GTP Ενεργειακή Εξάρτηση της Ενδοκυττάρωσης και της Αυτοφαγίας στη Γήρανση του Εγκεφάλου και στη Νόσο του Αλτσχάιμερ

Αφηρημένη

Αυξημένο ενδιαφέρον για τη γήρανση καιΗ ασθένεια ΑλτσχάϊμερΟι βλάβες που σχετίζονται με (AD) στην αυτοφαγία στον εγκέφαλο εγείρουν σημαντικά ερωτήματα σχετικά με τη ρύθμιση και τη θεραπεία. Δεδομένου ότι πολλά στάδια στην ενδοκυττάρωση και την αυτοφαγία εξαρτώνται από τις GTPases, απαιτούνται νέες μετρήσεις των κυτταρικών επιπέδων GTP γιααξιολόγηση της ενεργειακής ρύθμισης στη γήρανση και την AD. Η πρόσφατη ανάπτυξη αναλογικών αισθητήρων GTP (GEVALS) και τα ευρήματα ότι τα επίπεδα GTP δεν είναι ομοιογενή μέσα στα κύτταρα αυξάνουννέα θέματα ρύθμισης των GTPasesαπό την τοπική διαθεσιμότητα του GTP. Σε αυτήν την ανασκόπηση, επισημαίνουμε τομεταβολισμό της GTPσε σχέση με τις Rab GTPases που εμπλέκονται στο σχηματισμό πρώιμων ενδοσωμάτων, όψιμων ενδοσωμάτων και λυσοσωμικής μεταφοράς για την εκτέλεση της αυτοφαγικής αποδόμησης του κατεστραμμένου φορτίου. Οι ειδικές GTPases ελέγχουν τη μακροαυτοφαγία (μιτοφαγία), τη μικροαυτοφαγία και την αυτοφαγία που προκαλείται από συνοδό (CMA). Συμπερασματικά, τα τοπικά επίπεδα GTP θα έλεγχαν την αυτοφαγία, αν όχι σε περίσσεια. Πρόσθετα επίπεδα ελέγχου επιβάλλονται από την οξειδοαναγωγική κατάσταση του κυττάρου, συμπεριλαμβανομένης της συμμετοχής της θειορεδοξίνης. Σε όλη αυτή την ανασκόπηση, τονίζουμε τοαλλαγές που σχετίζονται με την ηλικίααυτό θα μπορούσεσυμβάλλουν σε ελλείμματα σε GTP και AD. Ολοκληρώνουμε με προοπτικές για την ενίσχυση των επιπέδων GTP και την αντιστροφή των οξειδωτικών οξειδοαναγωγικών μεταβολών που σχετίζονται με την ηλικία για την αποκατάσταση της αυτοφαγίας. Επομένως, τα επίπεδα GTP θα μπορούσαν να ρυθμίσουν τις πολυάριθμες GTPάσες που εμπλέκονται στην ενδοκυττάρωση, την αυτοφαγία και τη διακίνηση φυσαλίδων. Κατά τη γήρανση, η μεταβολική προσαρμογή σε έναν καθιστικό τρόπο ζωής θα μπορούσε να βλάψει τη μιτοχονδριακή λειτουργία δημιουργώντας λιγότερη GTP και οξειδοαναγωγική ενέργεια για την υγιή διαχείριση του αμυλοειδούς καιταυ πρωτεόσταση, συναπτική λειτουργία, καιφλεγμονή.

Λέξεις-κλειδιά GTP · Ενέργεια · Αυτοφαγία · Μιτοφαγία ·Ενδοκυττάρωση· Λυσοσώματα ·Αλτσχάιμερ · Γηράσκων

Κάντε κλικ εδώ για να προμηθευτείτε φυτικό Cistanhe για τη νόσο κατά του Alzheimer

