Прионный белок: молекула многих форм и лиц. Часть 2

5. Прионный белок и ишемические инсульты.

В предыдущем разделе мы заметили, что нокаутные животные более уязвимы к окислительному стрессу. Исследования подтверждают идею о том, что PrPC действует как антиоксидант, регулируя активность глутатионредуктазы [117,118] и регулируя супероксиддисмутазу (СОД) посредством связывания ионов [119–123].

Окислительный стресс – это явление, при котором организм вырабатывает слишком много свободных радикалов и других активных оксидантов при физиологических и патологических условиях, что превышает способность клиренса, вызывая тем самым повреждение клеток и тканей. Многие исследования показали, что окислительный стресс тесно связан со многими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и т. д.

Однако недавние исследования показали, что умеренная степень окислительного стресса может помочь улучшить память. Некоторые ученые полагают, что умеренная степень окислительного стресса может стимулировать нейроны вырабатывать больше антиоксидантов, тем самым улучшая их способность переносить окислительный стресс, защищая нейроны от вмешательства ошибочных сигналов и, таким образом, улучшая обучение и память.

Кроме того, исследования показали, что умеренная степень окислительного стресса также может способствовать образованию и укреплению синапсов, что также является ключевым фактором памяти. Исследователи обнаружили, что некоторые полезные молекулы окислительного стресса могут стимулировать образование синапсов и способствовать их укреплению, тем самым улучшая функции обучения и памяти.

Поэтому, чтобы улучшить память, нам не следует чрезмерно сопротивляться окислительному стрессу. Умеренный уровень окислительного стресса полезен для человеческого организма, и его можно стимулировать и бороться с ним, занимаясь физическими упражнениями и потребляя продукты, богатые антиоксидантами. В то же время нам также необходимо уделять внимание контролю степени окислительного стресса и обеспечивать его умеренный диапазон для достижения наилучшего эффекта улучшения здоровья и памяти. Видно, что нам необходимо улучшить память, а цистанхе может значительно улучшить память, потому что цистанхе — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффект Cistanche обусловлен различными содержащимися в нем активными ингредиентами, в том числе дубильной кислотой, полисахаридами, флавоноидными гликозидами и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга разными способами.

Нажмите «Узнайте 10 способов улучшить память»

У мышей с нокаутом PrP наблюдалась сниженная защита от АФК, тогда как у мышей, инфицированных прионами, наблюдался повышенный уровень окислительного стресса, скорее всего, вследствие потери функции PrPC [124–126].

В условиях окислительного стресса уровни мРНК PrP увеличиваются, что означает, что окислительный стресс усиливает экспрессию PrPC [127]. Ишемический инсульт — это состояние, при котором потеря кровотока в области мозга вызывает гипоксические состояния и повреждение головного мозга [128].

Животные модели с нокаутом PrP, подверженные ишемии, показали интенсивное ишемическое повреждение и пониженную вероятность регенерации, тогда как возможность синтеза PrPC приводила к сверхэкспрессии PrPC и уменьшению ишемического повреждения [127].

Исследования ишемических инсультов показали, что сверхэкспрессия PrPC может уменьшить размер поражения по сравнению с мышами дикого типа, что приписывает PrPC защитную роль при повреждении при ишемии [129–135].

После ишемического инсульта PrPC связан с нейропротекторными и регенеративными процессами, взаимодействуя с различными цитозольными и трансмембранными сигнальными белками.

Среди прочего, PrPC был связан с активацией киназы, регулируемой внеклеточными сигналами (ERK1/2) [133,136,137], активацией пути фосфатидилинозитол3-киназы/протеинкиназы B/Akt (PI3K/Akt) [138– 142], модуляция токсичности, опосредованной рецептором N-метилD-аспартата (NMDA) [143], активация пути цАМФ-зависимой протеинкиназы А (PKA) [144–146] и взаимодействие со стресс-индуцируемым белком 1 (STI1) [142] 146], все это приводит к выживанию нейронов, росту нейритов и нейропротекции.

PrPC является рецептором киназы Fyn, члена семейства тирозинкиназ (SFK) Src [146]. Посредством активации киназы Fyn PrPC опосредует индуцированную олигомерами токсичность при нейродегенеративных заболеваниях [147–150] и способствует росту нейритов за счет фосфорилирования домена GluN2A молекулы адгезии нейрональных клеток (NCAM) [151].

