Δομικές και λειτουργικές γνώσεις για τον πολυμορφισμό ινιδίων συνουκλεΐνης Μέρος 3

4.3. -Syn στελέχη σε δείγματα ανθρώπινης συνουκλεϊνοπάθειας

Οι δομικές και λειτουργικές διαφορές που παρατηρούνται σε ανασυνδυασμένα στελέχη μπορούν να επικυρωθούν με την αναγνώριση και τον χαρακτηρισμό ινιδίων απευθείας από δείγματα ασθενών με συνουκλεϊνοπάθεια.

Τα ανασυνδυασμένα στελέχη αναφέρονται σε μικροβιακά είδη που έχουν ανασυνδυαστεί σε γενετικό επίπεδο. Έχει σημειωθεί τεράστια πρόοδος σε αυτόν τον τομέα, δίνοντάς μας πολλές ευκαιρίες. Ταυτόχρονα, οι επιστήμονες μελετούν συνεχώς τις επιπτώσεις των ανασυνδυασμένων στελεχών στον άνθρωπο και στο περιβάλλον. Τα αποτελέσματα ερευνών τα τελευταία χρόνια έχουν δείξει ότι τα ανασυνδυασμένα στελέχη έχουν θετικό αντίκτυπο στην ανθρώπινη μνήμη.

Μελέτες έχουν βρει ότι τα ανασυνδυασμένα στελέχη μπορούν να επηρεάσουν την ανθρώπινη γνωστική ικανότητα και τη μνήμη βελτιώνοντας τη μεταβολική δραστηριότητα των μικροοργανισμών στα έντερα και αυξάνοντας την ευεργετική χλωρίδα στα έντερα. Αυτός ο μηχανισμός επικοινωνίας του άξονα εντέρου-εγκεφάλου ονομάζεται «αλληλεπίδραση εντέρου-εγκεφάλου».

Συγκεκριμένα, το ανασυνδυασμένο στέλεχος μπορεί να προάγει την αποκατάσταση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού αυξάνοντας την ευεργετική χλωρίδα στο έντερο, προάγοντας έτσι τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου. Επιπλέον, το ανασυνδυασμένο στέλεχος μπόρεσε να αυξήσει την απελευθέρωση ντοπαμίνης και νευροπεπτιδίων, τα οποία είναι κρίσιμα για τη μακροπρόθεσμη μνήμη και τη μάθηση.

Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες προτείνουν ότι οι άνθρωποι πρέπει να τρώνε περισσότερες τροφές πλούσιες σε προβιοτικά και πρεβιοτικά, όπως γιαούρτι, καφέ και τροφές ολικής αλέσεως. Επιπλέον, οι άνθρωποι μπορούν επίσης να συμπληρώσουν τα προβιοτικά στα έντερα καταναλώνοντας ορισμένα συγκεκριμένα ανασυνδυασμένα στελέχη, προωθώντας έτσι περαιτέρω την επίδραση της αλληλεπίδρασης εντέρου-εγκεφάλου.

Συνοπτικά, υπάρχει μια θετική σχέση μεταξύ των ανασυνδυασμένων στελεχών και της μνήμης. Οι άνθρωποι θα πρέπει να λαμβάνουν κάποια αποτελεσματικά μέτρα για την προώθηση της επικοινωνίας μεταξύ του εντέρου και του εγκεφάλου, βελτιώνοντας έτσι τη μνήμη και τις γνωστικές τους ικανότητες. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola μπορεί επίσης να ρυθμίσει την ισορροπία των νευροδιαβιβαστών, όπως η αύξηση των επιπέδων ακετυλοχολίνης και αυξητικών παραγόντων. Αυτές οι ουσίες είναι πολύ σημαντικές για τη μνήμη και τη μάθηση. Επιπλέον, το Cistanche deserticola μπορεί επίσης να βελτιώσει τη ροή του αίματος και να προωθήσει την παροχή οξυγόνου, η οποία μπορεί να εξασφαλίσει ότι ο εγκέφαλος λαμβάνει επαρκή θρεπτικά συστατικά και ενέργεια, βελτιώνοντας έτσι τη ζωτικότητα και την αντοχή του εγκεφάλου.

Κάντε κλικ στα συμπληρώματα γνώσης για να βελτιώσετε τη μνήμη

Η πρώτη απόδειξη ενός στελέχους που προέρχεται από τον εγκέφαλο προήλθε από μια σπερματική μελέτη από τον Prusineret al. [270], το οποίο απέδειξε ότι τα εκχυλίσματα εγκεφάλου από το MSA μεταδίδονται σε διαγονιδιακά ποντίκια και κύτταρα, με αποτέλεσμα άφθονη παθολογία -Syn [270]. Αντίθετα, αυτό δεν παρατηρήθηκε χρησιμοποιώντας εκχυλίσματα εγκεφάλου από PD, υποδηλώνοντας ότι το στέλεχος που προέρχεται από PD μπορεί να διαφέρει από το MSA [270].

Έπειτα έρχεται το ερώτημα, τι μπορεί να οδηγήσει τον -Syn να υιοθετήσει μια διαφορετική διαμόρφωση σε MSA ή PD; In vitro, διάφορες συνθήκες διαλύματος (όπως η παρουσία ή απουσία άλατος) δημιουργούν ινίδια με διαφορετικές δομικές και λειτουργικές ιδιότητες [29]. Ομοίως, το -Syn εκτίθεται επίσης σε διάφορα μικροπεριβάλλοντα in vivo, επηρεάζοντας τη συσσώρευσή του [271].

Οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες στο PD και τα ολιγοδενδροκύτταρα που επηρεάζονται στο MSA ανήκουν σε διαφορετικές κυτταρικές σειρές και έχουν διακριτά κυτταρικά περιβάλλοντα. Ο Lee και οι συνεργάτες του απέδειξαν ότι διαφορετικά ενδοκυτταρικά περιβάλλοντα δύο κυτταρικών σειρών προσδίδουν σχηματισμό στελέχους σε MSA και PD [34]. -Τα ινίδια Syn που προέρχονται από GCIs σε ολιγοδενδροκύτταρα (GCI- -Syn) και LBs σε νευρώνες (LB- -Syn) των ασθενών εγκεφάλων διαφέρουν σημαντικά και παρουσιάζουν ξεχωριστές ικανότητες σποράς [34].

Το στέλεχος GCI- -Syn είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό στη σπορά - Synaggregation σε σύγκριση με το LB- -Syn, συμβάλλοντας έτσι στην επιθετικότητα του MSA [34]. -Συσσωματώματα Syn έχουν επίσης ανιχνευθεί σε βιολογικά υγρά όπως το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ) και το πλάσμα ασθενών με PD [272,273]. -Η συσσώρευση Syn ξεκινά χρόνια πριν από την έναρξη των πραγματικών συμπτωμάτων της νόσου και, επομένως, η ανίχνευση αυτών των συσσωματωμάτων σε πρώιμα στάδια μπορεί να επιτρέψει την ταυτοποίηση και τον χαρακτηρισμό ενός συγκεκριμένου στελέχους σε αυτά τα υγρά.

Σε αυτό το πλαίσιο, αναπτύχθηκε πρόσφατα η ενίσχυση συσσωματωμάτων -Syn από εκχυλίσματα εγκεφάλου ασθενών με PD και MSA που χρησιμοποιούν την τεχνική κυκλικής ενίσχυσης λανθασμένης αναδίπλωσης πρωτεΐνης (PMCA). Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει την ενίσχυση μη αναδιπλωμένων πρωτεϊνών in vitro, όπως η ενίσχυση DNA με PCR [274]. Αποτελείται από εναλλακτικούς κύκλους επώασης και υπερήχων, με αποτέλεσμα την αντιγραφή αμυλοειδούς.

Πρώτον, η ίχνη αμυλοειδούς επωάζεται με μια περίσσεια φυσικής πρωτεΐνης για να προκληθεί ανάπτυξη πολυμερών. Στη συνέχεια, το μείγμα του δείγματος υποβάλλεται σε υπερήχηση, η οποία θα διασπάσει τα ινίδια, με αποτέλεσμα αρκετούς πυρήνες.

Κάθε νεοσχηματισμένος πυρήνας θα λειτουργήσει ως σπόρος στον επόμενο κύκλο και θα προκαλέσει περαιτέρω την ανάπτυξη ινιδίων. Με αυτόν τον τρόπο, μετά από κάθε κύκλο, ο αριθμός των σπόρων θα αυξάνεται εκθετικά και θα επιτρέψει την ανίχνευση της ελάχιστης ποσότητας των αδρανών που διπλώνουν σωστά στην αρχή [274]. Ο Soto και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το PMCA για να ενισχύσουν τα συσσωματώματα -Syn από το ΕΝΥ των ασθενών που διαγνώστηκαν με PD και MSA [52].

