Dependència energètica del GTP de l'endocitosi i l'autofàgia en l'envelliment del cervell i la malaltia d'Alzheimer Ⅱ

Vies comunes de senyalització de la GTPasa en l'autofàgia: macroautofàgia (mitofagia), microautofàgia i CMA

La superfamília GTPasa comprèn una àmplia gamma de proteïnes que actuen com a interruptors moleculars unint i hidrolitzant molècules de GTP per a l'enllaç, l'acoblament i la fusió de vesícules a les membranes objectiu [46]. Els canvis en la funció GTPase estan relacionats amb alteracions en el tràfic de càrrega [47]. El canvi entre un estat "actiu" (GTPasa lligada a GTP) i un estat "inactiu" (GTPasa unida a GDP) requereix un factor d'intercanvi de nucleòtids de guanina (GEF) i una proteïna activadora de GTPasa (GAP) [48] (Fig. 3). , anomenada cascada Rab GEF/GAP [22]. Per a moltes GTPases, es creu que la vida útil de l'estat activat, unit a GTP, serveix com a regulador per determinar el temps d'activació d'un esdeveniment biològic com la fusió de la membrana i la transducció del senyal. Tanmateix, la funció adequada de les GTPases també es podria veure limitada per una disminució dels nivells de GTP intracel·lular. La formació d'autofagosoma implica membres de la família Rab Rab1, Rab5, Rab7, Rab9A, Rab11, Rab23, Rab32 i Rab33B. Rab9 es requereix en autofàgia no canònica. Rab7, Rab8B i Rab24 tenen un paper clau en la maduració de l'autofagosoma. Rab8A i Rab25 estan implicats en aspectes desconeguts de l'autofàgia [22]. Rab11 és necessari per a l'exocitosi [49]. El fracàs de l'autofàgia s'associa a diverses condicions no saludables com araestrès metabòlici l'agregació de proteïnes associades a trastorns neurodegeneratius incloentMalaltia d'Alzheimer. Rab8b té un paper clau en l'orquestració de l'autòfagmaduraciótot i que el seu efector aigües avall Tbk-1, fosforila directament p62 a Ser-403, un residu crucial per a la funció autofàgica de p62 [50]. També es requereix TBK-1 per a l'eliminació autofàgica de bacteris induïda per la citocinesi, mentre que la derrota de Rab8 després de la inducció de l'autofàgia va provocar una disminució dels fagosomes [50].

Fig. 3 Interrupció molecular entre estats de GTPasa. L'estat actiu de la GTPasa petita (enllaçat a GTP) s'aconsegueix mitjançant un factor d'intercanvi de nucleòtids que catalitza l'intercanvi de GDP a GTP donant lloc a l'activació de la GTPasa. La GTPasa activa interacciona amb diversos tipus d'efectors aigües avall per modular la seva activitat. La proteïna activadora de GTPasa (GAP) inactiva les proteïnes unides a GTP augmentant la seva activitat per a la hidròlisi de GTP. La forma vinculada al PIB no pot unir efectors

Feu clic aquí per obtenir Cistanche a base d'herbes per millorar la funció cognitiva

Com que el PIB està estretament lligat per les GTPases de Rab i les seves taxes d'hidròlisi de GTP intrínseques són baixes malgrat la seva alta afinitat de 10-1-10-5 μM km [51], els GEF de Rab catalitzen la dissociació del PIB. Els GAP Rab faciliten la hidròlisi del GTP. Tots dos reguladors estan obligats a coordinar l'activitat temporal-espacial de les GTPases Rab [52]. L'activitat de Rab GTPases, GEF i GAP és crucial per al transport i el tràfic d'autofagosomes per a la macroautofàgia. La macroautofàgia necessita un control estricte i alguns GAP de Rab semblen funcionar en vies superposades. Per exemple, les proteïnes que contenen dominis TBC, TBC1D14 i TBC1D15, coordinen el tràfic endosòmic i la biogènesi de l'autofagosoma. TBC1D5 és un GAP Rab7 que és reclutat als mitocondris per la proteïna FIS1 per manejar la hidròlisi de Rab7 GTP, permetent també als mitocondris regular el contacte amb els lisosomes [53]. Atès que els contactes mitocondris-lisosomes marquen els llocs dels esdeveniments de fissió mitocondrial positiu de Drp1-, les alteracions en la hidròlisi de Rab7 GTP condueixen tant a una morfologia lisosomal anormal com a una taxa de motilitat mitocondrial notablement reduïda [53]. Es va demostrar que TBC1D2, que afecta la GTPasa Rab7 i modula la fusió autofagosoma-lisosoma, va ser activat per LRRK1 després de la inducció de macroautofàgia [54].

La família de proteïnes de petites GTPases Rab controla les rutes de transport de vesícules i garanteix el tràfic de vesícules als seus compartiments objectiu adequats. Les GTPases Rab interaccionen amb proteïnes efector, com ara complexos de classificació de càrrega, proteïnes motores i factors d'ancoratge, que són necessaris per a la gemació de vesícules, el transport i la fusió de diversos orgànuls intracel·lulars. A les cèl·lules de mamífer, hi ha tres tipus principals d'autofàgia: macroautofàgia, microautofàgia i autofàgia mediada per chaperones (CMA) (Fig. 4). Cada subtipus consta de diferents mecanismes de lliurament de substrat al lisosoma; tanmateix, el resultat és el mateix per a tots ells culminant amb el lliurament de càrrega al lisosoma per a la seva degradació i reciclatge.

La macroautofàgia dels mitocondris és la més estudiada i s'anomena comunament mitofagia. La senyalització de la mitofagia està controlada principalment pel complex proteic 1 Target of Rapamicin (TORC1). Després de la inducció de l'autofàgia, es forma una membrana segrestadora anomenada fagòfor (Fig. 4A). El fagòfor tanca proteïnes mal plegades i/o orgànuls disfuncionals fins que es completa en un autofagosoma embolicat. Aleshores, l'autofagosoma es fusiona amb el lisosoma, transferint la càrrega citoplasmàtica per a la hidròlisi. Els orgànuls a l'interior de la càrrega es degraden en aminoàcids i àcids grassos simples i hidrats de carboni per alliberar-los al citoplasma per penetracions de membrana lisosomal/vacuolar i reutilitzar-los en biosíntesi [55].

Fig. 4 Tipus de vies d'autofàgia regulades per GTP A En la macroautofàgia (mitofagia), les proteïnes marcades amb ubiquitina (Ub) recluten p62 per interaccionar amb LC3 per formar autofagosomes. Rab2 participa en la formació del fagòfor, mentre que Rab8b i Rab9a participen en la maduració de l'autofagosoma. Arl8 es troba a la membrana del lisosoma i facilita el tràfic lisosomal. B En l'autofàgia mediada per chaperones (CMA), les proteïnes del substrat s'uneixen a la forma monomèrica de LAMP-2A després del reconeixement per un motiu KFERQ pel complex de chaperons citosòlics Hsc70. Es requereix el desplegament del substrat complet per a la seva translocació a un complex multimèric amb LAMP-2A. Hi ha dos grups de GFAP a la membrana dels lisosomes: 1, en condicions d'alta activitat CMA, GFAP interacciona amb LAMP-2A per estabilitzar el complex necessari per a la translocació de la càrrega de CMA d'una manera dependent del GTP; A la figura 2, el GFAP interacciona amb EF1, mentre que el GTP indueix l'alliberament d'EF1 de GFAP inhibint la CMA i promou el desmuntatge de LAMP-2AC multimèrica A la macroautofàgia, la càrrega autofàgica és envoltada per invaginacions de la membrana lisosomal per capturar contingut. En tots ells, el reciclatge es produeix després de la degradació lisosomal

La CMA (Fig. 4B) no utilitza estructures membranoses per segrestar la càrrega, sinó que utilitza chaperones per identificar proteïnes de càrrega i traslladar-les a la membrana lisosomal, mentre que la microautofàgia (Fig. 4C) utilitza invaginacions o sortints de la membrana lisosomal per capturar i lliurar el càrrega autofàgica a la membrana lisosomal [56, 57].

Les espècies reactives d'oxigen (ROS) controlen parcialment l'autofàgia. La fam estimula la producció de ROS (principalment H2O2) als mitocondris, que sembla ser necessària per a la formació d'autofagosoma. En el llevat, l'autofàgia pot ser regulada per ROS a través d'Atg4, mitjançant l'oxidació-reducció d'un enllaç disulfur entre els residus Cys338 i Cys 394, que és necessari per a una correcta biogènesi de l'autofagosoma [58]. Atg4, una proteasa redox, actua com un enzim conjugant C-terminal de divisió en Atg8 immadur (homòleg de mamífers LC3) per exposar el residu de glicina conservat per a la seva posterior vinculació a la fosfatidiletanolamina (PE). A més, Atg4 també actua com un enzim de desconjugació que escinda l'amida unida entre Atg8 i PE, que l'allibera de la membrana per al seu reciclatge, que és crucial per als sistemes de conjugació essencials per a l'autofàgia.

Autofàgia: regulació del GTP en l'envelliment i la MA

L'eliminació autofàgica de components cel·lulars danyats o agregats de proteïnes aberrants esdevé cada cop més important per manejar l'augment de l'estrès oxidatiu associat a l'envelliment i la MA [59]. El tràfic bidireccional dins i fora de les cèl·lules ha d'estar altament coordinat. L'autofàgia funciona en associació amb l'endocitosi i l'exocitosi, que contribueixen a la renovació de components intracel·lulars danyats mitjançant la fusió i la digestió lisosòmica. L'autofàgia consisteix a etiquetar orgànuls cel·lulars defectuosos i agregats de proteïnes per a la seva degradació, seguit del muntatge d'una estructura autofàgica per transportar càrrega per a la fusió amb lisosomes per degradar proteïnes i orgànuls danyats per reciclar aminoàcids i lípids o eliminar-los. És un procés altament dinàmic essencial per mantenir l'homeòstasi i les funcions cel·lulars. La desregulació de l'autofàgia s'ha relacionat amb l'envelliment i malalties neurodegeneratives patològiques inclosesMalaltia d'Alzheimer. Tot i que és ben sabut que els nivells d'ATP disminueixen amb l'edat en condicions patològiques [60], els canvis relacionats amb l'edat en els nivells de GTP estan poc dilucidats.

La inducció de l'autofàgia depèn de l'equilibri ADP/ATP. La disminució de la producció d'ATP estimula la proteïna quinasa activada per AMP (AMPK) i l'estimulació d'AMPK inactiva mTOR. AMPK augmenta l'autofàgia no només indirectament mitjançant la inactivació de mTOR, sinó també directament mitjançant la fosforilació de la Unc-51-com la cinasa 1 (Ulk1), que és l'objectiu molecular de mTOR a la maquinària autofàgica [61].

L'esgotament de GTP pot afectar l'autofàgia en l'envelliment i l'AD

L'anàlisi post mortem de pacients amb AD indica una acumulació d'autofagosomes i altres vacúols autofàgics lisosòmics en neurites distròfiques i terminals sinàptiques, que són els distintius neuropatològics de l'AD [62]. La regulació positiva dels autofagosomes a les neurones piramidals CA1 de l'hipocamp està relacionada amb canvis en l'expressió de gens relacionats amb l'autofàgia (ATG3, ATG5, ATG12, ULK1 i PIK3C3/VPS34) i proteïnes (LC3B-II i LC3B I) en les primeres etapes de l'AD [63]. ]. Aquests fets suggereixen que l'AD està associada a alteracions en el tràfic d'autofagosomes.

La desregulació de l'autofàgia es produeix tant en pacients amb AD com en models animals. L'acumulació de grans quantitats de vacúols autofàgics a les dendrites neuronals es produeix en ratolins transgènics dobles PS1/APP i apareix fins i tot abans de les plaques A [64]. De la mateixa manera, es van observar vesícules autofàgiques immadures als axons a les neurones de l'hipocamp dels ratolins AD, molt abans de la pèrdua sinàptica i neuronal (Cat aldo et al., 2004 [44, 65, 66]. Els agregats de Tau també es degraden). a través de la via de l'autofàgia [67, 68] El gen 1 de la presenilina de tipus salvatge (PS1) actua com a lligand de la subunitat v-ATPasa V0a1 regulant la distribució de les subunitats v-ATPasa en lisosomes per a l'acidificació. ATPasa i inhibeix l'acidificació [69]. La mutació en PS1 contribueix així a la desregulació del sistema de degradació autofàgia-lisosoma [70] El principal factor de risc genètic per a la MA esporàdica, l'apolipoproteïna E4 (ApoE4), també contribueix a la inducció de l'autofàgia per fuga lisosomal [71] que condueix a un tràfic endolisosomal deteriorat, interrupció de l'homeòstasi sinàptica i reducció de l'eliminació de l'amiloide.En conjunt, això suggereix que la via defectuosa de proteòlisi autofàgia-lisosoma podria ser responsable de l'acumulació de proteïnes patògenes com A i tau en la MA. Una eliminació condicional d'un gen necessari per a la formació d'autofagosoma, Atg7fox/fox, creuat amb ratolins transgènics APP23, va indicar que la deficiència d'autofàgia deteriorada va promoure l'acumulació d'A en CA1 i neurones piramidals corticals, així com una reducció dràstica de la càrrega i inhibició de la placa A extracel·lular. d'A secreció [72]. Aquesta observació suggereix que les alteracions en la formació d'autofagosoma eviten un processament A adequat que podria conduir a una acumulació aberrant al soma [27]. També s'ha observat una acumulació a la cara cis i trans de les vesícules de Golgi a l'aparell de Golgi tardà, cosa que indica que aquest orgànul també podria produir alteracions funcionals que perjudiquen la formació adequada del fagòfor [73]. Donant suport a aquesta suposició, la petita GTPase Rab2 connecta la xarxa de Golgi amb la maquinària de la via de l'autofàgia [74]. Rab2 participa en la formació de fagòfors reclutant i activant Ulk1. Rab2 interacciona amb Rubcnl i Stx17 (una proteïna SNARE autofagosòmica) per especificar encara més el reclutament del complex HOPS per facilitar la maduració de l'autofagosoma i la fusió amb lisosomes [74].

Un altre membre de la superfamília Ras de petites GTPases implicades en la formació de vesícules és el factor de ribosilació ADP (Arf). Arf GTPase participa principalment en el procés de brotació del complex de Golgi, el reclutament de proteïnes de la capa durant la formació de vesícules per al tràfic de membranes. Arf GTPase està implicada en el control del tràfic d'APP a través de proteïnes MINTs, components crucials per a la fusió de vesícules sinàptiques. Les proteïnes MINT s'uneixen directament a les Arf GTPases i es co-localitzen amb vesícules que contenen APP a regions de la xarxa Golgi/trans-Golgi (TGN), amb nivells d'APP intracel·lulars proporcionals als nivells de MINT [75]. La derrota d'Arf1 va disminuir la secreció de pèptids amiloides [76], cosa que suggereix l'impacte de les fallades en la funció d'Arf1 en el tràfic d'APP, que podria convergir en l'acumulació intracel·lular (Fig. 5).

La desregulació de diverses proteïnes Rab també contribueix a la patologia de la MA. La desregulació de Rab1 indueix la fragmentació de l'aparell de Golgi, que desencadena la hiperfosforilació de tau mitjançant l'activació de cdk5 i ERK1/2 [77, 78]. Un defecte en Rab6 pot influir en la secreció d'APP al

Fig. 5 L'autofàgia requereix la participació de diverses GTPases petites. En la fase d'iniciació, Rab2 recluta i activa ULK1 en la formació del fagòfor, mentre que Rab9a i Rab8b participen en la maduració de l'autofagosoma. Arf participa en la brotació del complex de Golgi i en el reclutament de proteïnes de la capa durant la formació de vesícules. Rab1 participa en la ruta de transport vesicular bidireccional entre el reticle endoplasmàtic (RE) i l'aparell de Golgi. Sar1 GTPase està implicada en el transport mediat per COPII com a ruta de sortida de l'APP un cop s'ha arribat a la seva conformació final. Rab6 resideix al TGN i participa en el transport retrògrad de Golgi a ER, i s'ha associat amb la regulació del transport vesicular i el processament de l'APP. Rab11 controla el reciclatge de l'endosoma a la membrana plasmàtica. Les interrupcions en l'exportació vesicular que conté APP-BACE podrien provocar una acumulació d'exosomes. Arl8 regula el transport i la fusió lisosomal a través de microtúbuls al llarg del medi neuronal, provocant alteracions en la taxa de secreció, que podrien afavorir canvis en el tràfic anterògrad d'APP que condueixin a l'acumulació intracel·lular. Donant suport a l'acumulació intracel·lular, una anàlisi de seqüenciació de l'exoma va identificar Rab11A/B com un component del risc d'AD d'aparició tardana. Rab11 controla el reciclatge de l'endosoma a la membrana plasmàtica. El silenciament de Rab11A/B en neurones primàries aïllades de ratolins transgènics APP va reduir els nivells d'A en els sobrenedants recollits i analitzats per electroquimioluminescència (ECL) [79]. Aquestes dades suggereixen que l'acumulació d'A també es podria generar per fallades en l'exportació de vesícules que contenen APP, que podrien donar pas a la divisió de la secretasa a la membrana vesicular [27] (Fig. 1B). Atès que la formació de les vesícules que contenen APP i la formació del fagòfor impliquen un correcte funcionament de l'ER-Golgi impulsat per petites GTPases, els dèficits en els nivells de GTP provocarien alteracions en l'envasament de l'APP que podrien comprometre la seva secreció i promoure l'acumulació intracel·lular. .

Aquestes relacions d'autofàgia amb l'acumulació d'A intracel·lular estan recolzades per un senyal de colocalització relacionat amb l'edat entre la formació dirigida p62-d'autofagosoma i les formes A observades en neurones de l'hipocamp de cultiu primari de ratolins adults 3xTg-AD [27] i en Ratolins transgènics APP23- amb ratolins amb guineu Atg7 [73]. Un altre fet interessant és que no s'ha observat cap senyal d'agregats en l'autofàgia és positiu per a la catepsina D [27]. Aquestes dades poden indicar una disfunció en els passos anteriors de l'autofàgia o de la funció lisosomal en les neurones del model d'AD (Fig. 6) [26].

Regulació GTP a CMA a AD

En lloc dels orgànuls, el CMA degrada molècules petites a les cèl·lules eucariotes induïdes per una inanició prolongada o un estrès oxidatiu lleu. S'ha proposat que la CMA estigui regulada pels nivells de GTP [80]. Aquesta regulació implica la participació de la proteïna àcida fibril·lar glial del filament intermedi (GFAP) i el factor d'allargament -1 alfa (EF1) [46, 81]. El GFAP està present en dos grups diferents a la membrana lisosomal, una part lligada a LAMP-2A i una altra forma no unida que interacciona amb EF1 . Els tres motius KFERQ de la chaperona Hsc70 la dirigeixen a les membranes lisosomals on interacciona amb el complex proteic LAMP-2A i estabilitza la translocació de la càrrega CMA al lumen lisosomal. La part de GFAP no vinculada a LAMP-2A contribueix a la regulació de GTP. En presència de GTP, EF1 s'allibera de GFAP a la membrana lisosomal que afavoreix la dissociació entre GFAP i LAMP-2A, mobilitzant LAMP-2A als microdominis lipídics per a la seva degradació i la posterior inhibició de CMA. 81]. Els errors en la densitat del complex LAMP2A a la membrana lisosomal també s'associen amb l'envelliment, que també condueix a una disminució de la funció CMA [82] (Fig. 4B).

Encara una altra forma de biogènesi d'autofagosoma de mamífers funciona mitjançant una via enigmàtica no canònica VPS34-independent. Els fosfoinosítids (PI) defineixen la identitat de la membrana i controlen diversos esdeveniments de tràfic de membranes. La fosfatidilinositol 5-quinasa (PIKfyve) converteix el fosfatidilinositol-3-fosfat localitzat a l'endosoma (PI(3)P) en PI(3,5) P2, un regulador clau del tràfic de membranes de l'endosoma precoç i tardà [83] . A més, el complex PIKfyve també és responsable de la producció de PI (5) P a partir de PI i regula la formació d'autofagosoma. PI(5) P regula l'autofàgia mitjançant efectors PI(3)P (reclutant proteïnes WIPI2 i DFCP1), que proporcionen un marc mecanicista per a aquesta via alternativa d'autofàgia. El PI(5)P s'utilitza per la fosfatidilinositol 5-fosfat 4-quinasa (PI5P4K) que regula els nivells de PI(5)P mitjançant GTP en lloc d'ATP per a la fosforilació de PI(5)P per obtenir PI(4, 5) P2 com a producte final que regula la remodelació del citoesquelet d'actina [84]. Van trobar que PI(3,5)P2 té una baixa afinitat per la cofilina, que desmunta els filaments d'actina, i una alta afinitat per N-WASP, que activa el complex Arp2/3 per iniciar la nucleació d'actina per transportar vesícules endocítiques de la membrana plasmàtica. Es proposa que l'activitat de PI5P4K reflecteixi canvis en proporció directa a la concentració fisiològica de GTP, actuant com a sensor de GTP intracel·lular [85]. A les cèl·lules que no tenen PI3P (PI(3,5)P2 baix) amb VPS34 bloquejat, el complex PIKfyve manté l'autofàgia mitjançant l'ús de PI5P [85]. Aquestes dades indiquen que PIKfyve té un paper fonamental en la modulació de l'autofàgia. La funció PIKfyve deteriorada impulsa la formació de vacúols inflats, fàcilment visibles a baix augment a les cèl·lules vives [86]. El domini intracel·lular de l'APP s'uneix a la subunitat Vac14 del complex PIKfyve, afectant la producció de PI(3,5)P2 [87]. PI(3,5)P2 s'uneix i activa el canal TRPML endolisosomal [88]. Van trobar vacúols augmentats en fibroblasts de ratolí deficients en PI(3,5) P2-que van ser suprimits per la sobreexpressió del canal TRPML1 sa. La conductivitat de TRPML i l'acidificació lisosomal es van veure deteriorades [89].

Dependència de la fissió i fusió mitocondrial del GTP

A més de proporcionar ATP mitjançant la fosforilació oxidativa, els mitocondris també proporcionen GTP de NME4 i la seva activitat nucleòsid difosfat quinasa [8]. Aquest subministrament d'energia mitocondrial és essencial per a la generació de vesícules sinàptiques per alliberar-les a les terminals axones, així com per al reciclatge vesicular a les sinapsis. La pèrdua sinàptica en l'AD podria ser causada per la pèrdua de la capacitat bioenergètica per mantenir aquests processos essencials. Per tant, el nombre i la localització dels mitocondris a les sinapsis probablement determinen la capacitat energètica d'endocitosi i exocitosi. La dinàmica mitocondrial equilibra delicadament la fissió i la fusió controlades per Drp1 i Fis1, Mf1, Mfn2 i Opa1 [90, 91] (Fig. 7). La conversió d'ATP a GTP està controlada localment per nucleòsids difosfat quinases (NDPK) localitzades dels gens NME 1-4 [51]. NME1 i 2 (de vegades anomenats NM23 H1 i H2) són predominantment citosòlics, mentre que NME3 i 4 (NM23 H3, H4) són mitocondrials. Els NDPK mitocondrials es complexen amb dinamina GTPases específiques per canalitzar GTP directament des de la hidròlisi d'ATP [16]. L'equilibri de la fissió i la fusió dels mitocondris és sensible al desequilibri redox. L'aplicació endògena o exògena de ROS activa la fissió mitocondrial, induint la fragmentació mitocondrial i la posterior disfunció mitocondrial [90]. Això condueix a una major sobreproducció de ROS i un cercle viciós que amplifica l'estrès oxidatiu i, finalment, provoca un desequilibri oxidatiu a l'AD [92]. La fissió està regulada per la dinamina GTPases Drp1 i Fis1 amb Km d'uns 100 μM [51]. Polimeritzen i restringeixen les membranes tubulars com l'endocitosi. Fis1 es localitza a la membrana mitocondrial externa [90, 93, 94].

Fig. 7 Morfologia dinàmica mitocondrial de fissió i fusió dependent de GTP. Tauler de fusió esquerre: la proteïna relacionada amb la dinamina-1 (Drp1) executa la fissió mitocondrial autopolimeritzant-se al voltant de la membrana mitocondrial externa restringint i tallant ambdues membranes en un procés que depèn de la hidròlisi del GTP. Panell de fusió dret: la mitofusina-1 i -2 (MTF1/2) lliguen les membranes mitocondrials externes adjacents en un procés que depèn de la hidròlisi de GTP. OPA1 permet la fusió de la membrana mitocondria interna mitjançant GTP local proporcionat per NME4. Les fletxes vermelles discontinues indiquen el desplaçament de l'orgànul.

La fusió està controlada per tres proteïnes GTPases: Opa1, situada a la membrana mitocondrial interna, i Mfn1 i Mfn2, situades a la membrana mitocondrial externa. La GTPasa Opa1 amb un Km al voltant de 500 μM requeriria nivells abundants de GTP per polimeritzar i mecanitzar la fusió de la membrana mitocondrial en tubs [51].

hipòxia, estrès energètic i augment de l'estat redox oxidat. L'augment de l'estrès oxidatiu i els nivells elevats de ROS van provocar la fragmentació dels mitocondris i la inducció de la mitofàgia depenent de la fissió DRP1 a les cèl·lules de ratolí i HeLa. Això no va provocar la mort cel·lular i l'autofàgia perquè els nivells moderats de ROS no eren suficients per desencadenar l'autofàgia no selectiva [95]. De fet, aquesta mitofàgia es pot inhibir per N-acetil-l-cisteïna mitjançant l'alimentació del grup de glutatió i la possible acció sobre Atg4. Una disminució del grup de glutatió també va induir la mitofàgia, però no l'autofàgia general. Per contra, l'addició d'una forma permeable a les cèl·lules de glutatió va inhibir la mitofagia [96]. Així, un estat redox oxidatiu afavoreix l'eliminació selectiva de la diana de mitocondris disfuncionals. Això també suggereix la integració de l'equilibri redox i els nivells d'energia per maximitzar la funció mitocondrial saludable i controlar la rotació dels mitocondris danyats.

El deteriorament de la fusió i la fissió ha estat implicat en l'AD. En un model de ratolí, A interacciona amb la proteïna fs sion Drp1, amb un augment posterior de la producció de radicals lliures, la qual cosa activa encara més Drp1 i Fis1, provocant una fragmentació excessiva dels mitocondris, transport defectuós dels mitocondris a les sinapsis, baixa l'ATP sinàptic i, finalment, condueix a disfunció sinàptica [97]. p-tau també interacciona amb Drp1 i millora l'activitat enzimàtica GTPase Drp1, donant lloc a una fragmentació excessiva dels mitocondris i a la disfunció mitocondrial en AD [98]. Un aducte de nitrosilació S Drp1 (SNO-Drp1), va estimular encara més la seva activitat i va provocar una fragmentació mitocondrial excessiva i una pèrdua de sinapsis [99].

Funció lisosomal deteriorada a la MA causada per l'esgotament energètic relacionat amb l'edat

La digestió lisosomal de la càrrega autofàgica és l'últim pas per completar l'autofàgia. Per tant, els lisosomes han de mantenir el seu medi àcid per a la degradació de la càrrega basada en el pH per peptidases, lipases, nucleases i glicosidases activades per àcids. Per a l'acidificació lisosomal, l'afluència de protons la duu a terme tant la v-ATPasa, una bomba de protons depenent de l'ATP, com els antiportadors de protons de clorur, mentre que l'eflux de cations està mediat pels transportadors TPC i TRPML, que també estan implicats en l'equilibri del pH. 100]. Presenilin-1 (PS1) regula la distribució de subunitats v-ATPasa en lisosomes actuant com a lligand de la subunitat v-ATPasa V0a1 i mantenint l'homeòstasi lisosomal mitjançant TRPML1 [69]. Les mutacions de PS1 s'han relacionat amb una baixa acidificació lisosomal, la desregulació del sistema de degradació autofàgia-lisosoma i la patogènesi de l'AD d'inici precoç [26].

Arl8 (una proteïna G semblant a Arf) és una petita GTPasa situada als lisosomes que actua com a enllaç entre els lisosomes i la kinesina-1 per facilitar el tràfic lisosomal al llarg dels axons (Fig. 8B) [101]. Arl8b també actua com a interruptor per regular l'associació del complex HOPS amb la membrana lisosomal [102]. La interrupció de la funció Arl8b provoca una acumulació anormal de colesterol a les membranes dels lisosomes provocant un tràfic de lisosomes axonals deteriorats i provocant estrès autofàgic i acumulació d'autofagosoma axonal [103]. A més, l'expressió Arl8b elevada va rescatar el transport de lisosomes als axons i l'estrès autofàgic. La sobreexpressió d'Arl8 també va estimular la motilitat bidireccional dels lisosomes als microtúbuls en unir-se a l'enllaçador de kinesina-1 SKIP per enllaçar el pecat de la cina i la motilitat de potència [104]. SKIP requeria Arl8 en el seu estat actiu vinculat a GTP per a la vinculació. Tanmateix, la sobreexpressió d'Arl8b també va provocar una alcalinització sorprenent dels lisosomes i el moviment cap a la perifèria cel·lular en comparació amb una distribució més uniforme dels lisosomes al llarg del citoplasma [105]. Un estudi proteòmic en teixit humà va informar de l'enriquiment d'Arl8b en plaques amiloides [106]. Aquestes dades suggereixen que els canvis en l'expressió o el funcionament d'Arl8 afecten la fusió del lisosoma amb l'autofàgia o endosoma tardà, la qual cosa podria tenir implicacions en l'acumulació d'autofagosoma observada a la MA. Com que la formació de vesícules secretores lliurades a la membrana plasmàtica és un procés que depèn de GTP, que requereix Arf i Rab GTPases, els defectes en els nivells de GTP poden comprometre el tràfic vesicular adequat.

La biogènesi del lisosoma està regulada per mTORC1 i el factor de transcripció EB (TFEB) creant un complex de senyalització reversible a la superfície del lisosoma. mTORC1 fosforila TFEB a Ser211, permetent així el transport de TFEB al nucli per regular l'expressió de v-ATPasa i altres gens implicats en la biogènesi dels lisosomes i la formació d'autofagosoma [107, 108]. L'addició d'A a les cèl·lules microglials redueix el TFEB al nucli i perjudica el processament d'A [109]. Aquesta regulació per part de mTORC1 està al seu torn recolzada per petites GTPases com Rheb i Rag, components sensorials d'aminoàcids inclosos en el regulador del complex de senyalització multiproteïna que actua com a activador de mTORC1 [110]. Atès que l'acidificació lisosomal requereix ATP per a la funció V-ATPasa i GTP per a la regulació de TORC1 mediada per GTPasa, es planteja la hipòtesi que l'esgotament d'energia a causa de l'envelliment o condicions patològiques semblants a l'AD afecta directament la funció lisosomal. A més, tenint en compte que l'acidificació lisosomal implica una interacció reguladora mediada per la ingesta de nutrients entre v-ATPasa i TORC1 mitjançant TFEB, els cicles de dejuni i el consum de nutrients podrien beneficiar la funció lisosomal en AD [111], mentre que el consum freqüent de sucre pot afectar la funció. Els lisosomes deteriorats podrien provocar l'acumulació d'autofagosomes plens de mitocondris danyats i enriquits amb agregats A incapaços de ser degradats. Atès que l'autofàgia realitza la substitució dels orgànuls danyats o envellits, el seu manteniment es veu afectat pels canvis metabòlics deguts a l'edat. Els canvis metabòlics relacionats amb l'edat i els lisosomes deteriorats podrien conduir a l'acumulació de canvis metabòlics com l'esgotament d'energia i/o els canvis oxidatius redox. Així, els nivells de GTP podrien ser més baixos en estils de vida sedentaris de baixa activitat, cosa que conduiria a vies ineficients de GTP dependents. degradació de proteïnes amb l'edat. Aquestes observacions suggereixen fortament una relació entre les alteracions en el procés de maduració de l'autofagosoma i les deficiències metabòliques que es produeixen amb la progressió de la malaltia i l'envelliment. A més, l'acumulació aberrant d'A podria ser la conseqüència de les deficiències aigües amunt en GTP que perjudiquen el processament autofàgic d'A i tau, possiblement abans que la secreció d'amiloide agregada, la inflamació i l'acumulació de placa.

Fig. 8 Inestabilitat dinàmica dels microtúbuls associats a GTP. Les molècules GTP s'uneixen al lloc E i al lloc N a les tubulines / heterodímers. El GTP al lloc E s'hidrolitza per convertir-se en GDP- -tubulina i s'intercanvia per un nou heterodímer / unit a GTP per muntar subunitats. Els heterodímers s'afegeixen a la xarxa de microtúbuls en creixement per a la polimerització formant una nova capa d'heterodímers GTP coneguda com a tapa GTP. La despolimerització es produeix quan els heterodímers surten de la xarxa de microtúbuls que es redueix. La hiperfosforilació de la proteïna associada als microtúbuls, tau afavoreix la formació d'embolics neurofibril·lars (NFT) i la desestabilització dels microtúbuls. La transició d'un estat en creixement a un estat catastròfic en reducció. B La formació d'endolisosomes requereix que els lisosomes es moguin per pistes de microtúbuls en direcció positiva, mentre que els endosomes tardans es mouen en direcció negativa. El complex multiproteic lisosomal BORC (no mostrat) activa la petita GTPasa Arl8 per involucrar-se en el transport més-extrem impulsat per kinesina. Per al transport de l'extrem negatiu, l'estat unit a GTP de Rab7- recluta la proteïna lisosomal que interacciona amb Rab (RILP) i la proteïna 1 relacionada amb la proteïna que s'uneix a l'oxisterol citosòlic (ORP1L) que formen el complex dineïna-dinactina. La formació de NFT interromp el trànsit vesicular al llarg dels microtúbuls.

Demana més:

Correu electrònic:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel: més 86 15292862950

BOTIGA

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop