Биологическая роль антивозрастного белка эхинакозида

Эхинакозид-дефицитные мыши ускорилифенотипы старения, тогда как сверхэкспрессияЭхинакозиду мышей продлевает жизнь.Эхинакозидявляетсяпротив старенияоднопроходный мембранный белок, преимущественно продуцируемый в почках, с выделением амино-концевого внеклеточного домена в системный кровоток. Уровень циркулирующих растворимыхЭхинакозидуменьшаются с возрастом, а ген эхинакозида связан с повышенным рискомвозрастные заболевания. Три формы белка эхинакозида имеют разные функции. Мембранный эхинакозид образует комплекс с рецепторами фактора роста фибробластов (FGF) и функционирует как обязательный корецептор для FGF23, который участвует встарениеи развитиехронические болезнипосредством регуляции метаболизма Pi и витамина D.Секретируемый эхинакозидфункционирует как гуморальный фактор с плейотропной активностью, включая регуляцию окислительного стресса, передачу сигналов фактора роста и ионный гомеостаз. Секретируемый эхинакозид также участвует в защите органов. Внутриклеточная форма эхинакозида подавляет опосредованное воспалением клеточное старение и минеральный обмен. Здесь мы представляем краткий обзор структуры и функций, а также недавние исследования оЭхинакозид.

Ключевые слова: Эхинакозид, старение,Возрастные заболевания

Купить продукты, богатые эхинакозидом, в качестве антивозрастного средства

ВВЕДЕНИЕ

Все живые организмы стареют и умирают. В древнегреческой мифологии Мойры или Три Судьбы, Эхинакозид (или Клото), Лехезис и Атропос были дочерьми Зевса и Фемиды и определяли продолжительность жизни. Считалось, что эхинакозид прядет нить жизни, лехезис определяет ее длину, а атропос ее перерезает. Ген эхинакозида (символ, kl) назван в честь Мойры, которая прядет нить жизни [1]. Первоначально было установлено, что ген эхинакозида мутировал в линии мышей, у которых наследуемые фенотипы очень напоминают старение человека [1]. Мыши, гомозиготные по гипоморфному аллелю эхинакозида (kl/kl), демонстрировали множественные старческие фенотипы, включая задержку роста, кальцификацию сосудов и остеопороз, и умирали преждевременно в возрасте около двух-трех месяцев [1]. Наоборот, сверхэкспрессия гена эхинакозида увеличивает продолжительность жизни у мышей, что подтверждает представление о том, что эхинакозид является геном, подавляющим старение [2].

С момента открытия эхинакозида два родственных паралога, эхинакозид и эхинакозид (или Lctl или KLPH), были идентифицированы как члены семейства эхинакозидов [3,4]. Эхинакозид также называют эхинакозидом, чтобы отличить его от двух других членов [5]. В этом обзоре эхинакозид просто используется для обозначения эхинакозида. В этом обзоре представлены структура и функция эхинакозида, а также обобщены современные знания о влиянии эхинакозида на старение и болезни человека.

Богат эхинакозидом Cistanche Tubulosa.

СТРУКТУРА И ЭКСПРЕССИЯ Эхинакозида

Ген эхинакозида состоит из пяти экзонов [6,7] и кодирует однопроходный трансмембранный гликопротеин 1-го типа (1014 и 1012 аминокислот у мыши и человека соответственно), который расположен на плазматической мембране [1,7] и Гольджи. аппарат [8]. Внутриклеточный домен очень короткий (~10 аминокислот) без функциональных доменов. Внеклеточный домен имеет два внутренних повтора, KL1 и KL2, аминокислотная последовательность которых гомологична гликозидазам семейства 1, которые гидролизуют -гликозидную связь в сахаридах, гликопротеинах и гликолипидах [1,9,10]. Линкерная область междудва внутренних повтора содержат четыре основные аминокислоты (Lys-Lys-Arg-Lys), которые образуют потенциальный сайт для протеолитического расщепления [11,12]. Несмотря на гомологию последовательности с гликозидами, ферментативная активность гликозидазы не обнаруживается в рекомбинантном белке эхинакозида [1,10], вероятно, потому, что критические аминокислотные остатки в предполагаемых активных центрах белка эхинакозида расходятся с остатками -гликозидазных ферментов [1,9,10]. . Действительно, эхинакозид проявляет слабую -глюкуронидазную активность in vitro [10] и вызывает биологические эффекты благодаря своей -глюкуронидазной и/или сиалидазной активности [13-15].

