije i upalnih reakcija u mozgu, čime se štiti zdravlje nervnog sistema. Osim toga, Cistanche deserticola također može promovirati rast i popravak nervnih ćelija, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi efekti mogu pomoći u poboljšanju pamćenja, učenja i brzine razmišljanja, a također mogu spriječiti razvoj kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite znati načine za poboljšanje funkcije mozga

11-aminokiselina (ostaci 73-83) nedostaje u svom NAC domenu (slika 1C), zbog čega ne može fibrilirati [11,176,177]. Ranije se vjerovalo da je -Syn inhibitor -Syn agregacije i spriječio njegovu neurotoksičnost [11,176]. Međutim, ovaj pojam se promijenio nakon otkrivanja misense mutacija u -Syn genu, P123H (porodični) i V70M (sporadični), za koje se zna da uzrokuju DLB [178].

Štetne efekte ovih mutacija su pokazale studije na ćelijama i životinjama [179,180]. Naša grupa je nedavno pokazala da se u normalnim fiziološkim uslovima fibrilizacija i agregacija -Syn i njegovih mutacija povezanih s bolešću nije dogodila, ali je izmijenjeno mikrookruženje, kao što je smanjenje pH i/ili prisutnost heparina, uzrokovalo njihovu polimerizaciju [181].

-Syn, koji dijeli ~55% homologije sekvence sa -Syn, prvobitno je identificiran kod maligniteta raka dojke kodiranih genom specifičnim za rak dojke, BCSG1 [182]. Prijavljen je u perifernom centralnom nervnom sistemu i tkivima raka dojke [182,183]. On agregira i formira fibrile in vitro [177] i ćelije [184], ali je relativno sporiji od -Syn [91].

Pogrešno savijanje i fibrilacija -Syn je glavni događaj u nekoliko neurodegenerativnih poremećaja [185]. Pogrešno savijeni agregati -Syn su amiloidogeni, koji se aberantno akumuliraju u mozgu i, kao rezultat, pacijent pati od poremećaja kretanja koje se vremenom pogoršavaju.

Agregacija -Syn je složena pojava i uključuje konverziju monomera u visoko uređene unakrsne- -strukture bogate limovima kroz formiranje nekoliko rastvorljivih oligomernih vrsta na i van putanje [185,186]. Formiranje amiloida -Syn općenito se prati pomoću tioflavin T fluorescentne boje [187].

Slijedi sigmoidnu kinetiku rasta, koja se sastoji od (i) faze kašnjenja, koja uključuje formiranje jezgara, koje na kraju prerastu u detektabilnu agregatnu strukturu u otopini; (ii) faza elongacije, konverzija i naknadni rast oligomernih vrsta u fibrilarnu strukturu; i (iii) stacionarna faza, koja predstavlja stabilno stanje u kojem koncentracija monomera i fibrila dostiže ravnotežu.

Do kraja agregacije, -Syn se sastavlja u atipične duge amiloidne fibrile, koje se obično karakteriziraju elektronskom mikroskopijom i tehnikama mikroskopskog snimanja atomske sile [9]. Ove faze agregacije ne mogu se pripisati jednom događaju ili mikroskopskom procesu. Umjesto toga, svi procesi, tj. primarna nukleacija, elongacija, sekundarna nukleacija i fragmentacija, aktivni su kroz sve faze krivulje rasta, ali različitim brzinama [188,189] (Slika 2).

Ove stope reakcije su vođene konstantama brzine agregacije i koncentracijom reagujućih vrsta u datom trenutku [190]. Formiranje amiloida započinje primarnom nukleacijom monomernih vrsta u otopini i elongacijom dodavanjem monomera na rastuće krajeve agregata [189]. Međutim, primarni procesi nukleacije su kratkotrajni i brzo ih nadmašuju sekundarni procesi nukleacije [191].

Fragmentacija fibrila u uslovima mešanja (ili čak u uslovima mirovanja u zavisnosti od stabilnosti amiloidnih fibrila) modifikuje broj rastućih krajeva i značajno utiče na ukupnu kinetiku rasta [188,189].

Štaviše, sekundarna nukleacija površinskom katalizom je takođe jedan od glavnih doprinosa rastu amiloida u nekoliko sistema, posebno u uslovima mirovanja [189,190]. Samosastavljanje i agregacija -Syn je složen fenomen i uključuje više paralelnih procesa. Stoga je ključno razumjeti temeljne molekularne događaje kako bi se ocrtala njihova temeljna povezanost s ljudskim bolestima.

