Το σύστημα γλυοξαλάσης σε ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία: Διατροφική παρέμβαση ως στρατηγική κατά της γήρανσης Μέρος 1

Παρακαλώ επικοινώνησεoscar.xiao@wecistanche.comΓια περισσότερες πληροφορίες

Αφηρημένη:Το σύστημα γλυοξαλάσης είναι κρίσιμο για την αποτοξίνωση των τελικών προϊόντων προηγμένης γλυκοζυλίωσης (AGEs). Τα AGEs είναι τοξικές ενώσεις που προκύπτουν από τη μη ενζυματική τροποποίηση των βιομορίων από τα σάκχαρα ή τους μεταβολίτες τους μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται γλυκοζυλίωση. Τα AGEs έχουν δυσμενείς επιπτώσεις σε πολλούς ιστούς, παίζοντας παθογόνο ρόλο στην εξέλιξη της μοριακής και κυτταρικής γήρανσης. Λόγω της σχετιζόμενης με την ηλικία μείωσης των διαφόρων αντι-AGE μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένων των μηχανισμών αποτοξίνωσης και των πρωτεολυτικών ικανοτήτων, τα γλυκοζυλιωμένα βιομόρια συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής γήρανσης στο σώμα μας με τρόπο που εξαρτάται από τους ιστούς. Με αυτόν τον τρόπο, τα συστήματα αποτοξίνωσης αντι-AGE προτείνονται ως θεραπευτικοί στόχοι για την καταπολέμηση της παθολογικής δυσλειτουργίας που σχετίζεται με τη συσσώρευση AGE και την κυτταροτοξικότητα. Εδώ συνοψίζουμε την τρέχουσα κατάσταση της γνώσης σχετικά με τους προστατευτικούς μηχανισμούς έναντι του στρες γλυκοζυλίωσης, με ιδιαίτερη έμφαση στο σύστημα γλυοξαλάσης ως τον κύριο μηχανισμό αποτοξίνωσης των αντιδραστικών ενδιάμεσων γλυκοζυλίωσης. Αυτή η ανασκόπηση επικεντρώνεται στη γλυοξαλάση 1 (GLO1), το πρώτο ένζυμο του συστήματος γλυοξαλάσης και το ένζυμο περιορισμού του ρυθμού αυτής της καταλυτικής διαδικασίας. Αν και το GLO1 εκφράζεται παντού, τα επίπεδα και οι δραστηριότητες της πρωτεΐνης ρυθμίζονται με τρόπο που εξαρτάται από τον ιστό. Παρέχουμε μια συγκριτική ανάλυση της πρωτεΐνης GLO1 σε διαφορετικούς ιστούς. Τα ευρήματά μας υποδεικνύουν έναν ρόλο του συστήματος γλυοξαλάσης στην ομοιόσταση στον αμφιβληστροειδή του ματιού, έναν εξαιρετικά οξυγονωμένο ιστό με ταχεία εναλλαγή πρωτεϊνών. Περιγράφουμε επίσης τη διαμόρφωση του συστήματος γλυοξαλάσης ως θεραπευτικό στόχο για την καθυστέρηση της ανάπτυξης ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία και συνοψίζουμε τη βιβλιογραφία που περιγράφει την τρέχουσα γνώση σχετικά με τις θρεπτικές ενώσεις με ιδιότητες που ρυθμίζουν το σύστημα γλυοξαλάσης.

Λέξεις-κλειδιά:στρες γλυκοζυλίωσης? σύστημα γλυοξαλάσης; γηράσκων; πρωτεοτοξικότητα

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα

1. Εισαγωγή: Γλυκώδες στρες και ανθυγιεινή γήρανση

Ένας αυξανόμενος όγκος βιβλιογραφίας δείχνει ότι η συσσώρευση κατεστραμμένων πρωτεϊνών είναι ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό της γήρανσης και πολλών ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία, όπως ο διαβήτης τύπου 2, ο καρκίνος, οι νευροεκφυλιστικές, καρδιαγγειακές και οφθαλμικές διαταραχές [1-7]. Οι ανώμαλες πρωτεΐνες βλάπτουν την κυτταρική ομοιόσταση σχηματίζοντας μη λειτουργικά και τοξικά συσσωματώματα και αυτό οδηγεί στην αδρανοποίηση όχι μόνο της ανώμαλης πρωτεΐνης αλλά μπορεί επίσης να βλάψει τη λειτουργία άλλων βασικών πρωτεϊνών λόγω της πίεσης ή της ανεπάρκειας του μηχανισμού ελέγχου ποιότητας πρωτεΐνης στο κελί. Ένας σημαντικός μηχανισμός που οδηγεί σε ανώμαλα μόρια είναι μια τροποποίηση από προηγμένα τελικά προϊόντα γλυκοζυλίωσης (AGEs).

Δημιουργούνται ενώσεις δικαρβονυλίου

από διαφορετικά μεταβολικά μονοπάτια (Εικόνα 1) που περιλαμβάνουν μεταβολισμό διατροφικών σακχάρων και υδατανθράκων για να σχηματίσουν AGEs. Αυτές οι δικαρβονυλικές ενώσεις αλληλεπιδρούν με βιομόρια, όπως πρωτεΐνες, λιπίδια και νουκλεϊκά οξέα σε μια μη ενζυματική μετα-μεταφραστική τροποποίηση που ονομάζεται γλυκοποίηση. Οι κύριοι δικαρβονυλικοί παράγοντες γλυκοποίησης είναι η μεθυλγλυοξάλη (MG), η γλυοξάλη ή η 3-δεοξυγλυκοζόνη [8]. Αυτά τα δικαρβονύλια διατηρούνται σε χαμηλά επίπεδα σε ομοιοστατικές συνθήκες, αλλά η διαδικασία γήρανσης αυξάνει αυτά τα αντιδραστήρια γλυκοζυλίωσης σε παθολογικά επίπεδα, ενισχύοντας το σχηματισμό τοξικών AGEs και, τελικά, διακυβεύοντας την καταλληλότητα των ιστών. Δεδομένου ότι ο σχηματισμός των AGEs εξαρτάται από τη συγκέντρωση γλυκόζης, η κατανάλωση δίαιτας υψηλού γλυκαιμικού δείκτη ή διαβητικών καταστάσεων οδηγεί σε δραματική συστηματική συσσώρευση AGEs. Αυτό συσχετίζεται άμεσα με αλλοιωμένο μεταβολισμό, αυξημένη φλεγμονή και την εξέλιξη σοβαρών ιατρικών καταστάσεων. Αντίθετα, η πρόσληψη δίαιτων χαμηλού γλυκαιμικού δείκτη περιορίζει τη συσσώρευση AGE και σχετίζεται με την βραδύτερη εξέλιξη ορισμένων από αυτές τις ασθένειες [9-13]. Σε αυτό το πλαίσιο, η υπεργλυκαιμία επιβάλλει πρόσθετο στρες στην παραγωγή γλυκοζυλιωμένων πρωτεϊνών που σχετίζεται με την ηλικία και επιδεινώνει τις επιζήμιες συνέπειες των εναποθέσεων AGEs στη λειτουργία των οργάνων.