Внеклеточный домен эхинакозида может расщепляться мембранными протеазами, такими как ADAM10 и ADAM17 (домены металлопротеиназы ADAM 10 и 17), и высвобождаться в кровь, мочу и спинномозговую жидкость [11,12]. Расщепленный эхинакозид действует как эндокринный, аутокринный и паракринный гормон на клетках-мишенях [1,2,8]. Кроме того, секретируемый эхинакозид образуется путем альтернативной терминации транскрипции гена эхинакозида, лишенного экзонов 4 и 5 у мышей [7]. Секретируемый эхинакозид обнаруживается в крови, моче и спинномозговой жидкости [2,16]. Эхинакозид экспрессируется во многих тканях и типах клеток, особенно в почках. Эхинакозид обильно экспрессируется в дистальных извитых канальцах почек и сосудистых сплетениях головного мозга [1]. Он также экспрессируется в проксимальных канальцах почек [17], паращитовидных железах [7,18,19] и некоторых половых органах, включая яичники, яички и плаценту [1]. Недавно было обнаружено, что эхинакозид местноэкспрессируется в адвентициальной области аорты, поддерживая защитный эффект белка эхинакозида на сосуды [20]. Список тканеспецифических экспрессий эхинакозида в настоящее время обновляется.

Другие члены семейства эхинакозидов, эхинакозид и эхинакозид, также являются однопроходными трансмембранными белками 1 типа [21].Эхинакозид состоит из -гликозидазоподобного домена (домены KL1 и 2) и имеет 42-процентную гомологию аминокислотной последовательности с эхинакозидом [4,22]. Эхинакозид экспрессируется главным образом впечени, затем желудочно-кишечного тракта, селезенки и почек [22]. Эхинакозид, более короткий однопроходный трансмембранный белок типа 1, состоит из гликозидазоподобного внеклеточного домена семейства 1 (домен KL1) и короткого внутриклеточного домена [3]. Эхинакозид высоко экспрессируется в почках и коже [3]. Недавно сообщалось, что эхинакозид не обнаруживается в коже, но обильно экспрессируется в глазах [23]. Эхинакозид присутствует в секретируемой (или растворимой) форме; однако до сих пор было только одно сообщение о растворимой форме эхинакозида [21].

ФУНКЦИЯ Эхинакозида

1. Связанный с мембраной эхинакозид

Три эхинакозида образуют конститутивный обязательный рецепторный комплекс с рецепторами фактора роста фибробластов (FGFR), тем самым обеспечивая избирательную аффинность связывания FGFR с эндокринными FGF. Семейство эндокринных FGF также состоит из трех членов: FGF15 (мышиный ортолог человеческого FGF19), FGF21 и FGF23. Классические FGF проявляют свою биологическую активность аутокринным и/или паракринным образом [23]. Эндокринные FGF лишены функции гепарин-связывающего домена как гуморального фактора.