Βρήκαν ότι τα ινίδια που προέρχονται από PD και MSA παρουσιάζουν διαφορετικές βιοφυσικές και βιοχημικές ιδιότητες και αντιστοιχούν σε διαφορετικά διαμορφωτικά στελέχη του -Syn [52]. Ακόμη και τα συσσωματώματα -Syn που έχουν ενισχυθεί από ομογενοποίηση εγκεφάλου PD και MSA έχουν αποδειχθεί ότι ασκούν μεταβλητή τοξικότητα και νευροεκφυλισμό στους ανθρώπινους ντοπαμινεργικούς νευρώνες, αντανακλώντας τη διαφορετική σοβαρότητα της νόσου που παρατηρείται σε ασθενείς με PD και MSA λόγω διαφορετικών στελεχών -Syn [275].

Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν οριστικά ότι οι συνουκλεινοπάθειες μπορούν να διακριθούν με βάση τον τύπο του στελέχους -Syn που υπάρχει στον εγκέφαλο. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα στην ανίχνευση συσσωματωμάτων προκύπτει όταν παρατηρείται ετερογένεια από ασθενή σε ασθενή στην ίδια ασθένεια. Αυτή η ετερογένεια στα συσσωματώματα -Syn που ενισχύονται από εκχυλίσματα εγκεφάλου ασθενών με PD είναι μεγαλύτερη από ότι στα εκχυλίσματα εγκεφάλου MSA [276].

Οι Strohaker et al. ανέφερε ότι τα ινίδια που προέρχονται από PD και MSA δεν παρουσιάζουν αξιοσημείωτα διακριτές δομικές ιδιότητες [276], σε αντίθεση με τα ευρήματα που αναφέρθηκαν από τον Soto και τους συνεργάτες του [52].

Η πιθανή αιτία για τις αντίθετες παρατηρήσεις θα μπορούσε να είναι οι διαφορές στο πρωτόκολλο PMCA που χρησιμοποιούν οι δύο ομάδες [277]. Επιπλέον, οι Strohaker et al. χρησιμοποίησε πολύ μικρότερο μέγεθος δείγματος από την ομάδα του Soto [52,276]. Άλλοι παράγοντες, όπως το γενετικό υπόβαθρο των ασθενών, η ηλικία των επιλεγμένων ασθενών, ένα φορτίο συσσωματωμάτων -Syn σε διαφορετικούς ασθενείς, η παρουσία άλλων συστατικών στα εκχυλίσματα και η περιοχή του εγκεφάλου από την οποία έγινε η εξαγωγή, θα μπορούσαν επίσης να είναι υπεύθυνη για αυτές τις διαφορές [276].

Παρόμοιες αντιφάσεις υπάρχουν και στον τομέα της παθολογίας της AD. Πρόσφατα ευρήματα σε δείγματα tau που προέρχονται από τον εγκέφαλο έχουν προτείνει ότι η ετερογένεια από ασθενή σε ασθενή στις διαμορφώσεις των ινιδίων ταυ υπάρχει στην ίδια ασθένεια, AD [278]. Ωστόσο, ο Goedert και οι συνεργάτες του παρατήρησαν τον ίδιο τύπο διαμόρφωσης οφθαλμού σε όλες τις περιπτώσεις AD που αναλύθηκαν μέχρι τώρα, υποδηλώνοντας ότι τα ινίδια ταυ από μια μεμονωμένη νόσο (όπως η AD ή η νόσος του Pick) υιοθετούν μια κοινή δομική πτυχή [218,219].

Αν και οι λόγοι και οι παράγοντες που οδηγούν αυτή τη δομική εξειδίκευση στις ταυοπάθειες είναι ασαφείς, θα μπορούσε να οφείλεται σε πολλαπλές ισομορφές του ταυ, PTMs, αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια πρωτεΐνης, συμπαράγοντες κ.λπ.

Πρόσφατα, οι Scheres και Godert παρουσίασαν μια ιεραρχική ταξινόμηση ταυινιδίων από διαφορετικές ταυοπάθειες με βάση τις πτυχές των νηματίων τους [279]. Απομένει να προσδιοριστεί εάν υπάρχει παρόμοια ταξινόμηση για τα ινίδια -Syn που απομονώθηκαν από δείγματα συνουκλεϊνοπάθειας. Πρόσφατα, έχει γίνει μεγάλη προσπάθεια για την επίλυση της δομής του -Synderived από τον ανθρώπινο εγκέφαλο από τους Schweighauser et al., χρησιμοποιώντας το Cryo-EM [280].

Η ομάδα διαπίστωσε ότι τα νήματα -Syn από τον εγκέφαλο ασθενών με DLB δεν συστρέφονται και είναι λεπτότερα από εκείνα που προέρχονται από τον εγκέφαλο ασθενών με MSA [280], σύμφωνα με τα προηγούμενα ευρήματα [3]. Η έλλειψη συστροφών σε ινίδια που προέρχονται από το DLB απέκλεισε τον προσδιορισμό της δομής 3D από το κρυο-ΕΜ και οι διαφορές στα ινίδια -Syn που προέρχονται από ασθενείς με MSA και DLB σχεδιάστηκαν με βάση τη δισδιάστατη μέση τιμή της τάξης [280].

