Inzichten in de pathogenese van neurodegeneratieve ziekten: focus op mitochondriale disfunctie en oxidatieve stress Deel 2

Verschillende post-translationele modificaties reguleren ook de mitochondriale dynamiek. Drp1-fosforylering kan splijting of fusie stimuleren, afhankelijk van de fosforylatieplaats [100,101].

Met de voortdurende ontwikkeling van de neurowetenschappen hebben steeds meer onderzoeken aangetoond dat er een nauwe relatie bestaat tussen de mitochondriale dynamiek en het geheugen, wat een positieve en progressieve betekenis heeft.

Mitochondria zijn een belangrijk orgaan in cellen, met twee hoofdfuncties: de ene is het leveren van energie aan cellen, en de andere is het reguleren van de celontwikkeling en levensactiviteiten. De functie van mitochondriën houdt niet alleen verband met de gezondheid van de cellen, maar is ook nauw verbonden met de fysieke gezondheid van het menselijk lichaam. Het menselijk geheugen is er één van.

Uit onderzoek is gebleken dat er in het menselijk brein veel veranderingen hebben plaatsgevonden in de mitochondriale dynamiek, zoals een verhoogde mitochondriale dichtheid, mitochondriale migratie en mitochondriale regeneratie. Deze veranderingen houden niet alleen verband met de gezondheid van neuronen in de hersenen, maar houden ook nauw verband met de verbetering van het hersengeheugen.

In het bijzonder kan de mitochondriale dynamiek de informatieoverdracht tussen hersenneuronen bevorderen, waardoor de vorming, consolidatie en vernieuwing van geheugen en leren wordt bevorderd. Bovendien kunnen extreme sporten en andere soorten sporten de toename van de mitochondriale dichtheid bevorderen, waardoor het geheugen en het cognitieve vermogen van de hersenen worden verbeterd.

Daarom moeten we actief deelnemen aan bepaalde activiteiten die gunstig zijn voor de lichamelijke gezondheid, zoals lichaamsbeweging, fitness, het ontwikkelen van goede eetgewoonten, enz., om de ontwikkeling van de mitochondriale dynamiek te bevorderen en het geheugen en het cognitieve vermogen te verbeteren. Tegelijkertijd moeten we ook aandacht besteden aan rust, stress verminderen, een goede gezondheid behouden en zo het toekomstige leven actief behandelen.

Samenvattend bestaat er een nauwe relatie tussen de mitochondriale dynamiek en het geheugen. Een actieve levensstijl en gezonde gewoonten zijn gunstig voor de ontwikkeling van de mitochondriale dynamiek, waardoor het geheugen en het cognitieve vermogen van de hersenen worden verbeterd. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche kan het geheugen aanzienlijk verbeteren omdat Cistanche antioxiderende, ontstekingsremmende en anti-verouderingseffecten heeft, die kunnen helpen de oxidatieve en ontstekingsreacties in de hersenen te verminderen, waardoor de gezondheid van de hersenen wordt beschermd. zenuwstelsel. Bovendien kan Cistanche ook de groei en het herstel van zenuwcellen bevorderen, waardoor de connectiviteit en functie van neurale netwerken wordt verbeterd. Deze effecten kunnen het geheugen, het leervermogen en de denksnelheid helpen verbeteren, en kunnen ook het optreden van cognitieve stoornissen en neurodegeneratieve ziekten voorkomen.

Klik op manieren kennen om de hersenfunctie te verbeteren

Fosforylering van MFF verhoogt de rekrutering van Drp1 en de daaropvolgende mitochondriale splijting [102], terwijl ubiquitinatie van geacetyleerd Mfn1 de proteasomale afbraak ervan bevordert [103]; fosforylering van Mfn1 door ERK remt mitochondriale fusie en bevordert apoptose [104].

Specifieke voedingstoestanden reguleren ook indirect de balans tussen deze twee processen. Terwijl uithongering leidt tot gefuseerde en langwerpige mitochondriën, gaat een voedselrijke omgeving gepaard met gefragmenteerde mitochondriën [105,106].

3.4. Autofagie

Autofagie is een andere essentiële stap in het handhaven van het evenwicht tussen eiwitsynthese en -klaring, organelbiogenese en afbraak, waardoor de cellulaire gezondheid wordt bevorderd [107]. Op basis van hoe de beoogde lading wordt getransporteerd voor afbraak van tolysosomen, kan autofagie worden geclassificeerd in [107,108]:

- Macroautofagie, waarbij het autofagosoom, een blaasje met dubbele membranen, zich vormt en samensmelt met lysosomen, waarna hun inhoud wordt afgebroken door de zure hydrolasen van de lysosomen;

- Microautofagie, een proces waarbij lysosomen zich rond verschillende cytosolische verbindingen wikkelen die worden afgebroken na de involutie van het membraan [109];

- Chaperonne-gemedieerde autofagie, een proces waarbij chaperones zich binden aan beschadigde eiwitten en receptoren op het lysosomale membraan, gevolgd door translocatie van het eiwit naar het lysosoom voor afbraak [110].

Autofagie voor beschadigde mitochondriën wordt ook wel mitofagie genoemd. De eerste stap bij de initiatie van mitofagie is de vorming van een isolatiemembraan, het autofagosoom, waarvan wordt aangenomen dat het afkomstig is van MAM's, membranen van het ER of plasmamembraan [111,112], gevolgd door activering van het pre-initiatiecomplex, dat ULK1 bevat (Unc{{ 4}}zoals kinase1, Atg 13 en 101 (autofagiegerelateerde eiwitten) en FIP200 (focale adhesiekinasefamilie-interacterende partner 200) [113]. beclin1, Atg 14, autofagie en beclin 1-regulator (AMBRA1), evenals vasculaire eiwitsortering 34 en 15 (Vps 34 en 15) om fosfatidylinositol3-fosfaat (PI3P) te produceren.

Pi3P wordt ook wel het initiatiecomplex genoemd [114]. Na activering transloceren beide complexen naar de kiemplaats van de fagofoor [108]. PI3P wordt herkend en interageert met andere IM-gelokaliseerde eiwitten, zoals WD-herhalingseiwit dat een interactie aangaat met fosfoinositide (WIPI) en FYVE-domeinbevattende eiwitten [115] en leidt tot een reeks conjugaties van Atgs op de fagofoor, culminerend in de splitsing van pro-LC3 (lichte keten 3) door Atg4 naar LC3-I, verder getransformeerd door fosfatidylethanolamine naarLC3-II, en leidend tot verlenging en sluiting van het isolatiemembraan [116,117].

Er wordt aangenomen dat Υaminoboterzuur type A-receptor-geassocieerd eiwit (GABARAP) en GABARAP-like1 eiwit (GABARAPL1) een vergelijkbare rol spelen met LC3 bij autofagosoomexpansie [118].

Het signaaleiwit mTOR (zoogdierdoelwit van rapamycine) moduleert autofagie sterk. Remming van mTOR, zoals gebeurt bij uithongering, defosforyleert en activeert Atg13, waardoor het mitofagieproces wordt ontstoken [119].

Wanneer groeifactoren en cellulaire voedingsstoffen overvloedig aanwezig zijn, fosforyleert mTOR Atg 13, waardoor de binding ervan aan ULK1 en de rekrutering van FIP200 wordt voorkomen [107]. Fusie van autofagosomen met lysosomen wordt gemedieerd door Rab7 en LAMP-2, een lysosomaal transmembraaneiwit [120,121]. Na fusie breken lysosomale enzymen, voornamelijk cathepsines, de autofagosomale inhoud af [122].

Bij niet-receptor-gemedieerde mitofagie activeert het mitofagie-inductieproces PTEN-geïnduceerde kinase 1 (PINK1), dat zich ophoopt op de OMM en Parkine recruteert en fosforyleert [123,124]. Parkine hoopt zich op op de OMM en ubiquitineert OMM-eiwitten, wat leidt tot verhoogde activiteit van PINK1 en meer rekrutering van Parkine [113].

Tot de door Parkin alomtegenwoordige eiwitten behoren spanningsafhankelijke anionkanalen 1 (VDAC1), Mfn1 en Mfn2, evenals TOM20 (translocase van het buitenste mitochondriale membraan 20), die de mitochondriale fusie regelen.

Ubiquitinatie van Mfn1/2 zal het fusieproces blokkeren en de isolatie van de kleine en beschadigde mitochondriën mogelijk maken [125].

