Το διαγνωστικό δυναμικό των αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών Μέρος 1

Περίληψη:

Οι νευροεκφυλιστικές διαταραχές είναι μια ιδιαίτερα διαδεδομένη κατηγορία ασθενειών, των οποίων οι παθολογικοί μηχανισμοί ξεκινούν πριν την εμφάνιση οποιωνδήποτε σαφών συμπτωμάτων. Αυτό το γεγονός ώθησε τους επιστήμονες να αναζητήσουν βιοδείκτες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην έγκαιρη θεραπεία.

Αυτές οι επί του παρόντος ανίατες παθολογίες μοιράζονται την παρουσία ανώμαλων συσσωματωμάτων που ονομάζονται αμυλοειδή στο νευρικό σύστημα, τα οποία αποτελούνται από συγκεκριμένες πρωτεΐνες.

Σε αυτήν την ανασκόπηση, συζητάμε πώς αυτές οι πρωτεΐνες, οι διαμορφώσεις και οι τροποποιήσεις τους θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν ως βιοδείκτες για διαγνωστικούς σκοπούς.

Η πρωτεΐνη είναι μια από τις σημαντικές ουσίες για τη διατήρηση της καλής υγείας και έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στη μνήμη. Η πρωτεΐνη αποτελείται από αμινοξέα, τα οποία είναι οι πρώτες ύλες για τα εγκεφαλικά κύτταρα και τους νευροδιαβιβαστές. Επομένως, η πρόσληψη πρωτεΐνης σχετίζεται στενά με τη μνήμη.

Πρώτα απ 'όλα, η πρωτεΐνη είναι μια απαραίτητη ουσία για το σώμα για να χτίσει και να επισκευάσει τους ιστούς. Τα εγκεφαλικά κύτταρα είναι πλούσια σε ένζυμα και ρυθμιστικές ουσίες, οι οποίες απαιτούν πρωτεΐνη ως συστατικό για να λειτουργήσουν κανονικά. Η πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στο σώμα θα κάνει τα εγκεφαλικά κύτταρα να μην λειτουργούν κανονικά, επηρεάζοντας έτσι τη μνήμη. Επομένως, η διατήρηση επαρκούς πρόσληψης πρωτεΐνης παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του εγκεφάλου και στη διατήρηση της μνήμης.

Δεύτερον, η πρωτεΐνη έχει ως αποτέλεσμα την ενίσχυση της δραστηριότητας των εγκεφαλικών κυττάρων. Το ανθρώπινο σώμα χρειάζεται μεγάλη ποσότητα εγκεφαλικών νευροδιαβιβαστών για να διατηρήσει την κανονική λειτουργία λειτουργιών όπως η σκέψη, η μνήμη και η συμπεριφορά. Οι νευροδιαβιβαστές του εγκεφάλου συντίθενται από τα αμινοξέα στο σώμα και η πηγή αυτών των αμινοξέων είναι η πρωτεΐνη. Επομένως, η επιλογή τροφών πλούσιων σε πρωτεΐνη υψηλής ποιότητας μπορεί να αυξήσει τη σύνθεση των νευροδιαβιβαστών του εγκεφάλου, ενισχύοντας έτσι τη δραστηριότητα των εγκεφαλικών κυττάρων και συμβάλλοντας στη βελτίωση της μνήμης.

Επιπλέον, η πρωτεΐνη βοηθά επίσης στη διατήρηση της σταθερότητας του σώματος και στην πρόληψη των διακυμάνσεων του σακχάρου στο αίμα. Τα χαμηλά επίπεδα σακχάρου στο αίμα μπορεί να προκαλέσουν συμπτώματα όπως απροσεξία, ζάλη και κόπωση στο σώμα, τα οποία συχνά επηρεάζουν την απόδοση της μνήμης. Με τη διατήρηση μιας μέτριας πρόσληψης πρωτεΐνης, μπορούν να αποφευχθούν αποτελεσματικά οι διακυμάνσεις του σακχάρου στο αίμα, γεγονός που βοηθά στη διατήρηση της σταθερότητας του σώματος και στη βελτίωση της μνήμης.