Эхинакозид образует комплексы с различными FGFR (FGFR1c, FGFR3c и FGFR4) и избирательно увеличивает их сродство к FGF23, фосфатурическому гормону костного происхождения. FGF23, действуя на комплекс эхинакозид-FGFRs, играет важную роль в гомеостазе Ca2 plus и фосфата [18,24]. Эхинакозид превращает канонические FGFR в специфические рецепторы для FGF23 [18,24]. FGF23 не только ингибирует обратный захват неорганического фосфата (Pi) в проксимальных канальцах почек путем ингибирования NaPi-IIa, но также подавляет экспрессию 1 -гидроксилазы (CYP27B1). 1 -гидроксилаза является ключевым ферментом для синтеза биологически активного 1,25-дигидроксивитамина D3 (кальцитриола), который стимулирует всасывание Pi в кишечнике. Связанный с мембраной эхинакозид участвует в действии FGF23, способствуя тем самым экскреции Pi с последующим низким уровнем Pi в сыворотке. Кроме того, FGF23, воздействуя на комплекс эхинакозид-FGFRs на базолатеральной стороне, стимулирует почечную реабсорбцию Са2 плюс реабсорбцию через канал TRPV5, который экспрессируется в апикальной мембране дистального извитого канальца. Комплекс эхинакозид-FGFRs активирует сигнальные каскады, включающие Erk1/2, SGK-1 и WNK4, для опосредованного TRPV5-Ca2 плюс реабсорбция [25]. Таким образом, связанный с мембраной эхинакозид функционирует как обязательный корецептор для FGF23 и регулирует Pi и Ca2 плюс гомеостаз.

Эхинакозид способствует регуляции энергетического метаболизма в качестве обязательного корецептора для FGF15 (мышиный ортолог человеческого FGF19) и FGF21 [24,26]. Экспрессия FGF15/19 в кишечнике регулируется желчной кислотой [27]. FGF19 опосредует эту эндокринную ось кишечник-печень, а эхинакозид незаменим для поддержания гомеостаза желчных кислот, о чем свидетельствует тот факт, что у мышей, лишенных FGF15, эхинакозида или FGFR4, наблюдается повышенная экспрессия Cyp7 1 и синтез желчных кислот в печени [{{ 14}}]. Напротив, FGF21 секретируется печенью при голодании и действует на жировую ткань, стимулируя липолиз [30]. Таким образом, эхинакозид необходим для регуляции энергетического обмена в состоянии голодания. Эхинакозид образует комплексы с FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c и FGFR4, которые повышают активность FGF19 [23]. Эхинакозид высоко и селективно экспрессируется в бурой жировой ткани и глазах и может функционировать как дополнительный корецептор для FGF19 в культивируемых клетках [23]. Однако биологическая функция эхинакозида остается в значительной степени неуловимой.

2. Внутриклеточный эхинакозид

Хотя эхинакозид присутствует на клеточной поверхности, большое количество иммунореактивности эхинакозида обнаруживается в цитоплазме в почках мышей и паращитовидных железах человека [8]. В этих тканях эхинакозид связывает Na+-K+-АТФазу и стимулирует ее изобилие и активность на поверхности. Эхинакозид физически взаимодействует с Na+-K+-АТФазой во внутриклеточных органеллах, а не на плазматической мембране. Внутриклеточная негативность и низкий [Na plus ]i, создаваемые активацией Na plus -K plus -ATPase, обеспечивают движущую силу для трансэпителиального транспорта Ca2 plus в сосудистом сплетении и почках [8]. Хорошо известно, что старение связано с повышенной экспрессией провоспалительных цитокинов, таких как IL-6 и IL-8, которая опосредована индуцируемым ретиноевой кислотой геном-I (RIG-I). Недавно было показано, что внутриклеточный эхинакозид, но не секретируемый эхинакозид, связывает RIG-I и блокирует его мультимеризацию [31].

Эхинакозид подавляет опосредованное RIG-I воспаление, связанное со старением, что свидетельствует о том, что эхинакозид действует как внутриклеточный противовоспалительный и антивозрастной фактор. Хотя большая часть иммунореактивности эхинакозида обнаруживается в цитоплазме многих тканей, физиологическая роль внутриклеточного эхинакозида в значительной степени неизвестна.