4. Prionski fenomen soja u -Syn

Od otkrića -Syn kao glavnog sastojka patologije Lewyjevog tijela 1997. godine, primarni fokus je pomjeren na razgraničenje osnovnog patogenog mehanizma PD.

Heiko Braak [192] je 2003. godine predstavio stadijumski sistem Lewyjeve patologije zasnovan na specifičnim obrascima širenja -Syn. Prema Braakovoj hipotezi, Lewypatologija počinje iz olfaktorne lukovice i DMV-a, a zatim se progresivno širi na druge regije mozga.

Iako postoje eksperimentalni i klinički dokazi koji podržavaju Braakovu hipotezu, neizvjesno je da li je primjenjiva i/ili tačno opisuje progresiju PB kod svih pacijenata. Na primjer, postoje slučajevi u kojima pacijenti ne pokazuju Lewyjevu patologiju u DMV-u ili ENS-u, dok su drugi dijelovi mozga ozbiljno pogođeni [193–198].

Čak iu nekim slučajevima nije uočena veza između ozbiljnosti Lewyjeve patologije i kliničkih simptoma u PD [195]. Stoga se predlaže da se Braakova hipoteza primjenjuje samo na podgrupu populacije [198] jer se svi pacijenti s PD-om ne pridržavaju sistema stadijuma koji je predložio Braak [199]. Intrigantno je da su izvještaji o Lewyjevoj patologiji u fetalnim neuronskim transplantacijama nakon četrnaest godina transplantacije u strijatum pacijenta s PD-om pružili direktan dokaz prijenosa sa stanice na ćeliju i širenja -Sinpatologije koju je predložio Braak [200,201].

Studije koje su koristile in vitro sisteme i sisteme ćelijskih modela kasnije su sugerirale da su agregati -Syn infektivni, da se mogu kretati iz jedne ćelije u drugu i pokrenuti agregaciju svog rastvorljivog endogenog dvojnika u stanicama primaocima, objašnjavajući fenomen uočen u presađenim neuronima [18,21,23] . Ovaj prionski sličan prijenos agregata -Syn iz jednog regiona u drugi je također impliciran kod pacijenata sa DLB i PDD, što sugerira da je širenje Lewyjeve patologije zajedničko svojstvo -Syn agregata u sinukleinopatijama [202–205].

Međutim, kliničke i patološke karakteristike ovih sinukleinopatija su veoma varijabilne i heterogene [206,207], [146,208]. Moglo bi se zapitati zašto su, uprkos tome što su povezani sa agregacijom istog proteina, distribucija -Syn patologije i manifestacija simptoma bolesti različiti među sinukleinopatijama.

Ovo bi se moglo objasniti fenomenom soja nalik prionu -Syn, u kojem isti protein prekursor formira različite fibrile koje rezultiraju različitom patologijom.

4.1. Koncept prionskih sojeva

Poslednjih nekoliko decenija istraživanja sugerišu da proteini/peptidi sa različitim strukturama i sekvencama mogu formirati zajednički nabor unakrsne - -strukture bogate listovima amiloida [209–213]. Ovi proteini/peptidi formiraju amiloide sa zajedničkim okvirom agregacije, tj. kroz mehanizam polimerizacije koji zavisi od nukleacije [214,215].

Međutim, svaki protein/peptid također može proći različiti put agregacije kako bi se formirala jedinstvena amiloidna struktura. Nedavne strukturne studije visoke rezolucije sa ssNMR i krio-EM su zaista sugerirale da se svaki protein na jedinstven način pakuje i formira različite strukture za poprečni- -preklop [56–58,61,216]. I ne samo to, već, iznenađujuće, jedan protein može formirati više različitih strukturnih nabora [40,59].

Dakle, ovi proteini mogu usvojiti različite konformacije iz iste aminokiselinske sekvence, što dovodi do nekoliko proteinopatija i, stoga, ne potvrđuje hipotezu jedan protein-jedna struktura [217]. Na primjer, tau se različito savija kod Alchajmerove i Pikove bolesti [40,218,219]. . Različiti TAR DNK-vezujući protein (TDP-43) agregati postoje u mozgu podtipova frontotemporalne lobardegeneracije (FTLD-TDP), pokazujući morfološke razlike među podtipovima [220].