Εν ολίγοις, η πρωτεΐνη σχετίζεται στενά με τη μνήμη. Μια μέτρια πρόσληψη πρωτεΐνης μπορεί να διατηρήσει τη σταθερότητα του σώματος, να ενισχύσει τη δραστηριότητα των εγκεφαλικών κυττάρων και, κατά συνέπεια, να βελτιώσει τη μνήμη. Θα πρέπει να προσπαθήσουμε να τρώμε περισσότερες τροφές πλούσιες σε πρωτεΐνες υψηλής ποιότητας, όπως ψάρι, κρέας, φασόλια και γαλακτοκομικά προϊόντα και να αποφεύγουμε την πλήρη αφαίρεση της πρωτεΐνης από τη διατροφή. Αυτό θα μας βοηθήσει να παραμείνουμε υγιείς, να βελτιώσουμε τη μνήμη μας και να απολαύσουμε μια καλύτερη ζωή. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη μας και το Cistanche μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη επειδή το Cistanche είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φάρμακο με πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του Cistanche προέρχεται από τα διάφορα ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως ταννικό οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή γλυκοσίδες κ.λπ., τα οποία μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου με πολλούς τρόπους.

Κάντε κλικ στο Μάθετε 10 τρόπους για να βελτιώσετε τη μνήμη

Εστιάζουμε σε πρωτεΐνες που σχετίζονται με τις πιο διαδεδομένες νευροεκφυλιστικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένων των νόσων του Alzheimer και του Parkinson, της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης και της μετωπο κροταφικής άνοιας.

Περιγράφουμε επίσης τις τρέχουσες προκλήσεις στην ανίχνευση, τις πιο πρόσφατες τεχνικές με διαγνωστικές δυνατότητες και πιθανές μελλοντικές εξελίξεις στη διάγνωση.

Λέξεις-κλειδιά: νευροεκφυλιστικές ασθένειες; βιοδείκτης; αμυλοειδές; ολιγομερές; μετα-μεταφραστική τροποποίηση.

1. Η ανάγκη για νέες διαγνωστικές προσεγγίσεις για τον νευροεκφυλισμό

Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες είναι θανατηφόρες και ανίατες διαταραχές, που χαρακτηρίζονται από την προοδευτική απώλεια νευρώνων σε συγκεκριμένες περιοχές του νευρικού συστήματος. Αποτελούν μια εξαιρετικά ετερογενή ομάδα παθολογιών, που περιλαμβάνουν τη νόσο του Alzheimer (AD), τη νόσο του Parkinson (PD), την μετωποκροταφική άνοια (FTD) και την αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS).

Επί του παρόντος, σε όλο τον κόσμο, περισσότεροι από 50 εκατομμύρια άνθρωποι υποφέρουν από διάφορες μορφές νευροεκφυλισμού [1]. Η κλινική πορεία των νευροεκφυλιστικών ασθενειών συνήθως διαρκεί αρκετά χρόνια και οδηγεί σε προοδευτικά ελλείμματα στη μνήμη, τη γνωστική λειτουργία και την κίνηση σε διαφορετικούς βαθμούς, ανάλογα με τη συγκεκριμένη παθολογία [2] . Οι υπάρχουσες φαρμακευτικές θεραπείες επικεντρώνονται στην ανακούφιση αυτών των συμπτωμάτων [3].

Επιπλέον, η νευροψυχολογική αξιολόγηση εξακολουθεί να θεωρείται κρίσιμη για τη διάγνωση του νευροεκφυλισμού που σχετίζεται με την άνοια [4]. Ωστόσο, βασικοί μοριακοί μηχανισμοί της νόσου εμφανίζονται πριν από την εμφάνιση οποιωνδήποτε σημαντικών συμπτωμάτων.

Η ανάπτυξη ακριβών διαγνωστικών προσεγγίσεων θα διευκόλυνε έγκαιρες θεραπευτικές παρεμβάσεις για την αποκατάσταση της νευρωνικής φυσιολογίας πριν από την εμφάνιση μη αναστρέψιμων βλαβών.

Θα προωθούσε επίσης την καθιέρωση νέων θεραπευτικών μεθόδων και την επανεκτίμηση των τρεχουσών που θα μπορούσαν να είναι πιο αποτελεσματικές εάν χορηγηθούν σε προηγούμενα στάδια. Παρά την επιτακτική ανάγκη για διαγνωστικές προσεγγίσεις για τον νευροεκφυλισμό, η ανάπτυξή τους εξακολουθεί να είναι τρομερή πρόκληση, λόγω της περιορισμένης προσβασιμότητας του εγκεφάλου για φυσική εξέταση και της πολυπλοκότητας των κλινικών δοκιμών που βασίζονται στις γνωστικές ικανότητες [2].

Οι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις επέτρεψαν τον χαρακτηρισμό νέων μονοπατιών, βιομορίων και δομών στο νευρικό σύστημα και σε άλλες περιοχές του σώματος που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες ασθενειών του νευροεκφυλισμού [5,6].

Αν και οι διαφορετικές νευροεκφυλιστικές ασθένειες έχουν ορισμένους διακριτούς φαινότυπους, μοιράζονται επίσης ορισμένα βασικά μοριακά χαρακτηριστικά. Συγκεκριμένα, σε πολλές από αυτές τις διαταραχές, συγκεκριμένες πρωτεΐνες και πεπτίδια, τα οποία κανονικά θα ήταν διαλυτά, υφίστανται μια διαδικασία αυτοσυναρμολόγησης που οδηγεί στο σχηματισμό μεγάλων ινιδικών συσσωματωμάτων, που ονομάζονται αμυλοειδή [7,8].

Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει επίσης τη δημιουργία μικρότερων ολιγομερών ενδιάμεσων, τα οποία είναι εξαιρετικά τοξικά και θεωρούνται επί του παρόντος ως κύριοι παίκτες στους μηχανισμούς της νόσου [8]. Η συσσωμάτωση αμυλοειδούς συνδέεται επίσης με άλλες διαδικασίες συσσωμάτωσης, όπως ο σχηματισμός συμπυκνωμάτων [9]. Ωστόσο, αυτά δεν θα είναι το επίκεντρο της παρούσας ανασκόπησης.

Εδώ, περιγράφουμε μερικές από τις πιο γνωστές αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες και τη διαγνωστική τους σημασία.

Εστιάζουμε στο αμυλοειδές-βήτα (A ) και το tau για την AD, τη -συνουκλεΐνη ( -syn) για την PD, συντηγμένη στο σάρκωμα (FUS) και την πρωτεΐνη 43 που δεσμεύει το TAR DNA (TDP-43) για την ALS και την FTD. Συζητάμε επίσης τις προόδους αιχμής στις προσεγγίσεις ανίχνευσης για την παρακολούθηση της συσσωμάτωσης αυτών των πρωτεϊνών.

2. Η Συσσωμάτωση Αμυλοειδούς ως Πιθανή Πηγή Βιοδεικτών

Τα αμυλοειδή είναι αδιάλυτα ινώδη συσσωματώματα εμπλουτισμένα σε διασταυρούμενη δομή και ο σχηματισμός τους έχει χαρακτηριστεί εκτενώς in vitro [7,8].

Η συσσωμάτωση αμυλοειδούς αποτελείται από ένα πολύπλοκο δίκτυο γεγονότων πυρηνοποίησης. Αρχικά, οι διαλυτές μονομερείς πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν και σχηματίζουν ολιγομερή με πρωτογενή πυρήνωση. Η πρωτογενής πυρήνωση μπορεί επίσης να πυροδοτηθεί από την παρουσία άλλων βιομορίων, όπως άλλες πρωτεΐνες [10], νουκλεϊκά οξέα [11,12,] και μεμβράνες [13].

