Kwantitatieve Proteomics onthult significante verschillen tussen hersenformaties van muizen
Aug 23, 2022
Neem contact oposcar.xiao@wecistanche.comvoor meer informatie
12. Cholinerge transmissie
De transmissie van acetylcholine wordt gemedieerd door twee klassen receptoren: de nicotinereceptoren, die door acetylcholine gereguleerde ionkanalen voor natriumkationen zijn, en muscarinereceptoren, die metabotrope receptoren zijn die gekoppeld zijn aan de activiteit van trimere G-eiwitten.
Onverwacht konden we in onze studie geen peptiden detecteren die ondubbelzinnig konden worden toegeschreven aan nicotinereceptoren. Aan de andere kant bepaalden we de titer van verschillende leden van muscarine cholinerge receptoren. 12.1.Muscarinereceptoren - Charme
In de hippocampus en cortex, maar niet in het cerebellum, hebben we de titer van Chrml, Chrm3 en Chrm4 gemeten (Figuur 5A-C). In beide hersenformaties was Chrml de meest voorkomende subeenheid van de muscarinereceptor. Veroudering verminderde het niveau van Chrml en Chrm3 in de hippocampus, terwijl in de cortex de concentraties van Chrm3 en Chrm4 waren verlaagd (Figuur 5A, B).
12.2.Acetylcholine-metabolisme
Choline-acetyltransferase (Chat) is een enzym dat betrokken is bij de synthese van acetylcholine. We ontdekten dat de expressie ervan 2-voudig verhoogd was in de hippocampus van oude dieren (Figuur 5A). In tegenstelling tot Chat werd de titer van acetylcholine-esterase (Ache), een enzym dat de neurotransmitter afbreekt, niet beïnvloed door veroudering in deze hersenstructuur (Figuur 5A).
In de cortex waren de concentraties van Chat en Ache significant hoger dan in de hippocampus en het cerebellum; ze werden echter niet beïnvloed door veroudering (Figuur 5A-C).
We hebben ook geen leeftijdsgerelateerde veranderingen waargenomen in de concentraties van Chat en Ache in het cerebellum, waar de hoeveelheid eiwitten het laagst was van alle geanalyseerde hersengebieden.
12.3. Vesiculaire Acetylcholine Transporter-Slc18a3
Slc18a3 is een eiwit dat verantwoordelijk is voor het laden van acetylcholine in synaptische blaasjes.cistanche levensverlengingOnze studie onthult dat de concentratie van Slc18a3 de hoogste was in de cortex van jonge muizen (aanvullende tabel S1), en dat veroudering het niveau van Slc18a3 met ongeveer 80 procent verminderde (Figuur 5B). In de hippocampus werd de hoeveelheid eiwit niet beïnvloed door veroudering (Figuur 5A), en in het cerebellum, werd het eiwit alleen gedetecteerd bij oudere dieren (aanvullende tabel S1).
13. Monoaminereceptoren, signaaloverdracht en metabolisme
13.1.Receptoren
Hoewel we de titer konden meten van verschillende membraaneiwitten die betrokken zijn bij monoaminesignalering (bijv. bij monoamineheropname), hebben we slechts enkele leden van monoaminereceptoren gedetecteerd. We hebben geen peptiden gevonden die specifiek zijn toegeschreven aan dopamine-receptoren, en van talloze groepen serotoninereceptoren waren we in staat om de titer van slechts één serotoninereceptor (Htrla) in de hippocampus van oude dieren ondubbelzinnig te meten (aanvullende tabel S1).
In de hippocampus hebben we de titer gemeten van twee leden van alfa-adrenerge receptoren: a2a(Adra2a) en a2c(Adra2c) (Figuur 6A). Hun concentratie was lager bij oude dieren; de veranderingen waren echter niet statistisch significant. In de cortex was Adra2c zowel bij jonge als bij oude dieren aanwezig, maar AdraZa kwam alleen tot expressie bij jonge dieren (Figuur 6B). In het cerebellum was de enige gedetecteerde alfa-adrenerge receptor AdraZa bij jonge dieren (Figuur 6C). deze studie waren we niet in staat om peptiden ondubbelzinnig toe te wijzen aan bèta-adrenerge receptoreiwitten, Adrb.