Αν και χρειαζόμαστε περισσότερες δομές υψηλής ανάλυσης που προέρχονται από ασθενείς με συνουκλεϊνοπάθεια για να καταλήξουμε σε ένα οριστικό συμπέρασμα, οι παρούσες αναφορές σίγουρα ενισχύουν τους ισχυρισμούς σχετικά με την ύπαρξη διακριτών τύπων ινιδίων του -Syn.

Επιπλέον, οι δομές των νηματίων -Syn από περιπτώσεις PD δεν είναι ακόμη διαθέσιμες, αλλά η επίλυσή τους στο μέλλον μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στην κατανόηση του μηχανισμού της νόσου και στη δημιουργία θεραπευτικών προσεγγίσεων κατά των συνουκλεϊνοπαθειών.

5. Δομικά Μοντέλα Υψηλής Ανάλυσης Υφιστάμενων Στελεχών Ινιδίων -Syn

Διάφορες βιοφυσικές τεχνικές έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι στιγμής, όπως ssNMR, μικρο-ηλεκτροδιάθλαση, EPR, κυκλικός διχρωμισμός (CD), ανταλλαγή υδρογόνου/δευτερίου NMR (HDXNMR) και κρυο-ΕΜ, για τον προσδιορισμό της δομής των ινιδίων -Syn σε διαφορετικές αναλύσεις.

Αυτές οι τεχνικές έθεσαν τα θεμέλια του πολυμορφισμού μοριακού επιπέδου στα ινίδια. Η δομή φύλλου του πυρήνα του ινιδίου χρησιμοποιώντας ssNMR αποκάλυψε δύο ινίδια, τη μορφή Α και τη μορφή Β, με διαδοχική αντιστοίχιση 48 υπολειμμάτων του πυρήνα [56].

Η μελέτη διευκρίνισε την παρουσία δύο πολύμορφων ινιδίων που μπορεί να έχουν σχηματιστεί λόγω διαφορετικών μηχανισμών για μαρμαρυγή [56]. Ομοίως, οι δύο αντίθετες δομές ινιδίων, «κορδέλες» και «ινίδια», που δημιουργήθηκαν στο in vitro έδειξαν διαφορές στο μήκος, την κατανομή και τον αριθμό των στοιχείων-φύλλων στη δομή των ινιδίων τους που αναλύθηκε με ssNMR [29].

Ωστόσο, παρά τις πολλές προσπάθειες, το πώς διαφέρουν τα πολύμορφα ινιδίων -Syn στην ατομική δομή παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό άγνωστο. Η εξέλιξη στον δομικό πολυμορφισμό ήρθε μετά την επίλυση της δομής του ινιδίου -Syn χρησιμοποιώντας κρυο-ΕΜ σε ανάλυση ατομικού επιπέδου. Ο Stahlberg και η ομάδα αποκάλυψαν ότι τα ινίδια -Syn (υπολείμματα 1–121) αποτελούνται από δύο πανομοιότυπα πρωτονημάτια [61].

Τα φύλλα-από κάθε πρωτονήμα αλληλεπιδρούν και σταθεροποιούν τη δομή μέσω υδρόφοβης γεωμετρίας φερμουάρ [61]. Συγκεκριμένα, τα υπολείμματα 50-57 που βρίσκονται στη διεπιφάνεια του πρωτονήματος είναι επίσης η θέση των οικογενών μεταλλαγμάτων PD (A53T/V/E), H50Q και G51D [61]. Από αυτή την άποψη, προβλέφθηκε ότι αυτές οι μεταλλάξεις θα μπορούσαν να αλλάξουν τη δομή των ινιδίων, με αποτέλεσμα διαφορετικούς τύπους ινιδίων.

Μεταγενέστερες κρυο-ΕΜ μελέτες της δομής του πλήρους μήκους -Syn έδειξαν μια διαφορά στη χειρομορφία και μια ελικοειδή συστροφή [281] σε σύγκριση με την C-τερματική κολοβωμένη δομή ινιδίων -Syn (υπολείμματα 1-121) [61]. Θεωρήθηκε ότι αυτές οι διαφορές στις δομές πλήρους μήκους (1-140) και στα C-τελικά κολοβωμένα ινίδια θα μπορούσαν να οφείλονται στον πολυμορφισμό των ινιδίων.