Στη συνέχεια, τα ολιγομερή μετατρέπονται σε συσσωματώματα υψηλότερης τάξης και, τέλος, σε ινίδια αμυλοειδούς. Μόλις σχηματιστεί μια κρίσιμη συγκέντρωση ινιδίων, η επιφάνεια αυτών των ινιδίων καταλύει το σχηματισμό πρόσθετων ολιγομερών με δευτερογενή πυρήνωση [7,8]. Τα ινίδια επιμηκύνονται επίσης με την προσθήκη μονομερών στα άκρα τους και υφίστανται κατακερματισμό [7,8]. Τα αμυλοειδή ινίδια είναι εξαιρετικά σταθερά πρωτεϊνικά είδη λόγω της πλούσιας περιεκτικότητάς τους σε διασταυρούμενα φύλλα [8,14-16].

Αντίθετα, τα ολιγομερή μετατρέπονται γρήγορα σε συσσωματώματα αμυλοειδούς ανώτερης τάξης (Εικόνα 1). Η παροδική φύση των ολιγομερών καθιστά δύσκολη την απομόνωση και τον χαρακτηρισμό τους σε δομικό επίπεδο.

Μόλις πρόσφατα, χάρη σε νέες προσεγγίσεις όπως ο φθορισμός ενός μορίου και η ηλεκτρονική μικροσκοπία [14,17,18], αποδείχθηκε ότι τα ολιγομερή είναι εξαιρετικά ετερογενή στις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και δομές, με ποικίλο περιεχόμενο δευτεροταγούς δομής [16,19,20] .

Τα ολιγομερή είναι τοξικά με πλήθος μηχανισμών συμπεριλαμβανομένων των ανώμαλων υδροφοβικών αλληλεπιδράσεων. Έχει αποδειχθεί ότι, σε ιστούς και απομονωμένα κύτταρα, τα ολιγομερή μπορούν να επηρεάσουν τη διαπερατότητα της μεμβράνης και την ομοιόσταση των ιόντων και να προκαλέσουν οξειδωτικό στρες [16,21-23].

Οι ελεύθερες ρίζες που προκαλούνται από ολιγομερή μπορούν στη συνέχεια να προκαλέσουν λανθασμένη αναδίπλωση πρωτεΐνης, μιτοχονδριακή δυσλειτουργία και τελικά απόπτωση [24]. Τα ολιγομερή των A και -syn έχουν επίσης συσχετιστεί με νευροφλεγμονή [22] και απώλεια σύναψης [25,26].

Διάφοροι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τον σχηματισμό αμυλοειδών ινιδίων και ολιγομερών. Αυτά περιλαμβάνουν γενετικές μεταλλάξεις, κυτταρικό στρες και την παρουσία ή απουσία συγκεκριμένων βιομορίων.

Επιπλέον, τα αμυλοειδή τροποποιούνται εκτενώς μετα-μεταφραστικά in vivo [27-29] και οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις (PTMs) αλλάζουν σημαντικά τον σχηματισμό και την τοξικότητα των αμυλοειδών ινιδίων in vitro [27-31].

3. Αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στον νευροεκφυλισμό

Στο πλαίσιο του νευροεκφυλισμού, οι δείκτες της νόσου μπορούν να χωριστούν σε νευροψυχολογικούς, νευροαπεικονιστικούς, γενετικούς, c και βιοχημικούς δείκτες [2]. Συγκεκριμένα, οι βιοχημικοί δείκτες (ή βιοδείκτες) είναι μετρήσιμα μόρια στο σώμα μας (π.χ. πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, μεταβολίτες), τα οποία αναφέρουν το στάδιο μιας ασθένειας [32].