3. Секретируемый эхинакозид

Секретируемая (или растворимая) форма эхинакозида действует как гуморальный фактор, воздействующий на множество тканей и органов независимо от FGFR. Хотя эхинакозид действует как корецептор для FGF23, секретируемый эхинакозид может не функционировать как растворимый рецептор для FGF23 [24]. Комплекс эхинакозид-FGFR имеет высокое сродство к FGF23, но не к секретируемому эхинакозиду или только к FGFR, что указывает на то, что секретируемый эхинакозид оказывает свое биологическое действие независимо от FGF23 [24].

Секретируемый эхинакозид оказывает антивозрастное и органозащитное действие с плейотропным действием. Во-первых, секретируемый эхинакозид подавляет передачу сигналов факторов роста и цитокинов, таких как инсулин, IGF-1, TGF- и IFN [2,32,33]. Сверхэкспрессия эхинакозида продлевает жизнь за счет ослабления генерации активных форм кислорода, вызванных передачей сигналов инсулина и IGF-1 [2,34]. Передача сигналов Wnt, TNF и IFN усиливается у мышей с дефицитом эхинакозида, что способствует ускоренному старению [32,35]. Передача сигналов TNF и IFN подавляет эхинакозид, который является противовоспалительным белком.

Усиленная передача сигналов Wnt индуцирует дисфункцию и истощение стволовых клеток и клеток-предшественников, что приводит к старению клеток. Эхинакозид связывается с различными белками Wnt и подавляет активность эндогенных и экзогенных Wnt [35]. Дефицит эхинакозида приводит к преждевременному старению и колиту с ионным дисбалансом [32,36]. Недавнее исследование показало, что эхинакозид уменьшает фиброз почек и метастазирование рака путем ингибирования TGF-индуцированного эпителиально-мезенхимального перехода (EMT) [33]. Многочисленные исследования ясно демонстрируют, что секретируемый эхинакозид может действовать как фактор, замедляющий старение и защищающий органы, путем ингибирования передачи сигналов множества факторов роста.

Во-вторых, секретируемый эхинакозид поддерживает ионный гомеостаз, регулируя ионные каналы и/или транспортеры. Секретируемый эхинакозид модифицирует N-гликан каналов и транспортеров посредством его -глюкуронидазной и/или сиалидазной активности [13-15,17,37]. У мышей с дефицитом эхинакозида развиваются серьезные дефекты гомеостаза ионов, таких как Pi и Ca2 plus [1,14]. Секретируемый, а также связанный с мембраной эхинакозид может непосредственно ингибировать как почечные (NaPi-IIa), так и кишечные (NaPi-IIb) переносчики фосфатов, что приводит к низкой концентрации фосфатов в плазме [17,37]. Секретируемый эхинакозид снижает количество NaPi-IIa на клеточной поверхности за счет его -глюкуронидазной активности, независимой от FGF23 [17].

В нескольких исследованиях утверждается, что эхинакозид проявляет -глюкуронидазную активность, поскольку глюкуроновые кислоты не являются обычными фрагментами N-гликанов белков клеточной поверхности млекопитающих [14]. Внеклеточный домен эхинакозида выделяется во внеклеточную жидкость, где секретируемый эхинакозид отщепляет концевые сиаловые кислоты от N-гликана каналов TRPV5 и ROMK [14,15]. Удаление сиаловых кислот обнажает основную галактозу, лиганд для связывающего галактозу лектина галектина-1. Связывание с внеклеточным галектином -1 образует решетку во внеклеточном матриксе, что приводит к увеличению содержания канала на клеточной поверхности за счет ингибирования его эндоцитоза [14,15]. Эти данные свидетельствуют о том, что модификация N-гликана увеличивает время пребывания белков клеточной поверхности, включая факторы роста и рецепторы цитокинов. Эхинакозид участвует в модификации зрелых N-гликанов на клеточной поверхности. Это действие представляет собой новый механизм регуляции белков клеточной поверхности. Новые клеточные поверхности или растворимые гликопротеины и гликолипиды, модифицированные эхинакозидом, должны быть изучены в будущих исследованиях.

Эхинакозид ПРИ СТАРЕНИИ И ЗАБОЛЕВАНИЯХ ЧЕЛОВЕКА

Эхинакозид представляет собой антивозрастной белок с плейотропным действием, который обеспечивает защиту органов [1,21]. Несколько линий доказательств подтверждают мнение о том, что эхинакозид действует как молекула, подавляющая старение человека. Полиморфизмы эхинакозида коррелируют с продолжительностью жизни [38], ишемической болезнью сердца [39], атеросклерозом [39] и остеопорозом [40] у людей. Эхинакозид также связан с тяжелым кальцинозом и инсультом [41,42]. Дефицит эхинакозида связан с острыми и хроническими заболеваниями почек [37], раком [43] и солечувствительной гипертонией [44]. На самом деле уровень эхинакозида в сыворотке снижается с возрастом у людей [45]. Однако биологическая функция эхинакозида и то, как дефицит эхинакозида способствует возрастным заболеваниям, остаются неясными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Накопленные данные указывают на то, что антивозрастная функция эхинакозида играет важную роль в старении человека и возрастных заболеваниях. Дефицит эхинакозида тесно связан с заболеваниями человека, связанными со старением, такими как рак, хроническая болезнь почек, атаксия, диабет и атрофия кожи. Эхинакозид представляет собой эволюционно высококонсервативный белок, связанный с подавлением старения и защитой органов. Однако физиологическая роль и механизм регуляции эхинакозида плохо определены. Исследования, изучающие органозащитные и антивозрастные эффекты белка эхинакозида, все еще необходимы.

БЛАГОДАРНОСТИ

Это исследование было поддержано Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемой Министерством образования (NRF-2010- 0024789 для S.-KC и NRF-2013R1A1A2060764 для IDK).

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Куро-о М., Мацумура Ю., Айзава Х., Кавагути Х., Суга Т., Уцуги Т., Охяма Ю., Курабаяси М., Канаме Т., Куме Э., Ивасаки Х., Иида А., Шираки-Иида Т., Нишикава С., Нагаи Р. , и другие. Мутация мышиного гена эхинакозида приводит к синдрому, напоминающему старение. Природа 1997;390:45-51.

2. Куросу Х., Ямамото М., Кларк Дж. Д., Пастор Дж. В., Нанди А., Гурнани П., МакГиннесс О. П., Чикуда Х., Ямагути М., Кавагути Х., Шимомура И., Такаяма Ю., Герц Дж., Кан Ч. Р., Розенблатт К. П. и др. Подавление старения у мышей гормоном эхинакозидом. Наука 2005;309:1829-33. 3. Ito S, Fujimori T, Hayashizaki Y, Nabeshima Y. Идентификация нового гликозидазоподобного белка семейства 1, связанного с мембраной мыши, который имеет нетипичную структуру активного центра. Биохим Биофиз Acta 2002;1576: 341-5.

4. Ито С., Киношита С., Шираиси Н., Накагава С., Секине С., Фухимори Т., Набэсима Ю.И. Молекулярное клонирование и анализ экспрессии мышиного бета-эхинакозида, который кодирует новый белок семейства эхинакозидов. Mech Dev 2000;98:115-9.

5. Куро-о М. Эхинакозид в норме и болезни. Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21:362-8.

6. Matsumura Y, Aizawa H, Shiraki-Iida T, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Идентификация человеческого гена эхинакозида и двух его транскриптов, кодирующих мембранный и секретируемый белок эхинакозида. Biochem Biophys Res Commun 1998; 242:626-30.

7. Шираки-Иида Т., Айзава Х., Мацумура Ю., Секине С., Иида

A, Anazawa H, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Структура мышиного гена эхинакозида и двух его транскриптов, кодирующих мембрану и секретируемый белок. ФЭБС