Coneixements estructurals i funcionals sobre el polimorfisme de la fibril de la sinucleïna, part 2

Les proteïnes -sinucleïna (-syn) i -sinucleïna (-Syn) també pertanyen a la família de les sinucleïnes [165] (figura 1C). -Syn és una proteïna de 134 aminoàcids, identificada anteriorment com l'homòleg humà de la fosfoneuroproteïna 14 bovina (PNP14).

A mesura que envellim, la memòria disminueix gradualment. Tanmateix, podem millorar la memòria mitjançant una bona alimentació. La proteïna dels aminoàcids és un dels nutrients més importants.

Les proteïnes d'aminoàcids poden augmentar el nombre i les connexions de les neurones al cervell, jugant un paper vital en l'aprenentatge i la memòria. A més, les proteïnes d'aminoàcids poden promoure el creixement i la reparació dels vasos sanguinis del cervell i augmentar el subministrament d'oxigen al cervell, ajudant així a millorar la capacitat cognitiva i la memòria del cervell.

Alguns aliments rics en proteïnes d'aminoàcids inclouen el pollastre, la vedella, el peix i els ous. Al mateix temps, alguns aliments d'origen vegetal com les mongetes, les llavors de gira-sol, etc. també aporten proteïnes riques en aminoàcids. Podem millorar la memòria menjant una dieta equilibrada i consumint aminoàcids i proteïnes adequats.

A més, hem de parar atenció a la ingesta de quantitats adequades de proteïnes d'aminoàcids i mantenir hàbits alimentaris i estils de vida saludables. L'exercici regular, dormir prou i reduir l'estrès poden ajudar a millorar el desenvolupament i la funció cerebral.

Amb tot, els aminoàcids i les proteïnes són nutrients importants per millorar la memòria. Mitjançant una dieta raonable i ajustaments d'estil de vida, podem ajudar el nostre cervell a funcionar millor, millorar la nostra capacitat d'aprendre i recordar i tenir una vida més saludable i feliç. Es pot veure que hem de millorar la memòria, i Cistanche deserticola pot millorar significativament la memòria, perquè Cistanche deserticola té efectes antioxidants, antiinflamatoris i anti-envelliment, que poden ajudar a reduir l'oxidació i les reaccions inflamatòries al cervell, protegint així el salut del sistema nerviós. A més, Cistanche deserticola també pot promoure el creixement i la reparació de les cèl·lules nervioses, millorant així la connectivitat i la funció de les xarxes neuronals. Aquests efectes poden ajudar a millorar la memòria, l'aprenentatge i la velocitat de pensament, i també poden prevenir el desenvolupament de disfuncions cognitives i malalties neurodegeneratives.

Feu clic a conèixer maneres de millorar la funció cerebral

Falta l'estirament d'aminoàcids 11- (residus 73-83) al seu domini NAC (figura 1C), per la qual cosa no pot fibrilar [11,176,177]. Abans, es creia que -Syn és un inhibidor de l'agregació de -Syn i prevenia la seva neurotoxicitat [11,176]. Tanmateix, aquesta noció va canviar després de descobrir mutacions de missense en el gen -Syn, P123H (familiar) i V70M (esporàdic), coneguts per causar DLB [178].

Els efectes nocius d'aquestes mutacions s'han demostrat mitjançant estudis basats en cèl·lules i animals [179,180]. El nostre grup va demostrar recentment que en condicions fisiològiques normals, la fibrilització i l'agregació de -Syn i les seves mutacions associades a la malaltia no es van produir, però un microambient alterat, com ara una disminució del pH i/o la presència d'heparina, va provocar que es polimeritzin [181].

-Syn, que comparteix un 55% d'homologia de seqüència amb -Syn, es va identificar inicialment en tumors malignes de càncer de mama codificats per un gen específic del càncer de mama, BCSG1 [182]. Es va informar al sistema nerviós central perifèric i als teixits del càncer de mama [182,183]. S'agrega i forma fibrils in vitro [177] i incells [184], però és comparativament més lent que -Syn [91].

El plegament incorrecte i la fibril·lació de -Syn és un esdeveniment important en diversos trastorns neurodegeneratius [185]. Els agregats -Syn mal plegats són amiloidogènics, que s'acumulen de manera aberrant al cervell i, com a resultat, el pacient pateix anomalies de moviment que empitjoren amb el temps.