Sposobnost ovog proteina da se pogrešno savija i prikaže konformacionu raznolikost može dovesti do teških posljedica, kao što je neurodegeneracija [221]. Ovaj fenomen proteina koji formira različite amiloide povezane sa različitim fenotipskim svojstvima dobro je poznat za prione [46,222]. Prioni su infektivne proteinske čestice koje pokazuju konformacionu heterogenost i mogu se prenijeti s jedne osobe na drugu [223].

Bezbroj dokaza pokazuje epidemiološku i kliničko-patološku raznolikost ljudskih prionskih bolesti, kao što su Kuruova bolest, Gerstmann-Straussler-Scheinkerov sindrom i Creutzfeldt-Jakobova bolest [224], kao i ne-humane prionske bolesti, kao što je goveđa spongiformna encefalopatija (BSE) kod goveda, scrapie kod ovaca i koza, itd. [225].

Normalni ćelijski prionski protein (PrPC) prolazi kroz konverziju iz -helikalne u konformaciju bogatu listovima (PrPSc), koja je nerastvorljiva, PK otporna i infektivna forma. PrPSc se razmnožava i agregira slijedeći dva široko prihvaćena mehanizma/modela, tj. model polimerizacije uz pomoć šablona i model nukleacijske polimerizacije.

Patogeni prion djeluje kao šablon u modelu potpomognutom šablonom i pruža površinu za pretvaranje endogenog normalnog prionskog proteina u njegov pogrešno savijeni patogeni oblik [226]. U modelu nukleacije-polimerizacije, monomerni PrPSc se kombinuju i formiraju stabilno jezgro, koje se takođe naziva seme. Ove sjemenke nastavljaju regrutirati PrPC i pretvarati ih u svoje patogene parnjake [226].

Jedno od izvanrednih svojstava priona je da se mogu pogrešno sklopiti u različite konformacije, od kojih svaka daje različite kliničke, histološke i patološke profile. Ovi agregati sa različitim konformacijama i patološkim ponašanjem nazivaju se 'sojevi' [45,227]. Pionirska zapažanja o prisutnosti prionskih sojeva proizišla su iz studije Pattisona i Milsona, 1961. [228], u kojoj su eksperimentalno proizveli scrapie kod koza i uočili različite kliničke manifestacije bolesti zbog različitih sojeva.

U drugoj studiji, Fraserand Dickinson je uspio razlikovati različite sojeve scrapie na modelima zaraženih miševa u zavisnosti od stepena oštećenja u različitim regijama mozga [229]. Kasnije je mnoštvo izvještaja pokazalo postojanje sojeva PrPSc [227,230–233] i metoda za njihovo razlikovanje, kao što su digestija proteinaze K (PK) [234,235], elektronska paramagnetna rezonanca (EPR) i NMR spektroskopija [43].

Ove konformacije PrPSc variraju u pogledu različitih tipova elemenata sekundarne strukture, kao što su -helix, -nid, -turn, ili različiti strukturni nabori ili različito pakiranje [227,230,232,235,236]. Na primjer, prionprotein iz sirijskog hrčka se ponovno savija u -helikalne i -listne strukture, kao i različite intermedijere u vodenoj otopini [236].

Oni nisu samo strukturno već i funkcionalno različiti jedni od drugih [43] i identificirani su u različitim prionskim poremećajima kod ljudi i životinja [233,237]. Uprkos tome što su rezultat agregacije istog prionskog proteina, prionske bolesti se međusobno razlikuju u pogledu početka bolesti/ period inkubacije, progresija i histopatološke lezije u inficiranom mozgu [224,225]. Ovo je kolektivno nazvano 'fenomen prionskog soja' [45,46,238].

Jedan od glavnih faktora koji doprinosi raznolikosti/varijaciji sojeva je sposobnost infektivnih agenasa/priona da inficiraju određene vrste [44,239,240] i pređu 'barijeru vrste', stvarajući na taj način niz sojeva sa prepoznatljivim biohemijskim i patološkim karakteristikama. Jedan od takvih slučajeva je vCJD (varijanta Creutzfeldt-Jakobove bolesti), koja je rezultat međuvrstnog prijenosa BSEpriona sa goveda na ljude [44,240], što je jedini poznati slučaj prenošenja neljudskih priona na ljude.

