Protein Prion: Molekul Pelbagai Bentuk Dan Muka Bahagian 1

Abstrak: Protein prion selular (PrPC) ialah protein berlabuh glycosylphosphatidylinositol (GPI) yang paling banyak ditemui dalam membran luar neuron. Disebabkan oleh ciri-ciri struktur (teras berstruktur tailand yang fleksibel), PrPC berinteraksi dengan pelbagai rakan kongsi.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak kajian telah menunjukkan bahawa protein prion selular mempunyai hubungan penting dengan pembangunan dan penyelenggaraan memori haiwan.

Prion selular (Herpes simplex virus, HSV) ialah virus yang terdapat secara meluas dalam populasi manusia dan dianggap sebagai salah satu patogen terpenting penyakit saraf dan penyakit kulit. HSV-1 dan HSV-2 ialah dua jenis virus yang paling biasa pada manusia.

Kajian terbaru menunjukkan bahawa protein virus HSV-1 boleh menggalakkan pembangunan dan pengekalan ingatan pada manusia dan haiwan. Hasil kajian ini menunjukkan bahawa jangkitan HSV-1 terutamanya berlaku pada peringkat awal kehidupan manusia, dan protein virus terkumpul dalam sistem saraf manusia dan mengawal pelepasan neurotransmitter dan penghantaran sinaptik. Kesan pengawalseliaan ini membantu meningkatkan fungsi ingatan otak dan meningkatkan kognisi dan perhatian spatial.

Selain itu, protein virus HSV-1 juga mempunyai hubungan tertentu dengan tindak balas imun badan dan tindak balas antivirus. Kajian telah menunjukkan bahawa pengaruh protein virus HSV-1 mengaktifkan tindak balas imun badan dan secara aktif bertindak ke atas "sel T memori" dalam badan, dengan itu menguatkan pertahanan antivirus badan. Penemuan ini mempunyai kepentingan yang luas untuk meneroka hubungan antara HSV-1 dan imuniti haiwan.

Ringkasnya, hubungan antara protein virus prion selular dan ingatan menyediakan ruang penyelidikan yang luas untuk penyelidikan masa depan tentang ingatan, fungsi sistem saraf, dan tindak balas imun, dan dijangka memainkan peranan penting dalam pencegahan dan rawatan penyakit berkaitan. Ia dapat dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche boleh meningkatkan ingatan dengan ketara kerana Cistanche juga boleh mengawal keseimbangan neurotransmitter, seperti meningkatkan tahap asetilkolin dan faktor pertumbuhan, yang sangat penting untuk ingatan dan pembelajaran. Selain itu, Cistanche juga boleh meningkatkan aliran darah dan menggalakkan penghantaran oksigen, yang dapat memastikan otak memperoleh nutrisi dan tenaga yang mencukupi, seterusnya meningkatkan daya hidup dan daya tahan otak.

Klik tahu suplemen untuk meningkatkan ingatan

Walaupun PrPC telah dicadangkan untuk terlibat dalam banyak fungsi fisiologi, hanya homeostasis mielinasi saraf periferal telah disahkan sebagai fungsi bona fide setakat ini.

Salah lipatan PrPC menyebabkan penyakit prion dan PrPC telah ditunjukkan sebagai pengantara neurotoksisiti yang disebabkan oleh oligomer yang kaya dalam penyakit Alzheimer dan Parkinson serta perlindungan saraf dalam iskemia.

Selepas pembelahan proteolitik, PrPC diubah menjadi bentuk PrP yang dilepaskan dan dilampirkan yang boleh, bergantung pada ciri struktur PrPC yang terkandung, memaparkan sifat pelindung atau toksik.

Dalam ulasan ini, kami akan menggariskan sifat serpihan protein prion dan prionprotein serta gambaran keseluruhan penglibatan mereka dengan rakan kongsi berinteraksi dan laluan isyarat dalam myelination, neuroprotection, dan penyakit neurodegenerative.

Kata kunci: protein prion; serpihan protein prion; perlindungan saraf; mielinasi; strok iskemia; penyakit neurodegeneratif.

1. Pengenalan

Protein prion (PrP) adalah glikoprotein yang sangat terpelihara di mana-mana. Ia wujud dalam dua bentuk; isoform normal atau selular, PrPC, dan isoformor berjangkit yang berkaitan dengan penyakit PrP, PrPSc.

Peranan patologi PrPSc telah dikaji secara meluas dalam priondisease dan telah disemak dalam beberapa kertas [1-3]. PrPC dinyatakan dalam pelbagai organ dan tisu yang berbeza dengan tahap ekspresi yang tinggi dalam sistem saraf pusat dan periferal.

