Prioneiwit: het molecuul met vele vormen en gezichten Deel 2

5. Prioneiwit en ischemische beroertes

In de vorige paragraaf hebben we gezien dat knock-out-dieren kwetsbaarder zijn voor oxidatieve stress. Studies ondersteunen het idee dat PrPC werkt als een antioxidant door de activiteit van glutathionreductase te reguleren [117,118] en door superoxide-dismutase (SOD) te reguleren via ionenbinding [119-123].

Oxidatieve stress is een fenomeen waarbij het lichaam onder fysiologische en pathologische omstandigheden te veel vrije radicalen en andere actieve oxidanten produceert, waardoor de klaringscapaciteit wordt overschreden, waardoor schade aan cellen en weefsels wordt veroorzaakt. Veel onderzoeken hebben aangetoond dat oxidatieve stress nauw verwant is aan veel ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer, enz.

Recente onderzoeken hebben er echter op gewezen dat een matige hoeveelheid oxidatieve stress het geheugen kan helpen verbeteren. Sommige wetenschappers geloven dat een gematigde hoeveelheid oxidatieve stress neuronen kan stimuleren om meer antioxidanten te produceren, waardoor hun vermogen om oxidatieve stress te tolereren wordt verbeterd, neuronen worden beschermd tegen interferentie door foutieve signalen, en zo het leervermogen en het geheugen worden verbeterd.

Bovendien hebben onderzoeken aangetoond dat een gematigde hoeveelheid oxidatieve stress ook de vorming en versterking van synapsen kan bevorderen, wat ook een sleutelfactor is in het geheugen. Onderzoekers hebben ontdekt dat sommige nuttige oxidatieve stressmoleculen de vorming van synapsen kunnen stimuleren en de versterking van synapsen kunnen bevorderen, waardoor de leer- en geheugenfuncties worden verbeterd.

Om het geheugen te verbeteren, moeten we daarom niet overmatig weerstand bieden aan oxidatieve stress. Een matige hoeveelheid oxidatieve stress is gunstig voor het menselijk lichaam, en kan worden bevorderd en aangepakt door lichaamsbeweging en consumptie van voedingsmiddelen die rijk zijn aan antioxidanten. Tegelijkertijd moeten we ook aandacht besteden aan het beheersen van de mate van oxidatieve stress en ervoor zorgen dat deze binnen een gematigd bereik ligt om het beste gezondheids- en geheugenverbeteringseffect te verkrijgen. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche een traditioneel Chinees medicinaal materiaal is met veel unieke effecten, waarvan er één het verbeteren van het geheugen is. Het effect van Cistanche komt voort uit de verschillende actieve ingrediënten die het bevat, waaronder looizuur, polysachariden, flavonoïde glycosiden, enz. Deze ingrediënten kunnen op veel manieren de gezondheid van de hersenen bevorderen.

Klik op 10 manieren kennen om het geheugen te verbeteren

PrP-knock-out muizen vertoonden verminderde bescherming tegen ROS, terwijl met prionen geïnfecteerde muizen verhoogde niveaus van oxidatieve stress vertoonden, hoogstwaarschijnlijk als gevolg van een PrPC-functieverlies [124-126].

Onder omstandigheden van oxidatieve stress stijgen de PrP-mRNA-niveaus, wat impliceert dat oxidatieve stress de PrPC-expressie opreguleert [127]. Ischemische beroerte is een aandoening waarbij het verlies van de bloedstroom in een hersengebied hypoxische aandoeningen en hersenbeschadiging veroorzaakt [128].

PrP-knock-out diermodellen die onderhevig waren aan ischemie vertoonden intensieve ischemische schade en een verminderde kans op regeneratie, terwijl de mogelijkheid van PrPC-synthese resulteerde in overexpressie van PrPC en verminderde ischemische schade [127].

Studies naar ischemische beroertes hebben aangetoond dat overexpressie van PrPC de laesiegrootte kan verminderen in vergelijking met wildtype muizen, waardoor PrPC wordt toegeschreven aan een beschermende rol bij ischemieschade [129-135].

Na een ischemische aanval wordt PrPC geassocieerd met neuroprotectieve en regeneratieve processen door interactie met verschillende cytosolische en transmembraansignaaleiwitten.