Σχήμα 1. Σχηματικό διάγραμμα σχηματισμού δικαρβονυλίων και μονοπατιών αποτοξίνωσης έναντι βλαβών που προέρχονται από AGE κατά τη γήρανση. Ο σχηματισμός εξαιρετικά δραστικών δικαρβονυλίων όπως η μεθυλγλυοξάλη(MG) γίνεται μέσω της μη ενζυματικής αποικοδόμησης των γλυκολυτικών ενδιάμεσων, συμπεριλαμβανομένης της φωσφορικής διυδροξυακετόνης και της 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης και άλλων πηγών, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού αμινοξέων και λιπιδίων. Προκειμένου να αποφευχθεί η βλάβη του AGE, το σύστημα γλυοξαλάσης είναι ένας πρωταρχικός μηχανισμός που περιορίζει τη σύνθεση των AGE, μετατρέποντας βιομόρια υψηλής αντίδρασης, όπως το MG, σε λιγότερο αντιδραστικά βιομόρια (D-γαλακτικό). Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη διαδοχική δραστηριότητα δύο ενζύμων GLO1 και GLO2 και της ανηγμένης μορφής γλουταθειόνης (GSH). Άλλοι μηχανισμοί αποτοξίνωσης συνεπάγονται τη δραστηριότητα του DJ-1, των αλδεϋδο αφυδρογονασών (ALDHs), των αλδο-κετο αναγωγασών (AKRs) και των ενζύμων αποδόμησης ακετοξικού. Μόλις σχηματιστούν, τα AGEs μπορούν να καθαριστούν με δύο πρωτεολυτικές οδούς: το σύστημα ουβικιτίνης-πρωτεασώματος (UPS) και την αυτοφαγία. Αυτοί οι προστατευτικοί μηχανισμοί (που επισημαίνονται με πράσινο χρώμα) μειώνονται με τη γήρανση και συμβάλλουν στην εμφάνιση ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία, όπως ο νευροεκφυλισμός, οι οφθαλμικές ασθένειες (AMD, καταρράκτης, DR), οι νεφροπάθειες, το μεταβολικό σύνδρομο και ο καρκίνος. GLO1: γλυοξαλάση 1; GLO2: γλυοξαλάση 2; GSH: γλουταθειόνη.

Το Cistanche μπορεί να αντιγηρανθεί

Το υπερβολικό στρες γλυκοζυλίωσης προάγει την αδιαλυτότητα των πρωτεϊνών, απορρυθμίζοντας τις οδούς σηματοδότησης και ελέγχου ποιότητας πρωτεΐνης. Αλλαγές που προέρχονται από AGEs στα μονοπάτια σηματοδότησης διαταραχής πρωτεώματος στη φυσιολογία των ιστών (οδοί MAP/ERK, JAK-STAT και PI3K-AKT) που οδηγούν στην πυρηνική μετατόπιση παραγόντων μεταγραφής που εμπλέκονται σε πολλαπλές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της φλεγμονής, της απόπτωσης, του στρες ER , αυτοφαγία, οξειδωτικό στρες, μιτοχονδριακή λειτουργία κ.λπ. (ανασκόπηση στο [2,14]). Οι γλυκοζυλιωμένες πρωτεΐνες μπορεί επίσης να επιβαρύνουν ή να περιορίσουν τη λειτουργικότητα των πρωτεολυτικών ικανοτήτων. Αυτές οι αλλαγές συμβάλλουν τελικά στην εμφάνιση πολλαπλών διαταραχών που σχετίζονται με την ηλικία.

Πολλαπλές μελέτες έχουν δείξει ότι ο σχηματισμός AGEs που προέρχονται από MG και MG είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην παθογένεση του διαβήτη και των επιπλοκών του, όπως η αμφιβληστροειδοπάθεια, η νεφροπάθεια και η νευροπάθεια [15-19]. Το δικαρβονυλικό στρες είναι επίσης ένας διαμεσολαβητής της παχυσαρκίας και των καρδιαγγειακών παθήσεων [20,21]. Η MG μπορεί να συμβάλει στην αθηροσκλήρωση μέσω πολλών μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένης της συσσώρευσης AGEs που προέρχονται από MG σε αθηρωματικές πλάκες [22] και της γλυκοζυλίωσης λιποπρωτεϊνών χαμηλής πυκνότητας που προκαλείται από MG [23]. Η συσχέτιση μεταξύ MG και υπέρτασης έχει επίσης παρατηρηθεί σε αρκετές μελέτες, δείχνοντας αυξημένα επίπεδα MG στην αορτή και στους ιστούς των νεφρών [24,25]. Αρκετές μελέτες έχουν επίσης επιβεβαιώσει ότι η συσσώρευση AGEs συσχετίζεται με πολλές νευροεκφυλιστικές διαταραχές, επηρεάζοντας έτσι τη λειτουργία του εγκεφάλου, όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος του Πάρκινσον και η σχιζοφρένεια [26-28]. Ένα από τα καλύτερα παραδείγματα της σχέσης μεταξύ της συσσώρευσης AGE και των συνεπειών που σχετίζονται με τη γήρανση εμφανίζεται στους ιστούς των ματιών που έχουν ως αποτέλεσμα διαταραχές του οφθαλμικού ιστού που προκαλούνται από γλυκοζυλίωση, όπως ο καταρράκτης, η σχετιζόμενη με την ηλικία εκφύλιση της ωχράς κηλίδας (AMD) και η διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια (DR)[{ {15}}]. Όσον αφορά τον καταρράκτη, την κύρια αιτία τύφλωσης παγκοσμίως, οι κρυσταλλίνες των φακών γίνονται προοδευτικά κιτρινο-καφέ μελάγχρωση με την ηλικία ως αποτέλεσμα της συσσώρευσης υποπροϊόντων AGEs [31]. Εκτός από τον φακό, τα AGEs του αμφιβληστροειδούς αυξάνονται με την ηλικία και τον διαβήτη, ειδικά στον έξω αμφιβληστροειδή. Η AMD είναι η κύρια αιτία τύφλωσης σε ηλικιωμένα άτομα στις ανεπτυγμένες χώρες. Υψηλότερα επίπεδα AGE εντοπίζονται σε ασθενείς με AMD σε σύγκριση με άτομα ελέγχου, καθώς και σε μοντέλα ποντικιών AMD [32-36]. Η DR χαρακτηρίζεται από τη συσσώρευση AGEs στον αμφιβληστροειδή, προκαλώντας μικροαγγειακή βλάβη [37].μικρονισμένο καθαρισμένο κλάσμα φλαβονοειδών 1000 mg χρήσειςΑυτές οι παθολογικές αλλαγές έχουν ως αποτέλεσμα μη αναστρέψιμη βλάβη στον αιματο-αμφιβληστροειδικό φραγμό και οίδημα της ωχράς κηλίδας, με αποτέλεσμα την απώλεια όρασης. Συνοπτικά, τα AGEs συσσωρεύονται σε όλο το σώμα κατά τη γήρανση, ιδιαίτερα σε διαβητικούς ασθενείς. Αυτό θέτει σε κίνδυνο την ομοιόσταση του οργανισμού και συμβάλλει στην εμφάνιση και την πρόοδο μιας πληθώρας ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία.

