Sistem Glyoxalase dalam Penyakit Berkaitan Umur: Intervensi Pemakanan Sebagai Strategi Anti-Penuaan Bahagian 1

Sila hubungioscar.xiao@wecistanche.comuntuk maklumat lanjut

Abstrak:Sistem glyoxalase adalah penting untuk detoksifikasi produk akhir glikasi lanjutan (AGEs).AGEs ialah sebatian toksik yang terhasil daripada pengubahsuaian bukan enzimatik biomolekul oleh gula atau metabolitnya melalui proses yang dipanggil glikasi. AGE mempunyai kesan buruk pada banyak tisu, memainkan peranan patogenik dalam perkembangan penuaan molekul dan selular. Disebabkan penurunan berkaitan usia dalam mekanisme anti-AGE yang berbeza, termasuk mekanisme penyahtoksinan dan kapasiti proteolitik, biomolekul terglikasi terkumpul semasa penuaan normal dalam badan kita dengan cara yang bergantung kepada tisu. Dilihat dengan cara ini, sistem detoksifikasi anti-AGE dicadangkan sebagai sasaran terapeutik untuk melawan disfungsi patologi yang berkaitan dengan pengumpulan AGE dan sitotoksisiti. Di sini kami meringkaskan keadaan pengetahuan semasa yang berkaitan dengan mekanisme perlindungan terhadap tekanan glikasi, dengan penekanan khusus pada sistem glyoxalase sebagai mekanisme utama untuk menyahtoksik perantaraan reaktif glikasi. Kajian ini memberi tumpuan kepada glyoxalase 1(GLO1), enzim pertama sistem glyoxalase, dan enzim pengehad kadar proses pemangkin ini. Walaupun GLO1 dinyatakan di mana-mana, tahap dan aktiviti protein dikawal dengan cara yang bergantung kepada tisu. Kami menyediakan analisis perbandingan protein GLO1 dalam tisu yang berbeza. Penemuan kami menunjukkan peranan untuk sistem glyoxalase dalam homeostasis dalam retina mata, tisu beroksigen tinggi dengan perolehan protein yang cepat. Kami juga menerangkan modulasi sistem glyoxalase sebagai sasaran terapeutik untuk melambatkan perkembangan penyakit berkaitan usia dan meringkaskan literatur yang menerangkan pengetahuan semasa tentang sebatian pemakanan dengan sifat untuk memodulasi sistem glyoxalase.

Kata kunci:tekanan glikasi; sistem glyoxalase; penuaan; proteotoksisiti

Sila klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut

1. Pengenalan: Tekanan Glycative dan Penuaan Tidak Sihat

Badan kesusasteraan yang semakin meningkat menunjukkan bahawa pengumpulan protein yang rosak adalah ciri khusus penuaan dan banyak penyakit berkaitan usia, termasuk diabetes jenis 2, kanser, neurodegeneratif, kardiovaskular dan gangguan berkaitan mata [1-7]. Protein menyimpang menjejaskan homeostasis selular dengan membentuk agregat tidak berfungsi dan toksik dan ini membawa kepada penyahaktifan bukan sahaja protein menyimpang tetapi juga boleh menjejaskan fungsi protein penting lain disebabkan oleh tekanan pada—atau kekurangan—jentera kawalan kualiti protein. dalam sel. Satu mekanisme yang menonjol yang membawa kepada molekul yang menyimpang ialah pengubahsuaian oleh produk akhir glikasi lanjutan (AGEs).

Sebatian dikarbonil terhasil

daripada laluan metabolik yang berbeza (Rajah 1) yang melibatkan gula pemakanan dan metabolisme karbohidrat untuk membentuk AGE. Sebatian dikarbonil ini berinteraksi dengan biomolekul, seperti protein, lipid, dan asid nukleik dalam pengubahsuaian pasca translasi bukan enzim yang dipanggil glikasi. Ejen dicarbonyl glycating utama ialah methylglyoxal (MG), glyoxal, atau 3-deoxyglucosone [8]. Dicarbonyls ini dikekalkan pada tahap rendah dalam keadaan homeostatik, tetapi proses penuaan meningkatkan reagen pengglikan ini ke tahap patologi, meningkatkan pembentukan AGE toksik dan, akhirnya, menjejaskan kecergasan tisu. Memandangkan pembentukan AGEs bergantung kepada kepekatan glukosa, penggunaan diet glisemik tinggi atau keadaan diabetes membawa kepada pengumpulan AGE sistemik yang dramatik. Ini secara langsung berkorelasi dengan metabolisme yang diubah, peningkatan keradangan, dan perkembangan keadaan perubatan yang teruk. Sebaliknya, pengambilan diet glisemik rendah mengehadkan pengumpulan AGE dan dikaitkan dengan perkembangan lebih perlahan beberapa penyakit ini [9-13]. Dalam konteks ini, hiperglikemia mengenakan tekanan tambahan pada pengeluaran protein terglikasi yang berkaitan dengan usia dan memburukkan lagi akibat buruk deposit AGE pada fungsi organ.

Rajah 1. Gambarajah skematik pembentukan -dicarbonyls dan laluan detoksifikasi terhadap kerosakan akibat AGE dalam penuaan. Pembentukan -dicarbonyls yang sangat reaktif seperti methylglyoxal(MG) adalah melalui degradasi bukan enzimatik perantaraan glikolitik, termasuk dihydroxyacetone phosphate dan glyceraldehyde 3-phosphate dan sumber lain, termasuk asid amino dan metabolisme lipid. Untuk mengelakkan kerosakan AGE, sistem glyoxalase ialah mekanisme utama yang mengehadkan sintesis AGE, menukarkan biomolekul reaktif tinggi, seperti MG, kepada biomolekul kurang reaktif (D-laktat). Proses ini melibatkan aktiviti berurutan dua enzim GLO1 dan GLO2 dan bentuk pengurangan glutation (GSH). Mekanisme detoksifikasi lain membayangkan aktiviti DJ-1, aldehid dehidrogenase(ALDHs), Aldo-keto reduktase (AKR) dan enzim penguraian asetoasetat. Setelah terbentuk, AGEs boleh dibersihkan oleh dua laluan proteolitik: sistem ubiquitin-proteasome (UPS) dan autophagy. Mekanisme perlindungan ini (diserlahkan dalam warna hijau) menurun di bawah penuaan dan menyumbang kepada permulaan penyakit berkaitan usia seperti neurodegeneration, penyakit berkaitan mata (AMD, katarak, DR), nefropati, sindrom metabolik dan kanser. GLO1:glyoxalase 1; GLO2:glyoxalase 2; GSH: glutation.

Cistanche boleh anti-penuaan

Tekanan glikasi yang berlebihan menggalakkan ketaklarutan protein, penyahkawalseliaan isyarat dan laluan kawalan kualiti protein. Perubahan yang diperolehi AGEs dalam laluan isyarat proteome perturb dalam fisiologi tisu (laluan MAP/ERK, JAK-STAT, dan PI3K-AKT) yang membawa kepada translokasi nuklear faktor transkripsi yang terlibat dalam pelbagai fungsi selular, termasuk keradangan, apoptosis, tekanan ER , autophagy, tekanan oksidatif, fungsi mitokondria, dll. (disemak dalam [2,14]). Protein terglikasi juga mungkin melebihkan atau mengehadkan kefungsian kapasiti proteolitik. Perubahan ini akhirnya menyumbang kepada permulaan pelbagai gangguan berkaitan usia.

Pelbagai kajian telah menunjukkan bahawa pembentukan AGE yang berasal dari MG dan MG merupakan faktor penting dalam patogenesis diabetes dan komplikasinya, seperti retinopati, nefropati dan neuropati [15-19]. Tekanan dicarbonyl juga merupakan pengantara penyumbang obesiti dan penyakit kardiovaskular [20,21]. MG boleh menyumbang kepada aterosklerosis melalui beberapa mekanisme, termasuk pengumpulan AGE yang berasal dari MG dalam plak aterosklerotik [22] dan glikasi lipoprotein berketumpatan rendah yang disebabkan oleh MG [23]. Hubungan antara MG dan hipertensi juga telah diperhatikan dalam beberapa kajian, menunjukkan peningkatan MGlevels dalam aorta dan tisu buah pinggang [24,25]. Beberapa kajian juga telah mengesahkan bahawa pengumpulan AGE dikaitkan dengan banyak gangguan neurodegeneratif, sekali gus menjejaskan fungsi otak, seperti penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson dan skizofrenia [26-28]. Salah satu contoh terbaik hubungan antara pengumpulan AGE dan akibat berkaitan penuaan berlaku dalam tisu mata yang mengakibatkan gangguan tisu mata yang disebabkan oleh glikasi, seperti katarak, degenerasi makula berkaitan usia (AMD) dan retinopati diabetik (DR)[{ {15}}]. Mengenai katarak, penyebab utama kebutaan di seluruh dunia, kristal kanta menjadi berpigmen kuning-coklat secara beransur-ansur dengan usia akibat pengumpulan produk sampingan AGEs [31]. Begitu juga dengan lensa, AGE retina meningkat dengan usia dan diabetes, terutamanya di retina luar. AMD adalah penyebab utama kebutaan pada individu yang lebih tua di negara maju. Tahap AGE yang lebih tinggi ditemui dalam pesakit AMD berbanding subjek kawalan serta dalam model tetikus AMD [32-36]. DR dicirikan oleh pengumpulan AGE dalam retina, mendorong kerosakan mikrovaskular [37].pecahan flavonoid tulen mikronisasi 1000 mg kegunaanPerubahan patologi ini mengakibatkan kerosakan tidak dapat dipulihkan pada penghalang darah-retina, dan edema makula, yang akhirnya mengakibatkan kehilangan penglihatan. Ringkasnya, AGEs terkumpul di seluruh badan apabila penuaan, terutamanya, pada pesakit diabetes. Ini menjejaskan homeostasis organisma dan menyumbang kepada permulaan dan kemajuan pelbagai penyakit berkaitan usia.

Terdapat pelbagai sistem untuk menyahtoksik AGE. Ini termasuk sistem glyoxalase, mekanisme berciri terbaik untuk menghalang pembentukan AGE, dan salah satu laluan yang dapat menyahtoksik perantaraan glikasi. Walau bagaimanapun, kapasiti anti-AGE merosot dengan usia yang membawa kepada pengumpulan AGE yang dipercepatkan dalam 'tisu tua yang normal. Walaupun terdapat mekanisme pertahanan yang berbeza untuk mengehadkan pengumpulan AGE dalam tisu, membangunkannya untuk mencegah pengumpulan AGE dan patologi yang berkaitan masih tidak dieksploitasi [38]. Dalam bahagian seterusnya, kami meringkaskan literatur semasa mengenai mekanisme detoksifikasi yang memberi tumpuan kepada sistem glyoxalase untuk mengurangkan pengumpulan hasil sampingan toksik ini dalam sel dan tisu. Akhir sekali, kami membincangkan kegunaan intervensi pemakanan untuk meningkatkan sistem glyoxalase sebagai strategi anti-penuaan.

2. Mekanisme Menyahtoksik terhadap Tekanan Glycative: Peranan Utama Sistem Glyoxalase

Pelbagai mekanisme detoksifikasi terhadap pengumpulan AGE telah dilaporkan. Rajah 1 ialah gambaran keseluruhan skema pembentukan -dicarbonyl dan laluan detoksifikasi yang berbeza terhadap kerosakan yang diperolehi AGE dalam penuaan. Laluan utama sintesis AGEs melibatkan tindak balas dicarbonyls reaktif yang diperoleh terutamanya daripada metabolisme glukosa dengan amina primer (rantai sisi N-terminal atau lisin) atau kumpulan guanidine rantai sampingan arginin [39]. Pembentukan -dikarbonil yang sangat reaktif, seperti MG, adalah melalui metabolisme perantaraan glikolitik, seperti dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehid 3-fosfat, dan sumber lain, termasuk asid amino dan metabolisme lipid.

AGEs tidak dapat dipulihkan dan, setelah terbentuk, hanya boleh dihapuskan oleh laluan proteolitik [5,9,40,41]. Dua kapasiti proteolitik utama dicadangkan untuk menyumbang kepada pelepasan AGE: sistem ubiquitin-proteasome (UPS) dan sistem proteolitik lisosom autofagik (ALPS) [5,9,40,41] (Rajah 1). UPS beroperasi terutamanya pada protein tersalah lipatan terlarut. Dalam UPS, substrat diiktiraf dan ditandakan dengan ubiquitin dan disasarkan kepada proteasome untuk degradasi. ALPS terdiri daripada penyasaran kargo ke petak lisosom untuk degradasi. Kargo autofagik boleh menjadi pelbagai, termasuk protein tidak larut, agregat protein, dan juga organel keseluruhan. Kedua-dua laluan proteolitik berfungsi secara kooperatif dan literatur yang semakin meningkat menyokong perbualan silang antara kedua-dua laluan dengan interaksi langsung dan tidak langsung timbal balik[42-46]. Crosstalk ini menjamin mekanisme sandaran dan, dalam kes kekurangan salah satu laluan, laluan proteolitik yang lain cenderung untuk mengimbangi untuk mengekalkan proteom yang betul dan berfungsi [47].

Perubahan berkaitan usia dalam kadar degradasi protein telah didokumenkan untuk banyak tisu lebih daripada 3 dekad yang lalu, walaupun sebelum pencirian molekul laluan proteolitik ditakrifkan [48]. Pada masa kini, penurunan molekul dan selular dua laluan proteolitik utama dengan usia lebih difahami dan terdapat perbezaan dalam tahap penurunan antara UPS dan sistem lisosom. Banyak laporan telah menunjukkan penurunan bergantung pada tisu dalam UPS, manakala penurunan autofagik nampaknya bersifat universal (disemak dalam [49-51). Mengenai autophagy, kedua-dua petak lysosomal dan autophagosomal mengalami pengubahsuaian yang ketara. Perubahan yang menyumbang kepada kerosakan autophagy termasuk penurunan dalam kestabilan lisosom, aktiviti hidrolase, pengumpulan bahan yang tidak boleh dihadam (lipofuscin) dalam lumen lisosom, pH lisosom yang tidak berfungsi, penurunan tahap transkripsi protein berkaitan autophagy, penurunan kestabilan pengantara pendamping. reseptor autophagy LAMP2A dalam membran lisosom dan penurunan persatuan protein motor dalam petak autofagik ([49, 51, 52]). Berbeza dengan autophagy, kini diterima bahawa perubahan dalam kebolehan proteolitik proteasome dengan usia nampaknya lebih kualitatif daripada kuantitatif.oteflavonoidPerubahan dalam komposisi aktiviti pemangkin teras proteasomal dan subunit modulasi, penurunan ekspresi proteasome, serta perubahan dalam keadaan pengoksidaan subunit proteasome dan substrat proteasome, menyumbang kepada perencatan berkaitan usia kapasiti UPS (disemak dalam [53]. ,54). Dalam sesetengah kes, mungkin terdapat kapasiti sistem proteolitik yang tidak mencukupi untuk dikendalikan untuk dimuatkan. Malangnya, keberkesanan kedua-dua mekanisme ini menurun dengan usia, mengakibatkan kapasiti yang tidak mencukupi untuk mengenali dan mengeluarkan protein yang rosak dan, oleh itu, pengumpulan intraselular agregat protein dan organel yang tidak berfungsi [55,56]. Tahap AGEs bersih ditentukan oleh keseimbangan kadar sintesis atau pembentukan dan kadar penyingkiran. Akibat serta-merta daripada penurunan kapasiti proteolitik ialah pengumpulan protein yang berumur panjang dalam organisma yang berumur, kebanyakannya mengumpul kerosakan yang berasal dari glikasi dalam urutan asid aminonya. Pengumpulan AGEs berlaku dalam cara yang berkaitan dengan usia dan bergantung ([4,9]) dan analisis proteomik baru-baru ini dalam penyelidikan penuaan telah mendedahkan bahawa biologi AGE mengandungi laluan metabolik yang diperkaya yang dikaitkan dengan proteom yang berkaitan dengan usia [57].

Walaupun UPS dan ALPS merosot dengan usia, terdapat laluan perlindungan yang berbeza dengan kapasiti untuk mengurangkan sintesis AGE. Dalam kajian ini, kami memberi tumpuan kepada mekanisme perlindungan yang mengehadkan biogenesis AGEs, dengan penekanan khusus pada sistem glyoxalase, laluan utama untuk menyahtoksin dicarbonyls reaktif [58]. Dalam bahagian ini, kami akan menerangkan secara terperinci sistem glyoxalase. Kami juga menerangkan secara ringkas mekanisme lain dalam detoksifikasi AGE: DJ protein berkaitan Parkinson-1, aldehid dehidrogenase(ALDH), Aldo-keto reduktase (AKR) dan degradasi asetoasetat.

2.1. Sistem Glyoxalase: Laluan Detoksifikasi Utama untuk Dicarbonyls Tindak balas

Sastera yang luas menyokong sistem glyoxalase sebagai laluan detoksifikasi utama untuk dicarbonyls reaktif dalam sitosol semua sel mamalia [58]. Sistem glyoxalase ialah laluan berciri terbaik untuk metabolisme MG. Gen untuk glyoxalases dipelihara secara evolusi dan diedarkan secara meluas dalam pelbagai sistem hidup, seperti manusia, tumbuhan, yis, bakteria, kulat dan protista. Kehadiran dalam banyak taksa yang pelbagai menunjukkan kepentingan tinggi enzim glyoxalase dalam fungsi fisiologi kehidupan biologi. Aktiviti gabungan glyoxalases 1 dan 2(GLO1, GLO2) memangkinkan penukaran reaktif, acyclic -oxoaldehydes kepada asid -hidroksi yang sepadan [58]. Tindak balas ini juga memerlukan GSH pemangkin. Pada langkah awal, GLO1 menukar substratnya, hemithioacetal, yang dibentuk oleh tindak balas spontan aldehid dicarbonyl MG dan GSH, ke dalam takhta SD-lactoylglu. Kemudian, GLO2 menghidrolisiskan tathione SD-lactoylglu kepada D-laktat dan mengubah GSH (Rajah 1).puritans vitamin cAktiviti GLO1 adalah berkadar terus dengan kepekatan GSH. Aktiviti GLO1 berkurangan apabila GSH dikeluarkan, seperti apabila tekanan oksidatif apabila GSH ditukar kepada GSSG [59].

MG terbentuk semasa glikolisis dan glukoneogenesis melalui degradasi dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehid 3-fosfat, serta oleh katabolisme treonin, pengoksidaan jasad keton, dan degradasi protein terglikasi. Substrat lain, termasuk glyoxal, phenylglyoxal, dan hydroxypyru aldehyde, juga dimetabolismekan melalui laluan ini [60]. GLO1, enzim pengehad kadar dalam sistem glyoxalase, memangkinkan langkah detoksifikasi utama [61], oleh itu pengubahan protein GLO1 terlibat dalam banyak proses patologi dalam penuaan, seperti diabetes, penyakit neurodegeneratif, kanser, dan berkaitan mata. penyakit [20.

Peraturan ekspresi dan aktiviti GLO1 adalah kompleks dan masih belum difahami dengan baik (Rajah 2). Urutan penggalak GLO1 mengandungi unsur tindak balas logam(MRE), unsur tindak balas insulin (IRE), gen awal 2-isoform faktor (E2F) dan protein pengikat penambah mengaktifkan 2 (AP{{10 }} ), dan unsur tindak balas antioksidan (ARE). Fungsi IRE dan MRE telah disahkan dalam ujian wartawan di mana rawatan insulin dan zink klorida menghasilkan tindak balas transkrip yang meningkat 62]. Aktiviti fungsian yang serupa telah diperhatikan untuk E2F dan AP-2 [63,64]. ARE yang terletak di ekson 1 Glo1 berfungsi untuk bergabung dengan Glo1 ke sistem transkripsi responsif tekanan faktor nuklear erythroid 2-faktor 2(NRF2)yang responsif [65]. Beberapa gen yang berkaitan dengan metabolisme MG dan perlindungan terhadap tekanan oksidatif berada di bawah kawalan laluan NRF2-ARE [66]. NRF2 dikomplekskan dengan KEAP1, protein penyesuai substrat untuk kompleks ligase ubiquitin E2 yang bergantung kepada cullin-3-, mengarahkan NRF2 untuk degradasi oleh proteasome 26S mengikut keadaan fisiologi. Tekanan oksidatif membawa kepada ketidakstabilan kompleks ini, menyebabkan pemindahan NRF2 ke nukleus, dan mencetuskan regulasi gen antioksidan [67,68]. Pengikatan NRF2 pada Glo1-ARE meningkatkan ungkapan asas dan teraruh GLO1.[65]. NRF2 dan tindak balas antioksidan juga dikawal apabila MG menyebabkan dimerisasi KEAP membebaskan Nrf2 [69].

Beberapa kajian menunjukkan bahawa NRF2 meningkatkan aktiviti GLO1 dan mengurangkan tekanan MG intraselular; oleh itu, modulasi GLO1 oleh agonis NRF2 mengakibatkan pengurangan dalam penambahan protein MG dan MG dalam kedua-dua sel dan tisu [70-73]. Selain itu, mRNA dan protein hepatik, otak, jantung, buah pinggang, dan paru-paru Glol telah menurun dalam tikus kalah mati NRF2 [65]. Secara keseluruhannya, laporan ini mencadangkan bahawa GLO1 ialah sasaran hiliran yang mana laluan NRF2/KEAP1 melaksanakan fungsi perlindungannya dengan mengurangkan tegasan MG dan dicarbonyl. Walau bagaimanapun, pengaktifan keradangan NF-kB (faktor nuklear kB) dengan NRF2 mengurangkan ekspresi Glol [74]. Ekspresi cahaya juga dikawal secara negatif oleh HIFl (hypoxia-inducible factor l ) di bawah keadaan hipoksik, pemacu fisiologi penting tekanan dicarbonyl [75].

Bersama dengan peraturan transkrip, terdapat juga peraturan pasca translasi protein GLO1 (Rajah2). GLO1 diasetilasi oleh sirtuin sitosolik-2[76,77] dan ekspresinya mungkin dikurangkan dengan pengaktifan RAGE (reseptor untuk produk akhir glikasi lanjutan); bagaimanapun, mekanisme ini tidak difahami dengan jelas [78].sistancheSatu kajian baru-baru ini menunjukkan bahawa protein GLO1 boleh diubah suai oleh fosforilasi threonine 107 (T107) dan nitrosilasi sistein 139 [79]. Dalam kajian ini, fosforilasi T107 oleh delta kinase II yang bergantung kepada calmodulin dalam protein GLO1 dilaporkan sebagai mekanisme tepat yang mengawal sistem glyoxalase. Khususnya, fosforilasi GLO1 pada T107 menjejaskan kecekapan kinetik detoksifikasi MG dan kadar degradasi proteasomal. Oleh itu, statusnya yang diubah dikaitkan dengan perkembangan penyakit berkaitan usia [79].

Rajah 2. Mekanisme peraturan glyoxalase 1(GLO1). Aktiviti GLO1 boleh dikawal melalui pelbagai mekanisme, termasuk peraturan transkrip dan pengubahsuaian selepas terjemahan. Penganjur Glo1 mengandungi pelbagai elemen kawal selia, seperti tindak balas antioksidan (ARE), tindak balas logam (MRE), dan unsur tindak balas insulin (IRE) dan tapak pengikat untuk AP-2 dan E2F. Dalam keadaan biasa, faktor nuklear erythroid 2-faktor berkaitan 2 (NRF2) dikomplekskan dengan KEAP1, protein penyesuai substrat untuk kompleks ligase ubiquitin E2 yang bergantung kepada kulin-3-, mengarahkan NRF2 untuk degradasi oleh sistem ubiquitin-proteasome (UPS). Tekanan oksidatif membawa kepada ketidakstabilan NRF{18}}KEAP1 kompleks, menyebabkan detasmen NRF2 yang dialihkan ke nukleus yang mencetuskan regulasi gen antioksidan yang berbeza. Pengikatan NRF2 pada Glo1-ARE meningkatkan ungkapan GLO1. Di bawah keadaan hipoksia, ekspresi Glow dikawal secara songsang oleh faktor 1 (HIFlx) yang boleh disebabkan oleh hipoksia. Pengubahsuaian pasca translasi yang berbeza dalam sitosol boleh memberi kesan kepada kestabilan GLO1.