Također, poznato je da različiti sojevi priona koegzistiraju jedni s drugima, kao što se vidi u slučaju sCJD (sporadična Creutzfeldt-Jakobova bolest) [241,242], pokazujući različite biohemijske osobine u različitim regijama mozga. Poznato je da prionski sojevi produžavaju svoj period inkubacije nakon ko-infekcije sa drugim sojevima, pokazujući tako fenomen 'kompeticije', kao što je uočeno u različitim studijama [243-245].

Sve gore navedene karakteristike fenomena prionskih sojeva i potencijal za stvaranje novih prionskih sojeva pojavile su se ne samo kao ozbiljan znanstveni izazov već i kao prijetnja opštem javnom zdravlju.

Nedavne studije su, međutim, sugerirale da ovo svojstvo soja amiloida nije ograničeno samo na prione već i druge amiloide povezane s različitim neurodegenerativnim poremećajima kao što su Alchajmerova i Parkinsonova bolest [19,246,247], [18,248]. Različiti dokazi su pruženi iz in vitro i in vivo studije koje pokazuju prionsko ponašanje soja -Syn, kao što je objašnjeno u nastavku.

4.2. -Syn sojevi generisani in vitro

U posljednjih nekoliko godina prijavljeno je sve više dokaza o prionskim sojevima -Syn povezanih s kliničkim i patološkim varijacijama uočenim kod sinukleinopatija [29–35,249].

Ovi sojevi su definirani kao različiti i stabilni konformacijski sklopovi jednog proteina koji se mogu samoreplicirati i razmnožavati in vivo i rezultirati različitim fenotipovima bolesti. Guo et al. otkrili su dva 'soja' -Syn prethodno formiranih fibrila (puffs), kroz denovo fibrilizaciju, nazvanu 'soj A', i fibrilizaciju repetitivnog zasijavanja in vitro, nazvanu 'soj B'.

Ova dva soja su pokazala različite konformacije i upadljive razlike u unakrsnom zasijavanju tau proteina u primarnim neuronskim kulturama i in vivo [30]. Osim što su prvi put dokumentirali dokaze o sojevima fibrila -Syn, ovi nalazi su također identificirali ponašanje -Syn unakrsnog sjemena. Kasnije je nekoliko grupa iskoristilo kameleonsko svojstvo -Syn [9] i pregledalo brojne uslove rasta kako bi stvorilo sojeve -Syn in vitro. U različitim uslovima rasta uočeno je nekoliko konformaciono stabilnih i nestabilnih stanja proteina [250].

Konformacije, koje nisu termodinamički stabilne ili ne mogu uspostaviti stabilne intermolekularne interakcije, ne mogu prerasti u amiloidne fibrile. One se nazivaju državama nesposobnim za rast (Slika 3). S druge strane, stanja -Syn kompetentna za rast mogu rasti i formirati različite fibrile u zavisnosti od uslova rasta (slika 3).

Rezultirajuća vlakna pod različitim uvjetima sklapanja ne posjeduju samo različita biohemijska i biofizička svojstva, kao što su otpornost na proteaze, citotoksičnost, sposobnost sjemenja, itd. [29–32,34–36,51,53], već također utiskuju svoju arhitekturu na kćerke fibrile u zavisnosti od stanje rasta i priroda sjemena (slika 3).

Bousset et al. zaista je stvorio dva strukturno i funkcionalno različita soja -Syn, nazvana 'fibrile' i 'ribbons', koristeći različite fiziološke koncentracije soli [29]. Vlakna su izazvala veću citotoksičnost, dok je pronađeno da su trake efikasnije u induciranju -Syn inkluzija in vivo [33]. Slične razlike su dobijene sa sojevima koje su generisali Suzuki et al. [51], gdje je jedan soj izazvao akumulaciju obilnih fosforiliranih i ubikvitiniranih -Syn agregata u kultiviranim neuronima i miševima zbog svoje sposobnosti interakcije sa proteazomskim kompleksima, dok drugi soj to nije uspio [51].

Danas su različiti eksperimentalni uslovi postali uobičajena strategija za stvaranje sojeva in vitro. U slučajevima kada bi kriterijumi koji bi se nazvali 'soj', tj. trebalo bi da budu strukturna varijanta proteinskih agregata, da pokazuju sposobnost samopropagiranja i serijskog prenošenja bolesti u narednim generacijama i izazivaju kliničke i fenotipske varijacije bolesti, nisu u potpunosti ispunjeni, bilo bi prikladnije nazvati fibrile 'polimorfima'.

Ovi polimorfi mogu pokazati zapanjujuće razlike u svojoj morfologiji i strukturi [28,56,251], brzinama nukleacije [252], sposobnosti sjetve i vezivanja za membranu u stanicama [36], itd. Međutim, kao funkcionalna posljedica ovih strukturnih varijacija u polimorfima, oni mogu ili mogu ne rezultiraju različitim kliničkim podtipovima bolesti. Postoje i slučajevi polimorfizma unutar uzorka, koji se može pojaviti bez obzira na to da li su fibrile generirane in vitro [39,57,253–256] ili izvedene iz ekstrakata mozga [40,257,258].

Iako ovi mogu imati određene zajedničke karakteristike, poput sličnog monomernog nabora ili zajedničke strukture, oni također pokazuju značajne razlike u morfologiji, rasporedu lanaca ili biohemijskim svojstvima [57,256]. Dakle, različiti uvjeti sklapanja mogu generirati strukturno i funkcionalno različite fibrilarne sklopove, koji se mogu ili razmnožavati kao jedinstveni -Syn soj ili jednostavno formirati polimorfe.

Nekoliko izvještaja tvrdi o prisutnosti -Syn agregata u gastrointestinalnom traktu [259–263] i ključnoj ulozi vagalnog živca u širenju ovih agregata iz crijeva u mozak [74,76,192,264,265]. Nedavno se pokazalo da E. coli koja eksprimira curli promoviše patologiju -Syn u crijevima i mozgu miševa koji prekomjerno eksprimiraju ljudski -Syn [78]. Izloženost mikrobnim amiloidima može izazvati polimorfizam.

Umjesto toga, bilo bi zanimljivo zapitati se da li različiti oblici -Syn (polimorfi) potiču iz crijeva, šire li se u regije mozga putem retrogradnog vagalnog transporta i uzrokuju patologiju na način specifičan za soj. U tom kontekstu, uočene su strukturne i funkcionalne razlike između -Syn fibrila formiranih u prisustvu i odsustvu bakterijskog endotoksina lipopolisaharida (LPS) [31].

Poznato je da LPS modulira -Syn agregaciju stabilizacijom -helikalnih intermedijera nastalih tokom njegovog puta agregacije, što rezultira fibrilima s promjenjivom citotoksičnošću i promijenjenim ponašanjem internalizacije [266]. Nadalje, pokazalo se da -Syn prolazi kroz brojne PTM, poput fosforilacije, oksidacije metionina, acetilacija, nitracija, itd., koji su direktno povezani sa njegovom agregacijom i citotoksičnošću [94,115,267,268].

Kako je pS129 najčešći PTM i glavni oblik -Syn u inkluzijskim tijelima, može uzrokovati stvaranje soja u -Synin vivo. Ma et al. pokazalo je da fosforilacija na Ser129 omogućava proteinu da formira poseban soj koji se strukturno razlikuje sa većom citotoksičnošću i različitim svojstvima razmnožavanja in vitro iu ćelijama u poređenju sa kolegom divljeg tipa (bez fosforilacije) [269].

Ne samo fosforilacija već i N-terminalna acetilacija može dati polimorfizam fibrila [267], što sugerira da čak i mala modifikacija u -Syn aminokiselinskoj sekvenci može značajno utjecati na njenu strukturu fibrila. Promjena strukture fibrila može dalje utjecati na propagaciju fibrila in vivo selektivnim ciljanjem na različite tipove ćelija i stanične populacije unutar mozga [32].

Ove razlike specifične za soj se tada vjerno čuvaju tokom generacija [28,29,52] i dovode do kliničkih razlika u nastanku bolesti, neurološkim bolestima, profilu lezija, itd. [32]

Sve u svemu, ove studije sugeriraju da u složenom i prenaseljenom miljeu poput aćelije, suptilne promjene okoliša i stanica, prisustvo kofaktora ili drugih proteina i promjene u primarnoj sekvenci proteina mogu dovesti do stvaranja različitih polimorfa ili sojeva. , što rezultira različitim ishodima bolesti.

For more information:1950477648nn@gmail.com