Macroautofàgia i mitofagia en trastorns neurodegeneratius: enfocament en intervencions terapèutiques Part 2

3.1.2. Mitofagia en AD

L'acumulació de mitocondris danyats és un segell distintiu de l'AD. La disfunció mitocondrial i els dèficits bioenergètics associats i l'estrès oxidatiu contribueixen a l'agregació A i a la hiperfosforilació de tau [154,155], que, al seu torn, són mediadors dels defectes mitocondrials [156].

Es considera que els mitocondris són les fàbriques d'energia de les cèl·lules, i els mitocondris danyats poden causar una sèrie de problemes de salut, inclosa la pèrdua de memòria. Però també hi ha aspectes positius. Sempre que prenem les mesures adequades, podem millorar eficaçment l'estat dels mitocondris i millorar la nostra memòria.

La funció principal dels mitocondris és produir energia, que pot satisfer les diferents necessitats de les cèl·lules. Però en alguns casos, els mitocondris es poden danyar, la qual cosa comporta una reducció de la producció d'energia, que pot provocar problemes de salut com la pèrdua de memòria. A més, els mitocondris també poden causar inflamació, afectant encara més la salut física.

Tanmateix, en el context del desenvolupament de la medicina moderna, podem utilitzar alguns mètodes per ajudar els mitocondris a restablir la seva salut. Per exemple, l'exercici aeròbic, una dieta equilibrada i l'exercici físic poden afavorir la salut dels mitocondris, millorant així la nostra memòria. A més, alguns aliments naturals com les herbes naturals i els fruits secs també tenen bons efectes de reparació i protecció mitocondrials, per mantenir l'estat normal del cos.

En resum, tot i que el dany mitocondrial pot causar problemes de salut, hauríem de continuar explorant activament diverses maneres de buscar maneres de millorar la nostra salut mitocondrial per mantenir millor la salut física i la intel·ligència. Es pot veure que hem de millorar la memòria, i Cistanche pot millorar significativament la memòria perquè Cistanche és un material medicinal tradicional xinès amb molts efectes únics, un dels quals és millorar la memòria. L'efecte de Cistanche prové dels diferents ingredients actius que conté, com l'àcid tànic, polisacàrids, glicòsids flavonoides, etc. Aquests ingredients poden promoure la salut cerebral de diverses maneres.

Feu clic a Coneix la memòria a curt termini com millorar

En conseqüència, els pèptids A no eren tòxics per a les cèl·lules sense mitocondris funcionals (cèl·lules esgotades d'ADN mitocondrial) [157]. L'exposició de les neurones corticals primàries als pèptids A 1-42 indueix l'obertura del porus de transició de la membrana mitocondrial [156].

A més, la coexposició de neurones corticals amb l'activació de NMDAR mediada per A i NMDA indueix encara més la despolarització mitocondrial i l'augment de la retenció de calci mitocondrial [158]. A més, els terminals sinàptics exposats als agregats A mostraven una disfunció mitocondrial, nivells més alts d'estrès oxidatiu i un deteriorament del transport de glutamat i glucosa [159].

A més, les mostres del teixit cerebral de ratolins mutants tau van mostrar defectes respiratoris mitocondrials i una major producció de ROS [160]. L'acumulació d'un fragment de tau N-terminal es va associar amb una activitat reduïda de la citocrom c oxidasa mitocondrial en cervells humans d'AD [161].

A més, l'esgotament d'ATP causat per defectes mitocondrials activa AMPK i, en conseqüència, l'autofàgia [162], vinculant la funció mitocondrial amb la regulació de l'autofàgia.

L'eliminació de mitocondris no saludables per la mitofagia es veu compromesa a l'AD, tot i que el mecanisme no està completament caracteritzat. Estudis anteriors utilitzant teixits post-mortemhipocampal de pacients amb AD i neurones derivades de AD iPSC van mostrar nivells més baixos de proteïnes relacionades amb la mitofagia, nivells més baixos de PINK1 i BNIP3L/NIX i inactivació de proteïnes d'inici de mitofagia, com el fosfo-ULK1 [163].

El deteriorament de la mitofagia també es va descriure en els models de sobreexpressió APP i tau [164]. El paper de la mitofàgia defectuosa en la patogènesi de l'AD es va recolzar encara més amb una millora de la memòria en els models de ratolí APP/PS1 després de la correcció de la mitofàgia neuronal [163]. Els estudis amb models d'AD van mostrar la inserció de tau a la membrana mitocondrial abrogant la mitofagia mediada per Parkin [165].

A més, la sobreexpressió de cèl·lules tractades amb mitofagiina A restaurada amb Parkina i la funció mitocondrial millorada [166]. Malgrat una major translocació de Parkin als mitocondris, la presència de mitocondris no digerits dins dels lisosomes demostra una eficiència lisosomal deficient en l'AD en les primeres etapes [167].

Els nivells de proteïnes implicades en la fissió mitocondrial, un pas que és essencial per aïllar els mitocondris danyats abans que l'autofagosoma l'enganxi, s'eleva a ADbrains [168].

De manera consistent, es va observar una morfologia mitocondrial alterada cap a la fragmentació a l'AD, que s'agreuja quan augmenten els nivells d'A i p-tau i aquestes proteïnes interaccionen amb la proteïna relacionada amb la fissió Drp1 [169].

Un deteriorament del moviment anterograd contribueix a la disfunció mitocondrial que es mostra a les neurones dels models transgènics de DA [170]. El moviment anterògrad defectuós perjudica la fusió dels mitocondris antics amb els orgànuls recentment formats del soma, inhibint així la seva reparació mediada per la fusió.

Els nivells reduïts de SIRT1 descrits a l'AD també comprometen l'activació de proteïnes autofàgiques, l'estabilització dels inmitocondris PINK1 i la regulació dels receptors de mitofagia Nix/BNIP3L i LC3 [171].

A més, els nivells mitocondrials de SIRT3 disminueixen en l'AD, donant lloc a una menor activació mediada per FOXO3-de p62 [172]. Es van reportar nivells intracel·lulars reduïts de NAD + a l'AD [173], i l'esgotament dels nivells de NAD + també podria disminuir l'activitat de les sirtuïnes.

Així, els nivells i l'activitat reduïts dels SIRT poden comprometre la mitofagia, donant lloc a l'acumulació de mitocondris danyats a l'AD.

3.2. Malaltia de Parkinson

La PD és una malaltia neurodegenerativa que resulta de la pèrdua degenerativa de neurones dopaminèrgiques a la substància negra pars compacta (SNpc), que condueix a una deficiència de dopamina [174].

La inestabilitat postural, la bradicinèsia i la marxa són els trets típics de la malaltia, sovint acompanyats d'hipòsmia i complicacions gastrointestinals marcades en forma de gastroparesia i restrenyiment [175].

El segell histopatològic de la PD és la presència d'agregats fibril·lars anomenats cossos de Lewy (LB), en els quals -sinucleïna (aSyn) és un constituent principal [176]. aSyn és una proteïna desplegada de manera nativa amb moltes funcions atribuïdes en el desenvolupament neuronal i la senyalització sinàptica [177].

Tanmateix, alguns estudis indiquen que la manca d'aSyn de tipus salvatge (WT) no és rellevant per a la funció neuronal basal [178], cosa que suggereix que una pèrdua de funció d'aSyn no causa PD. Malgrat l'intens debat, els oligòmers aSyn són tòxics per a les cèl·lules neuronals [179].

3.2.1. Autofàgia en PD

L'autofàgia es va associar per primera vegada amb la PD quan Anglade i els seus col·legues van trobar que la mort de les neurones dopaminèrgiques en SNpc en cervells post mortem de pacients amb PD es va associar amb la desregulació autofàgica [180].

L'aSyn monomèrica és una proteïna de curta durada i, per tant, els seus nivells fisiològics es mantenen principalment pel sistema ubiquitina-proteasoma (UPS) [181]. Tanmateix, en el cas de la sobrecàrrega intracel·lular aSyn, l'eliminació de nativeaSyn per part del SAI esdevé deficient, canviant així l'eliminació dels monòmers aSyn a la via autofagosoma-lisosomal (ALP) [182].

Curiosament, un estudi amb ratolins injectats amb adenovirus humà aSyn a la substància negra va demostrar que moltes proteïnes autofàgiques estan regulades en la fase inicial de la malaltia, cosa que suggereix un increment de la inautofàgia en aquesta etapa [183]. Tanmateix, els estudis post mortem indiquen un augment dels nivells de LC3 II i una disminució de la catepsina D, que apunten a una funció deteriorada a la via ALP [121].

A més, les troballes histològiques demostren que LC3 II sovint es localitza dins d'inclusions aSyn [184], la qual cosa implica no només un procés autofàgic defectuós, sinó també que la macroautofàgia és responsable de l'eliminació dels agregats aSyn [185].

La CMA està fortament deteriorada en PD, ja que s'observa una expressió reduïda de LAMP2a i Hsc70 en els cervells post mortem dels pacients amb PD [121,186]. Curiosament, les vesícules positives de LAMP2a restants co-localitzades amb un. Aquestes observacions són coherents amb el fet que aSyn porta un pentapèptid semblant a KFERQ, 95VKKDQ99, amb una forta especificitat per a les vesícules lisosomals [187,188].

En els oligòmers aSyn, aquest pentapèptid encara està disponible i permet que els agregats s'uneixin als receptors lisosomals, bloquejant la importació d'aSyn al lisosoma, la qual cosa explica parcialment els defectes observats a la CMA de les cèl·lules neuronals de la PD [185]. Estudis posteriors han demostrat que les modificacions post-traduccionals en aSynal també dificulten la via CMA i contribueixen a la toxicitat cel·lular global [189].

De fet, la inhibició específica de CMA aconseguida per la baixada de LAMP2a sembla ser responsable de l'augment dels nivells d'aSyn natiu a les neurones corticals de rata [190]. A més, la reducció de l'expressió de LAMP2a al circuit nigrostriatal de rates condueix a la mort de cèl·lules dopaminèrgiques, acompanyada d'un augment dels nivells de proteïna aSyn i un augment de l'expressió LC3 [191].

Per tant, la CMA sembla ser una via extremadament rellevant per a la degradació de WT aSyn. La glucocerebrosidasa (GBA) és una proteïna lisosomal responsable de la divisió del glucocerebròsid i la glucosil esfingosina a la llum d'aquestes vesícules.

La deficiència de GBA condueix a l'acumulació de substrat al lisosoma, amb efectes perjudicials en la via endolisosomal. Curiosament, les mutacions heterozigotes en el locus GBA es consideren un factor de risc important per al desenvolupament de PD [192]. Els individus mutants de GBA homozigots desenvolupen la malaltia de Gaucher, com a resultat de la qual una gran part desenvolupa parkinsonisme [193].

Es va trobar un vincle entre les patologies GBA i aSyn en pacients amb trastorns del cos de Lewy, un espectre de malalties amb formes alternatives de parkinsonisme. En aquests pacients, la presència d'inclusions aSyn estava altament correlacionada amb la presència de GBA mutant a la SNpc dels cervells post-mortem [194].

Notablement, a les neurones dopaminèrgiques derivades d'iPSC de pacients heterozigots amb GBA PD, que mostraven una disminució de l'activitat de GBA, es va trobar un augment en el nombre i l'ampliació dels lisosomes [195], acompanyat d'augment dels nivells d'oligòmers aSyn en neurones derivades de PD, en comparació amb les cèl·lules control. .

A més, la derrota de GBA a l'estriat de rata va provocar una acumulació d'aSyn oligomèric, precedida per una interrupció de la via autofàgica. Beclin-1 podria mediar els efectes de GBA, ja que la seva activitat es regula a la baixa amb una disminució de l'activitat de GBA, amb una reducció concomitant de LC3 II [196].

La quinasa repetida 2 rica en leucina (LRRK2) està relacionada amb una forma de PD autosòmica dominant, sent també un factor de risc important per a la PD idiopàtica. A part de moltes funcions cel·lulars, LRRK2 té un paper destacat en l'autofàgia, i està implicat en diverses fases diferents del procés [197].

Un estudi que va utilitzar un model de ratolí LRRK2 depenent de l'edat va mostrar que les neurones del cervell mitjà tenien un nombre més elevat de vesícules positives per a LAMP2a en comparació amb WTmice [197], cosa que suggereix una acumulació de vesícules lisosomals. Aquest augment es va associar amb una menor eficiència de CMA, ja que l'eliminació de substrats específics de lisosomal amb un motiu KFERQ era menor a les cèl·lules del cervell mitjà LRRK2.

Això és coherent amb l'evidència que demostra que LRRK2 regula l'activitat d'un subconjunt de GTPases Rab, que són responsables de la mobilització de la membrana, el muntatge de vesícules i el transport [198,199]. G2019S és la mutació més comuna en la MP associada a LRRK2- i Es creu que LRRK2 mutat atura el procés autofàgic.

Per exemple, les cèl·lules neuronals diferenciades SH-SY5Y que expressaven aquesta forma mutant de LRRK2 presentaven neurites molt més petites i una acumulació aberrant de vesícules LC3 [200]. A més, en els ratolins que portaven el mutant G2019S LRRK2, hi va haver un increment de vesícules autofàgiques primerenques i tardanes, amb efectes perjudicials sobre el nombre de neurones que porten tirosina hidroxilasa (TH) i sobre la morfologia neuronal de l'escorça [201].

Aquestes observacions es poden corroborar pel fet que es creu que l'activitat de LRRK2 afecta la macroautofàgia mitjançant Beclin-1 en una via independent de mTOR [202]. Atès que una expressió més alta d'aSyn nativa es considera un factor de risc per al desenvolupament de la MP idiopàtica [203]. ], la macroautofàgia assumeix un paper crucial en el manteniment de qualsevol abundància cel·lular.

Curiosament, les troballes demostren que l'expressió de formes mutants d'aSyn o la sobreexpressió de WT aSyn bloqueja l'autofàgia [204], conferint un paper fonamental en aquest procés en la progressió de la malaltia. Corroborant aquestes observacions, Vogiatzi i els seus companys de feina van trobar que WT aSyn va augmentar d'1,{2}} a 3,8- vegades a les cèl·lules PC12 després de l'administració de 3-metiladenina (3-MA), una inhibidor de la macroautofàgia [190].

A més, aquesta sembra de fibrils aSyn dóna lloc a inclusions aSyn resistents a la degradació, amb un resultat negatiu en la macroautofàgia. Les cèl·lules que alberguen agregats aSyn mostren una acumulació d'autofagosoma [205], que es pot explicar pel fet que les inclusions aSyn promouen la mislocalització de mATG9, una proteïna que facilita el tràfic de membrana per a la fagoforformació [204].

Recentment, s'ha observat que l'expressió A30P aSyn en cultius primaris neuronals dopaminèrgics del cervell mitjà atura el flux autofàgic, observat per una disminució de la proteïna LC3 associada a l'autofagosoma amb un augment concomitant dels nivells de SQSTM1/p62 [206].

A més, a les cèl·lules mononuclears de sang perifèrica derivades de pacients amb PD, es va trobar que proteïnes autofàgiques com ULK1 i Beclin1 estaven desregulades, correlacionant-se amb una acumulació [207]. o les proteïnes agregades tenen un efecte profund sobre les cèl·lules neuronals [61].

Per tant, els estudis suggereixen que l'autofàgia deteriorada podria ser la patogènesi etiològica de la factorina PD. Per exemple, l'ablació específica d'ATG7, essencial per a l'autofagosomeelongation en neurones dopaminèrgiques de ratolins envellits, indueix trets característiques de PD, com ara fragilitat motora, pèrdua de neurones TH positives i deposició aSyn [208].

A més, l'esgotament d'ATG7 condueix a la presència de p62-inclusions aSyn que contenen a les neurones dopaminèrgiques SNpc i un augment robust de substrats poliubiquitinats [209]. Tot i que els defectes de l'autofàgia són transversals als models de PD, s'ha d'investigar més la relació de causalitat.

3.2.2. Mitofagia en la PD

Els mitocondris tenen un paper central en la patogènesi de la MP [210]. Falla mitocondrial, inclosa la disminució de l'activitat del complex I, ben descrita en cervells post-mortem de pacients amb PD idiopàtica [211,212], juntament amb un augment de l'estrès oxidatiu a les neurones nigrostriatals [213] i una capacitat mitocondrial més baixa d'amortitzar Ca2+ [214] , són característiques conegudes del procés neurodegeneratiu de la PD, que posa de manifest la importància cabdal de netejar els mitocondris danyats en neurones malaltes. S'ha descrit que els oligòmers de sín indueixen danys mitocondrials.

De fet, tant WT com aSyn mutant s'importen als mitocondris en línies cel·lulars [215], neurones dopaminèrgiques cultivades i cervells de pacients amb PD [216]. Tanmateix, A53T aSyn té taxes d'acumulació més ràpides als mitocondris, perjudicant l'activitat del complex I. i provocant una producció de ROS exacerbada [217]. A més, un estudi amb cultius neuronals dopaminèrgics va demostrar que els agregats aSyn que retenen pSer129 aSyn s'uneixen preferentment als mitocondris en lloc de WT aSyn, donant lloc a una fosforilació oxidativa deteriorada [218].

De fet, el mutant aSyn estimula la fragmentació mitocondrial i promou la presència de cardiolipina a la superfície dels mitocondris [219]. La cardiolipina és un senyal de perill provocat pels mitocondris que s'enllaça amb LC3 per iniciar la mitofagia [220].

Notablement, aSyn pot unir-se a la cardiolipina, competint així amb LC3 i aturant la mitofagia [219]. La interacció dinàmica entre Parkin i PINK1 permet la identificació correcta dels mitocondris danyats.

Sorprenentment, les mutacions en els gens Parkin i PINK1 són responsables de les formes autosòmiques recessives de PD d'inici precoç [221]. Es van trobar proves patològiques al cervell d'aquests pacients amb PD, com ara una població reduïda de neurones a l'SNpc i la gliosi fibril·lar [222]. A la PD, l'activitat de Parkin regula la funció Drp1 per promoure la fissió mitocondrial i regula a la baixa la funció de Mfn1/2 per prevenir la fusió, donant lloc a mitocondris més petits que són més fàcils d'absorbir en fagòfors [223].

Curiosament, les formes mutants de Parkin no es localitzen dins dels mitocondris després d'un insult despolaritzant, provocant la inhibició de la mitofàgia [224]. A més, les proteïnes localitzades a l'OMM que regulen els esdeveniments teapoptòtics, com ara Bcl-XL i Mcl-1, inhibeixen el reclutament de Parkina als mitocondris, bloquejant la mitofagia [225].

A més, els mitocondris p62-positius propensos a la degradació selectiva es redueixen a les cèl·lules que expressen Parkin mutant [226], cosa que podria passar a causa del segrest de Parkina en agregats insolubles [227]. Els ratolins transgènics amb absentParkin mostren un augment dels nivells totals de pSer129 aSyn però no dels nivells totals de aSyn [228]. Aquesta ablació pot produir defectes nigrostriatals lleus [229], associats a una morfologia mitocondrial alterada [230].

Aquestes troballes es poden explicar per la capacitat de Parkin de modular l'estat de fosforilació d'aSyn a Ser129 [231]. Es va demostrar que les formes mutants de PINK1 associades a la PD no aconsegueixen reclutar Parkin amb precisió als mitocondris, donant lloc a una mitofàgia disfuncional [232]. A més, l'ablació de PINK1 condueix a un augment del nombre de mitocondris fragmentats [233], una característica comuna a les neurones dopaminèrgiques del pacient amb PD [234].

Tot i que el nombre de neurones dopaminèrgiques no es veu afectat per l'esgotament de PINK1, les neurones estriatals dels ratolins PINK1-/- mostren una capacitat reduïda per alliberar dopamina [235] i són més susceptibles a estressors exògens com l'estrès oxidatiu [236].

Aquestes observacions van acompanyades de taxes de respiració més baixes en animals mutants i una disminució de l'activitat del complex tematocondrial I [237], cosa que pot explicar la contribució d'aquesta mutació a la MP. Es poden produir altres processos mitòfags independents de Parkin/PINK1-[228].

La rellevància de la disfunció mitocondrial i, per tant, de la mitofàgia es subratlla pel fet que diverses toxines mitocondrials, com ara 1-metil-4-fenil{-1, 2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) i rotenona, sovint imiten la disfunció molecular de la PD i s'utilitzen com a models per a la PD idiopàtica [238]. Aquestes toxines s'adrecen als mitocondris inhibint el complex I, una característica que s'observa habitualment en els cervells post mortem dels pacients amb PD [212].

MPTP indueix parkinsonisme promovent la neurodegeneració dopaminèrgica i l'acumulació d'aSyn [239]. MPTP és un compost lipòfil que pot travessar la barrera hematoencefàlica (BBB) ​​i en els astròcits, es converteix en la seva forma iònica 1-metil4-fenilpiridini (MPP+) [240]. Aquesta forma activa (MPP+) serveix com a substrat d'alta afinitat perquè els transportadors dopaminèrgics entrin a les cèl·lules neuronals [241], inhibint el complex I mitocondrial i, en conseqüència, reduint les taxes de respiració [239], entre altres efectes citotòxics.

De fet, el tractament amb MPP+ en neurones dopaminèrgiques primàries de rata i cèl·lules SH-SY5Y promou la fragmentació mitocondrial depenent de Drp1- [242]. A més, a les cèl·lules diferenciades dopaminèrgiques PC12, el dany mitocondrial induït per MPP +- va acompanyat d'una disminució espectacular de les taxes de transport axonal, seguida d'un procés neurodegeneratiu marcat [243].

De la mateixa manera, la rotenona, un altre inhibidor fort del complex I, pot imitar les característiques fenotípiques de la PD. Quan s'injecta en ratolins, la rotenona estimula la mort selectiva de les neurones dopaminèrgiques juntament amb l'aparició d'agregats aSyn i disfunció motora [244]. A més, l'administració de rotenona altera el flux autofàgic, denunciat per l'augment de LC3 i p62 i la disminució dels nivells de LAMP2a, aturant la degradació selectiva dels mitocondris [244].

Cal destacar que la rotenona té un impacte greu a la xarxa de microtúbuls [245], perjudicant el flux autofàgic a les rates [244] i alterant les taxes de moviment dels mitocondris en les neurites de cèl·lules SH-SY5Y diferenciades [246]. Atès que la mitofagia depèn molt del transport depenent dels microtúbuls [247], s'espera que la mitofagia es vegi afectada després de l'exposició a la rotenona.

For more information:1950477648nn@gmail.com