Small but Mighty—Exosomes, Novel Intercellular Messengers in Neurodegeneration Part 3

Εξωσώματα που προέρχονται από μικρογλοία: Τα μικρογλοιακά κύτταρα είναι τα μακροφάγα του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού. Αντιπροσωπεύουν περίπου το 10% της γλοίας.

Η μικρογλοία είναι ένας τύπος μη νευρωνικών κυττάρων στον εγκέφαλο και είναι τα πιο άφθονα κύτταρα στο νευρικό σύστημα. Στο παρελθόν, τα μικρογλοία θεωρούνταν ότι ήταν κύτταρα που υποστηρίζουν τους νευρώνες που παρείχαν κυρίως οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά.

Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες έχουν βρει ότι η μικρογλοία παίζει σημαντικό ρόλο στην ανθρώπινη υγεία και τη γνωστική λειτουργία. Μελέτες έχουν δείξει ότι η μικρογλοία παίζει ζωτικό ρόλο στη διαδικασία μάθησης και μνήμης.

Η μικρογλοία προωθεί κυρίως την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των νευρώνων απελευθερώνοντας μια ουσία που ονομάζεται νευρωνικός αυξητικός παράγοντας. Αυτός ο αυξητικός παράγοντας όχι μόνο βοηθά τους νευρώνες να συνδεθούν και να μεταδώσουν πληροφορίες, αλλά διεγείρει επίσης τη δημιουργία νέων νευρώνων. Αυτά τα αποτελέσματα είναι κρίσιμα για τη διατήρηση υγιούς μάθησης και μνήμης.

Από την άλλη πλευρά, η μικρογλοία μπορεί επίσης να αφαιρέσει την περίσσεια νευρώνων και συνάψεων στον εγκέφαλο και να προωθήσει την υγιή ανάπτυξη του νευρικού συστήματος. Αυτή η διαδικασία αφαίρεσης μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των σημάτων παρεμβολής στον εγκέφαλο και στη βελτίωση της γνωστικής λειτουργίας.

Επιπλέον, η μικρογλοία μπορεί να προστατεύσει τους νευρώνες από οξειδωτική βλάβη προάγοντας την άφιξη οξυγόνου και θρεπτικών συστατικών στον εγκέφαλο. Αυτά τα κύτταρα παίζουν επίσης πολύ σημαντικό ρόλο στην αντίσταση στον γνωστικό εκφυλισμό και τον νευροεκφυλισμό.

Εν ολίγοις, η σημασία της μικρογλοίας δεν μπορεί να υποτιμηθεί. Μπορούν να προστατεύσουν τους νευρώνες και να βοηθήσουν τη διαδικασία μάθησης και μνήμης. Πρέπει να προστατεύσουμε και να βελτιώσουμε τον αριθμό και τη λειτουργία των μικρογλοίων όσο το δυνατόν περισσότερο για να εξασφαλίσουμε την υγεία και τη ζωτικότητα του εγκεφάλου μας. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη επειδή μπορεί επίσης να ρυθμίσει την ισορροπία των νευροδιαβιβαστών, όπως η αύξηση των επιπέδων ακετυλοχολίνης και αυξητικών παραγόντων, που είναι πολύ σημαντικοί για τη μνήμη και τη μάθηση. Επιπλέον, το Cistanche μπορεί επίσης να βελτιώσει τη ροή του αίματος και να προωθήσει την παροχή οξυγόνου, η οποία μπορεί να εξασφαλίσει ότι ο εγκέφαλος αποκτά επαρκή διατροφή και ενέργεια, βελτιώνοντας έτσι τη ζωτικότητα και την αντοχή του εγκεφάλου.

Κάντε κλικ στο Μάθετε τρόπους για να βελτιώσετε τη λειτουργία του εγκεφάλου

Αν και ο αριθμός τους είναι συγκριτικά χαμηλός, έχουν σημαντικές λειτουργίες διατήρησης της ομοιόστασης παρακολουθώντας την παρουσία μόλυνσης ιστού και βλάβης στο ΚΝΣ.

Υπό ομοιοστατικές συνθήκες, τα κύτταρα μικρογλοίας διατηρούνται σε ηρεμία, αλλά σαρώνουν συνεχώς το περιβάλλον τους. Όταν ενεργοποιούνται, ασκούν τη φαγοκυτταρική τους δράση και μπορούν να απελευθερώσουν φλεγμονώδη μόρια όπως οι κυτοκίνες και οι χημειοκίνες.

Η μικρογλοία μπορεί να αποκτήσει δύο φαινότυπους, τους υποτύπους Μ1 (φλεγμονώδης τύπος) και Μ2 (προαναγεννητικός τύπος), ανάλογα με τα ερεθίσματα και μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ αυτών των δύο αντίθετων φαινοτύπων [140], αποδεικνύοντας την αξιοσημείωτη πλαστικότητά τους.

