Proteïna priònica: la molècula de moltes formes i cares Part 1
Sep 04, 2024
Resum: La proteïna priònica cel·lular (PrPC) és una proteïna ancorada al glicosilfosfatidilinositol (GPI) que es troba més abundantment a la membrana externa de les neurones. A causa de les característiques estructurals (un nucli estructurat flexible), PrPC interactua amb una àmplia gamma de socis.
En els darrers anys, molts estudis han demostrat que les proteïnes priòniques cel·lulars tenen una relació important amb el desenvolupament i manteniment de la memòria animal.
El prió cel·lular (virus de l'herpes simple, HSV) és un virus molt present a la població humana i es considera un dels patògens més importants de les malalties neurològiques i de la pell. HSV-1 i HSV-2 són els dos tipus de virus més comuns en humans.
Un estudi recent va demostrar que la proteïna viral HSV-1 pot promoure el desenvolupament i el manteniment de la memòria en humans i animals. Els resultats d'aquest estudi van demostrar que la infecció per HSV-1 es produeix principalment en les primeres etapes de la vida humana i que les proteïnes víriques s'acumulen al sistema nerviós humà i regulen l'alliberament de neurotransmissors i la transmissió sinàptica. Aquests efectes reguladors ajuden a millorar la funció de memòria cerebral i milloren la cognició i l'atenció espacials.
A més, la proteïna viral HSV-1 també té una certa relació amb la resposta immune i la resposta antiviral del cos. Els estudis han demostrat que la influència de la proteïna viral HSV-1 activa la resposta immune del cos i actua activament sobre les "cèl·lules T de memòria" del cos, reforçant així la defensa antiviral del cos. Aquest descobriment té un gran abast per explorar la relació entre HSV-1 i la immunitat animal.
En resum, la relació entre la proteïna del virus priònic cel·lular i la memòria ofereix un ampli espai de recerca per a futures investigacions sobre memòria, funció del sistema nerviós i resposta immune, i s'espera que tingui un paper important en la prevenció i el tractament de malalties relacionades. Es pot veure que hem de millorar la memòria, i Cistanche pot millorar significativament la memòria perquè Cistanche també pot regular l'equilibri de neurotransmissors, com l'augment dels nivells d'acetilcolina i factors de creixement, que són molt importants per a la memòria i l'aprenentatge. A més, Cistanche també pot millorar el flux sanguini i promoure el lliurament d'oxigen, cosa que pot garantir que el cervell obtingui suficient nutrició i energia, millorant així la vitalitat i la resistència del cervell.
Feu clic a Coneix suplements per millorar la memòria
Tot i que s'ha proposat que la PrPC estigui implicada en moltes funcions fisiològiques, fins ara només s'ha confirmat l'homeòstasi de la mielinització del nervi perifèric com a funció de bona fe.
El plegament incorrecte de la PrPC causa malalties priòniques i s'ha demostrat que la PrPC media la neurotoxicitat induïda per oligòmers rics en l'Alzheimer i la malaltia de Parkinson, així com la neuroprotecció en la isquèmia.
Després de la divisió proteolítica, la PrPC es transforma en formes alliberades i unides de PrP que poden, depenent de les característiques estructurals contingudes de PrPC, mostrar propietats protectores o tòxiques.
En aquesta revisió, descriurem les propietats de la proteïna priònica i el fragment de la prionproteïna, així com una descripció general de la seva implicació amb els socis que interactuen i les vies de senyal en la mielinització, la neuroprotecció i les malalties neurodegeneratives.
Paraules clau: proteïna priònica; fragments de proteïnes priòniques; neuroprotecció; mielinització; ictus isquèmic; malaltia neurodegenerativa.
1. Introducció
La proteïna priònica (PrP) és una glicoproteïna ubiqua altament conservada. Existeix en dues formes; l'isoforma normal o cel·lular, PrPC, i l'isoforma infecciosa associada a la malaltia PrP, PrPSc.
El paper patològic de la PrPSc s'ha estudiat àmpliament en la priodontologia i s'ha revisat en diversos articles [1-3]. La PrPC s'expressa en una varietat d'òrgans i teixits diferents amb alts nivells d'expressió en els sistemes nerviós central i perifèric.
Està abundantment present a la superfície cel·lular de les neurones [4–6] i està implicat en molts mecanismes fisiològics. La funció de la proteïna resta per dilucidar; no obstant això, estudis intensius vinculen la PrPC amb l'homeòstasi de la mielina [7], la neuroprotecció [8,9], el ritme circadià [10,11], l'homeòstasi dels ions metàl·lics [12,13], l'homeòstasi mitocondrial [14] i la senyalització intercel·lular [6,15] ,16].
A les neurones, la PrPC està present als compartiments presinàptics i postsinàptics de les terminals axonals on està implicada en el transport axonal anterògrad i retrògrad [17–20]. La PrPC és escindida a la membrana cel·lular per proteases, formant formes alliberades i unides.
En els darrers anys, les formes alliberades de proteïnes priòniques i priòniques han rebut atenció en correlació amb la neuroprotecció en malalties neurodegeneratives.
En aquesta revisió, presentem les formes alliberades de proteïnes priòniques i proteïnes priòniques, resumim la seva implicació en la mielinització, la neuroprotecció i les malalties neurodegeneratives i discutim els descobriments més recents en aquest camp.
2. Proteïna priònica
La PrPC humana madura es compon d'un domini N-terminal no estructurat flexible (ressidus d'aminoàcids 23-120) i un domini C-terminal estructurat (ressidus d'aminoàcids 121-231).
Està ancorat a la membrana cel·lular amb un ancoratge de glicosilfosfatidilinositol (GPI) [21, 22]. El domini N-terminal flexible conté una regió d'octar repetició, mentre que el domini estructurat consta de tres hèlixs, dues làmines, un enllaç disulfur que connecta les cisteïnes 179 i 214, i dos N-glicans sobre els residus d'aminoàcids 181 i 197 [23, 24] (figura 1).
La PrPC es pot transformar en una isoforma rica en fulles PrPSc, que és propensa a la conversió autocatalítica i l'agregació en agregats insolubles [22,25,26]. Una acumulació anormal de la proteïna patològica al cervell pot provocar el desenvolupament d'encefalopaties espongiformes transmissibles (EET), també conegudes com a malalties priòniques.
Les malalties priòniques inclouen la malaltia de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), la síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), l'insomni familiar fatal (FFI) i el kuru en humans, l'encefalopatia espongiforme bovina en el bestiar, la tremoladora en cabres i ovelles i la malaltia crònica de desgast en els cèrvids.
Totes les malalties priòniques són rars trastorns neurodegeneratius mortals. Les característiques clíniques i neuropatològiques de les malalties priòniques en humans són similars a les de la malaltia d'Alzheimer (AD), com ara la pèrdua ràpida de memòria i la pèrdua de la funció cerebral, així com la demència, la deformació espongiforme del cervell, els canvis de personalitat i les dificultats amb el moviment [15,27] .
Tot i que la malaltia priònica es produeix a causa de l'acumulació d'agregats tòxics de PrPSc al cervell, el mecanisme que subjau a la conversió de PrPC a PrPSc i el desenvolupament de la malaltia priònica segueix sent desconegut.
A més de ser un substrat per al desenvolupament de malalties priòniques, la PrPC pot servir com a receptor d'oligòmers amiloides (A) citotòxics [20,28] i agregats solubles tòxics de proteïna tau en AD i altres tauopaties [29,30].
També hi ha estudis oposats sobre la unió a PrPC dels oligòmers de -sinucleïna (-syn) en la malaltia de Parkinson (PD) i altres sinucleinopaties, obrint el debat sobre el paper de la PrPC en la toxicitat de la -sinucleïna [30-33].
3. Fragments de proteïnes priòniques
La PrPC pot patir quatre clivages post-traduccionals, formant fragments de PrP (Figura 1). La clivage i la clivage es produeixen dins del domini N-terminal no estructurat, mentre que la clivage i la vessament de PrP es produeixen dins del domini C-terminal estructurat.
A part de les clivages esmentades, la PrPC s'ha escindit en condicions experimentals amb fosfolipasa C, que va escindir la PrPC dins de l'ancoratge GPI [34, 35]. El lloc d'escissió, la longitud del fragment i la unió a la membrana permeten que els fragments participin en diversos mecanismes.
3.1. - Escot
El clivage - és el clivage més estudiat de PrPC. Es produeix en condicions fisiològiques a la regió hidrofòbica central de la PrPC madura (ressidus d'aminoàcids 105–120 a la seqüència humana 111/112) [36–38] (Figura 1).
L'escissió allibera un fragment de ~ 11 kDa N1 mentre que la part de ~ 18 kDa C1 roman unida a la membrana cel·lular pel GPIanchor [36, 39]. De moment, no hi ha cap enzim únic responsable de la divisió [24, 40].
Tot i que s'han determinat els llocs d'escissió pel que fa a les espècies, la divisió no tolera la variació de la seqüència en aquesta regió mentre es mantingui la seva hidrofobicitat [38].
Els estudis han demostrat que la divisió en el cervell humà, els models de ratolí i els cultius neuronals es produeix en presència dels enzims ADAM10 i ADAM17 [41–43]. ,45]. També s'ha demostrat que ADAM8 trenca PrPC per formar N1 i C1 als músculs [46].
El paper d'ADAM8, ADAM10 i ADAM17 en el clivage també s'ha recolzat en un estudi biofísic [47]. El fragment N1 té una estabilitat relativament baixa; no obstant això, es va trobar que estava present en fluids corporals, homogeneïtats de teixits o sobrenedants de cultiu cel·lular [39,48,49].
Inicialment es va pensar que la divisió es realitzava en compartiments endosòmics àcids [50,51], però estudis posteriors van demostrar que la divisió es produeix durant el tràfic vesicular de PrPC al llarg de la via secretora [52,53].
L'escissió utilitza PrPC com a substrat, donant lloc a la seva reducció de la superfície cel·lular. Com que la PrPC també és un substrat per a la replicació de prions i un mediador clau de la toxicitat en malalties priòniques, AD i altres malalties neurodegeneratives, la divisió té un efecte biològic positiu.
La part N-terminal flexible de PrPC és essencial per a la interacció de la proteïna amb els socis d'unió que regulen l'absorció de PrPC en el tràfic [54,55]. Sense N1, C1 forma complexos a la membrana cel·lular [56] i és més estable i persistent a la superfície cel·lular que la PrPC [50].
El fragment C1 es pot escindir a la superfície cel·lular i alliberar-se a l'espai extracel·lular [57]. Es va trobar que C1 inhibeix la replicació dels prions en ratolins [58,59] mentre que el fragment N1 és neuroprotector [60,61]; l'absència del clivage és tòxica tant per a les cèl·lules com per als ratolins [47,62].
3.2. - Escot
L'escissió té lloc a l'extrem de la regió N-terminal de repetició de l'octapèptid del lloc d'escissió. La divisió - s'observa majoritàriament en condicions patològiques i és similar a la divisió -. Sembla actuar de manera protectora.
Té lloc al voltant del residu d'aminoàcid 90, formant el fragment N2 (~9 kDa) i el fragment C2 (~20 kDa) [36,37,48,63](Figura 1). La divisió de PrPC està mediada per espècies reactives d'oxigen (ROS) [37,63–66].
En eliminar les ROS, la divisió protegeix les cèl·lules de l'estrès oxidatiu [65]. A part de les ROS, la divisió és induïda per calpains [67], proteases lisosomals [68,69] o fins i tot ADAM8 [47].
La proteinasa K escinda el nucli resistent a la proteasa de PrPSc (PrP27–30) prop de la posició 90, creant un fragment amb una longitud similar a C2. De manera similar al fragment C1, el fragment C2 també es pot treure de la superfície cel·lular [70].
La formació d'aquest fragment indica que les proteases implicades en el clivage també podrien estar implicades en els intents cel·lulars de trencar PrPSc [71,72].
3.3. - Escot
La divisió de proteasa de PrPC descoberta més recentment és la divisió -. El clivagesite a PrPC encara està per determinar, però les mides del fragment alliberat N3 (~ 20 kDa) i el fragment C3 ancorat a GPI (~ 5 kDa) suggereixen que la ruptura de proteïnes es produeix a la regió entre els residus d'aminoàcids 170 i 200 [73, 74] (Figura 1).
Els estudis indiquen que la divisió es produeix tard en la via secretora d'una proteïna no glicosilada en presència de membres de la família de les metaloproteases de matriu (MMP) [73].
Es proposa que la raó per la qual la divisió només es produeix a la PrPC no glicosilada es deu a l'obstacle estèric de les proteases per part dels glicans a la proximitat del lloc de divisió proposat [40, 75].
S'ha trobat que la divisió -existeix en diferents espècies, teixits i models de cultiu cel·lular. La determinació del seu paper requereix un estudi addicional, tot i que una indicació de quantitats augmentades de fragment C3 en un cervell de la MCJ pot conduir a una possible importància patògena [73].
3.4. Vesament de proteïnes priòniques
També hi ha una important escissió de PrP a prop de l'extrem C-terminal. L'escissió llança PrP a l'espai extracel·lular, deixant un petit nombre de residus d'aminoàcids a la superfície cel·lular.
L'escissió es va descriure a les primeres investigacions [35,39,76,77], però ha rebut més atenció en els darrers anys a causa de la implicació de la PrP vessada en malalties [40,63,78-83].
De manera similar a la divisió -, l'eliminació de PrP es produeix en presència d'enzims de la família ADAM. Els experiments in vitro i in vivo suggereixen que ADAM9 i ADAM10 estan implicats en el procés de clivatge i l'eliminació de PrP [47,84–86] on ADAM10 és la principal sheddasa per a PrP i ADAM9 és el modulador de l'activitat d'ADAM10 [24] ].Shed PrP es va determinar per primera vegada en hàmsters.
Al cervell dels hàmsters infectats per prions, shedPrP representava aproximadament el 15% de les molècules de PrPSc [76]. Una anàlisi posterior va demostrar que ADAM10 va escindir la PrP de cobert entre Gly228 i Arg229 i va formar PrP de cobert que va acabar a Gly228 [84].
Una anàlisi que explora el perfil del lloc d'escissió d'ADAM10 va revelar que la divisió no és induïda per una seqüència única [87].
En conseqüència, la proteasa ADAM10 pot produir variants de PrP vertida en funció de la seqüència i la conformació de la proteïna. Jansen i col·laboradors van descriure l'existència de formes de PrP no ancorades que acaben amb Tyr225 i Tyr226 en pacients amb malaltia priònica [88].
Els autors van caracteritzar dos pacients amb malaltia priònica que portaven mutacions d'aturada a les posicions Y226X i Q227X i van expressar les formes respectives. Utilitzant un anticòs monoclonal V5B2 [89] que s'uneix específicament a un fragment de PrP que acaba amb Tyr226, vam descriure simultàniament l'existència d'una forma lliure de PrP anomenada PrP226* [90–94].
La distribució de PrP226 * al cervell humà s'ha associat amb la distribució de PrPSc [90, 94]. A causa de l'existència de més d'una forma de cobert, vam plantejar la hipòtesi que el lloc proteolític de la seqüència humana no es troba exclusivament entre els residus d'aminoàcids 228 i 229, però es troba a la proximitat de l'extrem C-terminal [95] (Figura 1).
Recentment, Linsenmeier et al. va publicar un estudi exhaustiu sobre el mecanisme que estimula l'excrement proteolític de PrPC [81]. Utilitzant models animals i controls, van demostrar que l'eliminació de PrP es correlaciona negativament amb la conversió de prion i que la PrP vessada està abundantment present a les plaques amiloides.
També van estudiar la influència de la unió dels anticossos dirigits per PrP a la PrPC en la propensió a l'eliminació. La unió d'anticossos sencers anti-PrP al domini estructurat C-terminal de PrPC o derivats d'anticossos d'una sola cadena, dirigits cap a epítops repetitius dins de la regió d'octarepeat del domini N-terminal va estimular l'eliminació, quan la unió d'anticossos sencers anti-PrP a l'octarepeat. La regió del domini N-terminal va bloquejar l'estructura del domini N-terminal i va evocar l'agrupament superficial de PrPC, l'endocitosi i la degradació als lisosomes [81].
4. Proteïna priònica i mielinització
La PrPC s'expressa abundantment al sistema nerviós central (SNC) i al sistema nerviós perifèric [4,5]. Els estudis en cervells de primats, cervells de rosegadors i ratolins transgènics van demostrar que s'enriqueix al llarg dels axons i als terminals presinàptics on està implicat en el transport axonal anterògrad i retrògrad [4,17,18,96–98].
Les supressions a la regió d'escissió de PrPC van mostrar una desmielinització severa tant a la medul·la espinal com a la matèria blanca cerebel·losa in vivo [99,100] Més tard, es va confirmar que la PrPC axonal i la seva divisió són necessàries per a la promielinització al sistema nerviós perifèric [101].
Utilitzant un model de ratolins co-isogènics PrP-knockout, Kuffer et al. va descobrir que la PrPC axonal promou el manteniment de la mielina en trans mitjançant la unió al receptor Adgrg6 acoblat a proteïnes G d'adhesió a les cèl·lules de Schwann amb una cua flexible N-terminal [7].
També van confirmar que els ratolins que no tenen PrPC van desenvolupar una neuropatia desmielinizant crònica, cosa que suggereix que l'homeòstasi de la mielinització al sistema nerviós perifèric és una funció fisiològica de bona fe de la PrPC [7].
Es va trobar que el manteniment de la mielina estava regulat mitjançant la unió d'un fragment N-terminal de PrPC (presumiblement N1 o PrP vessat) a Adgrg6 a les cèl·lules de Schwann.
La interacció va activar Adgrg6, va augmentar els nivells cel·lulars d'AMPc i va desencadenar una cascada d'assignació que va promoure la mielinització [7]. La regulació del manteniment perifèric de la mielina per part de PrPC es va confirmar en cinc soques diferents de models de ratolí PrP-knockout que van desenvolupar neuropatia perifèrica d'aparició tardana [101–103].
Recentment, es va intentar desenvolupar un tractament per a malalties desmielinizants perifèriques basat en la unió entre el domini N-terminal de PrPC i Adgrg6 [104]. En aquest estudi, van construir una molècula d'immunoadhesina formada per dos dominis N-terminals flexibles de PrPC vinculats al fragment cristal·litzable (Fc) de la immunoglobulina G1 (FT2Fc) [104].
La molècula va mostrar propietats farmacocinètiques favorables i va mostrar potencial in vitro, però no va tenir efecte aterapèutic sobre els primers signes moleculars de desmielinització en ratolins PrP-knockout [104].
La PrPC també es va estudiar en relació amb el desenvolupament i la regeneració de la mielina perifèrica després de lesions nervioses [105]. Com que es va trobar que la PrP era prescindible en aquest mecanisme, es podria suposar que la PrP no té un paper important en el procés de reparació dels nervis perifèrics o la seva absència podria ser compensada per altres lligands [105].
La mielinització i altres papers fisiològics de la PrPC s'han estudiat intensament en models animals amb una expressió gènica de PrP eliminada o derrocada.
Els estudis han demostrat efectes negatius limitats en ratolins [102,106-109], bestiar [110] i cabres [68,111,112] mentre que els estudis sobre ratolins o cabres amb eliminació de PrP van mostrar defectes en el sistema nerviós i sensibilitat a l'estrès oxidatiu [6,101,111,113]. Es van generar diversos models de ratolins PrP-knockout amb un fons mixt [106,109,114–116].
Com que els estudis no es poden reproduir entre els models, això podria plantejar la qüestió de si els fenotips observats es deuen realment a polimorfismes en gens que flanquegen Prnp o al resultat de l'absència de PrPC. Per evitar aquest problema, seria recomanable repetir experiments clau amb ratolins PrPknockout co-isogènics.
Tot i que cal dilucidar el paper de la PrPC al SNC, els fragments alliberats per PrPC i PrPC són indispensables en l'homeòstasi de la mielina del nervi perifèric, però poden ser prescindibles en la recuperació del nervi.
For more information:1950477648nn@gamil.com