De alomtegenwoordige eiwitten recruteren autofagie-adaptereiwitten, zoals OPTN (optineurine), NBR1 (buur BRCA1), TAX1BP1 (Tax-1 bindend eiwit), NDP52 (nucleair punteiwit52) of sequestosome-1, die interageren met autofagosoomeiwitten zoals GABARAP ofLC3 via LC3-interagerende gebieden (LIR) om autofagosoomvorming en fusie met lysosomen te bemiddelen [126,127]. Figuur 2 toont schematisch het mitofagieproces.

Figuur 2. Schematisch diagram van mitofagie. Het mitofagie-inductieproces activeert PINK1, dat zich ophoopt op de OMM en Parkine recruteert en fosforyleert.

Deze laatste ubiquitineert OMM-eiwitten, zoals mitofusinen 1 en 2 (Mfn), spanningsafhankelijke anionkanalen 1 (VDAC1) en TOM20 (translocase van het buitenste mitochondriale membraan 20).

De vorming van autofagosomen begint met activering van het pre-initiatiecomplex, dat ULK1 (Unc-51-zoals kinase 1), Atg 13 en 101 (autofagie-gerelateerde eiwitten) en FIP200 (interactieve partner 200 van de focale adhesiekinasefamilie) bevat, en gaat verder met rekrutering van klasse III fosfatidylinositide 3-kinase (PI3K), beclin1, Atg 14, AMBA1 (autofagie en beclin 1-regulator) en Vps 34 en 15 (sortering van vasculaire eiwitten), resulterend in de productie van fosfatidylinositol 3- fosfaat (PI3P).

De alomtegenwoordige eiwitten rekruteren autofagie-adaptereiwitten, zoals het naburige BRCA1-gen (NBR1), optineurine (OPTN), Tax-1bindend eiwit (TAX1BP1), nucleair punteiwit 52 (NDP52) of sequestosoom-1, dat interageren met autofagosoomeiwitten zoals GABARAP of LC3 om autofagosoomvorming te bemiddelen. Fusie van het autofagosoom met lysosomen wordt gemedieerd door LC3, Rab7, LRRK2 en LAMP-2 (zie tekst).

Er bestaan ​​echter ook Parkine-onafhankelijke routes van mitofagie [113], zoals receptor-gemedieerde mitofagie. De meest bestudeerde eiwitten die betrokken zijn bij receptor-gemedieerde mitofagie zijn AMBRA1, FUNDC1 (FUN14-domeinbevattend eiwit 1), NIX (Nip3-likeproteïne) en BNIP3, gelegen op de OMM, evenals cardiolipine en verbodsin 2 (PHB2). )op de IMM [113].

Deze receptoren kunnen op een Parkine-onafhankelijke manier aan LC3 binden [128] en mitofagie induceren. Hun transcriptie kan onder verschillende omstandigheden worden geactiveerd. Transcriptie van BNIP3 en NIX wordt bijvoorbeeld geactiveerd door hypoxie via hypoxie-induceerbare factor 1 alfa (HIF1) [129], die na fosforylering een hoge bindingsaffiniteit voor LC3 heeft [130]. Defosforylering van FUNDC1 door hypoxie vergemakkelijkt de binding ervan aan LC3 [131].

In de afgelopen jaren hebben onderzoekers aangetoond dat mitochondria uit cellen kunnen worden geëxtrudeerd en via endocytose of fagocytose kunnen worden opgenomen door naburige cellen, waar ze uiteindelijk mitofagie ondergaan, een fenomeen dat transcellulaire mitofagie wordt genoemd [113,132].

Het is redelijk om aan te nemen dat het terugbrengen van mitochondriën naar het celsoma van dendrieten of axonen energetisch ongunstig zou zijn, wat de reden is dat neuronen mitochondria bij synapsen vrijgeven om door gliacellen te worden afgebroken [133].

Op hun beurt kunnen gliacellen mitochondriën overbrengen naar neuronen en deze laatste beschermen tegen hypoxie en energetisch falen [134]. De precieze routes voor mitochondriale overdracht worden nog steeds onderzocht, maar sommige onderzoeken suggereerden een belangrijke rol voor een eiwit dat mitochondria verbindt met cytoskeletmotoreiwitten, namelijk MIRO1 [135], terwijl andere de betrokkenheid aantoonden van astrocytisch GFAP (gliaal zuurfibrillair eiwit) en neuronaal UCP2 (ontkoppelend eiwit 2). ) [136]. Een andere manier om beschadigde mitochondria kwijt te raken is in 1992 geïdentificeerd [137] en heet mitoptose.