Υπάρχουν πολλά συστήματα για την αποτοξίνωση των AGEs. Αυτά περιλαμβάνουν το σύστημα γλυοξαλάσης, τον καλύτερα χαρακτηρισμένο μηχανισμό για την αναστολή του σχηματισμού AGEs και μία από τις οδούς που είναι ικανές να αποτοξινώσουν τα ενδιάμεσα γλυκοζυλίωσης. Ωστόσο, οι ικανότητες των αντι-AGEs μειώνονται με την ηλικία, οδηγώντας σε επιταχυνόμενη συσσώρευση AGEs σε «φυσιολογικούς παλαιότερους ιστούς». Αν και υπάρχουν διαφορετικοί μηχανισμοί άμυνας για τον περιορισμό της συσσώρευσης AGEs στους ιστούς, η ανάπτυξή τους για την πρόληψη της συσσώρευσης AGEs και σχετικών παθολογιών εξακολουθούν να μην αξιοποιούνται [38]. Στην επόμενη ενότητα, συνοψίζουμε την τρέχουσα βιβλιογραφία σχετικά με τους μηχανισμούς αποτοξίνωσης που επικεντρώνονται σε το σύστημα γλυοξαλάσης για τη μείωση της συσσώρευσης αυτών των τοξικών υποπροϊόντων στα κύτταρα και τους ιστούς. Τέλος, συζητάμε τη χρησιμότητα των διατροφικών παρεμβάσεων για την ενίσχυση του συστήματος γλυοξαλάσης ως στρατηγική αντιγήρανσης.

2. Μηχανισμοί αποτοξίνωσης κατά του γλυκατικού στρες: Κύριος ρόλος του συστήματος γλυοξαλάσης

Έχουν αναφερθεί πολλαπλοί αποτοξινωτικοί μηχανισμοί κατά της συσσώρευσης AGEs. Το σχήμα 1 είναι μια σχηματική επισκόπηση του σχηματισμού -δικαρβονυλίου και των διαφορετικών οδών αποτοξίνωσης έναντι βλαβών που προέρχονται από AGEs κατά τη γήρανση. Οι κύριες οδοί της σύνθεσης των AGEs περιλαμβάνουν την αντίδραση των αντιδραστικών δικαρβονυλίων που προέρχονται κυρίως από το μεταβολισμό της γλυκόζης με πρωτοταγείς αμίνες (Ν-τερματική ή πλευρική αλυσίδα λυσίνης) ή την ομάδα γουανιδίνης της πλευρικής αλυσίδας αργινίνης [39]. Ο σχηματισμός εξαιρετικά δραστικών δικαρβονυλίων, όπως το MG, γίνεται μέσω του μεταβολισμού των γλυκολυτικών ενδιαμέσων, όπως η φωσφορική διυδροξυακετόνη και η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη, και άλλες πηγές, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού αμινοξέων και λιπιδίων.

Τα AGEs είναι μη αναστρέψιμα και, αφού σχηματιστούν, μπορούν να εξαλειφθούν μόνο με πρωτεολυτικούς τρόπους [5,9,40,41]. Δύο κύριες πρωτεολυτικές ικανότητες προτείνονται για να συμβάλλουν στην κάθαρση των AGEs: το σύστημα ουβικιτίνης-πρωτεασώματος (UPS) και το αυτοφαγικό λυσοσωμικό πρωτεολυτικό σύστημα (ALPS)[5,9,40,41] (Εικόνα 1). Το UPS λειτουργεί κυρίως σε διαλυτές λανθασμένα διπλωμένες πρωτεΐνες. Στο UPS, τα υποστρώματα αναγνωρίζονται και επισημαίνονται με ουβικιτίνη και στοχεύουν στο πρωτεάσωμα για αποικοδόμηση. Το ALPS αποτελείται από τη στόχευση του φορτίου στο λυσοσωμικό διαμέρισμα για αποικοδόμηση. Το αυτοφαγικό φορτίο μπορεί να είναι ποικίλο, συμπεριλαμβανομένων αδιάλυτων πρωτεϊνών, πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων, ακόμη και ολόκληρων οργανιδίων. Και οι δύο πρωτεολυτικές οδοί είναι λειτουργικά συνεργάσιμες και η αυξανόμενη βιβλιογραφία υποστηρίζει τη διασταύρωση μεταξύ των δύο μονοπατιών με αμοιβαίες άμεσες και έμμεσες αλληλεπιδράσεις[42-46]. Αυτή η αλληλεπίδραση εγγυάται έναν εφεδρικό μηχανισμό και, στην περίπτωση της ανεπάρκειας μιας από τις διαδρομές, η άλλη πρωτεολυτική οδός τείνει να αντισταθμίζει τη διατήρηση ενός σωστού και λειτουργικού πρωτεώματος [47].

Αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία στους ρυθμούς αποικοδόμησης πρωτεϊνών τεκμηριώθηκαν για πολλούς ιστούς πριν από περισσότερες από 3 δεκαετίες, ακόμη και πριν οριστεί ο μοριακός χαρακτηρισμός των πρωτεολυτικών οδών [48]. Σήμερα, η μοριακή και κυτταρική πτώση των δύο κύριων πρωτεολυτικών οδών με την ηλικία είναι καλύτερα κατανοητή και υπάρχουν διαφορές στους βαθμούς μείωσης μεταξύ του UPS και του λυσοσωμικού συστήματος. Πολλές αναφορές έχουν δείξει μια εξαρτώμενη από τον ιστό μείωση του UPS, ενώ η αυτοφαγική πτώση φαίνεται να είναι καθολική (ανασκόπηση στο [49-51). Όσον αφορά την αυτοφαγία, τόσο το λυσοσωμικό όσο και το αυτοφαγοσωματικό διαμέρισμα υφίστανται εντυπωσιακές τροποποιήσεις. Αλλαγές που συμβάλλουν στη δυσλειτουργία της αυτοφαγίας περιλαμβάνουν μείωση της λυσοσωμικής σταθερότητας, δραστηριότητα υδρολάσης, συσσώρευση δύσπεπτου υλικού (λιποφουσκίνη) στον αυλό του λυσοσωματίου, δυσλειτουργικό λυσοσωμικό pH, μειωμένο μεταγραφικό επίπεδο πρωτεϊνών που σχετίζονται με την αυτοφαγία, μειωμένη σταθερότητα του συνοδού. υποδοχέας αυτοφαγίας LAMP2A στη λυσοσωμική μεμβράνη και μειωμένη σύνδεση πρωτεϊνών κινητήρα στα αυτοφαγικά διαμερίσματα ([49,51,52]). Σε αντίθεση με την αυτοφαγία, είναι πλέον αποδεκτό ότι οι αλλαγές στις πρωτεολυτικές ικανότητες των πρωτεασωμάτων με την ηλικία φαίνεται να είναι περισσότερο ποιοτικές παρά ποσοτικές.οφλαβονοειδέςΟι αλλαγές στη σύνθεση των καταλυτικών δραστηριοτήτων και των ρυθμιστικών υπομονάδων του πυρήνα του πρωτεασώματος, η μειωμένη έκφραση πρωτεασώματος, καθώς και οι αλλαγές στην κατάσταση οξείδωσης των πρωτεασωμικών υπομονάδων και των υποστρωμάτων πρωτεασώματος, συμβάλλουν στην αναστολή της ικανότητας του UPS που σχετίζεται με την ηλικία (ανασκόπηση στο [53 , 54). Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να υπάρχει απλώς η ανεπαρκής ικανότητα των πρωτεολυτικών συστημάτων να χειριστούν και να φορτώσουν. Δυστυχώς, η αποτελεσματικότητα αυτών των δύο μηχανισμών μειώνεται με την ηλικία, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή ικανότητα αναγνώρισης και αφαίρεσης κατεστραμμένων πρωτεϊνών και, ως εκ τούτου, την ενδοκυτταρική συσσώρευση πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων και δυσλειτουργικών οργανιδίων [55,56]. Τα καθαρά επίπεδα AGEs καθορίζονται από την ισορροπία του ρυθμού σύνθεσης ή σχηματισμού και του ρυθμού απομάκρυνσης. Η άμεση συνέπεια της μείωσης της πρωτεολυτικής ικανότητας είναι η συσσώρευση μακρόβιων πρωτεϊνών σε ηλικιωμένους οργανισμούς, πολλοί από τους οποίους συσσωρεύουν βλάβες που προέρχονται από τη γλυκοζυλίωση στις αλληλουχίες αμινοξέων τους. Η συσσώρευση των AGEs συμβαίνει με τρόπο που σχετίζεται με την ηλικία και εξαρτάται από την ηλικία ([4,9]) και μια πρόσφατη πρωτεομική ανάλυση στην έρευνα γήρανσης αποκάλυψε ότι η βιολογία AGE περιέχει μια εμπλουτισμένη μεταβολική οδό που σχετίζεται με πρωτεώματα που σχετίζονται με την ηλικία [57].