PrPC is onder andere in verband gebracht met de opregulatie van extracellulair signaalgereguleerd kinase (ERK1/2) [133,136,137], activering van de fosfatidylinositol3-kinase/proteïnekinase B/Akt (PI3K/Akt) route [138– 142], modulatie van N-methylD-aspartaat (NMDA) receptor-gemedieerde toxiciteit [143], activering van de cAMP-afhankelijke proteïnekinase A (PKA) route [144-146] en interactie met stress-induceerbaar eiwit 1 (STI1) [ 146], allemaal resulterend in overleving van neuronen, uitgroei van neurieten en neuroprotectie.

PrPC is een receptor van Fyn-kinase, een lid van de Src-familie van tyrosinekinasen (SFK's) [146]. Door Fyn-kinase-activering bemiddelt PrPC door oligomeer geïnduceerde toxiciteit bij neurodegeneratieve ziekten [147-150] en bevordert het de uitgroei van neurieten door de fosforylatie van het GluN2A-domein van het neuronale celadhesiemolecuul (NCAM) [151].

Fyn-kinase en andere leden van de SFK-familie zijn betrokken bij ischemische schade [152-155]. De remming van SFK's in een globaal ischemiemodel en de remming van de Fyn-gemedieerde fosforylatie van GluN2A in een model van neonatale HII resulteerden in een verhoogde neuronale overleving [ 156–158] terwijl de overexpressie van Fyn in het model van neonatale HII leidde tot verhoogde hersenbeschadiging [159].

De remming van SFKs in een muismodel van ischemie resulteerde ook in een verminderd ischemisch volume en verbeterde hersenfunctie na provocatie [155].

Omdat dit effect niet werd waargenomen bij Fyn-knock-out muizen, vermoeden we dat andere liganden dan Fyn-kinase ook het herstel van ischemie-aanvallen kunnen beïnvloeden [155]. PrPC-fragmenten bleken ook betrokken te zijn bij ischemische beroerte.

Er werd aangetoond dat fragmenten N1 en N2 beschermend werken onder cellulaire stress [160-162] en de rust van neurale stamcellen bij neurogenese bij volwassenen na een beroerte moduleren [163] terwijl PrPC-fragmenten C1 en C2 betrokken waren bij het reguleren van p53-afhankelijke apoptose en celoverleving [164]. Fragment C1 bleek verrijkt te zijn in kleine EV’s (EV’s) waar het op dezelfde manier werkte als virale oppervlakte-eiwitten [165,166].

Hierdoor kan het de intercellulaire informatie-uitwisseling tussen sEV’s en hun doelcellen beïnvloeden en bijdragen aan de opname ervan [63].Brenna et al. bestudeerden de overeenkomsten tussen de cellulaire opname van uit de hersenen afkomstige sEV’s van PrP-knock-out muizen en wildtype muizen na een beroerte [128].

Ze toonden aan dat sEV's zonder PrP aanzienlijk sneller en efficiënter werden opgenomen en gemakkelijker in lysosomen werden gesorteerd dan sEV's die PrP en fragment C1 bevatten [128].

Fragment N1 bleek ook betrokken te zijn bij het reguleren van de interacties tussen microglia en andere hersencellen. Een recent in vitro onderzoek naar een gemengd neuronaal afstammings- en microglia-cocultuursysteem toonde aan dat fragment N1 een verandering in de celmorfologie en het metabolisme stimuleerde en Cxcl10-secretie induceerde [167].

Bovendien werd aangetoond dat fragment N1 microglia beïnvloedt om de membraansamenstelling te veranderen naar een hoger GM1-gehalte op de interactieplaatsen met de omringende cellen in een co-cultuur, maar alleen bij direct cel-tot-celcontact [167].

Fragment N1 werd ook voorgesteld om neuronen te beschermen tegen door staurosporine geïnduceerde Caspase-3-activering in een ischemisch model van het netvlies van de rat [60]. Deze resultaten worden ondersteund door in vitro onderzoeken waarbij de expressie van PrPC beschermend was tegen door staurosporine of anisomycine geïnduceerde apoptose [144,146]. Fragment N1 houdt ook verband met neuroprotectie bij neurodegeneratieve ziekten, wat in de volgende sectie in meer detail wordt besproken.