Het stelt de cellen in staat mitochondria af te breken zonder de MPTP te openen en apoptose te veroorzaken [113]. Mitoptose wordt waarschijnlijk geactiveerd door mitochondriale membraandepolarisatie, schade aan het mitochondriale DNA (mtDNA) en ROS [113].

De exacte mechanismen van mitoptose vereisen verder onderzoek, maar er zijn verschillende situaties beschreven, zoals zwelling en fragmentatie van cristae gevolgd door cytoplasmatische extrusie van cristae-fragmenten door barsten van de OMM [138], of verslechtering van cristae door coalescentie van de IMM met behoud van intacte OMM. [138].

ROS speelt een sleutelrol bij de regulatie van autofagie en mitofagie. Eén route, hierboven vermeld, is de mTOR-route. Een aminozuurrijke omgeving leidt tot de translocatie van mTOR-complex 1 (mTORC1) naar het lysosomale oppervlak, waar het interageert met Rheband en mTOR activeert [139], terwijl mTOR bij uithongering colocaliseert met LC3 en autofagie initieert [140].

Gezien het feit dat mTOR-oxidatie de activiteit ervan remt, is het zeer waarschijnlijk dat ROS deze stap reguleert [141]. Verder remt S-nitrosatie van IκB-kinase en JNK1 door stikstofoxide hun activiteit, wat op zijn beurt de inactivatie van mTOR en de afgifte van Beclin uit het Beclin-Bcl-2-complex verhindert [93,142].

Een ander pad is het beclin-1-klasse III PI3K-complex, met een reeks cofactoren zoals AMBRA1, Bax-interacterende factor 1 (Bif-1), of Rubicon (RUN-domein- en cysteïne-rijke domein-bevattende beclin -1-interactief eiwit) [143]. Andere regulatoren van autofagie zijn onder meer de IP3-receptor, AMPK (50-AMP-geactiveerde proteïnekinase) en DAPK (dood-geassocieerde proteïnekinase) [144,145].

ROS en reactieve stikstofsoorten induceren post-translationele eiwitmodificaties die ook de activiteit van transcriptiefactoren reguleren. In de Nrf2 (nuclearfactor-erytroïde 2-gerelateerde factor 2)/Keap1 (Kelch-achtige enoyl-CoA-hydratase-geassocieerde proteïne 1) route leiden modificaties van Keap1 bijvoorbeeld tot de afgifte van Nrf2, dat zich bindt aan ARE( antioxidant-responselement) en verplaatst zich naar de kern, waar het de transcriptie van antioxidant-enzymgenen en -eiwitten, zoals p62 of p53, activeert.

Terwijl p62 autofagie activeert [146,147], is p5 gekoppeld aan zowel autofagie-remmende als -bevorderende genen via respectievelijk TIGAR (tumoreiwit 53-geïnduceerde glycolyse en apoptoseregulator) en DRAM (schade-gereguleerde autofagiemodulator) [148,149].

Op zijn beurt leidt een verminderde regulatie van autofagie tot verhoogde oxidatieve stress en accumulatie van ubiquitinated eiwitten, waarbij de laatste mitochondriale disfunctie veroorzaakt en de ROS-generatie verder vergroot in een feed-forward-lus [93].

4. De hersenen en oxidatieve stress

Zuurstof is cruciaal voor het goed functioneren van de cellen, omdat het betrokken is bij de aanmaak van ATP [61]. Helaas kan zuurstof, als gevolg van de univalente metabolische reductiestatus, waarbij de twee vrije elektronen van zuurstof parallel draaien, slechts één elektron tegelijk accepteren [150], wat leidt tot het ontstaan ​​van soorten met één ongepaard elektron dat op zichzelf kan bestaan. door Halliwell gedefinieerd als vrije radicalen [151].

De zuurstofderivaten zijn vrije radicalen, zoals het superoxide-anion (•O2−), hydroxylradicaal (HO•), hydroperoxylradicaal (HO2•) en peroxylradicalen (ROO•), of niet-radicalen die in radicalen kunnen worden omgezet, zoals als waterstofperoxide (H2O2) [61,152].

Redox-signalering wordt uitgebreid gebruikt in de hersenen [153], omdat het betrokken is bij signaaltransductie en gentranscriptie. NADPH-oxidasen (NOX's) reguleren bijvoorbeeld de hippocampale potentiëring op lange termijn [154], en NOX2-afgeleide superoxide en waterstofperoxide reguleren de hippocampale voorlopercelgroei in volwassen hersenen via de fosfatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt-signaleringsroute [155].