Η άμεση απόδειξη αυτών των θεωριών προέκυψε από πρόσφατες σπερματικές μελέτες που χρησιμοποίησαν κρυο-ΕΜ για να οριοθετήσουν τα μοντέλα των πολυμορφών ινιδίων -Syn. Li et al. εντόπισε δύο πολύμορφα ινιδίων, το «ράβδος» και το «στριφτάρι», με κοινή δομή πυρήνα πρωτονήματος αλλά διαφοροποιημένες διεπαφές μεταξύ πρωτονημάτων [57]. Τα πολυμορφικά στριφτάρια εμφανίζουν ένα διατεταγμένο λυγισμένο- -αρχμοτίβο, ενώ τα πολύμορφα ράβδου προσλαμβάνουν ορισμένα πρόσθετα υπολείμματα για να σχηματίσουν ένα μοτίβο «ελληνικού κλειδιού», όπως αναφέρεται και από άλλες ομάδες [55,61,281].

Η ύπαρξη πολυμορφών σε μορφές στριφογυριστών ροδών υποδηλώνει ότι οι διαφορές στη συσκευασία της ίδιας δομής πυρήνα μπορεί να οδηγήσουν σε πολυμορφισμό. Παρόμοιες παρατηρήσεις έχουν γίνει και για άλλες αμυλοειδείς πρωτεΐνες, όπως το αμυλοειδές και το ταυ, όπου τα πρωτονημάτια με την ίδια δομή πυρήνα αλλά διαφορετικές διατάξεις πλήρωσης οδηγούν σε πολυμορφικές δομές [40,282].

Περαιτέρω, οι δύο νέες πολυμορφικές μορφές ινιδίων -Syn που δημιουργούνται in vitro, που ονομάζονται πολύμορφα 2a και 2b, αντίστοιχα, είναι διαφορετικές από τα πολυμορφικά 1a και 1b που αναφέρθηκαν προηγουμένως [57,61,281]. Στο πολύμορφο 1a [61], οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υπολειμμάτων Η διεπαφή πρωτονήματος προκαλείται από το σχηματισμό υδρόφοβης γεωμετρίας στερεοχημικού φερμουάρ, ενώ στα πολύμορφα 2a και 2b, μεσολαβούνται από γέφυρες άλατος [41,61].

Η προσεκτικότερη επιθεώρηση των δομικών διαφορών μεταξύ των πολύμορφων 1a/1b και των νέων πολύμορφων 2a/2b αποκάλυψε περαιτέρω διαφορές στη διάταξη των μοτίβων του τόξου, που αλλάζουν τη διεπαφή των πρωτονημάτων μεταξύ των πολυμορφών 1 και 2 [41].

Αυτές οι μελέτες ενισχύουν την υπόθεση ότι η ίδια πρόδρομη πρωτεΐνη -Syn μπορεί να συναρμολογηθεί σε πολλαπλά ινίδια πολυμορφσίνης vitro, τα οποία διαφέρουν ριζικά μεταξύ τους ως προς την ατομική ανάλυση. Ο Goedert και οι συνεργάτες του μελέτησαν πρόσφατα τις κρυο-ΕΜ δομές των ινιδίων tau που προέρχονται από το Alzheimer και τη νόσο του Pick εγκεφάλους ασθενών [40,218,219].

Βρήκαν ξεχωριστές πτυχές των νηματίων tau και στις δύο ασθένειες, υποδεικνύοντας ότι υπάρχουν διαφορετικοί διαμορφωτές του tau σε διαφορετικές ταυοπάθειες. Η ίδια ομάδα ανέφερε δύο τύπους νηματίων -Syn, τύπου Ι και τύπου II, από τον εγκέφαλο ατόμων που έπασχαν από MSA [280]. Βρήκαν ότι κάθε νήμα αποτελείται από δύο μη πανομοιότυπα πρωτονήματα.

Η κοιλότητα που σχηματίζεται από τη στενή συσκευασία των πρωτονημάτων περικλείει επιπλέον μόρια που δεν έχουν ακόμη προσδιοριστεί [280]. Ο μέσος όρος της τάξης 2D αποκάλυψε επίσης διαφορετικά ινίδια από ασθενείς με MSA και DLB, υποδηλώνοντας την ύπαρξη διακριτών διαμορφωτών που σχετίζονται με τη συνουκλεϊνοπάθεια.