GTP, το άλλο ενεργειακό νόμισμα, στη γήρανση και μ.Χ

Η σύνθεση των μορίων υψηλής ενέργειας ATP και GTP βασίζεται και τα δύο στην οξειδοαναγωγική κατάσταση του NAD συν /NADH και στις επαρκείς συγκεντρώσεις τους. Η σύνθεση ATP από τη γλυκόλυση τροφοδοτείται κυρίως από την οξειδωτική δύναμη του NAD συν που δρα στα αναγωγικά σάκχαρα. Η σύνθεση ATP με οξειδωτική φωσφορυλίωση στα μιτοχόνδρια τροφοδοτείται από τη δημιουργία NADH στον κύκλο TCA για τη μείωση του πυροσταφυλικού, της γλυκερόλης ή των λιπαρών οξέων με το οξυγόνο ως τον τελικό δέκτη ηλεκτρονίων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Οι μελέτες μας χωρίς ετικέτα σε ζωντανούς ιππόκαμπους νευρώνες αρουραίου ή ποντικού υποδεικνύουν μια σχετιζόμενη με την ηλικία εξάντληση του NAD και του NADH, που θα μπορούσε να βλάψει τη σύνθεση του ATP και του GTP [1-4]. Αυτή η εξάντληση επιδεινώθηκε περαιτέρω σε νευρώνες από ποντίκια που έφεραν διαγονίδια για το ανθρώπινο βήτα-αμυλοειδές και το tau. Περαιτέρω, η μεταθανάτια ανάλυση των ενζύμων του κύκλου TCA έδειξε έως και 40 τοις εκατό έκπτωση στα ένζυμα του κύκλου TCA από εγκεφάλους AD σε σύγκριση με τους μάρτυρες που ταιριάζουν με την ηλικία [5]. Έτσι, η ενεργειακή εξάντληση του NAD plus και του NADH που σχετίζεται με την ηλικία πέρα ​​από τη σχετιζόμενη με το AD μιτοχονδριακή βλάβη στη δραστηριότητα των ενζύμων TCA θα μπορούσε τοπικά να επηρεάσει τα επίπεδα ATP και GTP, ακόμη και αν επηρεάζονταν ελάχιστα οι συγκεντρώσεις τους.

Η διαθέσιμη ενέργεια από την υδρόλυση GTP είναι η ίδια με την υδρόλυση ATP, αλλά η GTP χρησιμοποιείται για διαφορετικούς σκοπούς από την ATP λόγω της επιλεκτικότητας συγκεκριμένων ενζύμων. Οι συγκεντρώσεις GTP στα κύτταρα είναι κατά μέσο όρο δέκα φορές χαμηλότερες από το χιλιογραμμομοριακό ATP. Το GTP είναι ένας κύριος ρυθμιστής πολλαπλών ενεργειακά εξαρτώμενων κυτταρικών διεργασιών πρωτεϊνοσύνθεσης και φυσαλιδώδους διακίνησης που περιλαμβάνουν ενδοκυττάρωση και αυτοφαγία. Η εκτιμώμενη συνολική κυτταρική συγκέντρωση GTP στα κύτταρα θηλαστικών κυμαίνεται μεταξύ 250-700 μM [6], αλλά η ελεύθερη GTP στις προεξοχές των καρκινικών κυττάρων είναι πιο κοντά στα 30 μM [7]. Οι κύριες πρωτεΐνες που τροφοδοτούνται από το GTP περιλαμβάνουν δυναμίνες για σχάση και σύντηξη μεμβράνης, τις μικρές ρυθμιστικές GTPάσες και μικροσωληνίσκους όπως περιγράφεται παρακάτω. Εκτός από τη de novo σύνθεση από την ινοσίνη από το IDMPH2 και την ξανθοσίνη από το GMPS, οι κυτταρικές πηγές GTP είναι κυρίως εντοπισμένες νουκλεοσιδικές διφωσφορικές κινάσες (NDPKs) από τα μη μεταστατικά γονίδια (NME· μερικές φορές ονομάζονται NM23) που μετατρέπουν το ATP σε GTP [8]. Υπάρχουν τουλάχιστον δέκα μέλη της οικογένειας των γονιδίων NME, αλλά μόνο τα τέσσερα πρώτα έχουν δραστικότητα νουκλεοσιδικής διφωσφορικής κινάσης. Σύμφωνα με τον Άτλαντα του εγκεφάλου Allen, τα NME1 έως 4 εκφράζονται έντονα και επιλεκτικά στον ιππόκαμπο του ποντικού και του ανθρώπου, όπου η μνήμη είναι εξασθενημένη στη AD. Το NME1-3 είναι κυτταροπλασματικό, ενώ το NME4 είναι μιτοχονδριακό. Δεδομένου ότι και οι δύο διακριτές διεργασίες της ενδοκυττάρωσης και της αυτοφαγίας επηρεάζονται στη γήρανση και την AD, θεωρούμε ότι οι αλλαγές προς τα πάνω επηρεάζουν και τις δύο, πιθανώς την ηλικία και τη σχετική με την AD συνέπεια του περιορισμού των επιπέδων GTP σε αυτές τις κρίσιμες για το αμυλοειδές λειτουργίες.

Μέτρηση επιπέδων GTP

Αν και το GTP ρυθμίζει αρκετές κρίσιμες διαδικασίες για την κυτταρική επιβίωση, η μέτρηση των επιπέδων GTP στο ζωντανό κύτταρο υπό φυσιολογικές και παθολογικές συνθήκες είναι δύσκολη λόγω του υψηλού κύκλου εργασιών και της ύπαρξης μιας κατάστασης δεσμευμένης με πρωτεΐνη και ελεύθερης κατάστασης. Bianchi-Smira glia et al. [9] περιέγραψε έναν νέο γενετικά κωδικοποιημένο αισθητήρα GTP (GEVAL) που βασίζεται σε μια κίτρινη φθορίζουσα πρωτεΐνη που ανιχνεύει αναλογικές αλλαγές στη συγκέντρωση χωρίς GTP και δεσμευμένη σε GTP in vitro και in vivo. Πρόσφατα, η ίδια ομάδα ανέφερε έναν μηχανισμό για τη ρύθμιση της GTPase Rac1 στην κυτταρική εισβολή από μια κυτταρική σειρά ανθρώπινου μελανώματος που καθοδηγείται από την τοπική παραγωγή GTP [7] και επανεξέτασε τη μεθοδολογία της [10]. Όπως θα δούμε σε αυτήν την ανασκόπηση, η GTP παίζει κρίσιμο ρόλο κατά την ενδοκύττωση και την αυτοφαγία που σχετίζεται με την επεξεργασία αμυλοειδούς. Επί του παρόντος, μελετάμε τις αλλαγές GTP που σχετίζονται με την ηλικία στην επεξεργασία του Α σε πρωτογενείς καλλιέργειες νευρώνων του ιππόκαμπου από το τριπλό διαγονιδιακό ποντίκι 3xTg-AD και την επίδρασή του στις αλλαγές στην αυτοφαγία. Το Σχήμα 1 δείχνει τα προκαταρκτικά αποτελέσματα της επιμόλυνσης GEVAL530 σε πρωτεύοντες ενήλικους νευρώνες από αυτό το μοντέλο ποντικού AD σε σύγκριση με μη διαγονιδιακούς νευρώνες ποντικού. Όπως παρατηρείται από τους Bianchi-Smiraglia et al. [7], βλέπουμε μια ανομοιόμορφη κατανομή του GTP στις διεργασίες και τα άκρα του σώματος κατά τη μέτρηση του ελεύθερου GTP (Εικ. 1Aa), με χαμηλότερα επίπεδα ελεύθερου GTP στους νευρώνες 3xTg-AD (Εικ. 1Ac). Όπως περιγράφεται λεπτομερώς στην Ενότητα 10, η προεπεξεργασία αυτών των νευρώνων με πρόδρομο NAD συν, νικοτιναμίδιο, αύξησε τα επίπεδα ελεύθερης GTP (Εικ. 1Ab, d). Το 530-μM Kd για το GEVAL530 που χρησιμοποιείται σε αυτά τα πειράματα υποδηλώνει ότι η τοπική συγκέντρωση ελεύθερου GTP είναι μερικές φορές από τα 530 μΜ. Στο Σχ. 1Β, εξετάσαμε τη δεσμευμένη GTP που φαίνεται να εντοπίζεται σε κυστίδια και να αυξάνεται από το νικοτιναμίδιο (Εικ. 1Bf, h), ειδικά στους νευρώνες AD 3xTg. Προκαταρκτικά στοιχεία δείχνουν ότι οι νευρώνες που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με NME1 siRNA μειώνουν τα επίπεδα της ελεύθερης GTP (Santana Martinez, αδημοσίευτο). Περαιτέρω μελέτες με νευρώνες ενηλίκων σε όλο το ηλικιακό φάσμα θα προσδιορίσουν την ηλικιακή εξάρτηση των ελλειμμάτων GTP και την ικανότητα αποκατάστασής τους με NAD plus -πρόδρομες ουσίες. Δεδομένου του ουσιαστικού ρόλου του GTP στις διεργασίες διακίνησης φυσαλιδώδους ενδοκύττωσης και αυτοφαγίας και αυτής της προκαταρκτικής απόδειξης για αλλαγές στο GTP με γενετική παρόμοια με AD, οι ακόλουθες ενότητες παρέχουν λεπτομέρειες για αυτές τις διαδικασίες και τις επιπτώσεις της γήρανσης και της νόσου του Alzheimer σε αυτές. Το αποτέλεσμα αυτής της ανασκόπησης υπογραμμίζει την ανάγκη για νέες μεθόδους όπως οι ανιχνευτές GEVAL για την άμεση μέτρηση των αλλαγών στη δεσμευμένη και ελεύθερη GTP και στις συνολικές συγκεντρώσεις GTP.