Op vergelijkbare wijze speelt NOX-afgeleid H2O2 een gunstige rol bij axonale regeneratie en axonale padvinding tijdens de bedrading van de zich ontwikkelende hersenen [156,157]. Als gevolg van hypoxie leidt de door mitochondriën afkomstige, door superoxide geïnduceerde signalering tot adaptieve reacties [158].

Om de mogelijke schadelijke effecten van overmatige vrije radicalen tegen te gaan, beschikken de biologische systemen over een reeks antioxidatieve verdedigingsmechanismen, die kunnen worden onderverdeeld in enzymatische verdedigingsmechanismen (superoxide-dismutasen, catalase, glutathionperoxidasen, glutathiontransferasen, thioredoxines en peroxiredoxine) en niet-enzymatische verdedigingsmechanismen. zoals vitamine A, C, E, bèta-caroteen of glutathion [159].

Telkens wanneer de productiesnelheid van vrije radicalen het vermogen van het biologische systeem om ze te neutraliseren overschrijdt, ontstaat er oxidatieve stress.

4.1. Kwetsbaarheid van de hersenen voor oxidatieve stress

Het zenuwstelsel is erg gevoelig voor oxidatieve stress, vanwege een aantal redenen [153,160–162]: - Actiepotentialen veroorzaken een calciuminstroom en verhogen de intracellulaire calciumconcentratie van ongeveer 0,001 µm tot ongeveer 100 µm [ 163].

Hoge intracellulaire Ca2+ activeert nNOS (neuronale stikstofmonoxidesynthase) en leidt tot de vorming van NO (stikstofmonoxide) [164], dat zich bindt aan cytochroom c-oxidase en de mitochondriale ademhaling remt [165]. Mitochondria proberen intracellulair calcium te bufferen, maar de daaropvolgende calciumoverbelasting veroorzaakt langdurige opening van de MPTP en remt de ATP-generatie, waardoor apoptose wordt geïnduceerd [166].

De hersenen hebben een zeer hoge energiebehoefte om de ionische gradiënten in stand te houden en synaptische transmissie te ondersteunen [19] en zijn voornamelijk afhankelijk van synaptische mitochondriën voor het opwekken van de benodigde energie [167]. Voor de afgifte van neurotransmitterblaasjes is bijvoorbeeld 1,64 x 105 ATP/s/blaasje nodig [19].

- De hersenen hebben een lage antioxidantafweer. Neuronale cellen hebben 50 keer minder catalase dan hepatocyten [168], terwijl cytosolisch glutathion ongeveer 50% lager is in neuronen vergeleken met andere cellen [153], en dit zou de peroxiredoxineactiviteit kunnen verminderen [169]. - Microglia, de immuuncellen van de hersenen, zijn geactiveerd door H2O2 [170] en produceert superoxide via NADPH-oxidase-isovormen, nodig voor het doden van bacteriën [171].

- Het metabolisme van neurotransmitters, zoals het dopaminemetabolisme via monoamineoxidasen, genereert ROS [153,172]. - Neurotransmitters, zoals dopamine, serotonine of adrenaline, kunnen auto-oxideren en superoxide genereren [173,174].

- De hersenen zijn verrijkt met redox-actieve overgangsmetalen, zoals Cu+ of Fe2+ [175]. Iron is een katalysator in de hydroxylradicaal-genererende Fenton-reactie en katalyseert ook de vorming van peroxyl- en alkoxylradicalen, waardoor het bijdraagt ​​aan ferroptose, een vorm van celdood die afhankelijk is van lipideperoxidatie en Fe2+ [176]. Cu+ is een co-factor voor Cu/ZnSOD en is belangrijk voor celsignalering [177,178] maar versterkt de door koper gekatalyseerde Fenton-reactie [175].

- De hersenen zijn bijzonder rijk aan cholesterol, dat auto-oxidatie kan ondergaan [179], en hersencellen hebben een hogere membraanoppervlakte/cytoplasmatisch volumeverhouding, waarbij celmembranen rijk zijn aan meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA), die zeer gevoelig zijn voor peroxidatie door vrije radicale aanval [153]. - De ontwikkeling en plasticiteit van de hersenen zijn afhankelijk van niet-coderende RNA's (lange niet-coderende RNA's en microRNA's) [180], maar deze moleculen missen beschermende histonen en worden gemakkelijk geoxideerd [181]. Geoxideerd messenger-RNA resulteert in afgeknotte en gemuteerde eiwitten, die vatbaar zijn voor verkeerd vouwen [182].