Αν και το UPS και το ALPS μειώνονται με την ηλικία, υπάρχουν διαφορετικές προστατευτικές οδοί με την ικανότητα να μειώνουν τη σύνθεση των AGEs. Σε αυτήν την ανασκόπηση, εστιάζουμε σε αυτούς τους προστατευτικούς μηχανισμούς που περιορίζουν τη βιογένεση των AGEs, με ιδιαίτερη έμφαση στο σύστημα γλυοξαλάσης, την κύρια οδό για την αποτοξίνωση των αντιδραστικών δικαρβονυλίων [58]. Σε αυτή την ενότητα, θα περιγράψουμε λεπτομερώς το σύστημα γλυοξαλάσης. Περιγράφουμε επίσης εν συντομία άλλους μηχανισμούς στην αποτοξίνωση των AGEs: πρωτεΐνη DJ-1 που σχετίζεται με το Parkinson, αφυδρογονάσες αλδεΰδης (ALDHs), αλδο-κετο αναγωγάσες (AKRs) και αποικοδόμηση ακετοξικού.

2.1. Σύστημα γλυοξαλάσης: Η κύρια οδός αποτοξίνωσης για δικαρβονύλια αντίδρασης

Μια τεράστια βιβλιογραφία υποστηρίζει το σύστημα γλυοξαλάσης ως την κύρια οδό αποτοξίνωσης για τα αντιδραστικά δικαρβονύλια στο κυτταρόπλασμα όλων των κυττάρων των θηλαστικών [58]. Το σύστημα γλυοξαλάσης είναι η καλύτερα χαρακτηρισμένη οδός για το μεταβολισμό της MG. Τα γονίδια για τις γλυοξαλάσες διατηρούνται εξελικτικά και διανέμονται ευρέως σε διάφορα ζωντανά συστήματα, όπως ανθρώπους, φυτά, ζυμομύκητες, βακτήρια, μύκητες και πρωτίστες. Η παρουσία σε πολλά διαφορετικά taxa υποδεικνύει την υψηλή σημασία των ενζύμων γλυοξαλάσης στη φυσιολογική λειτουργία της βιολογικής ζωής. Οι συνδυασμένες δραστηριότητες των γλυοξαλασών 1 και 2 (GLO1, GLO2) καταλύουν τη μετατροπή των δραστικών, άκυκλων -οξοαλδεΰδων στα αντίστοιχα -υδροξυοξέα [58]. Αυτές οι αντιδράσεις απαιτούν επίσης καταλυτική GSH. Στο αρχικό βήμα, το GLO1 μετατρέπει το υπόστρωμά του, την ημιθειοακετάλη, που σχηματίζεται από μια αυθόρμητη αντίδραση της αλδεΰδης του δικαρβονυλίου MG και της GSH, σε θρόνο SD-lactoylglu. Στη συνέχεια, το GLO2 υδρολύει την SD-lactoylglu tathione σε D-γαλακτικό και ανασχηματίζει την GSH (Εικόνα 1).πουριτανς βιταμίνη cΗ δράση του GLO1 είναι ευθέως ανάλογη με τη συγκέντρωση GSH. Η δραστηριότητα του GLO1 μειώνεται όταν αφαιρούνται τα GSH, όπως κατά το οξειδωτικό στρες όταν η GSH μετατρέπεται σε GSSG [59].

Το MG σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης από την αποικοδόμηση της φωσφορικής διυδροξυακετόνης και της φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης, καθώς και από τον καταβολισμό της θρεονίνης, την οξείδωση των κετονικών σωμάτων και την αποδόμηση των γλυκοζυλιωμένων πρωτεϊνών. Άλλα υποστρώματα, συμπεριλαμβανομένης της γλυοξάλης, της φαινυλογλυοξάλης και της υδροξυπυρουαλδεΰδης, μεταβολίζονται επίσης μέσω αυτής της οδού [60]. Το GLO1, το περιοριστικό του ρυθμού ένζυμο στο σύστημα γλυοξαλάσης, καταλύει το πρωταρχικό στάδιο αποτοξίνωσης [61], επομένως η αλλαγή της πρωτεΐνης GLO1 εμπλέκεται σε πολλές παθολογικές διεργασίες της γήρανσης, όπως στον διαβήτη, τις νευροεκφυλιστικές ασθένειες, τον καρκίνο και τα μάτια. ασθένειες [20.