2.2. Mekanisme Detoksifikasi Alternatif sebagai Sistem Sandaran Putative untuk Mengimbangi Kekurangan Aktiviti Glyoxalase

Walaupun mekanisme utama untuk menyahtoksifikasi dikarbonil reaktif dalam sistem glyoxalase, terdapat laluan alternatif dengan kapasiti untuk menyahtoksik dikarbonil yang terbentuk semasa metabolisme gula. Ini termasuk ALDH, AKR, DJ protein yang berkaitan dengan Parkinson-1 dan penghapusan oleh asetoasetat untuk membentuk 3-hidroksi heksana-2,5-dione (3-HHD )[80]. Kaitan fisiologi sistem ini masih tidak jelas dan telah dipersoalkan sama ada enzim ini penting atau tidak untuk detoksifikasi AGE dalam tisu disebabkan oleh aktiviti tinggi sistem glyoxalase. Mereka nampaknya merupakan komponen sistem sandaran yang beroperasi tanpa ketiadaan aktiviti glyoxalase walaupun peranan yang bergantung kepada tisu laluan ini tidak boleh diketepikan.

DJ-1, juga dikenali sebagai protein penyakit Parkinson 7(PARK7), memainkan peranan penting dalam penyakit Parkinson (PD). Kekurangan protein DJ{3}} berfungsi telah terbukti menyebabkan PD resesif autosomal [81,82]. DJ-1 dilaporkan mempunyai dua aktiviti berbeza:(1) aktiviti glyoxalase in vitro, menukar MG kepada laktat dan mencegah kerosakan tisu akibat MG dalam Caenorhabditis elegans [83], dan (2) aktiviti deglycase in vitro, mengurangkan produk sampingan MG peringkat awal [84]. Baru-baru ini, kajian lain juga menunjukkan bahawa DJ-1 memainkan peranan yang relevan dalam deglycase DNA [85-87].apa itu cistancheKapasiti penyahtoksikan DJ-1 tanpa ketiadaan glutation(GSH) menjadikan ini laluan alternatif kepada sistem glyoxalase, yang memerlukan kehadiran GSH. Walau bagaimanapun, Pfaff et al.menggunakan kedua-dua DJ-1 knockdown dalam sel Drosophila dan DJ-1 knockout dalam keseluruhan organisma mendapati tiada perbezaan dalam pengumpulan tambahan protein MG [88].

AKR ialah superfamili protein yang mampu mengurangkan aldehid dan keton menjadi alkohol primer dan sekunder. AKR memetabolismekan MG kepada hidroksi aseton atau laktaldehid. Sesetengah kajian menunjukkan bahawa ekspresi transgenik Aldo-keto reduktase manusia dan tikus dalam sel fibroblas tikus melindungi daripada kerosakan yang disebabkan oleh MG, menunjukkan bahawa AKR boleh mengambil bahagian dalam detoksifikasi MG dan pengurangan tahap AGE [89-91]. Aktiviti AKR1B3 yang tinggi telah dikesan dalam sel Schwann tetikus kalah mati Glo1 serta peningkatan ekspresi semasa pendedahan MG, menunjukkan bahawa ia boleh menjadi mekanisme pampasan yang disebabkan oleh kekurangan sistem glyoxalase atau tekanan glikasi yang berlebihan [92]. Menariknya, kekurangan AKR1B3 mengakibatkan tahap MG dan AGE yang lebih tinggi dalam hati tikus diabetes [91].

LED ialah satu lagi kumpulan enzim metabolisasi -dikarbonil yang mengoksidakan MG kepada piruvat. Ekspresi ALDH telah meningkat dalam sel jenis liar tetikus Schwann apabila rawatan MG [92]. Dalam model ikan zebra, ikan kalah mati glo1 menunjukkan bahawa aktiviti ALDH yang diinduksi mengimbangi kekurangan GLO1 [93]. Walau bagaimanapun, sekurang-kurangnya pada tikus, mekanisme pampasan bergantung pada tisu, kerana peningkatan ekspresi AKR dan ALDH diperhatikan dalam tisu hati tetapi hanya AKR dilaporkan dalam buah pinggang dalam tikus kalah mati Glo1 [94]. Dalam kajian manusia, 3-metabolit DG yang dihasilkan oleh aktiviti aldehid dehidrogenase 1A1(ALDH1A1) telah meningkat dalam plasma dan eritrosit pesakit diabetes [92]. Baru-baru ini, ia juga menunjukkan bahawa asetoasetat badan keton mengurangkan kepekatan MG dengan tindak balas bukan enzim semasa ketosis diabetes dan diet [95,96]. Mereka mendapati bahawa laluan metabolik ini melibatkan tindak balas aldol bukan enzim antara MG dan badan keton asetoasetat, yang membawa kepada 3-hidroksi heksana-2,5-dion, yang terdapat dalam darah pesakit kebuluran insulin. Laluan alternatif yang mungkin mengimbangi kekurangan sistem glyoxalase berpotensi menghasilkan molekul toksik seperti y-diketones, yang dikaitkan dengan degenerasi axonal periferal dan kecederaan testis [97,98].