Επιπλέον, θα ήταν ενδιαφέρον να ρωτήσουμε εάν τα ινίδια που προέρχονται από τον ασθενή παρουσιάζουν οποιοδήποτε επίπεδο ομοιότητας με τα ινίδια που παράγονται in vitro. Ο χαρακτηρισμός σε μοριακό επίπεδο και η σύγκριση δειγμάτων ινιδίων που προέρχονται από τον εγκέφαλο με ινίδια που δημιουργούνται in vitro αποκάλυψε ότι αυτά τα δύο είναι δομικά διαφορετικά [276,280]. Η κύρια διαφορά μεταξύ του προερχόμενου από MSA και των συνθετικών νηματίων στο μέγεθος και τη συσκευασία των πρωτονημάτων στα ινίδια MSA [280].

Επιπλέον, οι ερευνητές χρησιμοποιούν δύσκολες συνθήκες για να δημιουργήσουν και να απομονώσουν συνθετικά ινίδια όπως η ανάδευση, η συγκέντρωση αλατιού κ.λπ., τα οποία επηρεάζουν τη διάταξη συσκευασίας και φύλλων των νημάτων [10,283-285]. Ως αποτέλεσμα, καθίσταται δύσκολος ο συσχετισμός των in vitro αποτελεσμάτων με τα in vivo σενάρια.

Από την άλλη πλευρά, κάποιος μπορεί να πάρει μόνο προσχηματισμένα ινίδια από δείγματα που εξάγονται από ασθένεια, αλλά μπορεί να μην καταλάβει πώς προέκυψαν και ποιοι παράγοντες διέπουν το σχηματισμό διαφορετικών ινιδίων σε διαφορετικά δείγματα εγκεφάλου. Είναι δύσκολο να απομονωθούν τα παροδικά τοξικά είδη ή τα ενδιάμεσα από τα δείγματα του εγκεφάλου για την κατανόηση της παθογένεσης της νόσου.

Κατά συνέπεια, πρέπει να βασιστούμε σε δείγματα in vitro για να οριοθετήσουμε τους μηχανισμούς σχηματισμού ινιδίων, τις οδούς και την κινητική ανάλυση. Ομοίως, πρέπει να δοκιμάσουμε τα ίδια χρησιμοποιώντας ινίδια που προέρχονται από τον εγκέφαλο για να αναπτύξουμε μια πιο εκτεταμένη βάση γνώσεων. Συνολικά, οι δομές υψηλής ανάλυσης των πολυμορφών -Syn θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές στην αναζήτησή τους για πιθανούς θεραπευτικούς στόχους.

Ωστόσο, απαιτείται ενδελεχής έρευνα για να κατανοηθεί ο αντίκτυπος των κυτταρικών καταστάσεων, μεταλλάξεων, PTMs, παρουσίας συμπαραγόντων κ.λπ., στη δομή των ινιδίων -Syn και η σύνδεση διαφορετικών πολυμορφών ινιδίων με την κλινική μεταβλητότητα που παρατηρείται στην PD.

6. Οικογενείς μεταλλάξεις -Συν Μορφή Διακεκριμένων Διαμορφώσεων Ινιδίων

-Ο συνολιγομερισμός και η συσσωμάτωση σχετίζονται με την παθογένεση της PD. Επτά οικογενείς λανθασμένες μεταλλάξεις έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής στο γονίδιο SNCA, που σχετίζονται με PD πρώιμης και όψιμης έναρξης [83-90].

Μεταξύ αυτών των μεταλλάξεων που σχετίζονται με το PD, τα μεταλλάγματα E46K, H50Q, A53T και τα πρόσφατα ανακαλυφθέντα A53V επιταχύνουν τον ρυθμό συσσώρευσης -Syn, ενώ οι μεταλλάξεις A30P, G51D και A53E επιβραδύνουν την κινητική συσσωμάτωσης in vitro [91,93,99]. η σχέση μεταξύ του ρυθμού συσσώρευσης (in vitro) και της ηλικίας έναρξης της νόσου (in vivo) δεν είναι απλή [103].

Αν και τα ολιγομερή που σχηματίζονται κατά τα πρώιμα στάδια της κινητικής συσσωμάτωσης είναι δυνητικά τοξικά [286], μόνο το A30P παρουσιάζει ταχύτερο ολιγομερισμό και καθυστερημένη μετατροπή των ολιγομερών σε ινίδια [102]. Το G51D, από την άλλη πλευρά, παρουσιάζει αργό ολιγομερισμό και αργό σχηματισμό ινιδίων [287,288], αλλά σχετίζεται με την πρώιμη έναρξη της νόσου.

Λόγω αυτής της πολυπλοκότητας στη συμπεριφορά των οικογενών μεταλλαγμένων, είναι δύσκολο να δημιουργηθεί ένας ενοποιητικός μηχανισμός μέσω του οποίου προκαλούν τη νόσο. Προηγούμενες αναφορές έχουν προτείνει ότι το -Syn υιοθετεί μια ελικοειδή δομή κατά τη σύνδεση με μεμβράνες in vivo [289,290].