Η ρύθμιση της έκφρασης και της δραστηριότητας του GLO1 είναι πολύπλοκη και ακόμα δεν είναι καλά κατανοητή (Εικόνα 2). Η αλληλουχία προαγωγέα GLO1 περιέχει ένα στοιχείο απόκρισης μετάλλου (MRE), ένα στοιχείο απόκρισης ινσουλίνης (IRE), ένα πρώιμο γονίδιο 2-ισόμορφο παράγοντα (E2F) και μια πρωτεΐνη που δεσμεύει τον ενισχυτή ενεργοποιητή 2 (AP{10 }} ), και ένα στοιχείο αντιοξειδωτικής απόκρισης (ARE). Η λειτουργία των IRE και MRE επιβεβαιώθηκε σε αναλύσεις αναφοράς όπου η θεραπεία με ινσουλίνη και χλωριούχο ψευδάργυρο προκάλεσε αυξημένη μεταγραφική απόκριση 62]. Παρόμοιες λειτουργικές δραστηριότητες παρατηρήθηκαν για τα E2F και AP-2 [63,64]. Το ARE που βρίσκεται στο εξόνιο 1 του Glo1 χρησιμεύει για τη σύνδεση του Glo1 με τον πυρηνικό παράγοντα ερυθροειδούς 2-που σχετίζεται με τον παράγοντα 2(NRF2) που ανταποκρίνεται στο στρες μεταγραφικό σύστημα [65]. Αρκετά γονίδια που σχετίζονται με το μεταβολισμό της MG και την προστασία από το οξειδωτικό στρες βρίσκονται υπό τον έλεγχο της οδού NRF2-ARE [66]. Το NRF2 συμπλέκεται με την KEAP1, μια πρωτεΐνη προσαρμογής υποστρώματος για το εξαρτώμενο σύμπλεγμα λιγάσης της κουλλίνης-3-ουβικιτίνης Ε2, κατευθύνοντας το NRF2 για αποικοδόμηση από το πρωτεάσωμα 26S σε φυσιολογικές συνθήκες. Το οξειδωτικό στρες οδηγεί στην αποσταθεροποίηση αυτού του συμπλέγματος, προκαλώντας τη μετατόπιση του NRF2 στον πυρήνα και πυροδοτώντας την ανοδική ρύθμιση των αντιοξειδωτικών γονιδίων [67,68]. Η δέσμευση του NRF2 στο Glo{37}}ARE αυξάνει τη βασική και επαγώγιμη έκφραση του GLO1.[65]. Οι αποκρίσεις NRF2 και αντιοξειδωτικών ρυθμίζονται επίσης προς τα πάνω όταν το MG προκαλεί τον διμερισμό του Nrf2 που απελευθερώνει το KEAP [69].

Αρκετές μελέτες δείχνουν ότι το NRF2 αυξάνει τη δραστηριότητα του GLO1 και μειώνει το ενδοκυτταρικό στρες MG. Έτσι, η ρύθμιση του GLO1 από τους αγωνιστές NRF2 είχε ως αποτέλεσμα μια μείωση των πρωτεϊνικών προσαγωγών που προέρχονται από MG και MG τόσο στα κύτταρα όσο και στους ιστούς [70-73]. Επιπλέον, το mRNA και η πρωτεΐνη Glol του ήπατος, του εγκεφάλου, της καρδιάς, των νεφρών και των πνευμόνων μειώθηκαν σε ποντίκια NRF2 knockout [65]. Συνολικά, αυτές οι αναφορές υποδηλώνουν ότι το GLO1 είναι ένας κατάντη στόχος μέσω του οποίου η οδός NRF2/KEAP1 εκτελεί τις προστατευτικές της λειτουργίες μειώνοντας το στρες MG και δικαρβονυλίου. Ωστόσο, η φλεγμονώδης ενεργοποίηση του NF-kB (πυρηνικός παράγοντας kB) με NRF2 μειώνει την έκφραση Glol [74]. Η έκφραση της λάμψης ρυθμίζεται επίσης αρνητικά από το HIFl (υποξία-επαγώγιμος παράγοντας l ) υπό υποξικές συνθήκες, μια σημαντική φυσιολογική κινητήρια δύναμη του δικαρβονυλικού στρες [75].

Μαζί με τη μεταγραφική ρύθμιση, υπάρχει επίσης μετα-μεταφραστική ρύθμιση της πρωτεΐνης GLO1 (Εικόνα 2). Το GLO1 ακετυλιώνεται από την κυτοσολική σιρτουΐνη-2[76,77] και η έκφρασή του μπορεί να μειωθεί με την ενεργοποίηση του RAGE (υποδοχέας για προηγμένα τελικά προϊόντα γλυκοζυλίωσης). Ωστόσο, αυτοί οι μηχανισμοί δεν είναι σαφώς κατανοητοί [78].sistancheΜια πρόσφατη μελέτη έδειξε ότι η πρωτεΐνη GLO1 μπορεί να τροποποιηθεί με τη φωσφορυλίωση της θρεονίνης 107 (Τ107) και τη νιτροζυλίωση της κυστεΐνης 139 [79]. Σε αυτή τη μελέτη, η φωσφορυλίωση του T107 από την εξαρτώμενη από καλμοδουλίνη δέλτα κινάσης II στην πρωτεΐνη GLO1 αναφέρθηκε ως ένας ακριβής μηχανισμός που ρυθμίζει το σύστημα γλυοξαλάσης. Συγκεκριμένα, η φωσφορυλίωση του GLO1 στο T107 επηρεάζει την κινητική αποτελεσματικότητα της αποτοξίνωσης του MG και τον ρυθμό αποικοδόμησης του πρωτεασώματος. Έτσι, η αλλοιωμένη κατάστασή του σχετίζεται με την ανάπτυξη ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία [79].

Εικόνα 2. Μηχανισμοί ρύθμισης γλυοξαλάσης 1(GLO1). Η δραστηριότητα του GLO1 μπορεί να ρυθμιστεί μέσω πολλαπλών μηχανισμών, όπως η μεταγραφική ρύθμιση και οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις. Ο υποκινητής Glo1 περιέχει διάφορα ρυθμιστικά στοιχεία, όπως αντιοξειδωτική απόκριση (ARE), μεταλλική απόκριση (MRE) και απόκριση ινσουλίνης (IRE) και θέσεις δέσμευσης για AP-2 και E2F. Σε κανονικές συνθήκες, το Ο σχετιζόμενος με τον πυρηνικό παράγοντα ερυθροειδές παράγοντας 2 (NRF2) συμπλέκεται με την KEAP1, μια πρωτεΐνη προσαρμογής υποστρώματος για το εξαρτώμενο σύμπλεγμα λιγάσης κουλλίνης-3-Ε2 ουβικιτίνης, κατευθύνοντας το NRF2 για αποικοδόμηση από το σύστημα ουβικιτίνης-πρωτεασώματος (UPS). Το οξειδωτικό στρες οδηγεί στην αποσταθεροποίηση του συμπλέγματος NRF2-KEAP1, προκαλώντας την αποκόλληση του NRF2 που μετατοπίζεται στον πυρήνα που προκαλεί την ανοδική ρύθμιση διαφορετικών αντιοξειδωτικών γονιδίων. Η σύνδεση του NRF2 στο Glo1-ARE αυξάνει την έκφραση του GLO1. Υπό συνθήκες υποξίας, η έκφραση Glow ρυθμίζεται αντιστρόφως από τον επαγόμενο από την υποξία παράγοντα 1 (HIFlx). Διαφορετικές μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις στο κυτταρόπλασμα μπορούν να επηρεάσουν τη σταθερότητα του GLO1.