Οι αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες είναι πολλά υποσχόμενοι βιοδείκτες, καθώς ενημερώνουν για το βιοχημικό προφίλ της δυσλειτουργίας του νευρικού συστήματος [2]. Παρακάτω, επισημαίνουμε τις σχετικές αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες και τις παθολογικές τους τροποποιήσεις που μπορούν να χρησιμεύσουν ως βιοδείκτες για νευροεκφυλιστικές καταστάσεις.

3.1. Α και Ταυ το μ.Χ

Η AD είναι η πιο διαδεδομένη μορφή άνοιας. Οι χαρακτηριστικές βλάβες στον εγκέφαλο AD είναι εξωκυτταρικές γεροντικές πλάκες που αποτελούνται από συσσωματώματα αμυλοειδούς Α και ενδοκυτταρικά νευροϊνιδικά κουβάρια (NFTs) που σχηματίζονται από ζευγαρωμένα ελικοειδή νήματα αμυλοειδούς (PHFs) υπερφωσφορυλιωμένης πρωτεΐνης tau (p-tau) [2,27].

Το Α είναι ένα βραχύ πεπτίδιο που δημιουργείται από τη διάσπαση ενός μεγαλύτερου διαμεμβρανικού προδρόμου, που ονομάζεται πρόδρομη πρωτεΐνη αμυλοειδούς (APP), από τη διαδοχική διάσπαση των - και - σεκρετάσης και απελευθερώνεται στον εξωκυτταρικό χώρο [2,33].

Αυτή η διαδικασία μπορεί να δημιουργήσει Α ισομορφές διαφόρων μηκών (Πίνακας 1), οι οποίες έχουν διάφορους βαθμούς τοξικότητας στο πλαίσιο της AD [34]. Οι πιο κοινές ισόμορφες Α είναι οι 40- και 42-υπολειμματικές μακριές, που γενικά αναφέρονται ως Α 40 και Α 42, αντίστοιχα. Το 40 είναι η πιο άφθονη παραλλαγή στις πλάκες (~80% έως 90%) και υπάρχει επίσης στον εγκέφαλο των υγιών ανθρώπων.

Το A 42 έχει πολύ μεγαλύτερη τάση να συγκεντρώνεται και μια αύξηση στις αναλογίες A 42/A 40 σχετίζεται με AD και άλλες μορφές άνοιας [30,34] (Πίνακας 2). Εκτός από τη διάσπαση, γενετικές μεταλλάξεις (A692G, E693Q στο γονίδιο APP [35,36], Πίνακας 2) και πολλά άλλα PTMs του Α έχουν συσχετιστεί με την AD, συμπεριλαμβανομένης της οξείδωσης, της φωσφορυλίωσης, της γλυκοζυλίωσης και του ισομερισμού [30].

Μελέτες δείχνουν την εμφάνιση ακετυλίωσης (π.χ. Lys16 και Lys28), φωσφορυλίωσης (π.χ. Ser8 και Ser26), νίτρωσης (π.χ. Tyr10), πυρογλουταμινικού (π.χ. Glu3 και Glu11), ισομερισμού (π.χ. Asp1 και Asp7) και ρακεμοποίησης (π.χ. , Asp1, Asp23 και Ser26) στο πλαίσιο της νόσου [30,37-39] (Πίνακας 1).

Αξίζει να σημειωθεί ότι η γνωστική έκπτωση συσχετίζεται περισσότερο με τις διαλυτές ενδιάμεσες μορφές του Α παρά με τον βαθμό των αμυλοειδών εναποθέσεων [16]. Το Tau είναι μια κύρια πρωτεΐνη που σχετίζεται με μικροσωληνίσκους που σταθεροποιεί τους μικροσωληνίσκους στους νευρώνες [2,40]. Στον ανθρώπινο εγκέφαλο, το tau υπάρχει ως έξι διαφορετικές ισομορφές που φέρουν είτε τρεις είτε τέσσερις επαναλήψεις δέσμευσης μικροσωληνίσκων (R). Αυτές οι ισομορφές ονομάζονται 3R και 4R, αντίστοιχα.

Έχει βρεθεί ότι η παρουσία αμυλοειδών είτε 3R είτε 4R είτε αμφοτέρων των 3R και 4R είναι ειδική για τη νόσο. Για παράδειγμα, σε AD, ALS, FT, D και Παρκινσονισμό, υπάρχουν αμυλοειδείς 3R και 4R, ενώ σε φλοιοβασικούς εκφυλισμούς και νόσο του Pick βρίσκονται μόνο 4R και 3R αμυλοειδή, αντίστοιχα [41,42]. Το Tau υφίσταται PTMs, ιδιαίτερα φωσφορυλίωση [40].

Η παθολογική υπερφωσφορυλίωση μειώνει τη συγγένεια tau για τους μικροσωληνίσκους και προκαλεί την αποκόλλησή τους από τους μικροσωληνίσκους, με αποτέλεσμα το σχηματισμό PHF και NFTs [2].

Μέχρι σήμερα, έχουν εντοπιστεί 85 πιθανές θέσεις φωσφορυλίωσης του tau [40]. Επιπλέον, μοριακές και κυτταρικές μελέτες αποκάλυψαν ότι η ακετυλίωση (π.χ. Lys174, Lys274 και Lys280), οξείδωση (π.χ. Cys322), νίτρωση (π.χ. Tyr29), γλυκοζυλίωση (π.χ. Lys87, Lys132 και Lys150), περικοπή (π.χ.3 και Asp1 Τα Asp421 και Glu391) και η ουβικουϊτινοποίηση (π.χ. Lys48 και Lys63) επηρεάζουν επίσης τη συσσώρευση tau [27] (Πίνακας 1).

3.2. -Συν σε Π.Δ

Σε αντίθεση με την AD, η PD επηρεάζει κυρίως το κινητικό σύστημα, προκαλώντας τρόμο, ακαμψία, βραδυκινησία και ορθοστατική αστάθεια [2]. Το παθολογικό χαρακτηριστικό της PD είναι η εμφάνιση κυτταροπλασματικών εγκλεισμάτων αμυλοειδούς, γνωστά ως σωματίδια Lewy (LBs) και νευρίτες Lewy (LNs). Τα LBs και LNs αποτελούνται από συσσωματώματα αμυλοειδούς, των οποίων το κύριο συστατικό είναι -syn [43].

-Το Syn περιέχει 140 υπολείμματα με μια θετικά φορτισμένη Ν-τερματική περιοχή, μια επιρρεπή σε συσσωμάτωση μη-αμυλοειδές συστατικό (NAC) κεντρική περιοχή,n,n και μια αρνητικά φορτισμένη Ο-τελική περιοχή [44,45].

Διπλασιασμοί ή τριπλασιασμοί στην περιοχή -syn χρωμοσώματος (4q21-23) και μεταλλάξεις συμπεριλαμβανομένων των A53T, G51D, H50Q, E46K και A30P στην αλληλουχία -syn, περιοχές που σχετίζονται με πρώιμη έναρξη PD [46-48] (Πίνακας 2 ). -Το Syn ανήκει σε μια οικογένεια πρωτεϊνών που περιλαμβάνει επίσης - και - συνουκλεΐνες με ομοιότητα 55%-62%. -Η συνουκλεΐνη έχει μειωμένη τάση να συσσωρεύεται και έχει ανακαλυφθεί ότι καταστέλλει τη συσσωμάτωση του -syn ως φυσικού αναστολέα ενώ η οξειδωμένη συνουκλεΐνη μπορεί να ξεκινήσει τη συσσώρευση -syn [49,50].

Αρκετά PTMs είναι γνωστό ότι επηρεάζουν τη συσσώρευση του -syn, σχετίζονται με την PD [28,] και διατηρούν το διαγνωστικό δυναμικό [51] (Πίνακας 1).

Αυτές περιλαμβάνουν την αμινοτελική ακετυλίωση, αρκετές περικοπές στο Ν-άκρο(π.χ. -syn7-140, 14-140, 40-140 και 72-140 που βρέθηκαν in vitro, 5-140 και 68 –140 βρέθηκαν στο vivo και αρκετά και στα δύο) και C-terminus (π.χ., -syn1-115, 1-119, 1-122, 1-124, 1-125, {{ 19}},1-133 και 1-135), φωσφορυλίωση των Ser87 και Ser129, οξείδωση των Met1, Met5, Met116 και Met127, σουμολύωση των Lys96 και Lys102, νίτρωση των Tyr39, Tyr125 και Lyusbitination, Tyr13 , Lys10, Lys12 Lys21, Lys23, Lys43 και Lys96 [28,52,53] (Πίνακας 1).

3.3. TDP-43 και FUS σε ALS και FTD

Το ALS και το FTD είναι νευροεκφυλιστικές ασθένειες με αλληλοκαλυπτόμενους μηχανισμούς. Το ALS επηρεάζει τους άνω και κάτω νευρώνες, προκαλώντας απώλεια του μυϊκού ελέγχου. Η FTD είναι μια μορφή άνοιας που συνδέεται με τον εκφυλισμό του μετωπιαίου και πρόσθιου κροταφικού λοβού [54].

Περίπου το 97% του ALS και το 45% των περιπτώσεων FTD σχετίζονται με την παρουσία εγκλεισμάτων συσσωματωμάτων ουμπικιτινωμένης, υπερφωσφορυλιωμένης και C-τελικά κολοβωμένης TDP-43 στο κυτταρόπλασμα των νευρώνων και των νευρογλοιακών κυττάρων [29].

Το TDP-43 είναι μια ριβονουκλεοπρωτεΐνη μήκους 414 υπολειμμάτων ικανή να σχηματίζει συσσωματώματα τύπου αμυλοειδούς in vitro και συμπυκνώματα (δηλ. κόκκους στρες) [9] υπό παθολογικές καταστάσεις. Αποτελείται από μια Ν-τελική οδό με ένα σήμα πυρηνικού εντοπισμού, δύο μοτίβα αναγνώρισης RNA, ένα σήμα εξαγωγής πυρηνικών και μια διαταραγμένη C-τερματική περιοχή [29].

Όλες αυτές οι περιοχές έχουν αναφερθεί ότι παίζουν κρίσιμο ρόλο στη συσσώρευση της πρωτεΐνης [55-57]. Έχουν εντοπιστεί αρκετές μεταλλάξεις TDP-43 τόσο σε σποραδικές όσο και σε οικογενείς περιπτώσεις ALS και FTD, συμπεριλαμβανομένων των G294A, Q331K, M337V [58] και K181E [59] (Πίνακας 2). Όπως και με τα A και -syn, τα PTMs του TDP-43 παίζουν επίσης βασικό ρόλο στη συσσώρευση της πρωτεΐνης και στην εξέλιξη της νόσου.

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα περικομμένα C-τερματικά θραύσματα 25 kDa και 35 kDa βρίσκονται συνήθως σε παθολογικά συσσωματώματα σε ασθενείς με ALS [29,31,54]. Η Ubiquitination είναι επίσης μια τυπική τροποποίηση των συμπεριλήψεων TDP-43 [31]. Τέλος, η ανώμαλη φωσφορυλίωση, η ακετυλίωση και η οξείδωση του TDP-43 συχνά σχετίζονται με τον εσφαλμένο εντοπισμό και την ανώμαλη συσσωμάτωση της πρωτεΐνης [29] (Πίνακας 1).

Το ALS και το FTD σχετίζονται επίσης με μια άλλη πρωτεΐνη δέσμευσης RNA/DNA, τη FUS. Το FUS είναι μια πρωτεΐνη μήκους 526 υπολειμμάτων που παρασκευάζεται από μια Ν-τερματική μεταγραφική περιοχή ενεργοποίησης και C-τερματική περιοχή, η οποία αλληλεπιδρά με μεταγραφικούς παράγοντες και περιλαμβάνει επίσης ένα σήμα πυρηνικού εντοπισμού [60,61].