Παρόμοια με τους νευρώνες και τα άλλα νευρογλοιακά κύτταρα, τα μικρογλοία απελευθερώνουν εξωσώματα για να επικοινωνήσουν με γειτονικά κύτταρα και κύτταρα σε απόσταση. Το βιοενεργό φορτίο των μικρογλοιακών εξωσωμάτων εξαρτάται από τον φαινότυπο της μικρογλοίας που απελευθερώνει, είτε προφλεγμονώδη είτε προαναγεννητική. Τα μικρογλοιακά εξωσώματα περιέχουν όλα τα ένζυμα απαραίτητα για την αναερόβια γλυκόλυση και την παραγωγή γαλακτικού οξέος.

Ως εκ τούτου, προτάθηκε ότι το γαλακτικό συσκευασμένο σε εξωσώματα θα μπορούσε να λειτουργήσει ως συμπληρωματική πηγή ενέργειας για τους νευρώνες κατά τη διάρκεια της συναπτικής δραστηριότητας [141]. Τα μικρογλοιακά εξωσώματα ρυθμίζουν τη συναπτική μετάδοση προάγοντας την παραγωγή κεραμιδίων και σφιγγολιπιδίων στους νευρώνες.

Ο ενισχυμένος μεταβολισμός των σφιγγολιπιδίων επηρεάζει θετικά τη διεγερτική νευροδιαβίβαση παρουσιάζοντας έναν νέο τρόπο με τον οποίο τα μικρογλοία επηρεάζουν τη συναπτική δραστηριότητα [142]. Αντιμέτωποι με μόλυνση ή/και τραυματισμό, τα μικρογλοιακά κύτταρα εμπλέκονται γρήγορα σε μια σύνθετη φλεγμονώδη απόκριση και αποκτούν φαινότυπο Μ1.

Η μικρογλοία τώρα με έναν προφλεγμονώδη φαινότυπο (φαινότυπος Μ1) απελευθερώνει εξωσώματα που βοηθούν στην ανάπτυξη νευροφλεγμονής. Η απόδειξη της εμπλοκής του εξωσώματος της μυρμηκρογλοίας στη νευροφλεγμονή προέρχεται από μια μελέτη που διεξήχθη με λιποπολυσακχαρίτη (LPS).

Η έκθεση της μικρογλοίας στο LPS, ένα κύριο συστατικό των αρνητικών κατά Gram βακτηρίων, αυξάνει την απελευθέρωση εξωσωμάτων εμπλουτισμένων με IL-1, μια προφλεγμονώδη κυτοκίνη και microRNA όπως miR-155 και miR{{4} }. Το MicroRNA 155 είναι ένα σημαντικό ρυθμιστικό microRNA στο ανοσοποιητικό σύστημα και τα αυξημένα επίπεδά του ανιχνεύονται σε φλεγμονώδεις νόσους [143].

Σε μια άλλη μελέτη, τα μικρογλοιακά κύτταρα υποβλήθηκαν σε αγωγή με LPS που αύξησε την έκφραση των επιπέδων πρωτεΐνης του γονιδίου 2 (NDRG2) που ρυθμίζεται προς τα κάτω N-myc. Η αυξημένη πρωτεΐνη NDRG2 με τη σειρά της διέγειρε τα μικρογλοία να απελευθερώσουν εμπλουτισμένα με miR-375 εξωσώματα. Η εσωτερίκευση των εμπλουτισμένων με miR-375 εξωσωμάτων μείωσε την κυτταρική βιωσιμότητα των νευρώνων N2A υποδεικνύοντας τη νευροτοξική φύση αυτών των εξωσωμάτων [144].

Φαίνεται ότι η έκθεση σε LPS αλλοιώνει μικροRNAs και πρωτεΐνες συσκευασμένες σε εξωσώματα. Τα επιβεβαιωτικά στοιχεία προήλθαν από μελέτη που αφορούσε κύτταρα BV2. Τα κύτταρα BV2 των ποντικών C57 Black είναι απαθανατισμένα μικρογλοιακά κύτταρα. Όταν τα κύτταρα BV2 εκτέθηκαν σε LPS, απελευθέρωσαν εξωσώματα πλούσια σε προφλεγμονώδεις κυτοκίνες IL-6 και TNF και πρωτεΐνες που σχετίζονται με τη μετάφραση και τη μεταγραφή.

Το πρωτεομικό προφίλ των εξωσωμάτων που αναλύθηκε με φασματομετρία μάζας αναγνώρισε 49 μοναδικές πρωτεΐνες που υπάρχουν σε εξωσώματα από κύτταρα BV2 που έχουν υποστεί αγωγή με LPS σε σύγκριση με κύτταρα BV2 ελέγχου.

Αξίζει να σημειωθεί εδώ ότι τα εξωσώματα από μικρογλοία που ενεργοποιούνται με LPS είχαν 58 πρωτεΐνες ενώ τα εξωσώματα από κύτταρα ελέγχου BV2 είχαν 37 πρωτεΐνες [145]. Η προηγούμενη συζήτηση καταδεικνύει ότι τα μικρογλοιακά εξωσώματα είναι σημαντικά στη διευκόλυνση των νευροπροστατευτικών και νευροφλεγμονωδών λειτουργιών της μικρογλοίας στο ΚΝΣ.