2.2. Εναλλακτικοί μηχανισμοί αποτοξίνωσης ως πιθανά εφεδρικά συστήματα για την αντιστάθμιση της έλλειψης δραστηριότητας γλυοξαλάσης

Ενώ ο κύριος μηχανισμός για την αποτοξίνωση των αντιδραστικών δικαρβονυλίων στο σύστημα γλυοξαλάσης, υπάρχουν εναλλακτικές οδοί με την ικανότητα αποτοξίνωσης των δικαρβονυλίων που σχηματίζονται κατά τον μεταβολισμό του σακχάρου. Αυτά περιλαμβάνουν ALDH, AKR, την πρωτεΐνη DJ που σχετίζεται με το Parkinson-1 και την σάρωση με ακετοξικό για να σχηματιστεί 3-υδροξυ εξάνιο-2,5-διόνη (3-HHD )[80]. Η φυσιολογική συνάφεια αυτών των συστημάτων παραμένει ασαφής και έχει αμφισβητηθεί εάν αυτά τα ένζυμα είναι ή όχι κρίσιμα για την αποτοξίνωση των AGEs στους ιστούς λόγω της υψηλής δραστηριότητας του συστήματος γλυοξαλάσης. Φαίνεται ότι αποτελούν συστατικά εφεδρικών συστημάτων που λειτουργούν απουσία δραστικότητας γλυοξαλάσης, αν και ο ρόλος αυτών των οδών που εξαρτάται από τον ιστό δεν μπορεί να αποκλειστεί.

Ο DJ-1, επίσης γνωστός ως πρωτεΐνη 7 της νόσου του Πάρκινσον (PARK7), παίζει σημαντικό ρόλο στη νόσο του Πάρκινσον (PD). Η έλλειψη λειτουργικής πρωτεΐνης DJ-1 έχει αποδειχθεί ότι προκαλεί αυτοσωματική υπολειπόμενη PD [81,82]. Ο DJ-1 αναφέρθηκε ότι είχε δύο διαφορετικές δραστηριότητες: (1) δραστηριότητα γλυοξαλάσης in vitro, μετατροπή του MG σε γαλακτικό και αποτροπή βλάβης ιστού που προκαλείται από MG στο Caenorhabditis elegans [83] και (2) δραστηριότητα απογλυκάσης in vitro, μειώνοντας υποπροϊόντα MG πρώιμου σταδίου [84]. Πρόσφατα, άλλες μελέτες έδειξαν επίσης ότι ο DJ-1 παίζει σχετικό ρόλο στην απογλυκάση του DNA [85-87].τι είναι το cistancheΗ ικανότητα αποτοξίνωσης του DJ-1 απουσία γλουταθειόνης (GSH) το καθιστά μια εναλλακτική οδό στο σύστημα γλυοξαλάσης, το οποίο απαιτεί την παρουσία GSH. Ωστόσο, οι Pfaff et al. χρησιμοποιώντας τόσο DJ-1 knockdown σε κύτταρα Drosophila και DJ-1 νοκ-άουτ σε ολόκληρο τον οργανισμό δεν παρατήρησαν διαφορές στη συσσώρευση προϊόντων προσθήκης πρωτεΐνης MG [88].

Οι AKRs είναι μια υπεροικογένεια πρωτεϊνών ικανών να μειώνουν τις αλδεΰδες και τις κετόνες σε πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αλκοόλες. Τα AKR μεταβολίζουν το MG σε υδροξυακετόνη ή λακταλδεΰδη. Ορισμένες μελέτες έδειξαν ότι η διαγονιδιακή έκφραση τόσο των αλδο-κετο αναγωγασών του ανθρώπου όσο και του ποντικού σε κύτταρα ινοβλαστών τρωκτικών προστατεύει από βλάβη που προκαλείται από το MG, υποδηλώνοντας ότι τα AKR μπορούν να συμμετάσχουν στην αποτοξίνωση του MG και στη μείωση των επιπέδων AGEs [89-91]. Ανιχνεύθηκε υψηλή δραστηριότητα AKR1B3 σε κύτταρα Schwann ποντικού Glo1 knockout καθώς και αυξημένη έκφραση κατά την έκθεση σε MG, υποδηλώνοντας ότι θα μπορούσε να είναι ένας αντισταθμιστικός μηχανισμός που προκαλείται από έλλειψη του συστήματος γλυοξαλάσης ή υπερβολικό στρες γλυκοζυλίωσης [92]. Είναι ενδιαφέρον ότι η έλλειψη του AKR1B3 είχε ως αποτέλεσμα υψηλότερα επίπεδα MG και AGEs στις καρδιές των διαβητικών ποντικών [91].

Τα LED είναι μια άλλη ομάδα ενζύμων μεταβολισμού δικαρβονυλίου που οξειδώνουν το MG σε πυροσταφυλικό. Η έκφραση της ALDH αυξήθηκε σε κύτταρα άγριου τύπου Schwann ποντικού κατά τη θεραπεία με MG [92]. Σε ένα μοντέλο ζέβρα, τα ψάρια νοκ-άουτ glo1 έδειξαν ότι η επαγόμενη δραστηριότητα ALDH αντισταθμίζει την έλλειψη GLO1 [93]. Ωστόσο, τουλάχιστον στα ποντίκια, οι αντισταθμιστικοί μηχανισμοί εξαρτώνται από τον ιστό, καθώς η αυξημένη έκφραση των AKRs και ALDHs παρατηρήθηκε στον ηπατικό ιστό, αλλά μόνο AKRs αναφέρθηκαν στους νεφρούς σε Glo1 knockout ποντίκια [94]. Σε μελέτες σε ανθρώπους, ο μεταβολίτης 3-DG που παράγεται από τη δραστηριότητα της αφυδρογονάσης της αλδεΰδης 1A1(ALDH1A1) αυξήθηκε στο πλάσμα και τα ερυθροκύτταρα διαβητικών ασθενών [92]. Πρόσφατα, αποδείχθηκε επίσης ότι η ακετοξική κετόνη μείωσε τη συγκέντρωση MG με μια μη ενζυματική αντίδραση κατά τη διάρκεια της διαβητικής και διατροφικής κέτωσης [95,96]. Διαπίστωσαν ότι αυτή η μεταβολική οδός περιλαμβάνει μια μη ενζυματική αντίδραση αλδόλης μεταξύ του MG και του ακετοοξικού σώματος κετόνης, που οδηγεί σε 3-υδροξυεξάνιο-2,5-διόνη, που υπάρχει στο αίμα ασθενών που λιμοκτονούν από ινσουλίνη. Εναλλακτικές οδοί που θα μπορούσαν να αντισταθμίσουν την ανεπάρκεια του συστήματος γλυοξαλάσης θα μπορούσαν δυνητικά να δημιουργήσουν τοξικά μόρια όπως οι υ-δικετόνες, που σχετίζονται με περιφερική αξονική εκφύλιση και τραυματισμό των όρχεων [97,98].