Fyn-киназа и другие члены семейства SFK участвуют в ишемическом повреждении [152–155]. Ингибирование SFK в модели глобальной ишемии и ингибирование Fyn-опосредованного фосфорилирования GluN2A в модели неонатального HII приводили к увеличению выживаемости нейронов [152–155]. 156–158], тогда как сверхэкспрессия Fyn в модели неонатального HII приводила к усилению повреждения головного мозга [159].

Ингибирование SFK на мышиной модели ишемии также приводило к уменьшению объема ишемии и улучшению церебральной функции после провокации [155].

Поскольку этот эффект не наблюдался у мышей с нокаутом Fyn, мы подозреваем, что лиганды, отличные от киназы Fyn, также могут влиять на восстановление после ишемии [155]. Было также показано, что фрагменты PrPC участвуют в ишемическом инсульте.

Было показано, что фрагменты N1 и N2 действуют защитно при клеточном стрессе [160–162] и модулируют покой нейральных стволовых клеток во взрослом нейрогенезе после инсульта [163], тогда как фрагменты PrPCC1 и C2 участвуют в регуляции p53-зависимого апоптоза и выживаемость клеток [164]. Было обнаружено, что фрагмент C1 обогащен малыми EV (EV), где он действовал аналогично товирусным поверхностным белкам [165,166].

Благодаря этому он может влиять на межклеточный обмен информацией между СЭВ и их клетками-мишенями, а также способствовать их поглощению [63].Brenna et al. изучили сходство между клеточным поглощением SEVs головного мозга у мышей с нокаутом PrP и мышей дикого типа после инсульта [128].

Они показали, что PrP, ослабляющий sEV, поглощался значительно быстрее и с большей эффективностью и легче сортировался в лизосомы, чем sEV, содержащие PrP и фрагмент C1 [128].

Также было обнаружено, что фрагмент N1 участвует в регуляции взаимодействий между микроглией и другими клетками головного мозга. Недавнее исследование in vitro на системе совместного культивирования смешанной линии нейронов и микроглии показало, что фрагмент N1 стимулирует изменение морфологии и метаболизма клеток и индуцирует секрецию Cxcl10 [167].

Кроме того, было показано, что фрагмент N1 влияет на микроглию, изменяя состав мембраны в сторону более высокого содержания GM1 в местах взаимодействия с окружающими клетками в совместной культуре, но только при прямом межклеточном контакте [167].

Было также предложено, чтобы фрагмент N1 защищал нейроны от стауроспорин-индуцированной активации каспазы-3 в ишемической модели сетчатки крысы [60]. Эти результаты подтверждаются исследованиями in vitro, в которых экспрессия PrPC защищала от апоптоза, индуцированного стауроспорином или анизомицином [144,146]. Фрагмент N1 также связан с нейропротекцией при нейродегенеративных заболеваниях, что более подробно обсуждается в следующем разделе.

В присутствии заякоренного PrPC рекомбинантный PrP (recPrP) может индуцировать передачу сигналов ERK1/2 и Akt на мезенхимальных стволовых клетках, которые могут поддерживать дифференцировку нейронов [168], способствовать росту нейритов и облегчать наведение конуса роста аксонов [169].

Недавно сообщалось, что RecPrP способствует росту нейритов и миграции шванновских клеток по пути ERK1/2 [170].

В активации участвовали рецепторы NMDA, белок, родственный рецептору липопротеинов низкой плотности -1 (LRP1), SFK и рецепторы Trk; по-видимому, это происходит независимо от закрепленного PrPC [170].

В этом механизме SFK играют решающую роль в клеточной передаче сигналов, инициируемой RecPrP, путем активации рецепторов Trk, которые находятся выше ERK1/2 [170,171]. Хотя в RecPrP отсутствует гликозилирование, его можно считать подходящим аналогом выделенного PrP.

Прионный белок и его фрагменты связаны с межклеточной коммуникацией и передачей сигналов, окислительным стрессом и нейропротекцией и представляют собой привлекательную мишень для лечения и регуляции этих механизмов. Тем не менее, необходимо провести дальнейшие исследования для подтверждения влияния этих молекул на упомянутые механизмы.

6. Прионный белок и нейродегенерация

Нейродегенерация — это прогрессирующая потеря структуры или функции нейронов, которая в конечном итоге может привести к гибели клеток. На молекулярном уровне нейродегенерация связана с накоплением неправильно свернутых белков.

Накопление белковых агрегатов вызывает дисфункцию митохондрий, вызывает окислительный стресс и в конечном итоге приводит к хроническому воспалению. Нейродегенерация возникает при таких заболеваниях, как прионная болезнь, БП и БА, вследствие агрегации PrPSc [26,172,173], -син [174–177] и изоформ А [178,179] и тау-белка [180–183] соответственно.