In de aanwezigheid van verankerd PrPC kan recombinant PrP (recPrP) ERK1/2- en Akt-signalering induceren op mesenchymale stamcellen die neuronale differentiatie kunnen ondersteunen [168], de uitgroei van neurieten bevorderen en de geleiding van axonale groeikegels vergemakkelijken [169].

Onlangs werd gerapporteerd dat recPrP de uitgroei van neurieten en de migratie van Schwann-cellen via de ERK1/2-route bevordert [170].

Bij de activering waren NMDA-receptoren, lipoproteïnereceptorgerelateerd eiwit-1 (LRP1), SFK's en Trk-receptoren betrokken; het leek onafhankelijk van de verankerde PrPC plaats te vinden [170].

In dit mechanisme speelden SFK's een cruciale rol bij door recPrP geïnitieerde celsignalering door Trk-receptoren te activeren, die zich stroomopwaarts van ERK1/2 bevinden [170,171]. Hoewel recPrP geen glycosylatie heeft, kan het worden beschouwd als een geschikt analoog van afgegeven PrP.

Prioneiwit en prioneiwitfragmenten zijn verbonden met intercellulaire communicatie en signalering, oxidatieve stress en neuroprotectie en vormen een aantrekkelijk doelwit voor de behandeling en regulering van deze mechanismen. Niettemin moeten verdere onderzoeken worden uitgevoerd om de effecten van deze moleculen op de genoemde mechanismen te bevestigen.

6. Prioneiwit en neurodegeneratie

Neurodegeneratie is het progressieve verlies van de structuur of functie van neuronen, wat uiteindelijk tot celdood kan leiden. Op moleculair niveau houdt neurodegeneratie verband met de accumulatie van verkeerd gevouwen eiwitten.

Ophoping van eiwitaggregaten veroorzaakt disfunctie van de mitochondriën, veroorzaakt oxidatieve stress en veroorzaakt uiteindelijk chronische ontstekingen. Neurodegeneratie komt voor bij ziekten zoals prionziekte, Parkinson en AD als gevolg van de aggregatie van respectievelijk PrPSc [26,172,173], -syn [174-177] en A-isovormen [178,179] en tau-eiwit [180-183].

Er is gevonden dat prioneiwit of prioneiwitfragmenten een interactie aangaan met aggregerende middelen bij verschillende neurodegeneratieve ziekten, maar hun rol hangt af van de bestudeerde omstandigheden [24,81,184,185].

Er is gerapporteerd dat PrPC een breed scala aan bladrijke oligomeren bindt die geassocieerd zijn met neurodegeneratieve ziekten [148-150].

PrPC maakt gebruik van de metabotrope glutamaatreceptor5 (mGluR5) en bemiddelt door oligomeer geïnduceerde toxiciteit via Fyn-kinase [175,186-188].

Geactiveerde Fyn-kinase kan de GluN2A- en GluN2B-subeenheden van NMDA-receptoren fosforyleren, die vervolgens hyperactief worden en calciuminstroom en celdood veroorzaken [20,189].

Er is ook aangetoond dat PrPC Fynkinase-gemedieerde A-oligomeertoxiciteit kan activeren door een interactie met LRP1 [190]. Een recente studie op dit gebied suggereerde dat dit proces, afgezien van LRP1, een geactiveerde 2-macroglobuline en weefseltype plasminogeenactivator omvat [191].

Studies hebben geïmpliceerd dat binding tussen oplosbare eiwitaggregaten en PrPC neurotoxiciteit veroorzaakt en potentiëring op lange termijn (LTP) remt [30,192]. Er zijn ook tegengestelde onderzoeken gepubliceerd die geen significant effect rapporteren van PrPC-niveaus op A-geïnduceerd LTP bij PrP-knock-out muizen [193], celablatie of overexpressie van PrP [194].

De redenen voor deze discrepanties zijn onduidelijk, maar ze kunnen te wijten zijn aan het gebruik van verschillende modelsystemen en toxische of niet-toxische soorten [195]. Een oligomeer bindt aan PrPC op twee bindingsplaatsen binnen het flexibele N-terminale deel van PrPC, tussen aminozuurresiduen 23– 27 en 92–110 [192.195.196]. Naast A-oligomeren is gerapporteerd dat PrPC een receptor is voor -syn-oligomeren en tau-aggregaten.