Αν και δεν υπάρχει συστηματική ανάλυση γήρανσης των πρωτεϊνών που εμπλέκονται σε1-ανεξάρτητες εναλλακτικές οδούς GLO, έχουν αναφερθεί αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία σε αυτούς τους μοριακούς παράγοντες. Για παράδειγμα, υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων έκφρασης D]-1 και του οξειδωτικού στρες και διαφορετικές αναφορές έδειξαν αύξηση του DJ-1 με την ηλικία. Τα επίπεδα DJ-1 mRNA και πρωτεΐνης αυξήθηκαν από 8 έως 20 εβδομάδων σε ποντίκια [99] και τα επίπεδα DJ-1 αυξήθηκαν σημαντικά ως συνάρτηση της ηλικίας στο ανθρώπινο εγκεφαλονωτιαίο υγρό [100]. Στους οφθαλμικούς ιστούς, έχει αποδειχθεί ότι ο DJ-1 εκφράζεται στο επιθήλιο και στους φωτοϋποδοχείς της χρωστικής του αμφιβληστροειδούς και η έκφραση αυξήθηκε στα ηλικιωμένα μάτια [101]. Μπορεί να αντανακλά έναν αντισταθμιστικό μηχανισμό λόγω της μείωσης της δραστηριότητας του συστήματος γλυοξαλάσης.

2.3. Εξαρτώμενη από τον ιστό Δραστηριότητα του Συστήματος Γλυοξαλάσης

Αν και η GLO1 είναι μια πανταχού παρούσα πρωτεΐνη, τα επίπεδα αυτού του ενζύμου ρυθμίζονται με τρόπο που εξαρτάται από τον ιστό. Προκειμένου να αξιολογηθεί ο ρόλος του συστήματος γλυοξαλάσης σε διαφορετικούς ιστούς, εξετάσαμε την έκφραση και τη δραστηριότητα του GLO1 σε μη οφθαλμικούς (ήπαρ, εγκέφαλο, καρδιά και νεφρό) και οφθαλμικούς ιστούς (αμφιβληστροειδής, RPE/χοριοειδής και φακός) από ποντίκια άγριου τύπου C57BL/6]. Χρησιμοποιώντας αντισώματα που αναγνωρίζουν ειδικά το GLO1, πραγματοποιήθηκαν Western blotting και ανοσοϊστοχημεία για να ποσοτικοποιηθούν τα επίπεδα πρωτεΐνης. Η δράση του GLO1 σε κυτταροζολικά εκχυλίσματα προσδιορίστηκε φασματοφωτομετρικά ως ο αρχικός ρυθμός σχηματισμού της SD-λακτοϋλγλουταθειόνης, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως [30,102]. Αυτά τα αποτελέσματα συνοψίζονται στο Σχήμα 3.

Σχήμα 3. Συγκριτική ανάλυση της πρωτεΐνης GLO1 και της δραστηριότητας σε οφθαλμικούς και μη οφθαλμικούς ιστούς. (Α) Η δραστηριότητα GLO1 προσδιορίστηκε σε μη οφθαλμικούς ιστούς και ιστούς αμφιβληστροειδούς από ποντίκια WT όπως περιγράφηκε προηγουμένως [29] και η δραστηριότητα εκφράστηκε ως ποσοστό (%) σε σύγκριση με το ήπαρ. (Β) Αντιπροσωπευτική ανάλυση Western blot του ήπατος και του αμφιβληστροειδούς (C) διαγονιδιακών ποντικών με υπερέκφραση WT και Glow (Glo1 Tg συν / συν ) με χρήση μονοκλωνικού αντισώματος (μη εμπορικού) και πολυκλωνικού αντισώματος για Glol (εμπορικό, GeneTex)[36,103,104]. (Δ) Αντιπροσωπευτική ανάλυση Western blot εκχυλισμάτων μη οφθαλμικού ιστού (50 ug) ποντικών WT χρησιμοποιώντας ένα μονοκλωνικό αντίσωμα για Glo1 (μη εμπορική) και (Ε) ποσοτικοποίηση πρωτεΐνης του GLO1 κανονικοποιημένη σε φόρτωση ελέγχου (χρώση Ponceau). (ΣΤ) Η δραστηριότητα GLO1 πραγματοποιήθηκε σε οφθαλμικούς ιστούς (Αμφίβληστρος, RPE/Χοριοειδής και Φακός) από ποντίκια WT όπως περιγράφηκε προηγουμένως [29] και η δραστηριότητα εκφράστηκε ως χιλιοστό μονάδες ανά χιλιοστόγραμμα πρωτεΐνης. Οι τιμές είναι μέσες τιμές ± SEM. Το μέγεθος του δείγματος είναι n=4από τους προσδιορισμούς πρωτεΐνης και δραστηριότητας GLO1.

Προηγουμένως δημοσιευμένα δεδομένα έδειξαν ότι ο αμφιβληστροειδής και το ήπαρ εμφανίζουν την υψηλότερη δραστηριότητα του GLO1 ([30]· Εικόνα 3Α). Σημειώστε ότι η δραστηριότητα του αμφιβληστροειδούς ήταν η υψηλότερη τιμή ενώ το ήπαρ, τα νεφρά, ο εγκέφαλος και η καρδιά αντιπροσώπευαν μόνο το 46 τοις εκατό , το 27 τοις εκατό , το 22 τοις εκατό και το 11 τοις εκατό της ικανότητας αποτοξίνωσης του αμφιβληστροειδούς, αντίστοιχα. Αξιολογήσαμε εάν η δραστηριότητα του GLO1 συσχετίζεται με το επίπεδο του ενζύμου με αξιολόγηση των επιπέδων πρωτεΐνης GLO1 με στύπωμα Western. Το αντίσωμα κατά του GLO1 είχε προηγουμένως επικυρωθεί σε προηγούμενες αναφορές και χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση του GLO1 σε δείγματα αμφιβληστροειδούς [36,103,104]. Ως θετικός έλεγχος, πραγματοποιήθηκε επίσης συγκριτική ανάλυση σε ιστούς αμφιβληστροειδούς και ήπατος από διαγονιδιακά ποντίκια που υπερέκφραζαν το GLO1 σε φόντο C57BL/6J (B6) [105]. Για να εξετάσουμε τα επίπεδα του GLO1, χρησιμοποιήσαμε δύο διαφορετικά αντισώματα: ένα πολυκλωνικό αντίσωμα κουνελιού (εμπορικό αντίσωμα από την GeneTex) και ένα μονοκλωνικό αντίσωμα ποντικού (μη εμπορικό αντίσωμα) που αναφέρθηκαν σε διαφορετικά ζωικά μοντέλα για τη μελέτη της βιολογίας του GLO1 [103,106]. Μπορέσαμε να ανιχνεύσουμε την πρωτεΐνη GLO1 σε ιστούς άγριου τύπου ήπατος και αμφιβληστροειδούς με στύπωμα Western και βρήκαμε την υψηλότερη έκφραση σε διαγονιδιακά ποντίκια και στους δύο ιστούς (Εικόνα 3Β, Γ και Συμπληρωματικό Σχήμα S1). Δύο ζώνες αναγνωρίστηκαν και για τα δύο αντισώματα. Τα διαφορικά ηλεκτροφορητικά προφίλ αυτών των θετικών GLO1-υποδηλώνουν ότι οι μεταμεταγραφικές αλλαγές θα μπορούσαν να είναι ζωτικής σημασίας για τον ρόλο της πρωτεΐνης. Κατά συνέπεια, μια πρόσφατη μελέτη έδειξε ότι το φωσφορυλιωμένο GLO1 είναι πιο αποτελεσματικό και πιο σταθερό, υποστηρίζοντας αυτές τις μετα-μεταγραφικές αλλοιώσεις ως ακριβή μηχανισμό που ρυθμίζει τη δραστηριότητα του GLO1 [79]. Ωστόσο, υπάρχουν ελάχιστες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις ρυθμίζουν τη δραστηριότητα της γλυοξαλάσης 1.