4.2. Bronnen van vrije radicalen

Overtollige vrije radicalen kunnen uit vele bronnen worden gegenereerd.

4.2.1. Mitochondriën en oxidatieve stress

Mitochondria worden traditioneel beschouwd als de belangrijkste bronnen van ROS. Er zijn minstens 10 potentiële bronnen van ROS-productie geïdentificeerd [183], maar complexen I (NADH-dehydrogenase) en III (ubiquinon cytochroom c-reductase) van de ETC [184] zijn de belangrijkste.

Het overbrengen van elektronen naar co-enzym Q of ubiquinon door complexen I en II resulteert inubiquinol (gereduceerd ubiquinon, QH2), dat co-enzym Q zal regenereren via semichinon-anion (•Q−), een onstabiel tussenproduct dat elektronen kan overbrengen naar moleculaire zuurstof, wat resulteert in de vorming van superoxide [60]. Omdat het een niet-enzymatische reactie is, leiden hogere metabolische snelheden tot een verhoogde productie van superoxide [185].

Superoxide is zeer onstabiel en wordt door het mitochondriale superoxide-dismutase 2 (SOD2, mangaan SOD) en het cytosolische SOD1 (koper-zink-SOD) omgezet in het stabielere waterstofperoxide (H2O2).

Deze laatste kunnen de IMM verlaten via aquaporinekanalen en door de OMM naar het cytoplasma diffunderen, waar het dient voor redoxsignalering, of verder wordt gereduceerd tot waterbycatalase, glutathionperoxidasen en peroxiredoxins [186-189]. Andere mitochondriale componenten die bijdragen aan de vorming van ROS zijn onder meer monoamineoxidase, glycerolfosfaatdehydrogenase, -ketoglutaraatdehydrogenase en p66shc [60,183,190].

Mitochondriale ROS-productie is onderhevig aan variaties die worden veroorzaakt door metabolische factoren. De NADH/NAD+-verhouding beïnvloedt bijvoorbeeld de snelheid van ROS-generatie, die vrijwel lineair toeneemt met de NADH-reductie [191]. Succinaatniveaus kunnen zelfs onder normale omstandigheden fluctueren tussen 0.3 en 1 mM [192], waarbij verhoogde succinaatconcentraties de mitochondriale ROS-generatie sterk verhogen [183,193].

De snelheid van ROS-productie wordt ook beïnvloed door het mitochondriale membraanpotentieel [183]. Actieve mitochondriale fosforylatie van ADP of mitochondriale calciumopname verlaagt het membraanpotentiaal, wat het redoxpotentieel van de ETC beïnvloedt en de ROS-productie vermindert [194]. Zuurstofgebrek of ischemie verhoogt de mitochondriale ROS-productie aanzienlijk [195], hoewel dit effect mogelijk niet per se aan de mitochondriën wordt toegeschreven, maar eerder aan signaalroutes die worden geactiveerd door hypoxie [196].

4.2.2. NADPH-oxidase als bron van ROS

NADPH-oxidase (NOX) werd voor het eerst beschreven in fagocyten [197], waarna zeven NOX-genen zijn geïdentificeerd: NOX 1–5 en DUOX 1 en 2 [198]. De hersenen brengen voornamelijk NOX2 tot expressie, evenals NOX4, beide beschreven in de cortex en CA1-hippocampala's [199].

Het NOX2-enzymcomplex heeft een membraangebonden cytochroom b558, verschillende cytosolische eiwitten en het Rac G-eiwit. Na fosforylering van de cytosolische eiwitten en activering van Rac transloceert het enzym naar het membraan en vormt activeNOX2 met cytochroom b558 [200]. Verder draagt ​​NOX2 protonen over het membraan over, wat leidt tot de vorming van superoxide [198].

NOX4 produceert voornamelijk H2O2, dat wordt gebruikt als tweede boodschapper voor celproliferatie en differentiatie [201].

NOX is beschreven in neuronen, astrocyten en microglia [202], terwijl op cellulair niveau NOX-isovormen zich lokaliseren in het endoplasmatisch reticulum, de kern, het plasmamembraan en de mitochondriën [203,204]. De ROS gegenereerd door geactiveerde NOX kan het mitochondriale membraan depolariseren en kan, samen met calcium, leiden tot de opening van de MPTP [205] en kan fosfolipase C activeren met daaropvolgende veranderingen in de membraanstructuur [198].

4.2.3. Monoamineoxidase als bron van ROS

De monoamineoxidasen (MAO A en B) zijn flavo-enzymen die zich op de OMM bevinden en die amine-neurotransmitters zoals serotonine, epinefrine en dopamine kataboliseren [206].

MAO-A komt tot expressie in neuronen, terwijl MAO A en B gevonden kunnen worden in gliacellen [198]. Ze gebruiken FAD om monoaminen af ​​te breken, een proces waarbij aldehyden worden geproduceerd, terwijl H2O2 het resultaat is van de FAD-FADH2-cyclus [198].

4.2.4. Peroxisomen en ROS-productie

Hoewel het belangrijkste metabolische peroxisomale proces dat leidt tot de vorming van H2O2 de oxidatie van vrije vetzuren is [60], zijn verschillende andere peroxisomale enzymen, zoals xanthineoxidase, D-aspartaatoxidase, acyl CoA-oxidasen, D-aminozuuroxidase, uraatoxidase of L - -hydroxyoxidase kan een verscheidenheid aan ROS produceren, zoals superoxide, waterstofperoxide, stikstofmonoxide of hydroxylradicalen [207].

4.2.5. Exogene bronnen van ROS

Naast de meerdere bronnen van endogene ROS, kan exogene ROS de oxidatieve stress vergroten. De meest voorkomende bronnen zijn water- en luchtvervuiling, blootstelling aan ultraviolet licht, alcohol- en tabaksrook, pesticiden, industriële oplosmiddelen, ongezonde voeding (met gerookt vlees, vetrijk dieet), blootstelling aan zware metalen of overgangsmetalen (Fe, Cr, Co, Cu ,Hg, Pb, As), evenals bepaalde medicijnen, zoals Doxorubicine, Bleomycine, Metronidazol of zelfs Paracetamol [60].

4.3. Doelstellingen van ROS

De zeer reactieve vrije radicalen beschadigen eiwitten, lipiden en nucleïnezuren [152].

4.3.1. Eiwitten en ROS

Eiwitten kunnen worden geoxideerd door radicalen, zoals superoxide, hydroxylradicaal, peroxyl, hydroperoxyl of alkoxylradicalen, maar ook door niet-radicaalsoorten of singletzuurstof [208].

Oxidatie van aminozuren zoals lysine, arginine, proline of threonine leidt tot carbonylderivaten, die worden gebruikt als markers van oxidatieve stress [209]. Methionine en cysteïne zijn, als zwavelhoudende aminozuren, zeer gevoelig voor oxidatie, wat leidt tot disulfiden en methioninesulfoxide [210].

Eiwitoxidatie leidt tot eiwit-eiwitverknopingen, verandering van functie, verlies van enzymatische activiteit en functionele modificaties van receptor- en transporteiwitten [211].

Bovendien remmen waterstofperoxide en hydroxylradicalen de opname van glutamaat door astrocyten, waardoor de excitotoxiciteit toeneemt [212]. Als gevolg hiervan moeten deze veranderde eiwitten worden geklaard, hetzij door de autofagie-lysosoomroute, hetzij door het ubiquitine-proteasoomsysteem [213,214].

Het ubiquitine-proteasomale systeem (UPS), de belangrijkste afbraakroute van verkeerd gevouwen eiwitten en kortlevende signaalmoleculen, bevat een 19S-subeenheid en een katalytisch actieve 20S-kern [215]. De regulerende kap met chaperonne-eiwitten ontvouwt het doeleiwit en verwijdert de ubiquitine-tag in een ATP-afhankelijk proces, waarna het doeleiwit in de katalytische kern wordt gevoerd en wordt afgebroken door de proteasomale enzymen.

Onder ernstige stress wordt de UPS overweldigd en compenseert de autofagie-lysosoomroute de toegenomen eiwitschade [107]. Een reeks autofagiereceptoren, zoals p62, NDP52 of NBR1, herkennen de ubiquitinegroep en richten zich op gelabelde eiwitten aan het autofagosoom door te binden tot Atg8/LC3 [216.217].

FOXO3 (forkhead box O3) is een transcriptiefactor die wordt geactiveerd door oxidatieve stress en die de transcriptie reguleert van genen die betrokken zijn bij zowel proteasomale als autofagische eiwitafbraak [218]. Bovendien dragen Parkine, ubiquitineligasen en CHIP (C-terminus van Hsc70-interacterend eiwit) bij aan zowel proteasomale als autofagosomale afbraak van eiwitten [107,219].

De relatieve niveaus tussen BAG (Bcl-2 geassocieerd transgen) 1 en BAG3, co-chaperonne-eiwitten, sturen de cellulaire eiwitafbraakroute naar de proteasomale of fagosomale route [220].

4.3.2. Lipiden en ROS

Vrije radicalen of niet-radicaal oxidatieve soorten vallen de dubbele CC-bindingen van lipiden aan, wat de reden is dat meervoudig onverzadigde vetzuren zeer kwetsbaar zijn voor oxidatieve aanvallen [221].

In de beginfase interageert een vrije radicaal met een methyleengroep in het vetzuur en genereert een lipideradicaal door een waterstofatoom te dissociëren [222]. Verder reageren de lipideradicalen met moleculair O2 om peroxylradicalen (ROO*) te vormen [223], die een keten van zichzelf in stand houdende reacties initiëren die het proces versterken.

Dit resulteert in cyclische peroxiden en hydroperoxiden, die verder kunnen worden afgebroken tot aldehyden, met als eindproducten malondialdehyde (MDA), hydroxynonenal (HNE) en acroleïne [224].

Het proces eindigde ofwel door de interactie van lipideradicalen met lipideperoxiden, resulterend in niet-reactieve stabiele soorten [221], of door de tussenkomst van endogene of exogene antioxidanten (vitamine C en E) [222,225].

In lage concentraties speelt HNE een belangrijke homeostatische rol door te fungeren als een signaalmolecuul en de genexpressie te moduleren door post-translationele eiwitmodificaties te induceren.

De meest voorkomende doelwitten zijn thiolresiduen [225]. Door interactie met cysteïnethiolen in Keap1 4-leidt HNE tot de afgifte van Nrf2, dat na translocatie naar de kern de expressie activeert van ARE-genen zoals glutathion-S-transferase, NADPH-afhankelijke chinone-reductase of heem-oxygenase{ {7}} [226]. Een ander doelwit van 4-HNE is NF-KB, een transcriptiefactor voor pro-inflammatoire cytokines, die normaal gesproken in rust wordt gehouden door binding aan IKB (remmer kappa B).

Onder cellulaire stress fosforyleert IκB-kinase IκB, waardoor de afgifte van NF-KB wordt vergemakkelijkt, een transcriptiefactor die de transcriptie van anti-apoptotische Bcl-2-eiwitten en inflammatoire cytokines, zoals interleukine-6 (IL-6) medieert. .

4-HNE remt IκB-kinase, waardoor IκB-fosforylering en NF-κB-nucleaire translocatie worden voorkomen [227]. Als gevolg van de peroxidatie van membraanlipiden verandert het membraan echter zijn permeabiliteit, verhoogt het zijn stijfheid en kan het zelfs zijn integriteit verliezen [228] .

Bovendien zijn lipideperoxidatieproducten betrokken bij complexe signaalroutes. Intracellulaire accumulatie van 4-HNE kan leiden tot apoptose via zowel de intrinsieke als de extrinsieke route [225]. 4-HNE verhoogt de expressie van p53, gevolgd door activering van p21, JNK, Bax en caspase 3 [229], wat leidt tot door caspase gemedieerde apoptose.

Bovendien initieert HNE de binding van het met dood geassocieerde eiwit Daxx aan het intracellulaire oppervlak van Fas [230], waardoor het betrokken is bij de modulatie van de extrinsieke route van apoptose via de stroomafwaartse signaaleiwitten ASK1 en JNK [225].

Bovendien kunnen hoge niveaus van HNE conjugaten vormen met JNK, verantwoordelijk voor histonmodificatie en het faciliteren van nucleaire translocatie [231], of kunnen ze JNK activeren via SPKK1 (stress-geactiveerde proteïnkinasekinase-1) activering [232]. Op vergelijkbare wijze kan HNE ERK activeren via activering van MEK1/2 en p38MAPK (door mitogeen geactiveerd proteïnekinase) [233,234].

For more information:1950477648nn@gmail.com