In tegenstelling tot bèta-adrenerge receptoren, vonden we een significante afname in de expressie van kinasen die betrokken zijn bij de desensibilisatie van deze receptoren, Adrbkl, in de hippocampus en het cerebellum (Figuur 6A-C).cistanche nzDit suggereert dat bèta-adrenerge receptoren alomtegenwoordig in de hersenen tot expressie kunnen worden gebracht, maar vanwege de methodologie die in ons experiment is gebruikt, konden de peptiden die verband houden met Adrb-receptoren niet aan de eiwitten worden toegewezen.
cistanche blikje anti-aging
13.2.Monoamine heropname
De concentratie van de serotoninetransporter (Slc6a4) die verantwoordelijk is voor de heropname van de neurotransmitter was aanwezig in alle bestudeerde hersenstructuren en werd praktisch niet beïnvloed door veroudering (Figuur 6A-C). We zagen een statistisch significante toename van Slc6a4 in de hippocampus van oude muizen; deze toename was echter erg laag (Figuur 6A). In tegenstelling tot de hippocampus vonden we ongeveer 3,5 keer hogere titer van Slc6a4 in verouderde kleine hersenen, maar de toename was niet statistisch significant (Figuur 6C).
We bepaalden de titer van een dopaminetransporter (Slc6a3) in de cortex (Figuur 6B). De concentratie werd niet beïnvloed door veroudering.
14. Monoamine-deactivering
14.1.Monoamine-oxidase-Mao
Monoamine-oxidase katalyseert de deaminering van aminen en is betrokken bij de afbraak van monoamines die vrijkomen door neuronen en gliacellen. Er zijn twee isovormen van Mao, Maoa en Maob, waarvan de expressie respectievelijk wordt toegeschreven aan neuronen en gliacellen [36].
De resultaten van onze studie onthullen dat beide Mao-iso-enzymen alomtegenwoordig tot expressie werden gebracht in alle hersenformaties (Figuur 6A-C). (Figuur 6A).cistanche penisgrootteDezelfde trend kon worden waargenomen voor de Mao-isovormen in de cortex (Figuur 6B).
In het cerebellum werd de titer van Maoa niet beïnvloed door veroudering, maar de concentratie van Maob was meer dan vier keer hoger bij oude dieren dan bij jonge dieren (Figuur 6C). 14.2.Catechol O-methyltransferase——Comt
Catechol O-methyltransferase katalyseert O-methylering en daarmee de inactivatie van monoaminen zoals adrenaline, dopamine en serotonine. In onze analyse ontdekten we dat het enzym relatief overvloedig aanwezig was in alle bestudeerde hersenformaties en dat het niveau niet werd beïnvloed door veroudering (Figuur 6A-C).
15. Monoamine-synthese
15.1.Tryptofaanhydroxylase 2-Tph2
Tryptofaanhydroxylase is het enzym dat de eerste stap van de serotoninesynthese katalyseert. Onze studie toont aan dat het niveau van Tph2 in alle hersenstructuren van oude dieren vergelijkbaar was (Figuur 6A-C). In de hippocampus van jonge dieren was de titer van Tph2 veel lager dan in andere hersenformaties, maar veroudering resulteerde in een significante, meer dan 8-voudige toename van de titer van het enzym in deze structuur (Figuur 6A). In de cortex en het cerebellum had veroudering geen effect op de expressie van het enzym (Figuur 6B,C).
15.2.Tyrosine Hydroxylase—Th
Th is betrokken bij de eerste stap van de synthese van monoamine (zoals dopamine, adrenaline en nora-drenaline) uit tyrosine. De titer van Th was de hoogste in de cortex (Figuur 6C), en de aanwezigheid van het enzym werd niet gedetecteerd in de hippocampus (Figuur 6A).cistanche poederVeroudering had geen effect op de expressie van Th in beide hersenformaties (Figuur 6B,C).
15.3. Aromatisch-L-aminozuurdecarboxylase-Ddc
Ddc (ook bekend als DOPA-decarboxylase en AADC, en 5-hydroxytryptofaandecarboxylase) neemt deel aan de synthese van neurotransmitters en katalyseert de decarboxylering van verschillende substraten zoals DOPA, fenylalanine, histidine en 5-hydroxytryptamine. In onze studies ontdekten we dat Ddc meer dan twee keer hoger was in de hippocampi van oude dieren (Figuur 6A), terwijl in de cortex en het cerebellum de hoeveelheid eiwit niet significant werd gewijzigd door veroudering (Figuur 6B, C).
16. Signaaltransductie
Stimulatie van verschillende metabotrope receptoren gaat gepaard met wijziging van de activiteit van adenylaatcyclase en/of fosfolipasen en veranderingen in de concentratie van secundaire boodschappers zoals cAMP en inositoltrifosfaten. 16.1.Adenylylcyclase——Adcy
Adcy is het enzym dat de vorming van cAMP uit ATP katalyseert en de activiteit ervan wordt gereguleerd na stimulatie van metabotrope cholinerge en catecholaminerge receptoren. Onze studie onthult dat in de hippocampus, Adcy2 en Adcy9 de meest voorkomende isovormen van de cyclase waren (Figuur 6A). We vonden dat de concentratie van de belangrijkste vorm van het enzym in de hippocampus, Adcy9, significant was verhoogd bij oude muizen, terwijl de titer van Adcy1, Adcy3, Adcy6 en Adcy8 afnam bij oude dieren (Figuur 6A). Veroudering had geen effect op de overvloed van de belangrijkste vormen van Adcy, Adcy5 en Adcy9, in de cortex, maar het verminderde de titer van Adcy1, Adcy2, Adcy3 en Adcy6 (Figuur 6B). We hebben ook een vermindering waargenomen van de belangrijkste Adcy-isovorm in het cerebellum, Adcy (Figuur 6C).
16.2.fosfolipase C-Plc
Fosfolipase C (Ple), een enzym dat fosfolipiden hydrolyseert, is betrokken bij de intracellulaire signaaloverdracht na stimulatie van de muscarine cholinerge receptor (Chrm) en alfa-adrenerge receptor (Adra1)[37].
In onze studie vonden we verschillende leden van de Ple-klasse in alle bestudeerde hersenstructuren (Figuur 6A-C). De meest voorkomende Plc-isovormen in de hippocampus waren Plcgl en Plch2, waarvan de titer niet werd beïnvloed door veroudering (Figuur 6A). In tegenstelling tot de hippocampus werden bijna alle Ple-isovormen, behalve Plcd3, gedownreguleerd in de cortex van oude muizen (Figuur 6B). In het cerebellum was Plcb4 de overheersende isovorm van Plc, maar de titer ervan werd niet beïnvloed door veroudering (Figuur 3C ). De enige Ple waarvan de concentratie anders was in het cerebellum van oude muizen was Plch2 (Figuur 6C).
17. Cytomatrix Actieve Zone——CAZ
De CAZ is een presynaptische regio die betrokken is bij de afgifte van neurotransmitters [38]. Eiwitten in dit gebied bemiddelen, direct en indirect, synaptische vesikelfusie met het presynaptische membraan. Onder deze groep eiwitten kunnen verschillende functionele klassen worden onderscheiden: SNARE's (oplosbare N-ethylmaleïmide-gevoelige factorbevestigingseiwitreceptoren), die kunnen worden onderverdeeld in v-SNARE's (vesikel-geassocieerde SNARE's) en t-SNARE's (doelmembraan -geassocieerde SNARE's) en eiwitten die betrokken zijn bij door calcium gemedieerde koppeling van synaptische blaasjes [39].
In onze analyse hebben we geen talrijke significante leeftijdsgerelateerde veranderingen waargenomen in de concentratie van CAZ-eiwitten in de hippocampus en het cerebellum (Figuur 7A, C). De enige door leeftijd aangetaste eiwitten in de hippocampus waren Snap25 en Vap, waarvan de titers lager waren in oude muizen (Figuur7A).cistanche salsa-extractAan de andere kant was de concentratie van verschillende CAZ-eiwitten significant gewijzigd, meestal verhoogd, door veroudering in de cortex (Figuur 7B). De meest prominente veranderingen waren gerelateerd aan v- en t-SNARE-eiwitten zoals syntaxinen (Stx), synap-totagmine (Syt), synaptobrevins (Vamp), synaptogyrins (Syngr) en synaptophysins (Syp) (Figuur7B). Dit ging gepaard met een toename van de concentraties van eiwitten die betrokken zijn bij de calciumafhankelijke machinerie van het koppelen en verankeren van synaptische blaasjes, zoals
18. Postsynaptische dichtheid——PSD
De postsynaptische dichtheid is het eiwitrijke gebied gehecht aan het postsynaptische membraan waar eiwitten die betrokken zijn bij signaalontvangst en -transmissie, evenals modulatie van synaptische plasticiteit, zich bevinden [40]. In onze studie vonden we verschillende leden van PSD-eiwitten in alle bestudeerde hersenstructuren (aanvullende tabel S1), en veranderingen in de titers van sommige ervan (receptoren, eiwitten die betrokken zijn bij de synthese van secundaire boodschappers, enz.) Zijn beschreven in eerdere delen van de krant. De concentratie van PSD-eiwitten in het cerebellum was niet significant veranderd door veroudering. Psd en Shank3 waren de enige uitzonderingen: hun titer was respectievelijk verlaagd en verhoogd bij oude dieren (Figuur 7C). B). Onder hen waren eiwitten die belangrijk zijn voor synaptische plasticiteit als Dlg4/Psd95, Syngap1, Shankl en Shank2 in de cortex (Figuur 7B), en Psd, Dlg, Dlgap en Shank in de hippocampus (Figuur 7A). Een gedetailleerde lijst van deze veranderingen. wordt gegeven in aanvullende tabel S1.
19. Trans-synaptische celadhesiemoleculen - CAM's
Trans-synaptische celadhesiemoleculen reguleren synaptische plasticiteit via de organisatie van de synaptische verbinding, regelen de synapsmorfologie en reguleren receptorfuncties [41]
We hebben kwantitatief de titers gemeten van bijna 140 eiwitten die zijn geannoteerd aan de trans-synaptische celadhesiemoleculen (aanvullende tabel S1). Over het algemeen werd het niveau van de meeste CAM's beïnvloed door veroudering in de hippocampus en cortex (Figuur 8A,B), maar relatief kleine veranderingen werden waargenomen in het cerebellum (Figuur 8C). We hebben een significante afname waargenomen in de concentratie van verschillende celadhesiemoleculen zoals cadherines (Cdh), catenines (Ctnn), ephrins (Eph), receptortype tyrosine-eiwitfosfatase (Ptpr), neurexines (Nrxn) en het Lin7-eiwit, zowel in de hippocampus als in de cortex van oude dieren (Figuur 8A,B). De volledige set eiwitten die in Figuur 8 wordt gepresenteerd, wordt beschreven in Tabel 1, en de titer van verschillende isovormen van Cdh, Ctnn, Eph en Nrxn wordt gepresenteerd in Aanvullende tabel S1.
De meest significante veranderingen in het cerebellum waren geassocieerd met de expressie van Lgi, waarvan de concentratie meer dan twee keer hoger was in oude muizen (Figuur 8C). Lgi's zijn uitgescheiden eiwitten die de receptordistributie en cellulaire interacties in het zenuwstelsel reguleren [73]. Hoewel in het cerebellum de titer van de meeste celadhesie-eiwitten niet werd beïnvloed door veroudering, was de titer van sommige ervan, zoals ephrins (Eph), liprin-alpha (Ppfia) en neurexins (Nrxn) verlaagd (Figuur 8C). We vonden ook een significante verhoging van het Lgi-eiwit in de hippocampus en cortex (Figuur 8A-C). De rollen van individuele CAM's zijn samengevat in Tabel 1.
20. Extracellulaire Matrix (ECM) Perineuronal Net (Eiwitten)
PNN's zijn extracellulaire matrixstructuren die het oppervlak van het neuronale cellichaam en uitsteeksels in het centrale zenuwstelsel bedekken en synapsen in volwassen hersenen stabiliseren. PNN's zijn voornamelijk samengesteld uit chondroïtinesulfaat-proteoglycanen [74].
We vonden meer dan 70 leden van de PNN's in jonge en oude muizenhersenstructuren (aanvullende tabel S1). Over het algemeen zagen we verhoogde niveaus van PNN-eiwitten in oudere hersenen, en deze toenames werden voornamelijk toegeschreven aan een enorme toename van Hapln (hyaluronan en proteoglycan-linkeiwit), het belangrijkste bestanddeel van PNN's (Figuur 9A-C). Behalve voor Japan was de titer van collageen (Col) verhoogd in de hippocampus en het cerebellum, en lamininen (Lam) waren verhoogd in alle bestudeerde hersenstructuren (Figuur 9A-C). Onverwacht ontdekten we dat sommige van de PNN-eiwitten gedownreguleerd waren in oude muizen, bijvoorbeeld de concentraties van talin-2(TIn2) en semaforines (Sema) in de hippocampus en cortex (Figuur 9A,B).
Bij het analyseren van het ECM-eiwit vonden we een interessante afhankelijkheid: de titers van de meeste grote proteoglycanen (zoals Agrn, Ncan, Vcan en Bcan) waren significant verhoogd in de hippocampus en het cerebellum van oude dieren, maar niet in de cortex (Figuur 9A- C). De cortex lijkt ook de meest stabiele hersenformatie te zijn in de context van de expressie van ECM-remodellerende enzymen. We vonden verschillende leden van ADAM-proteasen in alle bestudeerde hersenstructuren. Alleen de ADAM23-concentratie was verhoogd door veroudering in de cortex (Figuur 9B), ADAM10, ADAM11 ADAM22 en ADAM23 waren verhoogd in de hippocampus van oude muizen, terwijl de titers van ADAM22 en ADAM23 verhoogd waren in de cortex (Figuur 9A,C) .
Van de metalloproteïnasen konden we de concentratie van alleen Mmp17 meten, en deze werd enigszins verlaagd door veroudering in de hippocampus en het cerebellum (Figuur 9A-C). De rollen van CAM-eiwitgroepen zijn samengevat in Tabel 2.
21. Discussie
Met veroudering samenhangende veranderingen in de eiwitsamenstelling van hersenformaties zijn nog lang niet goed begrepen. Verschillende waardevolle gegevens zijn geleverd door studies met behulp van immunocytochemische en immunohistochemische technieken. Ze toonden een diverse expressie aan van verschillende eiwitten in verschillende hersenstructuren, en zelfs in verschillende populaties van neuronen [97-99]. Vanwege de methodologische beperkingen zijn dergelijke onderzoeken echter beperkt tot een klein aantal eiwitten en konden ze alleen semi-kwantitatieve gegevens over eiwitexpressie opleveren. Ze konden ook niet de werkelijke concentratie van eiwitten leveren, gegeven in absolute waarden (bijvoorbeeld in mol/g eiwit), in de bestudeerde monsters.
In dit artikel gebruikten we een op massaspectrometrie gebaseerde techniek, de label-free totale eiwitbenadering, om kwantitatief eiwitten te beschrijven die betrokken zijn bij signaaloverdracht in de hippocampus, hersenschors en het cerebellum van jonge en oude muizen. Alle hersenformaties zijn heterogene structuren die zijn samengesteld uit verschillende cellen, waarvan neuronen en astrocyten het meest voorkomen. Daarom kunnen de resultaten die in dit artikel worden gepresenteerd niet ondubbelzinnig worden geannoteerd naar neuronen of gliacellen. In verschillende gevallen is het echter bekend dat de expressie van de geanalyseerde eiwitten bijna uitsluitend gerelateerd is aan één type cel, bijv. GABA-synthetiserende enzymen in de hippocampus, die voornamelijk geassocieerd zijn met interneuronen (voor een overzicht, zie [100]) .
Onze analyse toonde aan dat de moleculaire machinerie die betrokken is bij de prikkelende en remmende transmissie (respectievelijk glutamaterge en GABAerge) in de hippocampus en cortex significant was veranderd (verminderd) door veroudering. Op zijn beurt was de expressie van glutamaat- en GABA-receptoren in het cerebellum praktisch onveranderd; de titer van GAD's (de enzymen die betrokken zijn bij de GABA-synthese) was echter sterk verhoogd bij oudere muizen.
De verminderde concentratie van eiwitten die betrokken zijn bij glutamaterge en GABAerge transmissie kan wijzen op een verminderde neuronale plasticiteit van de hippocampus en cortex bij oudere dieren.
De verlaagde titer van Camk4 zou de volgende marker kunnen zijn van de lagere synaptische plasticiteit van oude dieren, aangezien Camk4 een eiwit is dat onmisbaar is voor de vorming van langetermijngeheugen [101]. We hebben niet alleen een significante vermindering van Cam4 waargenomen in alle bestudeerde hersenformaties, maar ook een zeer hoog niveau van dit kinase in het cerebellum, wat in overeenstemming is met onderzoeken die de substantiële rol van actief Camk4 voor langdurige depressie van het cerebellum aantonen, beschouwd als de belangrijkste vorm van synaptische plasticiteit in deze hersenstructuur zijn[102-104]. We hebben geen leeftijdsgerelateerde verschillen gevonden in de titer van Camk2, waarvan bekend is dat deze direct betrokken is bij synaptische versterking. Camk2 is echter een eiwit dat op een zeer hoog niveau tot expressie wordt gebracht en betrokken is bij een verscheidenheid aan cellulaire gebeurtenissen, en daarom is het ontbreken van statistisch significante veranderingen in de hele structuren niet onverwacht.
We hebben geen talrijke veranderingen waargenomen in de concentratie van andere kinasen die betrokken zijn bij synaptische transmissie en plasticiteit, zoals PKA en Mark. We ontdekten echter dat de concentratie van Pkac, een katalytische subeenheid van PKA, aanzienlijk wordt verminderd door veroudering in de hippocampus. Dit zou een lagere excitatoire transmissie en plasticiteit van verouderde hippocampi kunnen suggereren, omdat PKA-afhankelijke fosforylering van de AMPA-subeenheden direct de synaptische opname van AMPA-receptoren regelt [105].
Onverwacht waren we niet in staat om de titers van nicotine-acetylcholinereceptoren (evenals dopamine- en serotoninereceptoren, behalve Htrla) te meten. Aangezien we verschillende andere membraaneiwitten hebben geïdentificeerd, is het ontbreken van deze receptoren in onze analyse geen effect van de monstervoorbereidingsmethode, maar het gevolg van een daadwerkelijke afwezigheid van unieke peptiden die ondubbelzinnig aan die receptoren kunnen worden geannoteerd.
In tegenstelling tot nicotinereceptoren identificeerden we muscarine-acetylcholinereceptoren (Chrm) in de hippocampus en cortex, en we ontdekten dat hun titer significant verlaagd was bij oude dieren. Interessant genoeg was de concentratie van het enzym Chat dat betrokken is bij de synthese van acetylcholine significant verhoogd in de hippocampus en het cerebellum, en het cerebellum was de enige hersenstructuur waarin we de Chrm-concentratie niet konden meten.
Het meest uitgesproken verschil tussen jonge en oude dieren wat betreft adrenerge transmissie was de zeer sterke stijging van de titer van monoamineoxidase b, een enzym dat verantwoordelijk is voor de deactivering van aminen. Dit kan erop wijzen dat adrenerge transmissie en, in het algemeen, de catecholaminerge signalering bij oude dieren verminderd is. We vonden echter ook een significante met veroudering geassocieerde vermindering van de Adrbkl-concentratie, een kinase dat betrokken is bij de desensibilisatie van adrenerge receptoren. De neerwaartse regulatie van Adrbkl zou moeten leiden tot een toename van de gevoeligheid van adrenerge receptoren - een aanpassing aan verminderde hoeveelheden neurotransmitters veroorzaakt door een sterk verhoogde activiteit van Moab.
Het vermogen om neurotransmitters af te geven hangt ook af van de aanwezigheid van eiwitten die betrokken zijn bij de handel in synaptische blaasjes. Onze studie toont aan dat de concentratie van eiwitten die betrokken zijn bij de afgifte van neurotransmitters, zoals v-SNARE's, t-SNARE's en met exocytose geassocieerde eiwitten, relatief constant was tijdens veroudering in de hippocampus en het cerebellum. Daarentegen was de titer van eiwitten die betrokken zijn bij de afgifte van neurotransmitters significant verhoogd in oude cortex, wat erop kan wijzen dat de hoeveelheid actieve synapsen in oude cortex hoger is dan die in jonge cortex. De toename van het presynaptische deel van de neurotransmitterafgifte Het apparaat in de cortex was niet gecorreleerd met een verhoging van de postsynaptische eiwitten die de machinerie vormen van signaalontvangst en -transmissie. We zagen een significante verlaging van de titer van deze eiwitten, zowel in de cortex als in de hippocampus.
Omdat synaptische plasticiteit ook afhangt van de expressie van eiwitten die de synapsmorfologie organiseren, hebben we de concentratie gecontroleerd van de trans-synaptische celadhesiemoleculen en extracellulaire matrixeiwitten die perineuronale netten vormen.
We ontdekten dat de titers van de meeste CAM's waren verlaagd in verouderde hippocampi en cortex, terwijl in het cerebellum de concentraties van deze eiwitten relatief stabiel waren. Hoewel de expressie van verschillende leden van CAM's is bestudeerd in de context van de ziekte van Alzheimer [106-108], geeft onze analyse het eerste globale beeld van leeftijdsafhankelijke veranderingen in CAM-expressie. In tegenstelling tot bijna alle andere CAM's, vonden we een significante toename van het Lgi-eiwitniveau. Van Lgi-eiwitten is bekend dat ze deelnemen aan de vorming en rijping van synapsen, maar ook aan het myelinisatieproces (voor een overzicht, zie [42]). Cruciale Lgi-bindingspartners bij de ontwikkeling van synapsen zijn ADAM-eiwitten zoals ADAM11, ADAM22 en ADAM23 [42]. In onze studies ontdekten we significante verhogingen van de concentraties van al deze ADAM-isovormen in de hippocampus. Deze bevinding suggereert een hoger aantal volwassen, stabiele synapsen in oude hippocampi dan in jonge hippocampussen.
Daarentegen vonden we dat de meerderheid van de perineuronale netto-eiwitten overvloediger waren in de verouderde hersenformaties. De verschillen waren het meest uitgesproken voor de Hapln-, Acan- en Bgn-eiwitten, waarvan de titers in alle hersenstructuren verhoogd waren.
Bovendien zagen we ook een significante verhoging van proteoglycanen in de hippocampus en het cerebellum. Dit is duidelijk in tegenspraak met eerdere immunohistochemische onderzoeken die suggereerden dat in de muizenhersenen chondroïtinesulfaat-proteoglycanen, die voornamelijk het Hapln-eiwit bevatten, niet veranderen met het ouder worden [109]. Deze tegenstrijdigheid kan het gevolg zijn van de verschillende leeftijden van de jonge dieren die in dit (1-maanden oude) en het vorige onderzoek (4 maanden oud)[109] werden gebruikt. Een dergelijke interpretatie komt ruwweg overeen met waarnemingen dat de expressie van sommige proteoglycanen gestaag toeneemt in de hersenen van ratten tot een leeftijd van 5 maanden, maar daarna neemt de titer van sommige eiwitten af (voor een overzicht, zie [110]).
Hoewel we ontdekten dat sommige eiwitten of eiwitgroepconcentraties op een vergelijkbare manier werden beïnvloed door veroudering in alle bestudeerde hersenformaties, lijkt gelijktijdige veroudering geen regel te zijn. We zagen dat het cerebellaire proteoom het minste aantal veranderingen vertoonde tijdens veroudering , terwijl de hippocampale en corticale proteomen onstabiel waren.
Concluderend, onze analyse is de eerste diepgaande en uitgebreide kwantitatieve proteomische studie die veranderingen beschrijft in de concentratie van eiwitten die cruciaal zijn voor signaaloverdracht en synaptische plasticiteit in de hippocampus, cortex en het cerebellum van jonge en oude muizen. De hier gepresenteerde gegevens geven een algemeen beeld van het effect van fysiologische veroudering op synaptische plasticiteit en kunnen potentiële medicijndoelen voor anti-verouderingstherapieën suggereren.
22. Conclusies
Van veroudering is bekend dat het de hersenfuncties verandert, en onze studies tonen aan dat deze veranderingen verband houden met een veranderde expressie van verschillende receptoren, signaaltransductie-eiwitten en structurele eiwitten die betrokken zijn bij synapsvorming. Aan veroudering gerelateerde veranderingen in het proteoom werden waargenomen in alle onderzochte hersenstructuren, bijvoorbeeld in de hippocampus, hersenschors en cerebellum. Bij veroudering is de meest stabiele hersenstructuur het cerebellum, terwijl de hippocampus en cortex een vergelijkbare hoeveelheid differentieel tot expressie gebrachte eiwitten vertonen die betrokken zijn bij neurotransmissie en neuroplasticiteit. Onze studie onthult dat er geen enkel universeel patroon is van verouderingsgerelateerde veranderingen in proteomen; in plaats daarvan vertegenwoordigt elk van de geanalyseerde hersenformaties zijn eigen wijze van verandering.
Dit artikel is afkomstig uit Cells 2021, 10, 2021. https://doi.org/10.3390/cells10082021 https://www.mdpi.com/journal/cells