Και οι δύο περιοχές περιέχουν περιοχές χαμηλής πολυπλοκότητας και παίζουν ρόλο στο σχηματισμό συμπυκνωμάτων και υδρογέλης [62]. Περισσότερες από 50 μεταλλάξεις (π.χ. R521C,R521H [63]) του FUS αναφέρονται σε περιπτώσεις ALS/FTD.

Σε αντίθεση με την TDP-43, η FUS είναι γενικά μια πρωτεΐνη πλήρους μήκους στα συσσωματώματα [61]. Η φωσφορυλίωση εμφανίζεται στις περιοχές που μοιάζουν με πριόν του FUS και έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει το διαχωρισμό φάσεων και το μοτίβο συσσώρευσης, ενώ μεταλλάξεις και PTMs (κυρίως μεθυλίωση και φωσφορυλίωση) στην C-τερματική του περιοχή βρέθηκε ότι ρυθμίζουν τον εντοπισμό πυρηνικού/κυτταροπλάσματος [61,64].

Παρά τον ξεκάθαρο παθολογικό ρόλο του FUS, οι φαινότυποι ALS/FTD συνδέονται λιγότερο συχνά με δυσλειτουργίες FUS παρά με δυσλειτουργίες TDP-43 [61,65]. Επομένως, ο ρόλος του FUS ως βιοδείκτη παραμένει προς προσδιορισμό.

4. Διαγνωστικό δυναμικό γενετικών, δομικών και χημικών χαρακτηριστικών των αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών

Διάφορες προσεγγίσεις ανίχνευσης έχουν χρησιμοποιηθεί για τον ποσοτικό προσδιορισμό των ινβιολογικών δειγμάτων αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών και για τον προσδιορισμό της σχέσης μεταξύ αυτών των πρωτεϊνών και των νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Ορισμένες από αυτές τις στρατηγικές στοχεύουν στον ποσοτικό προσδιορισμό των αλλαγών στα επίπεδα έκφρασης/συγκέντρωση αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών ανεξάρτητα από τη διαμόρφωση ή την τροποποίησή τους (Πίνακας 2). Ορισμένες άλλες προσεγγίσεις, αντίθετα, εστιάζουν στην ανίχνευση συγκεκριμένων δομικών (π.χ. συγκεντρωτικών καταστάσεων) ή χημικών (δηλαδή, PTM) ιδιοτήτων αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών (Πίνακας 1).

Όλες αυτές οι προσεγγίσεις αναλύουν διαφορετικές περιοχές του σώματος. Τεχνικές, όπως η τομογραφία εκπομπής αποζιτρονίου (PET), μπορούν να ανιχνεύσουν πρωτεΐνες απευθείας μέσα στο κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ), για παράδειγμα, στον εγκέφαλο [2,44,66].

Ωστόσο, οι αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες μπορούν επίσης να ανιχνευθούν σε άλλες πιο προσβάσιμες περιοχές του σώματος. Σε αυτή την ενότητα, συζητάμε τα ευρήματα που προέκυψαν από την ανάλυση τόσο των εγκεφαλικών ιστών όσο και των προσβάσιμων σωματικών υγρών, κυρίως χρησιμοποιώντας ανοσοπροσδιορισμούς, όπως ανοσοαποτύπωση και συνδεδεμένους με ένζυμα ανοσοπροσροφητικούς προσδιορισμούς (ELISA).

Τα υπό εξέταση υγρά περιλαμβάνουν το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ), το οποίο βρίσκεται σε άμεση επαφή με το εξωκυττάριο τμήμα του εγκεφάλου και, ως εκ τούτου, είναι το βέλτιστο υγρό για μετρήσεις του μεταβολισμού του εγκεφάλου [44].

For more information:1950477648nn@gmail.com