Οποιαδήποτε αλλαγή μεμονωμένου αμινοξέος στον Ν-τελικό τομέα του -Syn μπορεί να αλλάξει την ικανότητα δέσμευσης μεμβράνης και να αυξήσει την κυτοσολική συγκέντρωση της πρωτεΐνης προάγοντας ταχύτερη συσσωμάτωση [291,292]. Τα δεδομένα δέσμευσης μεμβράνης των οικογενών μεταλλαγμάτων -Syn από το εργαστήριό μας [92] και άλλα [110,288,292,293] έδειξαν ότι τα μεταλλάγματα H50Q, A53T και E46K παρουσιάζουν αυξημένη δέσμευση μεμβράνης, ενώ τα μεταλλαγμένα μεμβράνης A53E, G51D και A30P μειώθηκαν.

Αυτό υποδηλώνει ότι, παρόμοια με τη συσσώρευση, η ικανότητα δέσμευσης μεμβράνης δεν συσχετίζεται με αυξημένες τάσεις ασθένειας από οικογενείς μεταλλάξεις -Syn. Επομένως, υπάρχει έλλειψη συσχέτισης μεταξύ της ικανότητας συσσωμάτωσης και δέσμευσης μεμβράνης με την πραγματική παθογένεση της νόσου που προκαλείται από τις οικογενείς μεταλλάξεις του -Syn.

Αυτό εγείρει το ερώτημα πώς η μετάλλαξη σημείου σε μια εγγενώς αδόμητη πρωτεΐνη παρουσιάζει δραστικές διαφορές στην έναρξη και την εξέλιξη της νόσου. Πιστεύουμε ότι θα μπορούσε να είναι δυνατό διαφορετικά μεταλλαγμένα -Syn να παράγουν διαφορετικούς τύπους και ποσότητες ολιγομερών και επίσης να μπορούν να αλλάξουν μοναδικά την ικανότητα σποράς της πρωτεΐνης άγριου τύπου [103].

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μεταλλάγματα επηρεάζουν όχι μόνο τη συνολική συσσώρευση της πρωτεΐνης αλλά και τα μικροσκοπικά στάδια που εμπλέκονται στο σχηματισμό αμυλοειδούς, δηλαδή την έναρξη και την ενίσχυση του -Syn μέσω της δευτερογενούς διαδικασίας πυρήνωσης [294]. Κατά ενδιαφέροντα, οι Lazaro et al. διαπίστωσαν ότι, παρά την ίδια τάση ολιγομερισμού σε καλλιεργημένα κύτταρα, τα A30P, E46K, H50Q, G51D και A53T παρουσιάζουν διακριτές ικανότητες σε εγκλείσματα [295]. Το A30P έδειξε μειωμένη τάση να σχηματίζει εγκλείσματα στα κύτταρα, ενώ τα μεταλλαγμένα E46K και G51D εμφάνισαν αντίθετο αποτέλεσμα [295].

Και πάλι, ο σχηματισμός συμπερίληψης στα κύτταρα [295] δεν συσχετίστηκε με την τάση συσσωμάτωσης του μεταλλακτοσίνης vitro [12,91-93,102]. Έτσι, η αντιμετώπιση αυτών των ερωτημάτων σχετικά με το πώς οι μεταλλάξεις άγριου τύπου -Syn andits συμβάλλουν στην πρώιμη και όψιμη έναρξη της PD γίνεται σημαντική για την κατανόηση της διαφορικής παθογένεσης των συνουκλεϊνοπαθειών.

Ο σχηματισμός ινιδίων είναι ιδιαίτερα ευαίσθητος στις αλλαγές στο τοπικό και/ή παγκόσμιο μικροπεριβάλλον της πρωτεΐνης. Αυτό υποδηλώνει ότι μια μεμονωμένη αλλαγή αμινοξέος μπορεί να οδηγήσει σε πολυμορφισμό λόγω διαφορετικής διαμορφωτικής δυναμικής ειδικής θέσης, όπως φαίνεται για τον άγριο τύπο και τα ινίδια των E46K, A30P και A53T [296]. Σε αυτό το πλαίσιο, ο Knowles και οι συνεργάτες του μελέτησαν πρόσφατα τη συστηματική σύγκριση του -Syn και των μεταλλακτικών παραγόντων που σχετίζονται με την ασθένεια χρησιμοποιώντας βιοφυσικές τεχνικές [297]. Τα μεταλλαγμένα PD δημιουργούν πολύμορφα ινιδίων με διακριτή μορφολογία και δευτερογενείς δομές σε σύγκριση με την πρωτεΐνη άγριου τύπου [297].

Πράγματι, αρκετές αναφορές έχουν επιβεβαιώσει ανεξάρτητα ότι διαφορετικά μεταλλαγμένα -Syn σχηματίζουν ινίδια με χαρακτηριστική μορφολογία που αποκαλύπτεται από μελέτες ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας μετάδοσης (TEM) και μικροσκοπίας ατομικής δύναμης (AFM), μοναδικά μοτίβα περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) και διαφορές στα δευτερεύοντα στοιχεία δομής (Εικόνα 4Α, Β).

Επιπλέον, η διεπαφή των δύο πρωτονημάτων στη δομή του ινιδίου -Syn σχηματίζεται από τα υπολείμματα 50-57, τα οποία φιλοξενούν επίσης τρεις οικογενείς μεταλλάξεις [61]. Αυτό υποδηλώνει ότι ακόμη και μια μετάλλαξη ενός σημείου μπορεί να αλλάξει τη δυναμική και τη συσσώρευση των πρωτονημάτων.

Μια πιο προσεκτική επιθεώρηση των ινιδίων που σχηματίζονται από μεταλλαγμένα από το cryo-EM [298-300] αποκάλυψε την πλαστικότητα τέτοιων ινιδίων όσον αφορά τις συστροφές, τον αριθμό των πρωτονημάτων που αλληλεπιδρούν, τη διάταξη συσκευασίας, τα δευτερεύοντα δομικά στοιχεία και το τεταρτοταγές σχήμα κ.λπ. (Εικόνα 4C, D). Ο Boyer και η ομάδα του μελέτησαν μεταλλαγμένα H50Q και βρήκαν στενά (1c) και πλατιά ινίδια (1d) με ένα ή δύο πρωτονήματα, αντίστοιχα [300].

Παρά το γεγονός ότι μοιράζονται την ίδια δομή συντηρημένου πυρήνα όπως αναφέρθηκε προηγουμένως για το άγριου τύπου -Syn, τα μεταλλαγμένα ινίδια εμφάνισαν νέα διάταξη πρωτονήματος και δίκτυα δεσμών υδρογόνου [300]. Επιπλέον, το A53 βρίσκεται στο κέντρο της διεπαφής των πρωτονημάτων που αλληλεπιδρούν στο άγριου τύπου -Syn [61] και είναι επίσης ένα καυτό σημείο για πολλές σημειακές μεταλλάξεις [16,89,90].

Μελέτες Cryo-EM με Ν-τερματικά ακετυλιωμένο μετάλλαγμα A53T δεν αποκάλυψαν καμία αλλαγή στην πτυχή του άγριου τύπου -Syn [299]. Ωστόσο, η μετάλλαξη διαταράσσει τις αλληλεπιδράσεις των υπολειμμάτων και αναδιατάσσει τον προσανατολισμό της διεπαφής του πρωτονήματος, καταλήγοντας έτσι σε διαφορετικό τύπος ινιδίων [299]. Αυτό θα μπορούσε επίσης να συμβαίνει με τις άλλες δύο μεταλλάξεις A53, δηλαδή τις A53E και A53V, αλλά αυτή η πιθανότητα δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί.

Η κρυο-ΕΜ μοντελοποίηση των ινιδίων που σχηματίζονται από μετάλλαξη E46K υποστήριξε επίσης την επικρατούσα υπόθεση. Αποκάλυψε το σχηματισμό πολυμορφών ινιδίων με διακριτή συσκευασία πρωτονήματος και διεπαφές σε σύγκριση με το άγριου τύπου -Syn [298,301]. Επιπλέον, σχημάτισε μια πιο σταθερή και παθογόνο παραλλαγή του άγριου τύπου -Syn [298]. Συνολικά, αυτές οι μελέτες υποδηλώνουν ότι η συσκευασία πρωτονήματος και η διεπαφή είναι κρίσιμες για τον προσδιορισμό της δομής των ινιδίων.

Κάθε οικογενής μετάλλαξη μπορεί να συμπεριφέρεται ως στέλεχος -Syn, μεταβάλλοντας μοναδικά τη δομή και τη δυναμική των ινιδίων που προκύπτουν. Αυτές οι διαφορές στη δομή των ινιδίων μπορεί να οδηγήσουν σε διαφορετικά κλινικά και παθολογικά αποτελέσματα, συμβάλλοντας έτσι στην ετερογένεια της νόσου στις συνουκλεινοπάθειες.

For more information:1950477648nn@gmail.com