4. Ο ρόλος των εξωσωμάτων σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες

Πολλές νευροεκφυλιστικές ασθένειες συνδέονται με τη συσσώρευση μη φυσιολογικών, κακώς διπλωμένων πρωτεϊνών που οδηγούν σε προοδευτική νευρική και νευρογλοιακή δυσλειτουργία. Γενικά, οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες ξεκινούν με δυσλειτουργία σε μια διακριτή περιοχή του εγκεφάλου.

Κατά την απελευθέρωση στον εξωκυτταρικό χώρο, οι λανθασμένες πρωτεΐνες μεταφέρονται σε υγιή κύτταρα και αρχίζουν να προκαλούν ενδογενείς αντίστοιχες πρωτεΐνες να αναδιπλώνονται σωστά σαν φαινόμενο ντόμινο [160].

Αυτή η «μολυσματική» διαδικασία οδηγεί στην ενίσχυση της παθολογίας και στην εξάπλωση της νόσου σε ευρύτερες περιοχές του εγκεφάλου. Η διακυτταρική επικοινωνία είναι σημαντική για τη μετάδοση και την εξέλιξη των νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Τα εξωσώματα που απελευθερώνονται από όλα τα κύτταρα του εγκεφάλου έχουν γίνει αναπόσπαστο μέρος των επικοινωνιών νευρογλοίας.

Η ικανότητα των εξωσωμάτων να μεταφέρουν και να μεταφέρουν βιοενεργό φορτίο όπως λιπίδια, RNA και πρωτεΐνες από το ένα κύτταρο στο άλλο τα καθιστά ελκυστικά υποψήφιους ως μεσολαβητές νευροεκφυλισμού. Παρακάτω, συζητάμε την επίδραση των εξωσωμάτων σε επιλεκτικές νευροεκφυλιστικές ασθένειες.

Νόσος Alzheimer: Η νόσος Alzheimer είναι η πιο κοινή μορφή νευροεκφυλιστικής άνοιας που χαρακτηρίζεται από προοδευτική απώλεια μνήμης και γνωστικών ικανοτήτων.

Κεντρική θέση στην παθολογία της νόσου του Αλτσχάιμερ είναι ο σχηματισμός εξωκυτταρικών συσσωματωμάτων αμυλοειδούς (Α) γνωστών ως αμυλοειδείς πλάκες σε συνδυασμό με νευροϊνιδικά μπερδέματα ταυ. Τα πεπτίδια (Α) προέρχονται από διαδοχική πρωτεολυτική επεξεργασία της πρόδρομης πρωτεΐνης αμυλοειδούς (APP) από - και -εκκριτικές.

Καθώς η APP είναι μια ενδοκυτταρική πρωτεΐνη, διατυπώθηκε μια υπόθεση ότι οι παθολογικές βλάβες της νευροεκφυλιστικής νόσου περιλαμβάνουν τη φυσική εξάπλωση της λανθασμένα διπλωμένης πρωτεΐνης από νευρώνα σε νευρώνα [161].

Ωστόσο, ο μηχανισμός(οι) για τη μετάδοση λανθασμένων πρωτεϊνών παρέμεινε ένα ενδιαφέρον ερώτημα. Μία από τις πρώτες αναφορές που άρχισαν να ρίχνουν φως στους πιθανούς μηχανισμούς του τρόπου με τον οποίο το Α διοχετεύεται στον εξωκυττάριο χώρο προήλθε από τη μελέτη που διεξήχθη από τους Rajendran and Colleagues [162].

Κατά τη διερεύνηση της θέσης της διάσπασης της ΑΡΡ, παρατήρησαν ότι η διάσπαση της εκκριτάσης της ΑΡΡ εμφανίζεται σε ένα υποσύνολο πρώιμων ενδοσωμάτων με επακόλουθη διακίνηση πεπτιδίου Α σε πολυφυσαλιδώδη σώματα.

Ένα μικρό κλάσμα πεπτιδίου Α που σχετίζεται με τη μεμβράνη του εξωσώματος εκκρίθηκε στον εξωκυτταρικό χώρο. Τα εξωσώματα που περιέχουν αμυλοειδείς πλάκες είχαν πρωτεΐνες εξωσωματικών δεικτών, flotillin-1 και Alix. Έτσι, το πεπτίδιο Α που σχετίζεται με τη μεμβράνη του εξωσώματος μπορεί να αντιπροσωπεύει έναν νέο μηχανισμό που συμβάλλει στον σχηματισμό αμυλοειδούς πλάκας στον εξωκυτταρικό χώρο [162].

Από αυτήν την αρχική παρατήρηση, η ΑΡΡ πλήρους μήκους και πολλοί από τους μεταβολίτες της και αρκετά μέλη της οικογένειας των πρωτεασών σεκρετάσης που εμπλέκονται στην επεξεργασία ΑΡΡ ανιχνεύθηκαν σε εξωσώματα [163].