Net als bij A-oligomeren bindt verankerde PrPC kleine oplosbare aggregaten of kortere fibrillen van -syn-oligomeren of tau-aggregaten binnen het flexibele N-terminale deel [30,175,185,197-199]. Er is ook aangetoond dat PrPC recombinante -syn-fibrillen opneemt.

Een modelsysteem zonder PrPC vertoonde een lagere opname van -syn- en -syn-fibrillen in vergelijking met controles [177,185,197], resulterend in minder -syn-aggregatie, astrogliale activering en verlies van dopaminerge neuronen in de hersenen van PrP-knock-out muizen [185].

Bovendien vertoonden PrP-knock-outmuizen geen -syn-geïnduceerde LTP-stoornis, terwijl behandeling met een anti-PrPantilichaam -syn-geïnduceerde LTP-defecten in een model van PD voorkwam [175]. Hoewel de genoemde onderzoeken een interactie tussen PrPC en -syn-oligomeer ondersteunen, concluderen La Vitola et al. toonde aan dat PrPC niet verplicht was voor de bemiddeling van schadelijke effecten van -syn-oligomeren in vitro of in vivo [33].

Hoewel de discrepantie niet in het onderzoek kon worden verklaard, zou deze ook kunnen optreden als gevolg van het gebruik van een ander protocol voor de bereiding van oplosbare aggregaat of het gebruik van verschillende modelsystemen.

Er werd ook aangetoond dat verankerd PrPC tau-aggregaten bindt en de opname ervan leek te vergemakkelijken [30,198,200]. Er werd aangetoond dat de afwezigheid van PrPC of voorbehandeling met antiPrP-blokkerende antilichamen de opname van recombinante tau-aggregaten vermindert en de door tau-aggregaten geïnduceerde toxiciteit afschaft [30.198.200].

Studies met betrekking tot recombinant PrP-fragment N1 bij neurodegeneratieve ziekten hebben aangetoond dat deze moleculen toxische A-oligomeren kunnen binden in gebieden tussen aminozuurresiduen 23-31 en 95-105.

Fragment N1 neutraliseert toxische A-oligomeren door ze in de extracellulaire ruimte te grijpen en vermindert de door oligomeer geïnduceerde toxiciteit [61,195,201-204]. De beschermende effecten van fragment N1 zijn ook in vivo waargenomen bij muizen blootgesteld aan acute A-geïnduceerde toxiciteit [203]. Beland en collega's observeerden een toename in de splitsing van PrPC in de hersenen van AD-patiënten [205].

Omdat het N1-fragment overvloedig A-oligomeren bindt, kan worden aangegeven dat de splitsing beschermend werkt bij de ontwikkeling van ziekten [205], terwijl de remming van N1-productie de AD-progressie bevordert [42].

PrP-afscheiding vermindert het niveau van cel-verankerd PrPC [78]. Dit resulteert in een verlaagd niveau van het substraat voor prionreplicatie en een verlaagd niveau van de receptor voor toxicoligomeren [85,206].

Net als fragment N1 wordt ook aangenomen dat uitgestoten PrP beschermend werkt bij prionziekten en andere neurodegeneratieve ziekten [40,79,81]. Zoals vermeld in de vorige paragraaf is recPrP vergelijkbaar met uitgescheiden PrP.

Hoewel er geen glycanen in zitten, kan het recept worden gebruikt als model om de rol van uitgescheiden PrP bij ziekten te voorspellen. RecPrP bleek de ontwikkeling van synapsen en de uitgroei van neurieten te bevorderen in de aanwezigheid van verankerd PrPC [170,207].

Net als fragment N1 remde recPrP ook de vorming van A-oligomeren en neutraliseerde de toxiciteit van A-oligomeren in een AD-model [203]. In vitro-onderzoeken met recPrP en zijn derivaten hebben aangetoond dat zowel de N-terminale als de C-terminale domeinen van PrP nodig zijn voor efficiënte remming van de verlenging van A-fibrillen [202,208] en ondersteunen de beschermende rol van afgescheiden PrP bij de remming van de vorming van A-fibrillen.

Er werd ook aangetoond dat RecPrP tau-aggregaten en -synoligomeren bindt en de toxiciteit ervan kan neutraliseren [30]. Hoewel de uitscheiding van PrPC beschermend werkt, zou een verhoogde uitscheiding van PrPC kunnen leiden tot negatieve biologische activiteit, zoals ontstekingen in het centrale zenuwstelsel [83,209]. Jarosz-Griffiths et al. [82] heeft onlangs gerapporteerd over de beschermende rol van PrPshedding.

De auteurs rapporteerden dat siRNA-gemedieerde ADAM10-knockdown de PrPC-uitscheiding verminderde en de A-oligomeerbinding verhoogde, terwijl acitretine de PrPC-uitscheiding bevorderde en de A-oligomeerbinding in de neuroblastoomcellen en in door de mens geïnduceerde pluripotente stamcellen verlaagde [82].

In een recent artikel van Linsenmeier et al. evalueerden onderzoekers de rol van onverschillige PrP-modellen [81]. Met behulp van een polyklonaal antilichaam sPrPG228 dat specifiek PrP van muizen herkende eindigend op G228 [210] toonden zij aan dat bij muizen met prionziekte PrP werd afgescheiden, gelokaliseerd met PrPSc in amyloïde plaques. Net als bij het model van prionziekte werd PrP ook gedistribueerd naar A-afzettingen in de hersenen van 5xFAD-muizen, waar het gebonden aan A-oligomeren werd aangetroffen en in het centrum van veel amyloïde plaques werd aangetroffen.

Vanwege de kennis op dit gebied tot nu toe hebben de auteurs voorgesteld dat fysiologisch uitgestoten PrP beschermend kan werken bij prionziekten en AD door toxische oligomeren te blokkeren en/of door ze neer te slaan in minder toxische afzettingen [81,211].

RecPrP en N1 kunnen ook A-oligomerisatie remmen, de cytotoxiciteit van reeds bestaande A-oligomeren neutraliseren, de binding van oligomeren met PrPC op het celoppervlak voorkomen en de A-geïnduceerde verslechtering van LTP redden [212].

Omdat recPrP en N1 beide voorgestelde bindingsplaatsen van eiwitoligomeren bevatten, werd gerapporteerd dat beide moleculen ook -syn-oligomeren binden en de co-clustering van -syn-oligomeren en AD-geassocieerde amyloïde-oligomeren mediëren [199].

PrPC is verrijkt met extracellulaire blaasjes (EV’s) [128,213,214]. Er is weinig bekend over de fysiologische functies van PrPC in EV's. Verschillende onderzoeken hebben gesuggereerd dat PrPC inEVs cellen beschermt tegen A-toxiciteit [214-217].

Het mechanisme achter de neutralisatie van toxische A-oligomeren door EV's is niet bekend; niettemin wordt aangenomen dat het vergelijkbaar is met het recPrP- of N1-gemedieerde proces.

Er is voorgesteld dat exosomaal PrPC A-oligomeren vangt in het N-terminale PrP-gebied (aminozuurresiduen 23-31 en 95-105) [203], de oligomeren neutraliseert, de vorming van A-fibrillen bevordert en de internalisatie en afbraak van de aggregaten opreguleert. door microglia [214–217].

Omdat is aangetoond dat recPrP en verankerde PrPC binden aan tau- en -syn-oligomeren [30], wordt verwacht dat exosomale PrP's op dezelfde manier werken. Door vrije toxische tau- of -syn-oligomeren in de extracellulaire ruimte te binden, voorkomen exosomale PrP's de binding van toxische oligomeren aan verankerd PrPC en remmen ze toxische signalering in het CZS van patiënten met ziekten.

Exosomen geassocieerd met PrPSc zijn infectieus en vormen een gevaar voor de verspreiding van prionziekten [218-222]. Hoewel er nog geen direct onderzoek is, zou exosomale PrPC ook een ontsteking van het centrale zenuwstelsel kunnen veroorzaken. Er moet meer werk worden verricht om andere biologische activiteiten te onderzoeken die exosomale PrPC mogelijk bezit.

For more information:1950477648nn@gmail.com