As expected, we found GLO1 protein in all non-ocular tissues analyzed, with the liver showing the highest expression. The relative order of GLO1 expression was liver>kidney>brain>καρδιά (Εικόνα 3D, E). Αυτό επιβεβαιώνει τα αποτελέσματα προηγούμενης μελέτης[30]. Υπάρχουν περιορισμένες πληροφορίες σχετικά με το ρόλο του GLO1 στους οφθαλμικούς ιστούς. Όπως αναφέραμε προηγουμένως, ο ενζυματικός προσδιορισμός αποκάλυψε ότι η δραστηριότητα του GLO1 είναι περίπου 10 φορές υψηλότερη στον αμφιβληστροειδή σε σύγκριση με τον φακό ή το RPE/χοριοειδή (Εικόνα 3F, [30]). Η υπερέκφραση της γλυοξαλάσης Ι βελτιώνει την επιβίωση των ανθρώπινων περικυττάρων αμφιβληστροειδούς υπό υπεργλυκαιμικές συνθήκες [107] και ένας αναστολέας υποδοχέα αγγειοτενσίνης που αποκαθιστά το GLO1 σε διαβητικούς αρουραίους αποδείχθηκε ότι μειώνει τα ακυτταρικά τριχοειδή του αμφιβληστροειδούς [18]. Επιπλέον, η έλλειψη GLO1 στο Zebrafish επηρεάζει την αρχιτεκτονική των αγγείων του αμφιβληστροειδούς ενηλίκου, αν και αυξημένος σχηματισμός αγγειογενετικών βλαστάριων παρατηρείται μόνο σε glo{11}}/-υπερτροφικά ζέβρα αλλά όχι σε κανονική σίτιση [93].

Ο αμφιβληστροειδής είναι ένας εξαιρετικά πολύπλοκος, πολύ δυναμικός ιστός με διαφορετικούς τύπους κυττάρων (Εικόνα 4Α). Η ροή του αίματος και η επακόλουθη έκθεση σε ξενοβιοτικά και άλλους στρεσογόνους παράγοντες είναι από τις υψηλότερες στο σώμα. Κάθε πρωί, το 10 τοις εκατό των εξωτερικών άκρων των φωτοϋποδοχέων του αμφιβληστροειδούς απορρίπτονται και πρέπει να αφαιρεθούν από γειτονικά επιθηλιακά κύτταρα με χρώμα του αμφιβληστροειδούς. Πραγματοποιήσαμε ανοσοϊστοχημική ανάλυση για να χαρακτηρίσουμε για πρώτη φορά τις χωρικές διαφορές του GLO1 στον αμφιβληστροειδή. Η πρωτεΐνη GLO1 ήταν παρούσα σε όλους τους τύπους κυττάρων εντός του αμφιβληστροειδούς, με υψηλά επίπεδα εντός των κυτταρικών σωμάτων της εσωτερικής πυρηνικής στιβάδας και της λεκάνης των γαγγλιακών κυττάρων. Τα σώματα κυττάρων φωτοϋποδοχέα στο εξωτερικό πυρηνικό στρώμα είχαν χαμηλότερα επίπεδα. Στους φωτοϋποδοχείς, οι περισσότερες πρωτεΐνες GLO1 βρέθηκαν στο εσωτερικό και το εξωτερικό τμήμα. Το RPE είχε επίσης υψηλά επίπεδα πρωτεΐνης GLO1, ενώ ο χοριοειδής και ο σκληρός χιτώνας είχαν χαμηλότερη ποσότητα πρωτεΐνης GLO1 (Εικόνα 4Β, Γ).

Εικόνα 4. Ανοσοϊστοχημεία του GLO1 σε ιστούς αμφιβληστροειδούς ποντικού. (Α) Διατομή, κυτταρική σχηματική απεικόνιση του αμφιβληστροειδούς που απεικονίζει τα τρία κύρια στρώματά του που αποτελούνται από τη στιβάδα γαγγλιακών κυττάρων (GCL), που περιέχει γαγγλιακά κύτταρα αμφιβληστροειδούς (RGC), εσωτερική πυρηνική στιβάδα (INL), που φιλοξενούν ενδονευρώνες αμακρίνης, διπολικής και οριζόντιας κύτταρα καθώς και νευρογλοιακά κύτταρα Müller και εξωτερική πυρηνική στιβάδα (ONL), στέγαση φωτοϋποδοχέων ράβδου και κώνου. Ο αισθητήριος ιστός, ή νευροαμφιβληστροειδούς, συνδέεται με το χρωματισμένο επιθήλιο του αμφιβληστροειδούς (RPE). Τα κόκκινα βέλη έδειχναν το επίπεδο RPE. (Β) Αντιπροσωπευτική εικόνα της ανοσοχρώσης του GLO1 σε δείγματα αμφιβληστροειδούς από ποντικούς WT. (Γ) Ο φθορισμός μέσης έντασης του GLO1 κανονικοποιημένος στην τιμή στο RPE. Τα δεδομένα που εμφανίζονται είναι μέσος όρος ± τυπικά σφάλματα του μέσου όρου (SEM). Τα αποτελέσματά μας στον αμφιβληστροειδή είναι σχετικά επειδή ο αμφιβληστροειδής είναι ένας εξαιρετικά διαφοροποιημένος μεταμιτωτικός ιστός, όπου η βλάβη που προέρχεται από τη γλυκοζυλίωση δεν μπορεί να μειωθεί με την κυτταρική διαίρεση [5,9]. Επιπλέον, οι αλλαγές στο GLO1 έχουν συσχετιστεί με βλάβη του αμφιβληστροειδούς [108]. Ένα παρόμοιο σενάριο μπορεί να συμβεί και σε άλλους ιστούς που αποτελούνται από κύτταρα με χαμηλή ικανότητα αναγέννησης, όπως το κεντρικό νευρικό σύστημα, όπου η συντριπτική πλειοψηφία των νευρώνων είναι μεταμιτωτικοί. Η αξιολόγηση των επιπέδων GLO1 μαζί με ειδικούς για κύτταρα δείκτες μπορεί να μας επιτρέψει να αξιολογήσουμε τη διακύμανση από κύτταρο σε κύτταρο σε έναν δεδομένο ιστό. Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι το υψηλό επίπεδο πρωτεΐνης και δραστηριότητας GLO1 του αμφιβληστροειδούς μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό προστατευτικό ρόλο έναντι των βλαβών που προέρχονται από το AGE με την ηλικία.

Αυτό το άρθρο εξάγεται από το Cells 2021, 10, 1852. https://doi.org/10.3390/cells10081852 https://www.mdpi.com/journal/cells