L'agregació de -Syn és un fenomen complex i implica la conversió de monòmers en estructures riques en fulls- -creuades altament ordenades mitjançant la formació de diverses espècies oligomèriques solubles dins i fora de la via [185,186]. La formació d'amiloide de -Syn generalment es controla mitjançant un colorant de fluorescència de tioflavina T [187].

Segueix la cinètica de creixement ssigmoïdal, que consisteix en (i) la fase de retard, que implica la formació de nuclis, que finalment creixen en l'estructura d'agregat detectable en solució; (ii) la fase d'allargament, la conversió i el creixement posterior d'espècies oligomèriques en l'estructura fibril·lar; i (iii) la fase estacionària, que representa l'estat estacionari on la concentració de monòmers i fibril·les arriba a l'equilibri.

Al final de l'agregació, -Syn s'assembla en fibril·les amiloides llargues atípiques, normalment caracteritzades per microscòpia electrònica i tècniques d'imatge microscòpica de força atòmica [9]. Aquestes fases d'agregació no es poden atribuir a un sol esdeveniment o procés microscòpic. En canvi, tots els processos, és a dir, la nucleació primària, l'allargament, la nucleació secundària i la fragmentació, estan actius en totes les fases de la corba de creixement però a diferents ritmes [188,189] (figura 2).

Aquestes velocitats de reacció es regeixen per les constants de velocitat d'agregació i la concentració de les espècies que reaccionen en un moment determinat [190]. La formació d'amiloide s'inicia amb la nucleació primària de les espècies monomèriques a la solució i l'allargament mitjançant l'addició de monòmers als extrems de creixement dels agregats [189]. Tanmateix, els processos de nucleació primària tenen una vida curta i els processos de nucleació secundària els superen ràpidament [191].

La fragmentació de les fibril·les en condicions d'agitació (o fins i tot en condicions de repos, depenent de l'estabilitat de les fibril·les amiloides) modifica el nombre d'extrems de creixement i afecta significativament la cinètica general de creixement [188,189].

A més, la nucleació secundària per catàlisi superficial també és un dels principals contribuents al creixement de l'amiloide en diversos sistemes, especialment en condicions de repos [189,190]. L'autoassemblatge i l'agregació de -Syn és un fenomen complex i implica múltiples processos paral·lels. Per tant, és crucial entendre els esdeveniments moleculars subjacents per delimitar la seva connexió fonamental amb la malaltia humana.

4. Fenòmens de soca de tipus priònic en -Syn

Des del descobriment de -Syn com a constituent principal de la patologia del cos de Lewy el 1997, l'enfocament principal s'ha desplaçat a delimitar el mecanisme patogènic subjacent de la MP.

Heiko Braak [192] va presentar un sistema d'estadificació de la patologia de Lewy el 2003 basat en els patrons específics de propagació de -Syn. Segons la hipòtesi de Braak, la Lewypathology s'inicia des del bulb olfactiu i el DMV i després s'estén progressivament a les altres regions del cervell.

Tot i que hi ha proves experimentals i clíniques que recolzen la hipòtesi de Braak, no és segur si és aplicable i/o descriu amb precisió la progressió de la MP en tots els pacients. Per exemple, hi ha casos en què els pacients no mostren patologia de Lewy a DMV o ENS, mentre que altres regions cerebrals estan greument afectades [193–198].

Fins i tot en alguns casos, no s'ha observat cap vincle entre la gravetat de la patologia de Lewy i els símptomes clínics de la MP [195]. Per tant, es suggereix aplicar la hipòtesi de Braak només a un subconjunt de la població [198], ja que no tots els pacients amb PD s'adhereixen al sistema d'estadificació proposat per Braak [199]. Curiosament, els informes de patologia de Lewy en empelts neuronals fetals després de catorze anys de trasplantament a l'estriat del pacient amb PD van proporcionar una prova directa de la transmissió cèl·lula a cèl·lula i la propagació de -Synpathology proposada per Braak [200,201].

Els estudis que utilitzen sistemes de models cel·lulars i in vitro van suggerir posteriorment que els agregats -Syn són infecciosos, poden moure's d'una cèl·lula a una altra i sembrar l'agregació de la seva contrapart endògena soluble a les cèl·lules receptores, explicant el fenomen observat a les neurones empeltades [18,21,23] . Aquesta transmissió semblant a prió de l'agregat -Syn d'una regió a una altra també està implicada en pacients amb DLB i PDD, cosa que suggereix que la propagació de la patologia de Lewy és la propietat compartida de les sinucleinopaties d'agregatesina -Syn [202–205].