Το Α μπορεί να υπάρχει σε διαφορετικές διαμορφωτικές καταστάσεις που έχουν διαφορετικές ιδιότητες και ενδιάμεσα προϊόντα σχηματισμού ινιδίων. Από αυτά, τα χαμηλού μοριακού βάρους Α και τα πρωτοϊνίδια έχουν προταθεί ότι είναι ιδιαίτερα νευροτοξικά και δρουν ως σπόροι για τη συσσωμάτωση πρωτεϊνών [164,165]. Τα εξωσώματα που απομονώθηκαν από μεταθανάτιους εγκεφάλους ασθενών με νόσο του Αλτσχάιμερ αποδείχθηκε ότι έχουν αυξημένα επίπεδα ολιγομερών Α. Αυτά τα εξωσώματα εσωτερικεύτηκαν όταν επωάστηκαν με καλλιεργημένους νευρώνες.

Το πιο σημαντικό, ήταν σε θέση να διαδώσουν ολιγομερή Α σε άλλους νευρώνες, προκαλώντας κυτταροτοξικότητα [166]. Οι αρχικές παρατηρήσεις επιβεβαιώθηκαν με επώαση εξωσωμάτων που περιέχουν ΑΡΡ με πρωτογενείς καλλιέργειες φυσιολογικών νευρώνων in vitro [167] και in vivo [168].

Το ερώτημα είναι γιατί τα ολιγομερή Α ή Α συσκευάζονται σε εξωσώματα; Οι νευρώνες αντιλαμβάνονται την τοξική φύση των ολιγομερών Α ή Α και ως εκ τούτου προσπαθούν να καθαρίσουν τις τοξικές πρωτεΐνες από τα ενδοκυτταρικά παρόντα ολιγομερή Α ή Α παρόμοια με τους υποδοχείς τρανσφερίνης στα δικτυοερυθρά [7,8]; Απαιτείται μονοουβικουϊτινοποίηση για ταξινόμηση σε MVB/εξωσώματα. Αυτό εγείρει ένα δεύτερο ερώτημα σχετικά με το εάν το A υφίσταται ουμπικιτινοποίηση για να ταξινομηθεί σε MVB/εξωσώματα. Η πρόδρομη πρωτεΐνη αμυλοειδούς (APP) έχει πέντε υπολείμματα λυσίνης (Lys-724, Lys-725, Lys-726, Lys-751 και Lys-763) στο C- τερματικό άκρο [169].

Αυτά τα υπολείμματα έχουν μεταλλαχθεί μεμονωμένα ή σε συνδυασμό για να εξεταστεί η επίδραση στην επεξεργασία ΑΡΡ για σχηματισμό πεπτιδίου Α. Η ουβικουϊτινοποίηση του APP στο Lys-726 με τη μεσολάβηση του F-box και της επαναλαμβανόμενης πρωτεΐνης2 (FBL2) πλούσια σε λευκίνη, συστατικό της λιγκάσης ουβικιτίνης Ε3, μειωμένη γενιά Α [170]. Από την άλλη πλευρά, η ubiquitination APP στο Lys-763 απομόνωσε την APP στο σύμπλεγμα Golgi και απέτρεψε την ωρίμανση της APP [171].

Η αναστολή της ουβικουιτίνης με υποκατάσταση και των πέντε υπολειμμάτων λυσίνης με αργινίνη στο Ο-τελικό θραύσμα της ΑΡΡ (C99) εμπόδισε την αποτελεσματική αποικοδόμηση της ΑΡΡ και τη συσσώρευση πρωτεΐνης σε δομές με εμφάνιση παρόμοια με Golgi. Αυτό αποδόθηκε σε ανεπάρκεια στην αποικοδόμηση που σχετίζεται με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Το C99 υφίσταται διάσπαση από -εκκριτάση για την παραγωγή Α [172].

Μετάλλαξη τριών υπολειμμάτων λυσίνης (Lys-724, Lys-725 και Lys-726) ταυτόχρονα προκάλεσε τη διατήρηση της πρωτεΐνης στην περιοριστική μεμβράνη των ενδοσωμάτων αντί να εσωτερικευτεί σε ενδοαυλικά κυστίδια των MVBs [173 ]. Όταν και τα πέντε υπολείμματα λυσίνης μεταλλάχθηκαν για να αποτραπεί η ουβικουιτίνη, η πρωτεΐνη δεν ταξινομήθηκε αποτελεσματικά σε MVB/εξωσώματα και παρατηρήθηκε επιλεκτική αύξηση στο A 40 [174].

Αυτό το εύρημα είναι συγκρίσιμο με την παρουσία του A 40 στην αμυλοειδική εναπόθεση της εγκεφαλικής αμυλοειδούς αγγειοπάθειας [175]. Ενώ είναι προφανές ότι η ουβικιτινίωση της ΑΡΡ μπορεί να κατευθύνει την πρωτεΐνη σε MVB/εξωσώματα, απαιτούνται άμεσες αποδείξεις χρησιμοποιώντας καλλιέργειες νευρώνων ή in vivomodels για να αποδειχθεί ότι τα ολιγομερή ΑΡΡ, Α ή Α μονοουβικιτινώνονται για τη στόχευσή τους σε MVB/εξωσώματα και ότι δεν ουβικιτινώνονται να είναι στοχευμένη αποικοδόμηση που σχετίζεται με το προενδοπλασματικό δίκτυο (ERAD).

Ένα άλλο παθολογικό χαρακτηριστικό της νόσου του Alzheimer είναι η μη φυσιολογικά φωσφορυλιωμένη πρωτεΐνη στα νευροϊνιδικά μπερδέματα (NFT). Το Tau είναι μια κυτταροπλασματική πρωτεΐνη που είναι γνωστή ότι σταθεροποιεί τους μικροσωληνίσκους. Όλο και περισσότερα στοιχεία υποδηλώνουν ότι η παθολογική πρωτεΐνη tau μπορεί να εξαπλωθεί μεταξύ των κυττάρων, στρατολογώντας το φυσικό tau για να σχηματίσει συσσωματώματα. Πιο πρόσφατα δεδομένα εμπλέκουν τα εξωσώματα ως φορείς της πρωτεΐνης tau [176,177].

Ο κυτταρικός έλεγχος πρότεινε ότι τα εξωσώματα που εμπλέκονται στην παθολογία tau προέρχονται από μικρογλοιακά κύτταρα. Τα εξωσώματα από μικρογλοία μετέφεραν την ταυπρωτεΐνη στους νευρώνες. Για να ληφθούν πειραματικά στοιχεία, πραγματοποιήθηκαν μελέτες στις οποίες είτε η βιογένεση των εξωσωμάτων αναστέλλεται είτε τα μικρογλοιακά κύτταρα είχαν εξαντληθεί από ταυ. Τα αποτελέσματα από αυτές τις μελέτες έδειξαν εξασθένηση της εναπόθεσης tau σε φυσιολογικούς νευρώνες [178].

Οι συγγραφείς πρότειναν ότι οι κυτταροπαθητικοί νευρώνες που περιέχουν μικρογλοία φαγοκυττάρωση ανακυκλώνουν το ταυ μέσω εξωσωμάτων, ενοχοποιώντας έτσι τα εξωσώματα στη διάδοση της νόσου του Αλτσχάιμερ. Σε υγιείς εγκεφάλους, αρκετές πρωτεϊνικές κινάσες και φωσφατάσες είναι υπεύθυνες για τη φωσφορυλίωση και την αποφωσφορυλίωση του ταυ, αντίστοιχα.

Η απορρύθμιση αυτών των σημαντικών ενζύμων μπορεί να οδηγήσει σε μη φυσιολογικά πρότυπα φωσφορυλίωσης του tau στην AD. Μια πρόσφατη μελέτη συνέκρινε το φορτίο εξωσωματικής πρωτεΐνης με Nano-LC–MS/MS. Τα εξωσώματα καθαρίστηκαν από νευρώνες πολυδύναμων βλαστοκυττάρων (iPSC) που προκαλούνται από τον άνθρωπο που εκφράζουν τη μεταλλαγμένη μορφή AD οικογενειακής A246E της πρεσενιλίνης 1 (mPS1) και φυσιολογικούς ανθρώπινους νευρώνες iPSC.

Συνολικά 1117 πρωτεΐνες ταυτοποιήθηκαν και στις δύο ομάδες εξωσωμάτων και 733 πρωτεΐνες ήταν κοινές και στους δύο πληθυσμούς των εξωσωμάτων. Μεταξύ των διαφορικά συνδεδεμένων πρωτεϊνών με το mPS1 ήταν οι φωσφατάσες και οι πρωτεϊνικές κινάσες και τα επίπεδα πρωτεΐνης τους που σχετίζονται με τα εξωσώματα του mPS1 ήταν σημαντικά χαμηλότερα σε σύγκριση με τους νευρώνες ελέγχου [179].

Επιπλέον, αυτά τα εξωσώματα περιείχαν διακριτές πρωτεΐνες που απουσίαζαν στα εξωσώματα ελέγχου. Συγκεκριμένα, οι διαφορετικές πρωτεΐνες ήταν εκείνες που εμπλέκονται στη δομή και τη λειτουργία της εξωκυτταρικής μήτρας υποδηλώνοντας έναν άλλο μηχανισμό για τη διάδοση της παθολογίας tau στην AD [179]. Η κύρια έμφαση της έρευνας στη νόσο του Alzheimer έχει δοθεί στους νευρώνες.

Ωστόσο, μελέτες αποκάλυψαν ότι η ατροφία της αστρογλοίας εμφανίζεται στα αρχικά στάδια της νευροεκφυλιστικής διαδικασίας. Η έλλειψη νευρωνικής υποστήριξης από την ατροφημένη αστρογλοία έχει ως αποτέλεσμα διαταραχές της συναπτικής συνδεσιμότητας, απώλεια συνάψεων και ανισορροπία της ομοιόστασης των νευροδιαβιβαστών. Σε μεταγενέστερο στάδιο της νόσου του Alzheimer, τα αστροκύτταρα και η μικρογλοία ενεργοποιούνται και απελευθερώνουν φλεγμονώδη μόρια και νευροτοξικές ουσίες. Οι νευροτοξικές χημικές ουσίες έχουν ως αποτέλεσμα νευροφλεγμονή και νευρωνικό θάνατο που οδηγεί σε ατροφία του εγκεφάλου [180].

Στα πρώιμα στάδια της νόσου του Alzheimer, τα μικρογλοιακά κύτταρα που ενεργοποιούνται μέσω του υποδοχέα τύπου Toll 4 αποκτούν νευροπροστατευτικό ρόλο και διαυγή Α [181]. Η φαγοκυττάρωση και η αποικοδόμηση των καθαρισμένων εναποθέσεων πολυμορφικής β-αμυλοειδούς πρωτεΐνης και του Α που σχετίζεται με τα εξωσώματα επιβεβαιώθηκαν χρησιμοποιώντας καλλιεργημένα μικρογλοιακά κύτταρα [182,183]. Περιέργως, τα αστροκύτταρα φαίνεται να ανακουφίζουν τα μικρογλοιακά κύτταρα από τη νευροπροστατευτική τους λειτουργία. Ο Media και οι συνεργάτες του παρατήρησαν ότι η επώαση με πεπτίδιο Α ενεργοποίησε τα νευρογλοιακά κύτταρα και στη συνέχεια οδήγησε σε φλεγμονή [184].

Συγκαλλιέργεια με αστροκύτταρα ή καλλιέργεια σε ρυθμισμένο με αστροκύτταρα μέσο αναστέλλεται η φαγοκυτταρική δράση μικρογλοίας. Η αναστολή της μικρογλοιακής φαγοκυττάρωσης ήταν εξαιρετικά ειδική καθώς το ρυθμισμένο μέσο από ινοβλάστες δεν επηρέασε τη μικρογλοιακή φαγοκυτταρική δραστηριότητα. Από αυτές τις μελέτες, είναι προφανές ότι τα αστροκύτταρα απελευθέρωσαν σήματα με τη μορφή διαλυτών παραγόντων που παρεμβαίνουν στη φαγοκυτταρική δραστηριότητα της μικρογλοίας [182]. Οι ρόλοι των αστροκυττάρων και της μικρογλοίας μπορούν να αντιστραφούν μετά από χρόνια διέγερση της μικρογλοίας.

Αρκετές ανεξάρτητες μελέτες οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα εξωσώματα που απελευθερώνονται από νευρώνες, αστροκύτταρα και μικρογλοία δρουν ως σαρωτές και απορροφούν το διαλυτό Α χωρίς σπόρους για να προάγουν τη συσσωμάτωση Α που εσωτερικεύεται από τη μικρογλοία για αποικοδόμηση [185-187]. Αυτή η παρατήρηση δεν προκαλεί έκπληξη δεδομένης της στενά παρακολουθούμενης διακυτταρικής επικοινωνίας μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων (αναφέρεται εν συντομία στην Ενότητα 3).

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα συσσωματώματα Α αλληλεπιδρούν με γλυκοσφιγγολιπίδια, κεραμίδιο ή/και την πρωτεΐνη PrPc (κυτταρική πριονοπρωτεΐνη) που είναι αγκυρωμένη με GPI που υπάρχει στην επιφάνεια των εξωσωμάτων και στους νευρώνες [185,187]. Το νευρωνικό εξωσωμάτιο Α συσσωματώνεται πιο αποτελεσματικά σε σύγκριση με τα αστροκυτταρικά ή μικρογλοιακά εξωσώματα λόγω της άφθονης παρουσίας γαγγλιοσίδης GM1 και σιαλυλιωμένων γλυκοσφιγγολιπιδίων, ιδιαίτερα τρισιαλογαγγλιοσίδης GT1 στην επιφάνειά τους [188-190]. Τα αστροκυτταρικά εξωσώματα είναι εμπλουτισμένα με το σφιγγολιπιδικό κεραμίδιο [187].

Τα συσσωματώματα Α που συνδέονται με τα αστροκυτταρικά εξωσώματα εσωτερικεύονται από τους νευρώνες και κατευθύνονται στα μιτοχόνδρια, προκαλώντας συσσώρευση μιτοχονδρίων και αυξάνοντας ταυτόχρονα τα επίπεδα της πρωτεΐνης σχάσης Drp-1. Στην εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, το εξωσωματικό Α σχηματίζει ένα σύμπλεγμα με τον μεταφορέα ADP/ATP, το εξαρτώμενο από την τάση κανάλι ανιόντων 1, και ενεργοποιεί τις κασπάσες.

Οι ενεργές κασπάσες επάγουν νευριτικό κατακερματισμό και τελικά θάνατο νευρωνικών κυττάρων [191]. Για την καλύτερη κατανόηση των πιθανών δυναμικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών, λιπιδίων και RNA της νόσου του Alzheimer, εφαρμόστηκαν πρόσφατα τεχνικές υψηλής απόδοσης. Ο Cohn και οι συνάδελφοί του ακολούθησαν μια ολοκληρωμένη προσέγγιση «ωμικής» για να αναλύσουν τα μικρογλοιακά εξωσώματα [192].

Σε αυτή τη μελέτη, οι συγγραφείς απομόνωσαν μικρογλοιακά εξωσώματα από τον βρεγματικό φλοιό ασθενών με νόσο του Αλτσχάιμερ στο τελευταίο στάδιο. Πραγματοποίησαν μια ολοκληρωμένη ανάλυση που συνδυάζει πρωτεομικές, μεταγραφικές και λιπιδομικές αναλύσεις. Χρησιμοποίησαν πρωτεϊνική σκοπευτή, η οποία αναφέρεται σε ανάλυση πρωτεϊνών από κάτω προς τα πάνω, όπου οι πρωτεΐνες χαρακτηρίζονται από ανάλυση πεπτιδίων που απελευθερώνονται από την πρωτεΐνη μέσω πρωτεόλυσης [193], στοχευμένα λιπιδομικά και τεχνολογία NanoStringnCounter μια τεχνολογία υβριδισμού πολλαπλών νουκλεϊκών οξέων [194].

Χρησιμοποιώντας αυτή τη συνδυαστική προσέγγιση, η ερευνητική ομάδα έδειξε σημαντική μείωση στους δείκτες ομοιοστατικής μικρογλοίας P2RY12 και TMEM119 και αυξημένα επίπεδα δεικτών μικρογλοίας που σχετίζονται με νόσο FTH1 και TREM2. Επιπλέον, τα επίπεδα πρωτεΐνης tau σε εξωσώματα μικρογλοίας που προέρχονται από τον εγκέφαλο AD ήταν σημαντικά υψηλότερα, υποδηλώνοντας ότι τα εξωσώματα που προέρχονται από μικρογλοία φαίνεται να είναι σημαντικά για την εξάπλωση της παθολογίας tau.

Οι συναπτικές πρωτεΐνες και οι ειδικές για τους νευρώνες πρωτεΐνες εμπλουτίστηκαν επίσης διαφορικά σε μικρογλοιακά εξωσώματα που προέρχονται από τον εγκέφαλο AD. Οι συγγραφείς υπέθεσαν, ωστόσο, ότι οι συναπτικές πρωτεΐνες και οι ειδικές για τη μυελίνη πρωτεΐνες έχουν φαγοκυτταρωθεί πριν εισέλθουν στα μικρογλοιακά εξωσώματα. Οι λιπιδομικές αναλύσεις αποκάλυψαν έναν προφλεγμονώδη φαινότυπο και ένα πιθανό ελάττωμα στην αναδιαμόρφωση της ακυλικής αλυσίδας.

Τέλος, τα miRNA που σχετίζονται με τα μονοπάτια σηματοδότησης του ανοσοποιητικού και της κυτταρικής γήρανσης αυξήθηκαν στα μικρογλοιακά εξωσώματα που προέρχονται από τον εγκέφαλο της AD [192]. Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι μια σημαντική αλλαγή στη μοριακή σύνθεση των εξωσωμάτων αντανακλά αλλαγές στη μικρογλοία που είναι σύμφωνες με την πάσχουσα κατάσταση. Έχουμε συγκεντρώσει μεγάλο όγκο δεδομένων που εμπλέκουν τα εξωσώματα στη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Ένα σημαντικό ερώτημα είναι σε ποιο βαθμό τα εξωσώματα προάγουν ή αποτρέπουν την κάθαρση των λανθασμένων πρωτεϊνών; Επιπλέον, η αποσαφήνιση των συνεισφορών των εξωσωμάτων που απελευθερώνονται από διαφορετικά εγκεφαλικά κύτταρα θα προωθήσει περαιτέρω την κατανόησή μας για τη μετάδοση της νόσου.

Νόσος Πάρκινσον: Η νόσος του Πάρκινσον είναι μια από τις πιο κοινές διαταραχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την ηλικία - θεωρείται κυρίως μια διαταραχή κίνησης, με τυπικά συμπτώματα τρόμου ηρεμίας, ακαμψίας, βραδυκινησίας και κινητικής αστάθειας [195].

Επιπρόσθετα με αυτή τη νόσο συνδέονται η γνωστική έκπτωση, η κατάθλιψη και η ψύχωση [196]. Παθολογικά, χαρακτηρίζεται από τον εκφυλισμό των ντοπαμινεργικών νευρώνων της μέλαινας και την παρουσία Lewybodies που περιέχουν κακώς αναδιπλωμένη πρωτεΐνη συνουκλεΐνης σε επιζώντες νευρώνες. Η άλφα-συνουκλεΐνη ανιχνεύεται σε πολλά σωματικά υγρά, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφαλονωτιαίου υγρού και του πλάσματος [197,198].

Η άλφα-συνουκλεΐνη βρίσκεται σε ένα μέσο καλλιέργειας όταν τα κύτταρα που εκφράζουν -συνουκλεΐνη καλλιεργούνται in vitro [199]. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η -συνουκλεΐνη έχει ανιχνευθεί εξωκυτταρικά απουσία ενός σήματος εξωκυτταρικής ταξινόμησης, πώς φτάνει αυτή η πρωτεΐνη στον εξωκυτταρικό χώρο; Αρκετοί ερευνητές έχουν εξετάσει τον μηχανισμό έκκρισης -συνουκλεΐνης, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου των εξωσωμάτων στην έκκριση συνουκλεΐνης και της παθολογίας.

Η πρώτη ένδειξη ότι τα εξωσώματα θα μπορούσαν πράγματι να εμπλέκονται στην παθογένεση προήλθε από μια in vitro μελέτη που χρησιμοποίησε κύτταρα SH-SY5Y που εκφράζουν -συνουκλεΐνη. Οι συγγραφείς κατέδειξαν εξωκυτταρική έκκριση -συνουκλεΐνης μέσω εξωσωμάτων με τρόπο εξαρτώμενο από το ασβέστιο και πρότειναν τη συμμετοχή τους στην εξάπλωση της παθολογίας της νόσου του Πάρκινσον [200].

Μετά από αυτή τη μελέτη, έχουν ταυτοποιηθεί εξωσώματα που περιέχουν συνουκλεΐνη από διαφορετικά κύτταρα, εγκεφαλονωτιαίο υγρό και πλάσμα ασθενών με νόσο του Πάρκινσον [201-203]. Ωστόσο, υπάρχει μεγάλη μεταβλητότητα που αναφέρεται σε διαφορετικές μελέτες [204]. Είναι ενδιαφέρον ότι η ποσότητα της -συνουκλεΐνης στα εξωσώματα είναι σχετικά χαμηλή σε σύγκριση με το εγκεφαλονωτιαίο υγρό που ανιχνεύεται με ελεύθερη συνουκλεΐνη ή τα ρυθμισμένα μέσα.

Μια προσεκτική εξέταση αποκάλυψε ότι τα κύτταρα νευρογλοιώματος που εκφράζουν συνουκλεΐνη χρησιμοποιούν δύο μονοπάτια για την απελευθέρωση ολιγομερών συνουκλεΐνης, το ένα μέσω των εξωσωμάτων και μια δεύτερη, άμεση απελευθέρωση ελεύθερης συνουκλεΐνης ως ολιγομερή [205].

Αν και τα εξωσώματα έχουν χαμηλά επίπεδα -συνουκλεΐνης, τα εξωσώματα είναι πιο αποτελεσματικά στην άσκηση των τοξικών τους επιδράσεων από την ελεύθερη συνουκλεΐνη. Τα ολιγομερή άλφα-συνουκλεΐνης που υπάρχουν στα εξωσώματα εσωτερικεύτηκαν πιο αποτελεσματικά από τα ανθρώπινα κύτταρα νευρογλοιώματος Η4 σε σύγκριση με τα ολιγομερή ελεύθερης συνουκλεΐνης [205].

Ως συνέχεια αυτής της μελέτης, αυτή η ομάδα ερευνητών ανέφερε παρόμοια αποτελέσματα χρησιμοποιώντας εξωσώματα που καθαρίστηκαν από το εγκεφαλονωτιαίο υγρό ασθενών με νόσο του Πάρκινσον. Αποτελεσματική πρόσληψη εξωσωματικής ολιγομερισμένης συνουκλεΐνης παρατηρήθηκε σε κυτταρικές καλλιέργειες ανθρώπινου νευρογλοιώματος H4 σε σύγκριση με ολιγομερή ελεύθερης συνουκλεΐνης [206].

Στοιχεία για την έκκριση ελεύθερης συνουκλεΐνης στον εξωκυττάριο χώρο ή υγρό προήλθαν από μια μελέτη που εξέταζε τον ρόλο της διαλογής κενοτοπίων πρωτεϊνών 4 (VPS4) στη φόρτωση της συνουκλεΐνης σε πολλαπλά σωματίδια. Κανονικά, το VPS4 ρυθμίζει την ταξινόμηση των πρωτεϊνών σε πολυκυστιδώδη σώματα. Στη νόσο του Πάρκινσον, το VPS4 κατευθύνει τη συνουκλεΐνη στα λυσοσώματα για την αποικοδόμησή της και στην ανακύκλωση των ενδοσωμάτων για την εξωκυτταρική έκκριση της συνουκλεΐνης [207].

Όταν η λυσοσωμολειτουργία αναστέλλεται, η απελευθέρωση -συνουκλεΐνης συσκευασμένης σε εξωσώματα φάνηκε να αυξάνει τα καλλιεργημένα κύτταρα SH-SY5Y [208]. Το ενδοσωμικό κλάσμα της -συνουκλεΐνης διαφεύγει της αποικοδόμησης σε συνθήκες λυσοσωμικής βλάβης [209].

For more information:1950477648nn@gmail.com