Εικ. 1 Λογομετρικές μετρήσεις GTP σε πρωτογενείς νευρώνες ιππόκαμπου ποντικού από μεσήλικες ποντίκια που έχουν διαμολυνθεί με αισθητήρα GEVAL530 Οι αναλογικές εικόνες εικονοστοιχείων προς εικονοστοιχείο νευρώνων ψευδοχρωμάτων δείχνουν μη ομοιόμορφη κατανομή της GTP. (α) Περίσσεια ελεύθερου-GTP/δεσμευμένου-GTP μέσης ηλικίας (14 μήνες) μη διαγονιδιακό (NTg) στα άκρα και κορυφαίο δενδρίτη σε σύγκριση με (γ) νευρώνα μέσης ηλικίας (10 μήνες) 3xTg-AD. (β, δ) Αύξηση της ελεύθερης GTP σε νευρώνες που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με 2 mM νικοτιναμίδης κατά 24 ώρες. (ε, ζ) Οι νευρώνες που δεν έχουν υποβληθεί σε θεραπεία εμφανίζουν GTP δεσμευμένο σε φυσαλίδες που είναι αυξημένο σε (f, h) νευρώνες που έχουν υποβληθεί σε θεραπεία με 2 mM νικοτιναμίδης κατά 24 ώρες

Ενδοκυττάρωση: Εξάρτηση από GTP στη γήρανση και την AD

Στη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης, το κύτταρο εσωτερικεύει μακρομόρια και υποδοχείς συνδεδεμένους με συνδέτη και επιφανειακές πρωτεΐνες συμπεριλαμβανομένης της πρόδρομης πρωτεΐνης αμυλοειδούς (APP) [11] (Εικ. 2Α). Από τις δύο κύριες ενδοκυτταρικές οδούς, η ενσωματωμένη στην πλασματική μεμβράνη πρόσληψη ΑΡΡ λαμβάνει χώρα κυρίως μέσω πρόσληψης με τη μεσολάβηση κλαθρίνης (Εικ. 2Β.1) και όχι με τη μεσολάβηση της κοιλότητας από επιθέματα πλούσια σε τερόλη χολής (Εικ. 2Β.2). Ωστόσο, το υδρόφοβο Α , χωρίζεται σε πλούσιες σε χοληστερόλη μπαλώματα λιπιδικών σχεδιών στην πλασματική μεμβράνη με επακόλουθη πρόσληψη από την οδό της κοιλότητας [12] (Εικ. 2Β.2). Και στις δύο περιπτώσεις, τα σύμπλοκα GTPase της δυναμίνης συγκεντρώνονται κατά την εισβολή για να καταλύσουν την εξαρτώμενη από το GTP καμπυλότητα της μεμβράνης για τελική σύντηξη και απελευθέρωση ώριμων κυστιδίων από την πλασματική μεμβράνη [13-15]. Η τοπική τροφοδοσία GTP καταλύεται από NME1 και 2 νουκλεοτιδικές φωσφορικές κινάσες που συνδέονται με τη δυναμίνη [16]. Πρώιμη απόφαση ενδοσωμικής Rab5 GTPase προς εξωκυττάρωση και ανακύκλωση ή μετασχηματισμό υποδοχέα σε όψιμη ενδοσωμική Rab7 GTPase για αποικοδόμηση.

Η Rab5 GTPase θεωρείται δείκτης για το πρώιμο ενδοσώμα [17]. Η πρωτεΐνη Rab5 είναι παρούσα στη μεμβράνη του πλάσματος, στα επικαλυμμένα με κλαθρίνη κυστίδια και στα πρώιμα ενδοσώματα (Εικ. 2). Σε μοντέλα κυττάρων και fy της νόσου του Huntington, το Rab5 συμμετέχει στον σχηματισμό αυτοφαγοσωμάτων για τη ρύθμιση της αυτοφαγίας και την εξάλειψη της τοξικής μεταλλαγμένης Huntingtin [18]. Η αναστολή του Rab5 μειώνει τη σύζευξη Atg5-Atg12 που ρυθμίζει την αυτοφαγία, με αποτέλεσμα τη μείωση του σχηματισμού αυτοφαγοσωμάτων. Το σύζευγμα Atg12-Atg5 προάγει τη λιπίδωση του Atg8 και το λιπιδωμένο Atg8 διευκολύνει τον σχηματισμό αυτοφαγοσωμάτων και την επιλεκτική αναγνώριση φορτίου κατά τη διάρκεια της αυτοφαγίας [19].