Установлено, что прионный белок или его фрагменты взаимодействуют с агрегирующими агентами при различных нейродегенеративных заболеваниях, но их роль зависит от изучаемых условий [24,81,184,185].

Сообщалось, что PrPC связывает широкий спектр олигомеров, богатых -листами, связанных с нейродегенеративными заболеваниями [148–150].

PrPC взаимодействует с метаботропным глутаматным рецептором5 (mGluR5) и опосредует индуцированную олигомерами токсичность посредством киназы Fyn [175,186–188].

Активированная киназа Fyn может фосфорилировать субъединицы GluN2A и GluN2B NMDA-рецепторов, которые затем гиперактивируются и вызывают приток кальция и гибель клеток [20,189].

Также было показано, что PrPC может активировать токсичность олигомера A, опосредованную Fyn-киназой, путем взаимодействия с LRP1 [190]. Недавнее исследование в этой области показало, что, помимо LRP1, этот процесс включает активированный 2-макроглобулин и активатор плазминогена тканевого типа [191].

Исследования показали, что связывание агрегатов растворимых белков с PrPC вызывает нейротоксичность и ингибирует долговременное потенцирование (LTP) [30,192]. Также были опубликованы противоположные исследования, в которых не сообщается о значительном влиянии уровней PrPC на А-индуцированный ДП у мышей с нокаутом PrP [193], абляцию клеток или сверхэкспрессию PrP [194].

Причины этих расхождений неясны, но они могут быть связаны с использованием разных модельных систем, а также токсичных или нетоксичных видов [195]. Олигомеры связываются с PrPC в двух сайтах связывания внутри гибкой N-концевой части PrPC, между аминокислотными остатками 23–23. 27 и 92–110 [192,195,196]. Сообщалось, что помимо А-олигомеров PrPC является рецептором для -син-олигомеров и тау-агрегатов.

Подобно А-олигомерам, закрепленный PrPC связывает небольшие растворимые агрегаты или более короткие фибриллы -син-олигомеров или тау-агрегатов внутри гибкой N-концевой части [30,175,185,197-199]. Было также показано, что PrPC поглощает рекомбинантные -син-фибриллы.

Модельная система, лишенная PrPC, показала более низкое поглощение -syn и -syn фибрилл по сравнению с контролем [177,185,197], что привело к меньшей агрегации -syn, активации астроглии и потере дофаминергических нейронов в мозге мышей с нокаутом PrP [185].

Более того, у мышей с нокаутом PrP не наблюдалось -syn-индуцированных нарушений LTP, тогда как обработка анти-PrPantibody предотвращала -syn-индуцированные дефекты LTP в модели БП [175]. Хотя упомянутые исследования подтверждают взаимодействие PrPC и -син-олигомера, La Vitola et al. показали, что PrPC не является обязательным для опосредования вредных эффектов -син-олигомера in vitro или in vivo [33].

Хотя это несоответствие не удалось объяснить в ходе исследования, оно также могло возникнуть из-за использования другого протокола приготовления растворимых агрегатов или использования разных модельных систем.

Также было показано, что закреплённый PrPC связывает агрегаты тау и, по-видимому, облегчает их поглощение [30,198,200]. Было показано, что отсутствие PrPC или предварительная обработка антителами, блокирующими PrP, снижает поглощение рекомбинантных агрегатов тау и устраняет токсичность, вызванную агрегатами тау [30,198,200].

Исследования рекомбинантного фрагмента PrP N1 при нейродегенеративных заболеваниях показали, что эти молекулы могут связывать токсичные олигомеры А в участках между аминокислотными остатками 23–31 и 95–105.

Фрагмент N1 нейтрализует токсичные олигомеры А, захватывая их во внеклеточном пространстве, и снижает индуцированную олигомерами токсичность [61,195,201-204]. Защитные эффекты фрагмента N1 также наблюдались in vivo у мышей, подвергшихся острой А-индуцированной токсичности [203]. Беланд и его коллеги наблюдали увеличение расщепления PrPC в мозге пациентов с БА [205].

Поскольку фрагмент N1 в значительной степени связывает олигомеры А, можно указать, что расщепление действует защитно при развитии заболеваний [205], тогда как ингибирование продукции N1 способствует прогрессированию БА [42].

Выделение PrP снижает уровень закрепленного в клетках PrPC [78]. Это приводит к снижению уровня субстрата для репликации прионов и снижению уровня рецептора токсиколигомеров [85, 206].

Считается, что подобно фрагменту N1 выделенный PrP защищает от прионных заболеваний и других нейродегенеративных заболеваний [40,79,81]. Как упоминалось в предыдущем разделе, RecPrP аналогичен сбрасываемому PrP.

Хотя в нем отсутствуют гликаны, этот рецепт можно использовать в качестве модели для прогнозирования роли выделяемого PrP в заболеваниях. Было обнаружено, что RecPrP увеличивает развитие синапсов и рост нейритов в присутствии закрепленного PrPC [170,207].

Подобно фрагменту N1, RecPrP также ингибировал образование олигомера А и нейтрализовал токсичность олигомера А в модели AD [203]. Исследования in vitro с использованием RecPrP и его производных показали, что как N-концевые, так и C-концевые домены PrP необходимы для эффективного ингибирования удлинения A-фибриллы [202,208] и подтверждают защитную роль отбрасываемого PrP в ингибировании образования A-фибрилл.

Было также показано, что RecPrP связывает тау-агрегаты и -синолигомеры и может нейтрализовать их токсичность [30]. Хотя выделение PrPC действует защитно, усиленное выделение PrPC может привести к негативной биологической активности, такой как воспаление в ЦНС [83,209]. Ярош-Гриффитс и др. [82] недавно сообщили о защитной роли PrPshedding.

Авторы сообщили, что нокдаун ADAM10, опосредованный siRNA, снижает выделение PrPC и увеличивает связывание олигомера A, тогда как ацитретин способствует выделению PrPC и снижает связывание олигомера A в клетках нейробластомы и в индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клетках [82].

В недавней статье Linsenmeier et al. исследователи оценили роль индифферентных моделей выделения PrP [81]. Используя поликлональное антитело sPrPG228, которое специфически распознавало мышиный PrP, заканчивающийся на G228 [210], они показали, что у мышей, больных прионами, PrP колокализуется с PrPSc в амилоидных бляшках. Подобно модели прионного заболевания, выделенный PrP также распределялся по отложениям А в мозгу мышей 5xFAD, где он был обнаружен связанным с олигомерами А и обнаруживался в центре многих амилоидных бляшек.

Благодаря знаниям в этой области авторы предположили, что физиологически выделенный PrP может действовать защитно при прионных заболеваниях и БА, блокируя токсичные олигомеры и/или осаждая их в менее токсичные отложения [81,211].

RecPrP и N1 могут также ингибировать олигомеризацию A, нейтрализовать цитотоксичность ранее существовавших олигомеров A, предотвращать связывание олигомеров с PrPC на клеточной поверхности и предотвращать A-индуцированное нарушение LTP [212].

Поскольку и RecPrP, и N1 содержат предполагаемые места связывания белковых олигомеров, сообщалось, что обе молекулы также связывают -син-олигомеры, а также опосредуют совместную кластеризацию -син-олигомеров и AD-ассоциированных амилоидных олигомеров [199].

PrPC обогащен внеклеточными везикулами (EV) [128,213,214]. Мало что известно о физиологических функциях PrPC в ЭВ. Несколько исследований показали, что PrPC inEVs защищает клетки от токсичности А [214–217].

Механизм нейтрализации токсичных олигомеров А ЭВ неизвестен; тем не менее, предполагается, что это похоже на процесс, опосредованный RecPrP или N1-.

Было высказано предположение, что экзосомальный PrPC захватывает олигомеры A в N-концевой области PrP (аминокислотные остатки 23–31 и 95–105) [203], нейтрализует олигомеры, способствует образованию фибрилл A и усиливает интернализацию и деградацию агрегатов. микроглией [214–217].

Поскольку было показано, что RecPrP и заякоренный PrPCha связывают тау- и -син-олигомеры [30], ожидается, что экзосомальные PrPs будут действовать таким же образом. Связывая свободные токсичные тау- или -син-олигомеры во внеклеточном пространстве, экзосомальные PrP предотвращают связывание токсических олигомеров с закрепленным PrPC и ингибируют передачу токсических сигналов в ЦНС пациентов с заболеваниями.

Экзосомы, ассоциированные с PrPSc, заразны и представляют опасность распространения прионной болезни [218–222]. Хотя прямых исследований пока нет, экзосомальный PrPC также может вызывать воспаление ЦНС. Необходимо провести дополнительную работу для изучения других биологических активностей, которыми может обладать экзосомальный PrPC.

For more information:1950477648nn@gmail.com