Ia banyak terdapat pada permukaan sel neuron [4-6] dan terlibat dalam banyak mekanisme fisiologi. Fungsi protein masih perlu dijelaskan; Namun begitu, kajian intensif mengaitkan PrPC dengan homeostasis myelin [7], neuroprotection [8,9], irama sirkadian [10,11], homeostasis ion logam [12,13], homeostasis mitokondria [14] dan isyarat antara sel [6,15]. ,16].

Dalam neuron, PrPC hadir dalam petak presinaptik dan postsynaptic terminal akson di mana ia terlibat dalam pengangkutan akson anterograde dan retrograde [17-20]. PrPC dibelah pada membran sel oleh protease, membentuk bentuk yang dilepaskan dan melekat.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, bentuk prionprotein dan prion yang dikeluarkan protein telah mendapat perhatian dalam korelasi dengan neuroprotection dalam penyakit neurodegeneratif.

Dalam ulasan ini, kami membentangkan bentuk pelepasan protein prion dan protein prion, meringkaskan penglibatan mereka dalam myelinasi, perlindungan saraf, dan penyakit neurodegeneratif, dan membincangkan penemuan terkini dalam bidang ini.

2. Protein Prion

PrPC manusia matang terdiri daripada domain terminal N tidak berstruktur yang fleksibel (sisa asid amino 23–120) dan domain terminal C berstruktur (sisa asid amino 121–231).

Itis berlabuh pada membran sel dengan penambat glycosylphosphatidylinositol (GPI) [21,22]. Domain terminal-N yang fleksibel mengandungi kawasan oktarepeat manakala domain berstruktur terdiri daripada tiga heliks, dua helaian, ikatan disulfida yang menghubungkan sistein 179dan 214, dan dua N-glycans pada residu asid amino 181 dan 197 [23,24] (Rajah 1).

PrPC boleh berubah menjadi PrPSc isoform yang kaya helaian, yang terdedah kepada penukaran autokatalitik dan pengagregatan kepada agregat tidak larut [22,25,26]. Pengumpulan abnormal protein patologi dalam otak boleh menyebabkan perkembangan transmissiblespongiform encephalopathies (TSEs), juga dikenali sebagai penyakit prion.

Penyakit prion termasuk penyakit Creutzfeldt–Jakob (CJD), sindrom Gerstmann–Sträussler–Scheinker (GSS), insomnia fatalfamilial (FFI) dan kuru pada manusia, ensefalopati spongiform bovine dalam lembu, scrapie pada kambing dan biri-biri dan penyakit buangan kronik pada serviks.

Semua penyakit prion adalah gangguan neurodegeneratif yang membawa maut. Ciri klinikal dan neuropatologi penyakit prion pada manusia adalah serupa dengan penyakit Alzheimer (AD) seperti kehilangan ingatan yang cepat dan kehilangan fungsi otak serta demensia, ubah bentuk spongiform otak, perubahan personaliti, dan kesukaran dengan pergerakan [15,27] .

Walaupun penyakit prion berlaku disebabkan oleh pengumpulan agregat PrPSc toksik di dalam otak, mekanisme yang mendasari penukaran PrPC kepada PrPSc dan perkembangan penyakit prion masih tidak diketahui.

Selain daripada menjadi substrat untuk perkembangan penyakit prion, PrPC boleh berfungsi sebagai reseptor untuk oligomer amyloid- (A ) sitotoksik [20,28] dan agregat larut toksik protein tau dalam AD dan tauopati lain [29,30].

Terdapat juga kajian yang bertentangan tentang pengikatan PrPC oligomer -synuclein ( -syn) dalam penyakit Parkinson (PD) dan synucleinopathies lain, membuka perdebatan tentang peranan PrPC dalam ketoksikan -synuclein [30-33].

3. Serpihan Protein Prion

PrPC boleh menjalani empat belahan pascatranslasi, membentuk serpihan PrP (Rajah 1). Pembelahan dan pembelahan berlaku dalam domain terminal N yang tidak berstruktur manakala pembelahan dan pelepasan PrP berlaku dalam domain terminal C berstruktur.

Selain daripada belahan yang disebutkan, PrPC telah dibelah di bawah keadaan eksperimen dengan fosfolipase C, yang membelah PrPC dalam sauh GPI [34,35]. Tapak belahan, panjang serpihan, dan lampiran membran membenarkan serpihan mengambil bahagian dalam pelbagai mekanisme.

3.1. -Belahan

-cleavage ialah belahan PrPC yang paling banyak dikaji. Ia berlaku di bawah keadaan fisiologi di kawasan hidrofobik pusat PrPC matang (sisa asid amino 105-120 dalam urutan manusia 111/112) [36-38] (Rajah 1).

Pembelahan itu mengeluarkan serpihan ~11 kDa N1 manakala bahagian ~18 kDa C1 kekal melekat pada membran sel oleh GPIanchor [36,39]. Buat masa ini, tiada enzim unik yang bertanggungjawab untuk -cleavage [24,40].

Walaupun tapak belahan telah ditentukan mengenai spesies, belahan tidak tahan terhadap variasi jujukan di rantau ini selagi hidrofobisitinya kekal terpelihara [38].

Kajian telah menunjukkan bahawa belahan dalam otak manusia, model tetikus dan kultur neuron berlaku dengan kehadiran enzim ADAM10 dan ADAM17 [41–43]. ADAM10 menyumbang kepada pengeluaran N1 konstitutif manakala ADAM17 terutamanya mengambil bahagian dalam pembentukan N1 apabila dirangsang [44]. ,45]. ADAM8 juga telah ditunjukkan untuk membelah PrPC untuk membentuk N1 dan C1 dalam otot [46].

Peranan ADAM8, ADAM10, dan ADAM17dalam -cleavage juga telah disokong dalam kajian biofizikal [47]. Serpihan N1 mempunyai kestabilan yang agak rendah; namun begitu, ia didapati terdapat dalam cecair badan, tisuhomogenat, atau supernatan kultur sel [39,48,49].

Pembelahan pada mulanya dianggap berlaku dalam petak endosom berasid [50,51] tetapi kajian kemudian menunjukkan bahawa pembelahan berlaku semasa pemerdagangan vesikular PrPC di sepanjang laluan rembesan [52,53].

The -cleavage menggunakan PrPC sebagai substrat, yang membawa kepada pengurangan permukaan sel. Oleh kerana PrPC juga merupakan substrat untuk replikasi prion dan pengantara utama ketoksikan dalam penyakit prion, AD, dan penyakit neurodegeneratif lain, belahan mempunyai kesan biologi yang positif.

Bahagian N-terminal fleksibel PrPC adalah penting untuk interaksi protein dengan rakan kongsi yang mengikat yang mengawal selia pengambilan PrPC dalam pemerdagangan [54,55]. LackingN1, C1 membentuk kompleks pada membran sel [56] dan lebih stabil dan berterusan pada permukaan sel daripada PrPC [50].

Serpihan C1 boleh dibelah pada permukaan sel dan dilepaskan ke dalam ruang ekstraselular [57]. C1 didapati menghalang replikasi prion pada tikus [58,59] manakala serpihan N1 adalah neuroprotektif [60,61]; ketiadaan belahan adalah toksik untuk kedua-dua sel dan tikus [47,62].

3.2. -Belahan

Pembelahan berlaku pada penghujung kawasan ulangan oktapeptida N-terminal tapak belahan. The -cleavage kebanyakannya diperhatikan dalam keadaan patologi dan serupa dengan -cleavage. Ia seolah-olah bertindak melindungi.

Ia berlaku di sekitar residu asid amino 90, membentuk serpihan N2 (~9 kDa) dan serpihan C2 (~20 kDa) [36,37,48,63](Rajah 1). Pembelahan PrPC dimediasi oleh spesies oksigen reaktif (ROS) [37,63-66].

Dengan mengeluarkan ROS, belahan melindungi sel daripada tekanan oksidatif [65]. Selain daripada ROS, belahan ini disebabkan oleh calpain [67], protease lisosom [68,69], atau ADAM8 [47].

Proteinase K membelah teras tahan protease PrPSc (PrP27–30) berhampiran kedudukan 90, menghasilkan serpihan dengan panjang yang serupa dengan C2. Sama seperti serpihan C1, serpihan C2 juga boleh dikeluarkan dari permukaan sel [70].

Pembentukan serpihan sedemikian menunjukkan bahawa protease yang terlibat dalam pembelahan juga boleh terlibat dalam percubaan selular untuk memecahkan PrPSc [71,72].

3.3. -Belahan

Pembelahan protease PrPC yang paling baru ditemui ialah -cleavage. Pecahan dalam PrPC masih perlu ditentukan tetapi saiz serpihan N3 (~20 kDa) dan serpihan berlabuh GPI C3 (~5 kDa) yang dilepaskan menunjukkan bahawa pembelahan protein berlaku di rantau antara sisa asid amino 170 dan 200 [73, 74] (Rajah 1).

Kajian menunjukkan bahawa pembelahan berlaku lewat dalam laluan rembesan pada protein tidak glikosilasi dengan kehadiran ahli keluarga metalloprotease matriks (MMP) [73].

Sebab pembelahan - hanya berlaku pada PrPC yang tidak glikosilasi dicadangkan disebabkan oleh halangan sterik protease oleh glycans dalam kedekatan tapak belahan yang dicadangkan [40,75].

Pembelahan telah didapati wujud dalam spesies, tisu, dan model kultur sel yang berbeza. Penentuan peranannya memerlukan kajian lanjut walaupun petunjuk peningkatan jumlah serpihan C3 dalam otak CJD boleh membawa kepada kemungkinan kepentingan patogenik [73].

3.4. Penumpahan Protein Prion

Terdapat juga belahan penting PrP berdekatan dengan terminal-C. Pembelahan itu menumpahkan PrP ke dalam ruang ekstraselular, meninggalkan sebilangan kecil sisa asid amino pada permukaan sel.

Pembelahan itu diterangkan dalam penyelidikan awal [35,39,76,77] tetapi telah mendapat lebih banyak perhatian dalam beberapa tahun kebelakangan ini kerana penglibatan PrP gudang dalam penyakit [40,63,78-83].

Sama seperti belahan, penumpahan PrP berlaku dengan kehadiran enzim daripada keluarga ADAM. Eksperimen in vitro dan in vivo mencadangkan bahawa ADAM9 dan ADAM10 terlibat dalam proses pembelahan dan penumpahan PrP [47,84–86] di mana ADAM10 ialah sheddase utama untuk PrP dan ADAM9 ialah modulator aktiviti ADAM10 [24 ].PrP bangsal pertama kali ditentukan pada hamster.

Dalam otak hamster yang dijangkiti prion, shedPrP mewakili kira-kira 15% daripada molekul PrPSc [76]. Analisis lanjut menunjukkan bahawa ADAM10 membelah PrP bangsal antara Gly228 dan Arg229 dan membentuk PrP bangsal yang ditamatkan pada Gly228 [84].

Analisis yang meneroka profil tapak belahan ADAM10 mendedahkan bahawa belahan tidak disebabkan oleh urutan unik [87].

Akibatnya, ADAM10protease boleh menghasilkan varian PrP gudang bergantung pada urutan dan konformasi protein. Jansen dan rakan sekerja menggambarkan kewujudan borang PrP yang tidak disambungkan yang berakhir dengan Tyr225 dan Tyr226 pada pesakit dengan penyakit prion [88].

Penulis mencirikan dua pesakit dengan penyakit prion yang membawa mutasi berhenti pada kedudukan Y226X dan Q227X dan menyatakan bentuk masing-masing. Menggunakan antibodi monoklonal V5B2 [89] yang secara khusus mengikat serpihan PrP yang berakhir dengan Tyr226, kami secara serentak menerangkan kewujudan bentuk bebas PrP bernama PrP226* [90-94].

Pengagihan PrP226* dalam otak manusia telah dikaitkan dengan pengedaran PrPSc [90,94]. Disebabkan kewujudan lebih daripada satu bentuk bangsal, kami membuat hipotesis bahawa tapak proteolitik dalam jujukan manusia terletak secara noteksklusif di antara sisa-sisa asid amino 228 dan 229 tetapi terletak dalam jarak dekat terminal-C [95] (Rajah 1).

Baru-baru ini, Linsenmeier et al. menerbitkan kajian komprehensif mengenai mekanisme yang merangsang penumpahan proteolitik PrPC [81]. Menggunakan model dan kawalan haiwan, mereka menunjukkan bahawa penumpahan PrP berkorelasi negatif dengan penukaran prion dan PrP yang menumpahkan banyak terdapat dalam plak amiloid.

Mereka juga mengkaji pengaruh pengikatan antibodi yang diarahkan PrP kepada PrPC terhadap kecenderungan penumpahan. Pengikatan keseluruhan antibodi anti-PrP kepada domain berstruktur C-terminal PrPC atau derivatif antibodi rantai tunggal, diarahkan ke epitop berulang dalam kawasan oktarepeat domain N-terminal merangsang penumpahan, apabila pengikatan keseluruhan antibodi anti-PrP kepada oktarepeat. rantau domain N-terminal mengunci struktur domain N-terminal dan menimbulkan pengelompokan permukaan PrPC, endositosis dan degradasi dalam lisosom [81].

4. Protein Prion dan Mielinasi

PrPC banyak dinyatakan dalam sistem saraf pusat (CNS) dan sistem saraf periferi [4,5]. Kajian dalam otak primata, otak tikus, dan tikus transgenik menunjukkan bahawa ia diperkaya di sepanjang akson dan di terminal presinaptik di mana ia terlibat dalam pengangkutan akson anterograde dan retrograde [4,17,18,96-98].

Pemadaman di kawasan belahan PrPC menunjukkan demyelinasi teruk dalam kedua-dua saraf tunjang dan cerebellar whitematter in vivo [99,100] Kemudian, telah disahkan bahawa axonal PrPC dan -cleavagenya diperlukan untuk pro-myelination dalam sistem saraf periferi [101].

Menggunakan model tikus co-isogenicPrP-knockout, Kuffer et al. mendapati bahawa PrPC aksonal menggalakkan penyelenggaraan myelin dalam trans melalui pengikatan pada reseptor G-protein-gandingan Adgrg6 pada sel Schwann dengan ekor fleksibel terminal-N [7].

Mereka juga mengesahkan bahawa tikus yang kekurangan PrPC mengembangkan neuropati demyelinating kronik, yang menunjukkan bahawa homeostasis mielinasi dalam sistem saraf periferi adalah fungsi fisiologi PrPC yang bonafide [7].

Penyelenggaraan myelin didapati dikawal melalui pengikatan serpihan PrPC yang dikeluarkan terminal-N (mungkin N1 atau menumpahkan PrP) kepada Adgrg6 pada sel Schwann.

Interaksi tersebut mengaktifkan Adgrg6, meningkatkan tahap selular cAMP, dan mencetuskan lata penyelarasan yang menggalakkan mielinasi [7]. Peraturan penyelenggaraan myelin periferal oleh PrPC telah disahkan dalam lima strain model tetikus PrP-knockout yang berbeza yang membangunkan neuropati periferal onset lewat [101-103].

Baru-baru ini, terdapat percubaan untuk membangunkan rawatan untuk penyakit demielinasi periferal berdasarkan pengikatan antara domain N-terminal PrPC dan Adgrg6 [104]. Dalam kajian ini, mereka membina molekul immunoadhesin yang terdiri daripada dua domain terminal N fleksibel PrPC yang dikaitkan dengan serpihan boleh diakristalisasi (Fc) immunoglobulin G1 (FT2Fc) [104].

Molekul tersebut menunjukkan sifat farmakokinetik yang menggalakkan dan menunjukkan potensi in vitro tetapi gagal memberi kesan aterapeutik pada tanda-tanda molekul awal demielinasi dalam tikus PrP-knockout [104].

PrPC juga dikaji berkaitan dengan perkembangan myelin periferal dan penjanaan semula selepas kecederaan saraf [105]. Oleh kerana PrP didapati boleh diketepikan dalam mekanisme ini, ia boleh dianggap bahawa PrP tidak mempunyai peranan utama dalam proses pembaikan saraf periferi atau ketiadaannya mungkin boleh dikompensasikan oleh ligan lain [105].

Myelination dan peranan fisiologi PrPC yang lain telah dikaji secara intensif model onanimal dengan ekspresi gen PrP yang tersingkir atau tersingkir.

Kajian telah menunjukkan kesan negatif yang terhad pada tikus [102,106-109], lembu [110], dan kambing [68,111,112] manakala kajian terhadap tikus PrP-knockout atau kambing menunjukkan kecacatan dalam sistem saraf dan kepekaan terhadap tekanan oksidatif [6,101,111,113]. Beberapa model tikus PrP-knockout telah dihasilkan dengan latar belakang bercampur [106,109,114-116].

Memandangkan kajian tidak boleh dihasilkan semula dalam kalangan model, ini mungkin menimbulkan persoalan sama ada mana-mana fenotip yang diperhatikan sebenarnya disebabkan oleh polimorfisme dalam gen yang mengapit Prnp atau hasil ketiadaan PrPC. Untuk mengelakkan isu ini, adalah dinasihatkan untuk mengulangi eksperimen utama menggunakan tikus PrPknockout koisogenik.

Walaupun peranan PrPC dalam CNS perlu dijelaskan, serpihan yang dikeluarkan PrPC dan PrPC sangat diperlukan dalam homeostasis myelin saraf periferal tetapi ia mungkin boleh diketepikan dalam pemulihan saraf.

For more information:1950477648nn@gamil.com