Tanmateix, les característiques clíniques i patològiques d'aquestes sinucleinopaties són molt variables i heterogènies [206,207], [146,208]. Es podria preguntar per què, tot i estar vinculada a l'agregació de la mateixa proteïna, la distribució de la patologia -Syn i la manifestació dels símptomes de la malaltia són diferents entre les sinucleinopaties.

Això es podria explicar pel fenomen de soca similar al prió de -Syn, en què la mateixa proteïna precursora forma diferents fibrilles que donen lloc a una patologia diferent.

4.1. Concepte de soques de prions

Les últimes dècades d'investigació han suggerit que les proteïnes/pèptids amb diverses estructures i seqüències poden formar un plec comú d'estructura d'amiloide rica en fulles creuades- -[209–213]. Aquestes proteïnes/pèptids formen amiloides amb un marc d'agregació comú, és a dir, mitjançant un mecanisme de polimerització depenent de la nucleació [214,215].

Tanmateix, cada proteïna/pèptid també pot experimentar una via d'agregació diferent per formar una estructura amiloide única. Estudis estructurals d'alta resolució recents amb ssNMR i crio-EM han suggerit de fet que cada proteïna s'empaqueta de manera única i forma estructures diferents per al plec de fulls - -creuats [56–58,61,216]. No només això, sinó que, sorprenentment, una proteïna pot formar múltiples plecs estructurals diferents [40,59].

Així, aquestes proteïnes poden adoptar diverses conformacions de la mateixa seqüència d'aminoàcids, donant lloc a diverses proteïnopaties i, per tant, no confirmant la hipòtesi d'una estructura proteïna-una [217]. . Hi ha diferents agregats de proteïnes d'unió a l'ADN TAR (TDP-43) als cervells dels subtipus de degeneració lobarda frontotemporal (FTLD-TDP), que mostren diferències morfològiques entre els subtipus [220].

La capacitat d'aquesta proteïna de plegar malament i mostrar diversitat conformacional pot provocar conseqüències greus, com ara la neurodegeneració [221]. Aquest fenomen d'una proteïna que forma diferents amiloides associats amb diverses propietats fenotípiques és ben conegut pels prions [46,222]. Els prions són partícules de proteïnes infeccioses que mostren heterogeneïtat conformacional i es poden transmetre d'un individu a un altre [223].

Una infinitat d'evidències mostren diversitat epidemiològica i clinicopatològica en malalties priòniques humanes, com la malaltia de Kuru, la síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker i la malaltia de Creutzfeldt-Jakob [224], així com les malalties priòniques no humanes, com l'encefalopatia espongiforme bovina (BSE) en el bestiar boví, la tremoladora en ovelles i cabres, etc. [225].

La proteïna priònica cel·lular normal (PrPC) experimenta una conversió de conformació helicoïdal a rica en fulles (PrPSc), que és una forma insoluble, resistent a PK i infecciosa. PrPSc es propaga i s'agrega seguint dos mecanismes/models àmpliament acceptats, és a dir, el model assistit per plantilla i el model de polimerització de nucleació.

Un prió patògen actua com a plantilla en el model assistit per plantilla i proporciona una superfície per convertir una proteïna prió normal endògena a la seva forma patògena mal plegada [226]. En el model de nucleació-polimerització, monomèricPrPSc es combinen i formen un nucli estable, també anomenat llavor. Aquestes llavors continuen reclutant PrPC i les converteixen en els seus homòlegs patògens [226].

Una de les propietats notables dels prions és que poden malplegar-se en diverses conformacions, cadascuna donant lloc a diferents perfils clínics, histològics i patològics. Aquests agregats amb diferents conformacions i comportament patològic s'anomenen "soques" [45,227]. Les observacions pioneres sobre la presència de soques de prions provenen de l'estudi de Pattison i Milson, 1961 [228], on van produir experimentalment tremolar en cabres i van observar diferents manifestacions clíniques de la malaltia a causa de diferents soques.

En un altre estudi, Fraserand Dickinson van ser capaços de distingir diferents soques de scrapie en models de ratolins infectats en funció de l'extensió del dany a diferents regions del cervell [229]. Més tard, una gran quantitat d'informes van mostrar l'existència de soques de PrPSc [227,230–233] i mètodes per distingir-les, com la digestió de la Proteinasa K (PK) [234,235], la ressonància paramagnètica d'electrons (EPR) i l'espectroscòpia RMN [43].

Aquestes conformacions de PrPSc varien en termes de diferents tipus d'elements d'estructura secundària, com ara -hèlix, -filament, -gir, diferents plecs estructurals o diferents empaquetaments [227,230,232,235,236]. Per exemple, la prionproteïna del hàmster sirià es replega tant en estructures helicoïdals com en fulles, així com en diversos intermedis en solució aquosa [236].

Aquests no només són estructuralment sinó també funcionalment diferents entre si [43] i s'han identificat en diferents trastorns priònics humans i animals [233,237]. Tot i que resulten de l'agregació de la mateixa proteïna priònica, les malalties priòniques difereixen entre si pel que fa a l'inici de la malaltia/ període d'incubació, progressió i lesions histopatològiques al cervell infectat [224,225]. Això s'ha denominat col·lectivament com a "fenòmens de soca priònica" [45,46,238].

Un dels principals contribuents a aquesta diversitat/variació de soques és la capacitat dels agents/prions infecciosos per infectar algunes espècies [44,239,240] i creuar la "barrera de l'espècie", generant així una varietat de soques amb característiques bioquímiques i patològiques distingibles. Un d'aquests casos és vCJD (malaltia de Creutzfeldt-Jakob variant), resultat de la transmissió interespècies de BSEprion del bestiar als humans [44,240], que és l'únic cas conegut de transmissió de prions no humans als humans.

A més, s'ha conegut que diferents soques de prions coexisteixen entre si, com es veu en el cas de la sCJD (malaltia de Creutzfeldt-Jakob esporàdica) [241,242], que mostra propietats bioquímiques diferents en diferents regions del cervell. També se sap que les soques de prions estenen el seu període d'incubació després de la coinfecció amb altres soques, mostrant així un fenomen de "competència", tal com s'observa en diversos estudis [243–245].

Totes les característiques esmentades anteriorment dels fenòmens de soques priòniques i el potencial per a la generació de noves soques priòniques han sorgit no només com un repte científic seriós sinó també com una amenaça per a la salut pública en general.

Estudis recents, però, han suggerit que aquesta propietat de la soca dels amiloides no només es limita als prions sinó també a altres amiloides associats a diversos trastorns neurodegeneratius com l'Alzheimer i el Parkinson [19,246,247], [18,248]. S'han proporcionat diverses proves in vitro i in vivo. estudis per demostrar el comportament de la soca similar al prió de -Syn, tal com es discuteix a continuació.

4.2. -Soques Syn generades in vitro

En els últims anys s'ha informat de l'evidència creixent de soques de -Syn semblants a prions associades a variacions clíniques i patològiques observades en sinucleinopaties [29–35,249].

Aquestes soques s'han definit com a conjunts conformacionals diferents i estables d'una sola proteïna que es poden autoreplicar i propagar in vivo i donar lloc a diferents fenotips de malalties. Guo et al. va descobrir dues "soques" de fibril·les preformades de -Syn (puffs), mitjançant la fibrilització denovo, anomenada "soca A", i la fibrilització de sembra repetitiva in vitro, anomenada "soca B".

Aquestes dues soques presentaven conformacions diferents i diferències sorprenents en la sembra creuada de proteïnes tau en cultius neuronals primaris i in vivo [30]. A més de documentar l'evidència de soques de fibril·la -Syn per primera vegada, aquestes troballes també van identificar el comportament de sembra creuada de -Syn. Més tard, diversos grups van aprofitar la propietat camaleònica de -Syn [9] i van examinar nombroses condicions de creixement per generar soques -Syn in vitro. En diferents condicions de creixement, es van observar diversos estats de proteïnes estables i inestables conformacionalment [250].

Les conformacions, que no són termodinàmicament estables o no poden establir interaccions intermoleculars estables, no poden créixer en fibril·les amiloides. Aquests s'anomenen estats incompetents de creixement (figura 3). D'altra banda, els estats competents per al creixement de -Syn poden créixer i formar diferents fibrils en funció de les condicions de creixement (Figura 3).

Les fibril·les resultants en diferents condicions d'assemblatge no només tenen diferents propietats bioquímiques i biofísiques, com la resistència a les proteases, la citotoxicitat, la capacitat de sembra, etc. la condició de creixement i la naturalesa de les llavors (figura 3).

Bousset et al. de fet, va generar dues soques -Syn estructuralment i funcionalment diferents, anomenades "fibrils" i "cintes", utilitzant diferents concentracions fisiològiques de sal [29]. Les fibrils van provocar més citotoxicitat, mentre que es va trobar que les cintes eren més efectives per induir inclusions -Syn in vivo [33]. Es van obtenir diferències similars amb soques generades per Suzuki et al. [51], on una soca va provocar l'acumulació d'abundants agregats fosforilats i ubiquitinats -Syn en neurones i ratolins cultivats a causa de la seva capacitat per interaccionar amb complexos de proteasoma, mentre que l'altra soca no ho va fer [51].

Actualment, les condicions experimentals variables s'han convertit en una estratègia comuna per generar soques in vitro. En els casos en què els criteris per anomenar-se "soca", és a dir, haurien de ser una variant estructural dels agregats de proteïnes, mostrar la capacitat d'autopropagar-se i transmetre en sèrie la malaltia durant les properes generacions i causar variacions clíniques i fenotípiques de la malaltia, no són completament. complert, seria més adequat anomenar les fibrilses 'polimorfs'.

Aquests polimorfs poden mostrar diferències sorprenents en la seva morfologia i estructura [28,56,251], taxes de nucleació [252], capacitat de sembra i unió a la membrana a les cèl·lules [36], etc. No obstant això, com a conseqüència funcional d'aquestes variacions estructurals en polimorfs, poden o poden no produeixen subtipus clínics diferents de malalties. També hi ha casos de polimorfisme intramostre, que poden sorgir independentment de si les fibrils es generen in vitro [39,57,253–256] o es deriven d'extractes cerebrals [40,257,258].

Tot i que aquests poden tenir certs aspectes comuns, com ara un plec monomèric similar o una estructura comuna, també mostren diferències marcades en la morfologia, la disposició de les cadenes o les propietats bioquímiques [57,256]. Així, les diferents condicions de muntatge poden generar conjunts fibril·lars estructuralment i funcionalment diferents, que poden propagar-se com una soca -Syn única o simplement formar polimorfs.

Diversos informes han afirmat la presència d'agregats -Syn al tracte gastrointestinal [259–263] i un paper clau del nervi vagal en la difusió d'aquests agregats des de l'intestí al cervell [74,76,192,264,265]. Recentment, s'ha demostrat que E. coli que expressa curli promou la patologia -Syn a l'intestí i al cervell de ratolins que sobreexpressen -Syn humà [78]. L'exposició a amiloides microbians pot induir polimorfisme.

En canvi, seria interessant preguntar-se si diferents formes de -Syn (polimorfs) s'originen a l'intestí, s'estenen a les regions del cervell mitjançant el transport vagal retrògrad i causen patologia d'una manera específica de la soca. En aquest context, s'han observat diferències estructurals i funcionals entre les fibrils -Syn formades en presència i absència de lipopolisacàrids d'endotoxina bacteriana (LPS) [31].

Se sap que LPS modula l'agregació de -Syn estabilitzant els intermedis helicoïdals formats durant la seva ruta d'agregació, donant lloc a fibrils amb citotoxicitat variable i comportament d'internalització alterat [266]. acetilació, nitració, etc., que estan directament associades amb la seva agregació i citotoxicitat [94,115,267,268].

Com que pS129 és el PTM més comú i la forma principal de -Syn als cossos d'inclusió, pot provocar la formació de soques a -Synin vivo. Ma et al. va demostrar que la fosforilació a Ser129 permet que la proteïna formi una soca diferent que difereix estructuralment amb una citotoxicitat més alta i diferents propietats de propagació in vitro i en cèl·lules en comparació amb la contrapart de tipus salvatge (sense fosforilació) [269].

No només la fosforilació, sinó també l'acetilació N-terminal pot impartir polimorfisme fibril·lar [267], cosa que suggereix que fins i tot una lleugera modificació en la seqüència d'aminoàcids -Syn pot afectar significativament la seva estructura fibril·lar. L'alteració de l'estructura de les fibril·les pot influir encara més en la propagació de les fibrilles in vivo dirigint-se selectivament a diferents tipus de cèl·lules i poblacions cel·lulars dins del cervell [32].

Aquestes diferències específiques de la soca es conserven fidelment al llarg de les generacions [28,29,52] i condueixen a diferències clíniques en l'inici de la malaltia, malaltia neurològica, perfil de lesió, etc. [32]

En general, aquests estudis suggereixen que en un entorn complex i concorregut com el de la cèl·lula, canvis ambientals i cel·lulars subtils, la presència de cofactors o altres proteïnes i alteracions en la seqüència primària de la proteïna poden conduir a la formació de diferents polimorfs o soques. , donant lloc a diferents resultats de la malaltia.

For more information:1950477648nn@gmail.com