Walaupun tiada analisis penuaan sistematik protein yang terlibat dalam laluan alternatif bebas GLO1-, perubahan berkaitan usia dalam pemain molekul tersebut telah dilaporkan. Contohnya, terdapat perkaitan antara tahap ekspresi D]-1 dan tekanan oksidatif, dan laporan berbeza menunjukkan peningkatan dalam DJ-1 dengan umur. Tahap mRNA dan protein DJ-1 meningkat daripada umur 8 hingga 20 minggu pada tikus [99] dan tahap-1 DJ meningkat dengan ketara sebagai fungsi umur dalam cecair serebrospinal manusia [100]. Dalam tisu okular, telah ditunjukkan bahawa DJ-1 diekspresikan dalam epitelium pigmen retina dan fotoreseptor dan ekspresi meningkat pada mata tua [101]. Ia mungkin mencerminkan mekanisme pampasan akibat penurunan dalam aktiviti sistem glyoxalase.

2.3. Aktiviti Bergantung kepada Tisu Sistem Glyoxalase

Walaupun GLO1 adalah protein di mana-mana, tahap enzim ini dikawal dengan cara yang bergantung kepada tisu. Untuk menilai peranan sistem glyoxalase dalam tisu yang berbeza, kami memeriksa ekspresi dan aktiviti GLO1 dalam bukan okular (hati, otak, jantung, dan buah pinggang) dan tisu okular (retina, RPE/choroid, dan kanta) daripada tikus jenis liar C57BL/6]. Menggunakan antibodi yang secara khusus mengenali GLO1, Western blotting dan imunohistokimia dilakukan untuk mengukur tahap protein. Aktiviti GLO1 dalam ekstrak sitosolik ditentukan secara spektrofotometri sebagai kadar awal pembentukan SD-lactoylglutathione, seperti yang dilaporkan sebelum ini [30,102]. Keputusan ini diringkaskan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Analisis perbandingan protein GLO1 dan aktiviti dalam tisu okular dan bukan okular. (A) Aktiviti GLO1 telah diuji dalam tisu bukan okular dan tisu retina daripada tikus WT seperti yang diterangkan sebelum ini [29] dan aktiviti dinyatakan sebagai peratusan (peratus) berbanding dengan hati. (B)Hati dan(C) wakil retina analisis Western blot bagi tikus transgenik ekspresi berlebihan WT dan Glow(Glo1 Tg tambah / tambah )menggunakan antibodi monoklonal (bukan komersial) dan antibodi poliklonal untuk Glol (komersial, GeneTex)[36,103,104]. (D)RepresentativeWestern blot analisis ekstrak tisu bukan okular (50ug) tikus WT menggunakan antibodi monoklonal untuk kuantifikasi protein Glo1 (bukan komersial) dan (E) GLO1 dinormalkan untuk mengawal pemuatan (pewarnaan Ponceau). (F) Aktiviti GLO1 dilakukan dalam tisu okular (Retina, RPE/Choroid, dan Lens) daripada tikus WT seperti yang diterangkan sebelum ini [29] dan aktiviti dinyatakan sebagai miliunit per miligram protein. Nilai adalah min ± SEM. Saiz sampel ialah n=4daripada ujian protein dan aktiviti GLO1.

Data yang diterbitkan sebelum ini menunjukkan bahawa retina dan hati memaparkan aktiviti tertinggi GLO1([30]; Rajah 3A). Ambil perhatian bahawa aktiviti retina adalah nilai tertinggi manakala hati, buah pinggang, otak dan jantung hanya mewakili 46 peratus, 27 peratus, 22 peratus dan 11 peratus daripada kapasiti retina penyahtoksin. Kami menilai sama ada aktiviti GLO1 berkorelasi dengan tahap enzim dengan menilai tahap protein GLO1 oleh Western blotting. Antibodi terhadap GLO1 sebelum ini telah disahkan dalam laporan terdahulu dan digunakan untuk analisis GLO1 dalam sampel retina [36,103,104]. Sebagai kawalan positif, analisis perbandingan juga dilakukan dalam retina dan tisu hati daripada tikus transgenik yang mengekspresikan GLO1 secara berlebihan pada latar belakang C57BL/6J (B6) [105]. Untuk mengkaji tahap GLO1, kami menggunakan dua antibodi yang berbeza: antibodi arnab poliklonal (antibodi komersial daripada GeneTex) dan antibodi tikus monoklonal (antibodi bukan komersial) yang dilaporkan dalam model haiwan yang berbeza untuk kajian biologi GLO1 [103,106]. Kami dapat mengesan protein GLO1 dalam tisu jenis liar hati dan retina oleh Western blotting, dan kami mendapati ekspresi tertinggi dalam tikus transgenik dalam kedua-dua tisu (Rajah 3B, C, dan Rajah Tambahan S1). Dua jalur telah diiktiraf untuk kedua-dua antibodi. Profil elektroforesis pembezaan bagi GLO1-positif ini mencadangkan bahawa perubahan selepas transkripsi boleh menjadi penting dalam peranan protein. Sehubungan itu, kajian baru-baru ini menunjukkan bahawa GLO1 terfosforilasi adalah lebih cekap dan lebih stabil, menyokong perubahan pasca transkrip ini sebagai mekanisme tepat yang mengawal aktiviti GLO1 [79]. Walau bagaimanapun, terdapat sedikit maklumat tentang bagaimana pengubahsuaian pasca-transkripsi memodulasi aktiviti glyoxalase 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>jantung (Rajah 3D, E). Ini menguatkan keputusan kajian terdahulu[30]. Terdapat maklumat terhad tentang peranan GLO1 dalam tisu okular. Seperti yang kami laporkan sebelum ini, ujian enzimatik mendedahkan bahawa aktiviti GLO1 adalah ~ 10 kali ganda lebih tinggi dalam retina berbanding dengan kanta atau RPE / choroid (Rajah 3F, [30]). Ekspresi berlebihan glyoxalase I meningkatkan survival pericyte retina manusia di bawah keadaan hiperglisemik [107] dan penyekat reseptor angiotensin yang memulihkan GLO1 dalam tikus diabetes ditunjukkan untuk mengurangkan kapilari aselular retina [18]. Selain itu, kekurangan GLO1 dalam Zebrafish memberi kesan kepada seni bina kapal retina dewasa, walaupun peningkatan pembentukan tunas angiogenik hanya diperhatikan dalam glo{11}}/-overfed zebrafish tetapi tidak dalam pemakanan biasa [93].

Retina ialah tisu yang sangat kompleks, sangat dinamik dengan pelbagai jenis sel (Rajah 4A). Aliran darah, dan akibat pendedahan kepada xenobiotik dan tekanan lain, adalah antara yang tertinggi dalam badan. Setiap pagi, 10 peratus daripada hujung luar fotoreseptor retina dibuang dan mesti dikeluarkan oleh sel epitelium berpigmen retina bersebelahan. Kami melakukan analisis imunohistokimia untuk mencirikan buat kali pertama perbezaan spatial GLO1 dalam retina. Protein GLO1 terdapat dalam semua jenis sel dalam retina, dengan tahap tinggi dalam badan sel lapisan nuklear dalam dan bejana sel ganglion. Badan sel fotoreseptor dalam lapisan nuklear luar mempunyai tahap yang lebih rendah. Dalam fotoreseptor, kebanyakan protein GLO1 ditemui dalam segmen dalam dan luar. RPE juga mempunyai tahap protein GLO1 yang tinggi, manakala koroid dan sklera mempunyai jumlah protein GLO1 yang lebih rendah (Rajah 4B, C).

Rajah 4. Imunohistokimia GLO1 dalam tisu retina tikus. (A) Skema keratan rentas, selular retina yang menggambarkan tiga lapisan utamanya terdiri daripada lapisan sel ganglion (GCL), mengandungi sel ganglion retina (RGC), lapisan nuklear dalam (INL), menganjurkan interneuron amacrine, bipolar dan mendatar sel serta sel glial Müller, dan lapisan nuklear luar (ONL), fotoreseptor rod perumah dan kon. Tisu deria, atau neuroretina, disambungkan ke epitelium berpigmen retina (RPE). Anak panah merah menunjukkan lapisan RPE. ( B ) Gambar perwakilan imunostaining GLO1 dalam sampel retina dari tikus WT. (C) Purata intensiti pendarfluor GLO1 dinormalkan kepada nilai dalam RPE. Data yang ditunjukkan ialah min ± ralat piawai bagi min (SEM). Keputusan kami dalam retina adalah relevan kerana retina adalah tisu pasca-mitotik yang sangat berbeza, di mana kerosakan yang berasal dari glikasi tidak dapat dikurangkan dengan pembahagian selular [5,9]. Tambahan pula, perubahan dalam GLO1 telah dikaitkan dengan kerosakan retina [108]. Senario yang sama mungkin berlaku pada tisu lain yang terdiri daripada sel dengan kapasiti penjanaan semula yang rendah, seperti sistem saraf pusat, di mana sebahagian besar neuron adalah selepas mitosis. Penilaian tahap GLO1 bersama-sama dengan penanda khusus sel mungkin membolehkan kita menilai variasi sel-ke-sel dalam tisu tertentu. Keputusan kami menunjukkan bahawa tahap protein dan aktiviti GLO1 retina yang tinggi mungkin memainkan peranan perlindungan yang penting terhadap kerosakan yang disebabkan oleh AGE dengan usia.

Artikel ini diekstrak daripada Cells 2021, 10, 1852. https://doi.org/10.3390/cells10081852 https://www.mdpi.com/journal/cells