Ένας άλλος παράγοντας που συμβάλλει στην αυτοφαγία με τη μεσολάβηση Rab5-είναι η φωσφατιδυλινοσιτόλη-3-κινάση (PI3K). Το σύμπλεγμα κινάσης PI{3} αναστέλλει την αυτοφαγία ενεργοποιώντας την οδό σηματοδότησης Akt/mTOR [20]. Η υπομονάδα P110 του συμπλέγματος PI3K ρυθμίζει την καταλυτική δραστηριότητα του συμπλέγματος Vps34 για την προώθηση της παραγωγής PI3P [21]. Αυτό το βήμα είναι απαραίτητο για το σχηματισμό αυτοφαγοσωμάτων. Το P110 προωθεί τη μετάβαση από το Rab5- GDP στο Rab5-GTP. Η υπερέκφραση του P110 μετριάζει την αυτοφαγική ανεπάρκεια μετά την ενεργοποίηση του μακρομοριακού συμπλέγματος που αποτελείται από Rab5, Vps34 και Beclin1, το οποίο με τη σειρά του οδηγεί σε σχηματισμό αυτοφαγοσωμάτων [22]. Η στόχευση αυτών των ειδικών πρωτεϊνών μπορεί να διευκρινίσει θεραπευτικές οδούς για την άμβλυνση της παθολογίας της AD.

Εικ. 2 Ενδοκυττάρωση της αμυλοειδούς πρόδρομης πρωτεΐνης (APP). Το Ν-τερματικό τμήμα της πρωτεΐνης ΑΡΡ 770 υπολειμμάτων με πράσινη σκίαση του επιρρεπούς σε συσσωμάτωση Α απαιτεί διάσπαση από BACE και γάμμα πεπτιδάσες. Β Ενδοκυττάρωση APP. (1) Σχηματισμός του προς τα μέσα οφθαλμού από την πλασματική μεμβράνη ενορχηστρωμένος από κλαθρίνη με ενδοπρωτεάσες BACE και 훾 -σεκρετάση. Η ενδοκυττάρωση που υποστηρίζεται από τη δυναμίνη λαμβάνει τοπική GTP από το NME1. (2) Οι μικροτομείς εμπλουτισμένοι σε χοληστερόλη (λιπιδικές σχεδίες) δεσμεύουν την APP που έχει υποστεί επεξεργασία με το Α ή το Α που έχει προσροφηθεί από το παρέγχυμα. (3) Το πρώιμο ενδοσώμα προσελκύει την GTPase Rab5 η οποία αναγνωρίζεται από μια άλλη GTPase, την Rab11, για να μεσολαβήσει (4) στην ενδοκυτταρική ανακύκλωση των υποδοχέων πίσω στην πλασματική μεμβράνη. Εναλλακτικά, (5) το Rab7 μεσολαβεί στον πρώιμο διαχωρισμό σε όψιμα ενδοσώματα επιτρέποντας την περαιτέρω επεξεργασία του APP και τη συσσώρευση του A . (6) Ύστερη σύντηξη ενδοσωμάτων με (7) λυσόσωμα για αποικοδόμηση των περιεχομένων. Κάποια συσσωματωμένα Α μπορεί να είναι ανθεκτικά στην πέψη και με τη διαταραχή του ενδοσωμικού, το Α μπορεί να συσσωρευτεί στο κυτταρόπλασμα.

Το δεσμευμένο σε μεμβράνη Rab5 είναι ένας βασικός παράγοντας για την άμεση προώθηση της ενεργοποίησης εξαρτώμενης από τη Mon1-Ccz1-εξαρτώμενη από το Rab7 και της εξαρτώμενης από το Rab7-σύντηξης μεμβράνης [23]. Το Mon1-Ccz1 είναι ένα ετεροδιμερές σύμπλοκο παράγοντα ανταλλαγής νουκλεοτιδίων γουανίνης GEF που ενεργοποιεί το Rab5. Η μετατόπιση του Rab5 GEF με τη μεσολάβηση Δευτέρα{11}}έχει ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση του Rab5 από το Rab7. Το σύμπλεγμα C‐Vps δρα ως GEF για το Rab7 και προωθεί τη μετάβαση του Rab7 από την δεσμευμένη στο GDP στην κατάσταση δεσμευμένη σε GTP για την ενεργοποίηση του Rab7. Το γονίδιο που σχετίζεται με την αντίσταση στην υπεριώδη ακτινοβολία (UVRAG) διεγείρει την ενεργοποίηση του Rab7 μέσω της αλληλεπίδρασης UVRAG-C-Vps μέσω της ανταλλαγής GDP/GTP του Rab7 [24]. Ένα άλλο ρυθμιστικό σημείο στην αυτοφαγική διαδικασία είναι το σύμπλεγμα ομοτυπικής σύντηξης και ταξινόμησης πρωτεΐνης κενοτοπίων (HOPS) που ενεργοποιεί την κενοτοπική Ypt-Rab GTPάση ζυμομύκητα κατά τη σύντηξη μεμβράνης [25]. Μία από τις 6 υπομονάδες του συμπλέγματος HOPS είναι το σύμπλεγμα διαλογής κενοτοπίων πρωτεϊνών κατηγορίας C (C‐Vps) που περιέχει Vps11, Vps16, Vps18 και Vps33. Τα όψιμα ενδοκυτταρικά κυστίδια Rab7 στη συνέχεια συγχωνεύονται με λυσοσώματα για αποικοδόμηση του φορτίου (Εικ. 2).

Αλλαγές στην ενδοσωμική διακίνηση των Rab 5 και Rab 7 σε μοντέλα ποντικιών και στην AD

Σε μοντέλα AD σε ποντίκια με μεταλλάξεις στην πρόδρομη πρωτεΐνη του αμυλοειδούς (APP) ή στην πρεσενιλίνη που παράγει Α, η οδός ενδοσωμάτων-αυτοφαγοσώματος-λυσοσώματος φαίνεται απορρυθμισμένη εν μέρει λόγω της εξασθενημένης οξίνισης των λυσοσωμάτων που αποτυγχάνει να ενεργοποιήσει επαρκώς την πρωτεάση και τις λιπάσες [26]. Σε μοντέλα AD σε ποντίκια, μεγάλα περιπυρηνικά σώματα που περιέχουν συσσωματώματα Α επισημαίνονται με τον δείκτη αυτοφαγοσώματος LC3 που εντοπίζεται με Rab7 και όψιμα ενδοσωματικά και λυσοσωμικά συστατικά. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε αποτυχημένη προστατευτική ρύθμιση προς τα πάνω ή σε παθολογική βλάβη. Σε νευρώνες που καλλιεργήθηκαν από ποντίκια 3xTg-AD σε όλη την ηλικία, βρήκαμε το συσσωρευμένο φυσαλιδώδες Α να αυξάνει 30-50 φορές με την ηλικία, κυρίως σε Rab5-επισημασμένα πρώιμα ενδοσώματα και μιτοχόνδρια, αλλά και εντός του Rab{{9} }επισημασμένα όψιμα ενδοσώματα και αυτοφαγοσώματα [27]. Η συσσώρευση που μοιάζει με χιονόσφαιρα των A 42 και A 45 υποδηλώνει ότι οι παλιοί νευρώνες δεν ήταν σε θέση να ολοκληρώσουν την αυτοφαγική αποικοδόμηση αυτών των μακρύτερων συσσωματωμάτων του A . Υποθέτουμε ότι η μειωμένη παραγωγή ενέργειας σε παλιούς νευρώνες περιορίζει την ενεργειακή ικανότητα για την ολοκλήρωση της αυτοφαγίας. Σε σύγκριση με τα επίπεδα στον νεαρό ιππόκαμπο και τον φλοιό, στον ιππόκαμπο ποντικού APP/PS1 ηλικίας 7-{16}μηνών, τα επίπεδα Rab7 μειώθηκαν μαζί με μειώσεις στους ενεργοποιητές Beclin1 και Rubicon και αύξηση στον αναστολέα Rubicon [28]. Στον νεότερο ιππόκαμπο και σε όλες τις ηλικίες του φλοιού, το Beclin1 ενεργοποιεί το Rab7, ενώ το Rubicon αναστέλλει την ενεργοποίηση του Rab7 μέσω καταστολής της αλληλεπίδρασης γονιδιακής πρωτεΐνης που σχετίζεται με την αντίσταση στην υπεριώδη ακτινοβολία (UVRAG) - γονίδιο διαλογής πρωτεΐνης κενοτοπίων (Vps). Η ανεπάρκεια Rab7 στη ζύμη και τις μύγες των φρούτων έχει ως αποτέλεσμα μια μαζική συσσώρευση αυτοφαγοσωμάτων [29]. Το knockdown Rab7 απενεργοποιεί επίσης το mTORC1/S6K1 και τον εντοπισμό του mTOR σε όψιμα ενδοσώματα [30]. Είναι ενδιαφέρον ότι η αναστολή άλλων σταδίων ενδοκυτταρικής διακίνησης δεν αλλάζει τη δραστηριότητα του mTORC1 υποδηλώνοντας ότι τα άθικτα όψιμα ενδοσώματα είναι ζωτικής σημασίας για τη σηματοδότηση του mTORC1 στην αυτοφαγία. Αυτός είναι ένας σημαντικός λόγος για τον οποίο η στόχευση του mTOR ενδέχεται να μην επιβραδύνει τη γήρανση ή την AD.

Η περιφερειακή επιλεκτική ανοδική ρύθμιση των πρωτεϊνών και του mRNA Rab 5 και Rab7 στην AD, υποδηλώνει εκλεκτική συμβολή στην παθολογία της νόσου ή έναν ανεπαρκή προστατευτικό μηχανισμό [31]. Το A συσσωρεύεται κυρίως σε Rab7 θετικά όψιμα ενδοσώματα και αυτοφαγικά κενοτόπια νευρωνικών κυττάρων [32] με τρόπο που σχετίζεται με την ηλικία [27] προκαλώντας εσωτερίκευση του A και επακόλουθη αύξηση του Rab7 που προκαλεί νευρωνικό εκφυλισμό [33]. Ο αποκλεισμός της όψιμης ενδοκυτταρικής οδού από την καταστολή του Rab7 επάγει τον σχηματισμό ενός εξαρτώμενου αμυλοειδούς ινιδίου στην κυτταρική επιφάνεια προκαλώντας ενδοσωμική διεύρυνση [34] με αποτέλεσμα την επιτάχυνση της ανακύκλωσης του Rab7 και την ενδοκυτταρική διακίνηση του Α στα λυσοσώματα για αποικοδόμηση [35]. Η αναστολή της πρωτεόλυσης Iysoso mal μπορεί επίσης να επηρεάσει την αξονική ανάδρομη μεταφορά αυτοφαγικών οργανιδίων προκαλώντας αξονική δυστροφία τύπου AD [36]. Ωστόσο, πρακτικές παρεμβάσεις για την προώθηση της αυτοφαγίας με τη μεσολάβηση Rab7-θα μπορούσαν να καθυστερήσουν ή να αναστρέψουν την εξέλιξη της AD. Παραδείγματα περιλαμβάνουν μια μετατόπιση από μια καθιστική κατάσταση στην άσκηση, μια μεσογειακή δίαιτα και ενώσεις που ενισχύουν την ενέργεια όπως οι πρόδρομες ουσίες NAD για τη δημιουργία μιας μετατόπισης οξειδοαναγωγής [4] (Ενότητα 10). Μια άλλη οδός είναι η περίεργη ανακάλυψη ότι τα επίπεδα αναγωγάσης μονοφωσφορικής γουανοσίνης 1 (εξαρτώμενη από NADPH GMPR1) αυξάνονται στους εγκεφάλους AD, γεγονός που θα μπορούσε να μειώσει τα επίπεδα GTP και να αυξήσει τη σηματοδότηση AMP [37]. Τα νευροϊνιδιακά μπερδέματα του tau μειώθηκαν όταν αυτή η δραστηριότητα ανεστάλη σε ποντικούς AD.

Με την εξέλιξη από ήπια γνωστική εξασθένηση σε AD, τόσο οι ενδοσωμικές εκφράσεις Rab5 όσο και Rab7 ρυθμίστηκαν προς τα πάνω στους νευρώνες CA1 του ιππόκαμπου όπως μετρήθηκε με μεταγραφική μικροσυστοιχία [31]. Η διεύρυνση των θετικών ενδοσωμάτων Rab5-συσχετίστηκε με νευροϊνιδικά μπερδέματα και εναπόθεση αμυλοειδούς. Νευροτροφικοί παράγοντες όπως ο αυξητικός παράγοντας νεύρων (NGF) συνδέονται με τους υποδοχείς Trk και εσωτερικεύονται σε θετικά ενδοσώματα Rab{{5} για να ξεκινήσουν τη σηματοδότηση κατάντη [38]. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι, το σηματοδοτικό ενδοσώμα διατηρείται ως πρώιμα ενδοσώματα Rab5 και δεν εξελίσσεται σε όψιμα ενδοσώματα Rab7, κατά τη διάρκεια της διέλευσης τους εντός των μακρών αξόνων [39]. Αυτό διαφοροποιεί τη διαμεσολαβούμενη από τον υποδοχέα παροχή σήματος από την ενδοσωμική επεξεργασία προς την αυτοφαγία [40]. Μετά την ενεργοποίηση από το NGF, το TrkA στρατολογεί ένα Rab5‐GAP για να μετατρέψει γρήγορα το GTP‐Rab5 σε GDP‐Rab5 για να διατηρήσει υπό έλεγχο το επίπεδο του GTP‐Rab5, το οποίο εμποδίζει τη μετατροπή Rab5 σε Rab7 με αποτέλεσμα την αναστολή της σηματοδότησης NGF/TrkA και πρόωρη υποβάθμιση.

Η λειτουργία Rab5 διακυβεύεται στις πρώιμες φάσεις της AD [41]. Η επίμονη υπερενεργοποίηση του Rab5 προώθησε την ενδοκυτταρική οδό προς τα όψιμα ενδοσώματα, τη σύντηξη λυσοσωμάτων και την αυτοφαγία με αποτέλεσμα την πρόωρη υποβάθμιση της σηματοδότησης του νευροτροφικού παράγοντα και τη νευρωνική ατροφία. Οι Vps35 και Vps26, δύο βασικές πρωτεΐνες ρετρομερούς, μειώθηκαν επίσης στους εγκεφάλους AD [42]. Το Vps26 συνδέεται με το SorLA που είναι ένας υποδοχέας ταξινόμησης που ελέγχει τη διακίνηση εφαρμογών από τα ενδοσώματα στο Golgi. Η μείωση των πρωτεϊνών ρετρομερούς Vps οδηγεί σε μη φυσιολογικό σύμπλεγμα Vps-SorLA που εμποδίζει τη συσσώρευση ΑΡΡ που περιέχει περιβλήματα διακίνησης ΑΡΡ στα ενδοσώματα όπου υπόκειται σε β-εκκριτάση. Ωστόσο, η μίμηση της φωσφορυλίωσης APP στο S655, εντός του βασικού πλάγιου μοτίβου APP 653YTSI656, μπορεί να ενισχύσει την ανάκτηση της APP σε μια διαδικασία με τη μεσολάβηση ρετρομερούς προκαλώντας μειωμένη λυσοσωμική στόχευση APP και μειωμένη παραγωγή Abeta [43]. Μια αύξηση στο πλήρους μήκους APP και θραύσμα APP -CTF μπορεί, με τη σειρά του, να αυξήσει τη δραστηριότητα Rab5 GTPase που προκαλεί διεύρυνση των πρώιμων ενδοσωμάτων [44]. Είναι ενδιαφέρον ότι η νευρωνική ατροφία που προκαλείται από τα APP -CTFs θα μπορούσε να διασωθεί από ένα κυρίαρχο-αρνητικό μετάλλαγμα Rab5 τόσο in vitro [39] όσο και in vivo [45].

Το καθαρό αποτέλεσμα της γήρανσης είναι η εξάντληση των όψιμων ενδοσωμάτων, η όψιμη ενδοκυτταρική δυσλειτουργία και η εξασθενημένη λυσοσωμική σύντηξη. Στην AD, η ενδοκυττάρωση του Α αυξάνεται σε διευρυμένα πρώιμα ενδοσώματα Rab5. Ο ρόλος του Rab7 στην AD δεν έχει ακόμη διευκρινιστεί με σαφήνεια, καθώς τόσο η πρώιμη ρύθμιση προς τα πάνω όσο και η καθυστερημένη καθοδική ρύθμιση του Rab7 έχουν παρατηρηθεί να επηρεάζουν την υγεία των νευρώνων και στις δύο κατευθύνσεις. Όπως τονίζεται από τους Bianchi-Smiraglia et al. [7], η συνολική κυτταρική GTP που μετράται σε ομογενοποιήματα δεν επιτρέπει την αξιολόγηση της ελεύθερης GTP που διατίθεται τοπικά για τις Rab GTPases. Τα δωρεάν μέτρα GTP δεν έχουν ακόμη αναφερθεί, επομένως ο πιθανός ρόλος τους στην ηλικία και τις σχετιζόμενες με την AD βλάβες στην ενδοκυττάρωση είναι ανεξερεύνητος. Ως εκ τούτου, θα είναι σημαντικό να μετρηθεί η ελεύθερη GTP σε ζωντανά κύτταρα και οι επιδράσεις των παραλλαγών της ελεύθερης GTP στην ενδοκυττάρωση ως συνάρτηση της ηλικίας και των μοντέλων AD.

Ζήτα περισσότερα:

Διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel: συν 86 15292862950

ΚΑΤΑΣΤΗΜΑ:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop