Què són els mecanismes endògens de neuroprotecció?

Contacte:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Els beneficis de cistanche poden ajudar amb la neuroprotecció

Sara Marmolejo-Martinez-Artesero 1 , Caty Casas 1,† i David Romeo-Guitart1,2,*

1 Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia, Institut de Neurociències (INc),

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Bellaterra, 08193 Barcelona, ​​Espanya; Sara.Marmolejo@uab.cat

2 Laboratori "Regulació hormonal del desenvolupament i les funcions del cervell"—Equip 8, Institut Necker Enfants-Malades (INEM), INSERM U1151, Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité,

75015 París, França

* Correspondència: david.romeo-guitart@inserm.fr; Tel.: més 33-01-40-61-53-57 † Mort el 29 de juny de 2020.

Resum: Les cèl·lules postmitòtiques, com les neurones, han de viure tota la vida. Per aquest motiu, els organismes/cèl·lules han evolucionat amb mecanismes d'autoreparació que els permeten tenir una llarga vida. El flux de treball de descobriment de neuroprotectors durant els darrers anys s'ha centrat a bloquejar els mecanismes fisiopatològics que condueixen a la pèrdua neuronal en la neurodegeneració. Malauradament, només algunes estratègies d'aquests estudis van poder frenar o prevenir la neurodegeneració. Hi ha proves convincents que demostren que aprovar els mecanismes d'autocuració que tenen els organismes/cèl·lules de manera endògena, comunament conegut com a resiliència cel·lular, pot armar les neurones i promoure la seva autocuració. Tot i que la millora d'aquests mecanismes encara no ha rebut prou atenció, aquestes vies obren noves vies terapèutiques per prevenir la mort neuronal i millorar la neurodegeneració. Aquí, destaquem els principals mecanismes endògens de protecció i descriurem el seu paper en la promoció de la supervivència de les neurones durant la neurodegeneració.

Paraules clau: autofàgia; resiliència cel·lular; mecanismes endògens; neuroprotecció; supervivència neuronal; resposta proteica desplegada

1. Processos Neurodegeneratius

Amb l'augment de l'esperança de vida als països desenvolupats, és probable que augmenti la freqüència de malalties neurodegeneratives com la malaltia d'Alzheimer (MA), la malaltia de Parkinson (MP) o la malaltia de Huntington (HD), o la disminució del rendiment del nostre sistema nerviós relacionada amb l'edat. Tot i que hi ha diverses línies d'evidència que indiquen que aquestes patologies tenen components neuronals, astroglials i microglials, la disminució de les funcions diàries és causada per una pèrdua neuronal progressiva. A causa de la seva baixa rotació, les neurones són cèl·lules postmitòtiques que han de viure tota la vida. Per aquest motiu, necessiten una potent maquinària intrínseca de protecció per fer front als insults externs i interns, que provocaran la seva desaparició. Aquests perills externs/interns són lesions traumàtiques o compostos excitotòxics, espècies reactives d'oxigen (ROS), agregats de proteïnes i altres molècules tòxiques. Afortunadament, les cèl·lules tenen maquinària intrínseca que bloqueja la mort activant mecanismes de resiliència o promovent vies de regeneració. Mentre que les neurones joves tenen un bon funcionament d'aquests mecanismes de protecció d'autocuració, l'envelliment les pertorba, deixant les neurones desprotegidas. En la mateixa direcció, també s'ha descrit la disfuncionalitat d'aquests mecanismes d'autocuració en malalties neurodegeneratives.

Durant les últimes dècades, s'han invertit enormes esforços en l'obtenció de teràpies neuroprotectores noves i efectives. No obstant això, pretenen dirigir-se als mecanismes fisiopatològics, que al final es converteixen en una acceleració de la desaparició neuronal. Per tant, per què no potenciar els mecanismes que tenen les neurones de manera natural per obtenir un enfocament neuroprotector eficaç?

Aquesta xarxa protectora està impulsada per la diafonia de diferents processos cel·lulars (és a dir, resposta proteica desplegada (UPR), autofàgia, etc.), però convergeixen en el mateix procés: permetent que la cèl·lula s'adapti a l'estrès i sobreviure [1–3] . Recentment, hem considerat una nova justificació per descobrir neuroprotectors: desxifrar quins mecanismes moleculars participen les neurones després de dues lesions nervioses diferents amb fenotips oposats, supervivència o mort, que comparteixen similituds amb la salut i la neurodegeneració/envelliment. Per fer-ho, hem utilitzat dos models de lesions nervioses perifèriques basats en in vivo que imiten la funcionalitat o la disfuncionalitat dels mecanismes endògens de protecció. Provoquen la mort de la motoneurona (MN) (avulsió de l'arrel (RA)) o la supervivència (axotomia distal (DA)), depenent de les distàncies soma-lesió [2]. Amb l'ajuda d'aquests models i utilitzant un enfocament basat en la biologia de sistemes, vam confirmar que la mort dels MN després de la RA comparteix similituds amb la pèrdua neuronal observada en malalties neurodegeneratives, i també vam descriure quins mecanismes utilitzen els MN per sobreviure després d'una lesió nerviosa. [2]. Els processos degeneratius són l'apoptosi, la necrosi, l'anoikis, l'estrès del reticle endoplasmàtic (RE), l'estrès nucleolar, els reordenaments citoesquelètics i la disfunció mitocondrial, mentre que els impulsors de la supervivència són: una UPR correcta, la resposta al xoc tèrmic, la via autofàgica, la ubiquitina. sistema de proteasoma, els sistemes de chaperones, la maquinària de degradació associada a ER i la defensa antioxidant (taula 1). Curiosament, tots aquests mecanismes s'han descrit per separat fa anys i s'han anomenat lesions de precondicionament (vegeu més avall).

Taula 1. Resum de les proteïnes implicades per a cada mecanisme endogen deneuroprotecció, inclòs el mecanisme molecular pel qual estan mediats els seus efectes.

Hem demostrat que potenciant aquests mecanismes endògens deneuroprotecciómitjançant el tractament farmacològic permet que la MN sobrevisqui en diferents escenaris pro-mort, que van des de diferents espècies fins a diferents estadis de desenvolupament [23,54,55].

2. Primera evidència de mecanismes endògens: precondicionament

Els efectes fenotípics dels mecanismes endògens de protecció es van descriure fa 40 anys. El 1986. Murry et al. va descriure que l'estrès fisiològic subletal, també conegut com a lesió de precondicionament, millora la recuperació dels teixits del cor [56]. A partir d'aquí, aquests mecanismes de curació també es van observar al cervell i la medul·la espinal (SC) [57]. Per exemple, aquestes respostes cel·lulars s'observen després d'una lesió nerviosa o durant la regeneració cardíaca, on la producció de ROS o vesícules extracel·lulars, respectivament, impulsa la recuperació funcional [58–60]. Sorprenentment, el precondicionament d'un òrgan específic exerceix protecció als altres de lesions [61]. Diversos efectors específics són els responsables d'aquests efectes. Després de la lesió de precondicionament, la producció de diferents mediadors (òxid nítric o ROS) activarà les vies de senyalització fosfatidilinositol 3-quinasa (PI3K)/proteïna quinasa B (AKT), proteïna quinasa C (PKC) i altres vies de senyalització que modularà factors de transcripció com ara el factor 1-alfa (Hif1-) induïble per la hipòxia o NF-kB. Aquests donaran lloc a la producció d'òxid nítric sintases (iNOS), proteïnes de xoc tèrmic (HSP) i ciclooxigenasa-2 (COX{-2), que es descriuen com a "efectors finals" i promouran l'efecte protector dins del teixit contra futurs insults [61]. En conjunt, aquests estudis suggereixen que els organismes/cèl·lules tenen mecanismes de protecció endògens i potenciar-los pot ser una estratègia terapèutica eficaç.

3. Mecanismes endògens de neuroprotecció

3.1. Afinació de l'autofàgia

Les neurones requereixen un reciclatge continu de materials intracel·lulars per mantenir l'homeòstasi. La macro-autofàgia, anomenada d'ara endavant autofàgia, és una xarxa molecular altament coordinada en cèl·lules eucariotes que persegueix reciclar el contingut citoplasmàtic mitjançant la degradació lisosomal. Tot i que aquest mecanisme de degradació es va observar inicialment només amb inanició, estudis recents van demostrar que les cèl·lules tenen un nivell basal d'autofàgia per regular l'homeòstasi de les proteïnes. Aquests nivells basals són essencials per al manteniment axonal i la supervivència de les neurones en condicions normals [62,63]. Un flux autofàgic funcional és un procés altament coordinat per diferents gens, cinases i altres proteïnes reguladores relacionats amb l'autofàgia (ATG). Tots treballen junts per orquestrar la correcta iniciació, nucleació, allargament, tancament i fusió dels autofagosomes amb els lisosomes per degradar la càrrega citosòlica [64]. S'observa un flux reduït d'autofàgia a l'hipocamp durant l'envelliment, mentre que el restabliment dels seus nivells facilita la formació de nous records [65]. L'autofàgia deteriorada o disfuncional a les neurones s'associa amb la neurodegeneració, mentre que l'activació de l'autofàgia produeixneuroprotecció[5,54]. S'han observat alteracions en les proteïnes relacionades amb les fases inicial i d'allargament en l'esclerosi lateral amiotròfica (ELA) [66,67], i els inductors de l'autofàgia, com la rapamicina, exerceixenneuroprotecciódesprés de la isquèmia cerebral, lesió cerebral traumàtica (TCE) i AD [68–70]. El knockout (KO) específic de la neurona d'ATG5 o ATG7 provoca neurodegeneració, acumulació de cossos d'inclusió citoplasmàtica i mort de neurones [62, 71], mentre que la seva sobreexpressió és beneficiosa en un model de PD [4]. Finalment, p62, que gestiona la càrrega a l'autofagosoma i juga un paper clau en les etapes últimes de la formació de l'autofagosoma, és neuroprotector en models de mosca caracteritzats per agregats de proteïnes, que és un segell distintiu de les malalties neurodegeneratives [6].

Diversos estudis han demostrat l'acumulació d'autofagosomes i autolisosomes durant la neurodegeneració, cosa que suggereix que l'autofàgia està sobreactivada i pot provocar la mort neuronal. L'acumulació aberrant de processos autofàgics dins del citoplasma pot ser causada per una disfunció lisosomal, en lloc de l'autofàgia sobreactivada [72]. L'autofàgia s'inicia correctament després de la TBI, però els autofagosomes no s'eliminen a causa de la disfunció lisosomal, donant lloc a una autofàgia no resolta que promou la mort neuronal [73]. Aquestes vies lisosomals no funcionals també es veuen després d'una lesió medul·lar (SCI), que dificulta la recuperació funcional [74]. Un bloqueig similar en l'eliminació dels autofagosomes també es descriu en malalties neurodegeneratives (és a dir, el cervell humà de l'AD) [75]. La integració de tota aquesta evidència suggereix que millorar la resolució de l'autofàgia pot proporcionar protecció. Platt va destacar recentment la via terapèutica de millorar la funció de les proteïnes lisosòmiques per prevenir la neurodegeneració [76]. La sobreexpressió del factor de transcripció EB (TFEB), que modula una xarxa transcripcional essencial per a la biogènesi i la funció dels lisosomes, ha promogut efectes neuroprotectors en un model de rata de PD [7] i un model de ratolins AD [8].

La inducció de l'autofàgia no és tan bona com voldríem. Tot i que és un mecanisme de protecció canònic, la seva maquinària o sobreactivació poden facilitar la mort cel·lular [77,78]. La inhibició de l'autofàgia després de l'exposició a prions humans redueix el dany neuronal, cosa que indica que la inducció de l'autofàgia també provoca la mort [79], i la reducció de l'inici de l'autofàgia afavoreix la recuperació funcional després de l'hemisecció SC, prevé l'apoptosi i redueix la mort piramidal després de la isquèmia en ratolins neonatals i adults. [80–82]. Si ens centrem en les neurones axotomitzades, el bloqueig de l'autofàgia és neuroprotector per a les rubrospinals [80], mentre que un augment del nivell d'ATG5 protegeix els MN espinals [5]. Afegint controvèrsia, les cèl·lules canceroses tractades amb quimioteràpia activen l'autofàgia per superar la mort apoptòtica induïda pel tractament, mentre que l'autofàgia dependent de MN inhibeix l'apoptosi [54]. A més, els ATG també desencadenen la mort neuronal. ATG5 perd les seves capacitats pro-autofàgiques quan es divideix, movent la seva activitat cap a la inducció de la mort cel·lular [83–85]. Beclin1 té efectes anti-apoptòtics en condicions normals, però la seva escissió a l'extrem C-terminal sensibilitza les cèl·lules als senyals apoptòtics [9]. Per tant, hi ha una diafonia entre ambdós processos cel·lulars i les cèl·lules poden redirigir-los per augmentar les seves possibilitats de supervivència per fer front a l'insult [83].

Per tant, per a què és importantneuroprotecció? Potenciar o bloquejar l'autofàgia? L'ajustament és la resposta [86]. La inducció de l'autofàgia afinada produeix efectes beneficiosos (i) eliminant proteïnes/orgànuls no funcionals, (ii) permetent que la cèl·lula es readapti a la nova situació i (iii) degradant efectes nocius com la inflamació o els inductors apoptòtics [87, 88], que medien la mort neuronal. Tanmateix, aquesta autofàgia s'ha d'activar en una finestra de temps molt específica, evitant una degradació excessiva que provoqui la mort cel·lular.

Finalment, l'autofàgia també té funcions no canòniques/degradatives, com ara la modulació de la resposta inflamatòria, la formació de nous records [65], el manteniment de l'homeòstasi sinàptica [89] i el transport de càrrega dins de la cèl·lula [90] . Per tant, el seu bloqueig complet comportarà danys irreversibles al sistema nerviós i/o a les neurones.

Beneficis de cistanche deserticola: pot ajudar amb la neuroprotecció

3.2. Abordar la part sexy de la resposta proteica desplegada

Les neurones són extremadament sensibles a les proteïnes i agregats malplegats. L'ER és responsable de la proteòstasi cel·lular, que és la síntesi, plegament i classificació de proteïnes. Qualsevol alteració en la seva aptitud conduirà a l'acumulació de proteïnes mal plegades, induint estrès ER i activant la resposta de sobrecàrrega ER (ERO), les vies de degradació associada a ER (ERAD) o la UPR, que és una resposta cel·lular altament conservada. S'han observat alteracions en la distribució i la morfologia de l'ER i la UPR en malalties neurodegeneratives [91–93] i quan la neurona està aïllada després d'una lesió nerviosa [16,94]. La proteïna d'immunoglobulina d'unió (BIP), també coneguda com GRP78, és una chaperona resident a l'ER que és el sensor principal de la UPR. En l'estat inactiu, el BIP continua lligat als tres ma-

jor Efectors UPR: la proteïna quinasa semblant a la proteïna quinasa activada per ARN (PERK) que indueix la proteïna homòloga C/EBP (CHOP), la proteïna que requereix inositol -1 alfa (IRE1), que empalma la proteïna d'unió a la caixa X 1 (Xbp1) ARNm i el factor de transcripció activador -6 alfa (ATF6) [95,96]. Quan el BIP detecta proteïnes malplegades, aquests transductors s'activen i provoquen canvis en l'expressió gènica de proteïnes específiques (és a dir, chaperones, factors de transcripció) amb l'objectiu d'augmentar la capacitat de la cèl·lula per plegar correctament les proteïnes modulant l'expressió gènica, millorant l'eliminació de les proteïnes malplegades. l'eliminació de proteïnes, o inhibició de la síntesi de proteïnes, permetent que la cèl·lula s'adapti a l'estrès i sobrevisqui [97]. Com a prova de concepte, la sobreexpressió de BIP a les neurones de dopamina augmenta la seva supervivència, mentre que la seva regulació a la baixa indueix la mort de les neurones de dopamina nigral [10]. A més, els ratolins BIP plus / - mostren una propagació accelerada de la patogènesi dels prions [98]. En general, la modulació UPR pot exercir efectes protectors sobre la neurodegeneració [94], tal com va revisar recentment el nostre grup [99]. L'activació de la UPR és un esdeveniment primerenc en les malalties neurodegeneratives i la seva modulació precisa té efectes beneficiosos sobre la progressió de la patologia [100,101]. Tot i que la UPR pot actuar com un mecanisme endogen de protecció cel·lular, la seva (sobre)activació promou l'apoptosi [102] (és a dir, l'eix PERK té capacitats pro- o anti-apoptòtiques [91]). A més, l'evidència recent suggereix que diferents pertorbacions de l'ER activaran de manera diferencial les 3 branques de la UPR, la qual cosa indica que la coactivació coordinada d'aquestes no sempre està present.

Per tant, la cèl·lula té un programa específic per respondre a un insult específic. Per exemple, el bloqueig de CHOP o la sobreexpressió de Xbp1 augmenta la supervivència de les neurones després de lesions nervioses, cosa que indica que cada branca té diferents papers en la mort de les neurones [16].

cistanche in hindi herba pot ajudar amb la neuroprotecció

L'activació primerenca de PERK després d'exercir una lesió cerebralneuroprotecció, mentre que la senyalització sostinguda per aquesta via agreuja la pèrdua cel·lular [11]. La sobreexpressió o l'activació farmacològica de PERK redueix la patologia Tau [12], mentre que evitar la seva activació sostinguda disminueix la mort neuronal [13] i millora la disminució de la memòria relacionada amb l'edat [14]. La inhibició de PERK en astròcits retarda la pèrdua neuronal en un model in vivo de malaltia priònica. Curiosament, l'activació de PERK als astròcits pertorba el secretoma, alterant la seva funció sinaptògena i provocant pèrdua sinàptica [15]. Els mateixos autors van descriure que els principals mecanismes aigües avall implicats en aquest efecte perjudicial de PERK són les vies d'adhesió de la matriu extracel·lular a la cèl·lula, que reticulen la UPR amb els anoikis (vegeu a continuació, secció 3.4). Els nivells d'activació del factor de transcripció 5 (ATF5) depenen directament de l'activació del factor d'iniciació de la traducció PERK/eucariota 2a (eIF2a). ATF5 s'ha relacionat directament amb aquelles neurones que són més resistents a la mort en l'epilèpsia humana [26]. Tanmateix, les conseqüències posteriors d'aquests efectes no són tan clares. ATF5 indueix l'expressió de dos efectors anti-apoptòtics (vegeu més avall), el limfoma de cèl·lules B 2 (Bcl-2) i la proteïna de diferenciació cel·lular de leucèmia mieloide induïda (Mcl{-1) [103], que inhibirà apoptosi. ATF5 també modula l'objectiu mecanicista de la rapamicina (mTOR) en teixits no neuronals, que és el principal modulador de l'autofàgia, interrelacionant la UPR i l'autofàgia.

L'activació d'IRE1 millora la insuficiència hepàtica [17], i el seu efector aigües avall Xpb1 promou la protecció cardíaca [18],neuroproteccióen AD, en PD i després d'un ictus [19–21]. Sorprenentment, un estudi sobre la retinopatia diabètica i induïda per isquèmia va demostrar que els efectes protectors de la UPR estan mediats per Xbp1 [22]. No obstant això, l'activació crònica de la branca IRE1 conduirà a la fosforilació del factor 2 associat al receptor del factor de necrosi tumoral-a (TNF-) (TRAF2), provocant la mort de cèl·lules apoptòtiques de diferents maneres [104–106]. La sobreexpressió ectòpica d'Ire1 conduirà a una mort neuronal dependent de l'autofàgia en un model de PD Drosophila [107]. Per tant, una modulació ajustada de IRE1 -Xbp1 durant una finestra específica pot exercir protecció [108].

Recentment hem descrit que el tractament farmacològic de NeuroHeal o la sobreexpressió de sirtuïna1 (SIRT1) indueix la supervivència de MN després de lesions nervioses i augmenta la presència d'ATF6 escindit alhora que redueix la fosforilació IRE1 [23]. L'activació farmacològica d'ATF6 indueix protecció en diferents models d'isquèmia activant la proteòstasi [24], i el bloqueig d'aquest factor de transcripció té efectes nocius. En detall, ATF6 modula l'expressió de proteïnes relacionades amb la resposta antioxidant, modulant l'hormesi ROS [109]. L'expressió forçada d'ATF6 millora el resultat funcional després de l'ictus, i els autors suggereixen que aquest efecte pot estar mediat per la inducció de l'autofàgia [25].

Aleshores, què és terapèuticament interessant, activant o atenuant la UPR? L'activació de branques específiques de l'EPU és el punt clau. L'activació precisa de la UPR pot promoure efectes protectors ajudant a la cèl·lula a restaurar la proteòstasi. No obstant això, aquest concepte s'ha de prendre amb precaució perquè si l'estrès persisteix i la proteòstasi no es restaura, la UPR desencadena l'apoptosi neuronal que està mediada per la branca PERK o IRE1 [110]. A més, la UPR també està relacionada amb l'autofàgia i viceversa. BIP media la resposta autofàgica, promovent la supervivència neuronal [111]. Finalment, les 3 branques de la UPR modulen la transcripció dels ATG [112], cosa que suggereix un enllaç complex entre ambdós processos cel·lulars.

3.3. "Avui no" Apoptosi

L'apoptosi és una mort cel·lular programada (PCD) depenent de la caspasa que manté la integritat de la membrana plasmàtica cel·lular i dels orgànuls [113]. La seva desregulació és la causa de molts càncers, patologies neurodegeneratives o inflamatòries. La mort induïda per la caspasa és un procés altament controlat que necessita l'actuació coordinada de diversos jugadors per provocar la mort cel·lular final [114]. Els distintius de la mort semblants a l'apoptosi es troben en models de ratolins d'esclerosi lateral amiotròfica (ELA), AD o PD, encara que no està clar si és l'executor final de la desaparició neuronal [115]. Durant l'evolució, les cèl·lules han desenvolupat diversos mecanismes per prevenir la seva mort quan no és necessària o per evitar una PCD prematura. Les cèl·lules només desencadenen una mort apoptòtica eficient quan l'equilibri entre la maquinària pro o anti-apoptosi les empeny cap a la mort. A partir dels nostres models in vivo, vam observar que la RA indueix vies apoptòtiques però també anti-apoptòtiques, i el seu equilibri condueix a una mort alternativa i desconeguda que no és l'apoptosi clàssica [2]. Les últimes publicacions en el camp suggereixen que les caspases també actuen remodelant el sistema nerviós sense promoure la mort cel·lular [116], i la seva activitat depèn de la seva posició subcel·lular. Per tant, les formes actives de caspases que es troben als teixits neurodegeneratius poden tenir un paper no relacionat amb la mort i la mort final de la neurona es produeix a través d'altres mecanismes fatals.

L'apoptosi es pot veure impedida per les vies anti-apoptòtiques, que estan impulsades per tres famílies de proteïnes: proteïnes inhibidores de FLICE, Bcl-2 i inhibidors de proteïnes de l'apoptosi (IAP). Els IAP exerceixenneuroproteccióen un model d'isquèmia [27] o evitar la mort dels MN després d'una lesió nerviosa durant les etapes neonatals [28]. Es proposa que els IAP siguin responsables del bloqueig de la mort neuronal després de l'axotomia durant l'edat adulta [29]. En la mateixa direcció, s'ha descrit una modificació post-traduccional del X-linked–IAP (XIAP), que bloqueja la seva funció anti-caspasa 3, com a contribuïdor a la patogènesi de la PD [117].

El precondicionament isquèmic, que redueix parcialment els efectes perjudicials de la isquèmia, actua mitjançant IAP i permet que les cèl·lules sobrevisquin després de l'activació de la cascada de caspases [30]. Els IAP també medien l'efecte a favor de la supervivència del factor neurotròfic derivat de cèl·lules glials (GDNF) sobre els MN després de l'axotomia neonatal [28]. Altres vies moleculars que eviten la mort cel·lular mitjançant la modulació de proteïnes pro-apoptòtiques són les quinases regulades per senyal extracel·lular (ERK) i AKT. En aquest sentit, la via AKT s'ha descrit com un jugador favorable a la supervivència en bloquejar l'apoptosi [31]. L'AKT inhibeix l'inductor de l'apoptosi p53 afavorint la seva degradació i, per tant, bloqueja les seves capacitats pro-apoptòtiques [32–34]. En cas contrari, les caspases són capaços d'inhibir l'AKT per la seva escissió, la qual cosa assenyala una modulació afinada de la supervivència i la mort cel·lular [118]. D'altra banda, l'activitat AKT fosforila els factors de transcripció de la proteïna O de la caixa Forkhead (FOXO). Estan relacionats amb l'apoptosi [119] i la seva modificació augmenta la supervivència cel·lular [35]. La fosforilació de FOXO dependent de l'AKT evita la seva entrada al nucli, evitant la inducció de gens pro-apoptòtics com el mediador d'interacció Bcl-2- de la mort cel·lular (BIM) o Bcl-2 interacció de dinou kilodaltons proteïna 3 (Bnip3) [119–121]. D'altra banda, les modificacions post-transduccionals de FOXO afinen la seva xarxa transcripcional dins de la cèl·lula, movent-la cap a la inducció de l'autofàgia en lloc de l'apoptosi [54,121–123]. Per tant, la modulació específica de la família FOXO és una nova via per promoure la supervivència neuronal mitjançant la inhibició de l'apoptosi [54,124].

Finalment, l'activitat neuronal també és un promotor de l'anti-apoptosi per la regulació de gens anti-apoptòtics dependents de NMDA [125,126]. Alguns d'aquests gens regulats permeten que els mitocondris es tornin més resistents a l'estrès [126], ajudant a la cèl·lula a sobreviure a l'insult.

3.4. Reunió per Anti-Anoikis

La interacció entre la cèl·lula i la matriu extracel·lular (ECM) és essencial per a la seva correcta integració funcional dins el teixit. Quan s'evita aquesta diafonia, la cèl·lula mor a través d'un PCD anomenat anoikis, que comparteix vies amb l'apoptosi. Curiosament, la ruptura dels programes intrínsecs d'anoikis confereix malignitat a les cèl·lules tumorals, donant-los prou resiliència cel·lular per escapar i tornar a unir-se a altres teixits sense morir [127,128]. Els principals efectors d'aquestes interaccions són les proteïnes integrines, que es formen per la combinació de i subunitats. Aquesta combinació determinarà l'especificitat del lligand i la senyalització intracel·lular. Els senyals ECM es transmeten a les neurones a través de les integrines, sent essencials per a la forma cel·lular, la supervivència, la motilitat, la proliferació, el desenvolupament, la connectivitat neuronal i la plasticitat sinàptica [129]. Les integrines també són importants per a la senyalització intracel·lular dels factors de creixement [130], que són moduladors coneguts de la supervivència neuronal bloquejant els mecanismes pro-mort. La subunitat d'integrina 1 és essencial per a la interacció cèl·lula-ECM, i el seu bloqueig és suficient per desencadenar anoikis [36] i apoptosi neuronal [131]. A més, la senyalització intracel·lular d'aquesta subunitat està relacionada amb la supervivència de les cèl·lules ganglionars de la retina [132], i els seus defectes estan presents en trastorns neurodegeneratius [133].

No obstant això, les cèl·lules han desenvolupat subrutines anti-anoikis per contrarestar la mort, que s'inicia per tirosina-cinases, petites GTPases [128], NF-kB [134], PI3K/AKT, proto-oncogen tirosina-proteïna quinasa (Src) o eixos ERK. i per autofàgia [135,136]. NF-kB modula anti-anoikis mitjançant la activació de proteïnes anti-apoptòtiques com Bcl-2 i IAP{- 1 [135], mentre que el paper de PI3K/AKT en la supervivència cel·lular està àmpliament documentat i contribueix a la supervivència. de cèl·lules diferenciades [36,37]. El despreniment de l'ECM també indueix l'autofàgia, que és un mecanisme d'autoprotecció que condueix a l'apoptosi de derivació [135]. Aquestes proves suggereixen de nou una xarxa intricada entre mecanismes d'autoprotecció.

Anoikis també està present en la mort neuronal després de la TBI a causa de l'augment de la metaloproteinasa de la matriu (MMP) que destrueix les proteïnes ECM [137]. L'expressió i els nivells de MMP es modifiquen després del neurotrauma, i tenen diferents papers en la degeneració axonal, la formació de cicatrius glials i la remodelació sinàptica. Pel que fa a la supervivència neuronal, la inhibició de MMP9 exerceix efectes protectors en la isquèmia cerebral mitjançant la reducció de la degradació de la laminina [38]. Les MMP també estan implicades en la neurodegeneració [138]. Estudis recents van descriure que la inhibició de MMP9 té efectes protectors en la unitat motora d'un model de ratolins ALS [39,40] i en models d'AD [41]. Per tant, els tractaments per inhibir les MMP específiques mantindran indirectament el programa anti-anoikis dins de les neurones facilitant la seva supervivència.

3.5. Citoesquelet i transportadors de motor

El citoesquelet neuronal està format per tres complexos estructurals diferents: microtúbuls (MT), filaments intermedis (IF) i microfilaments d'actina. Tenen diferents funcions cel·lulars: la MT regula la dinàmica de neurites i dendrites [139], l'actina s'encarrega de la morfologia cel·lular [140] i IF impulsa l'estabilitat mecànica a l'estructura del citoesquelet [141]. Els defectes dels complexos estructurals s'observen en malalties neurodegeneratives, en neuropaties perifèriques, en disfunció sinàptica i condueixen a la pèrdua de la columna vertebral madura [141–146].

La dinàmica de les MT és un procés altament controlat i el seu desequilibri pot tenir conseqüències devastadores per a la supervivència de les neurones o el rendiment dels axons [142], mentre que la seva estabilització bloqueja la mort neuronal [147] i accelera el creixement axonal al sistema nerviós central [148]. Més en detall, les estructures citoesquelètics són els ferrocarrils, mentre que les proteïnes motores cinesina i dineïna són els trens que transfereixen la càrrega per transport anterògrad o retrògrad, respectivament. Per tant, els complexos motors també són essencials per a la supervivència de les neurones. La família de les kinesines està formada pels membres de la kinesina-1 (anomenada històricament KIF5c) i la kinesina-3 (KIF1A, KIF1B i KIF1B) [149]. KIF5c s'enriqueix en MN [150] i la seva ablació genètica està relacionada amb malalties i paràlisi de MN [149,151]. Recentment s'ha implicat en la patogènesi de l'ELA [152]. El deteriorament de la seva interacció amb MT condueix a la degeneració axonal i la mort neuronal posterior [153]. La interrupció de KIF5c condueix a trastorns de la dinàmica mitocondrial, que provoca la supervivència neuronal o la mort en funció dels estímuls. A més, KIF5c afina la funció mitocondrial, convertint-se en salut cel·lular (vegeu a continuació, secció 3.6.) [42], i la seva modulació pot promoureneuroprotecció. Els agregats de proteïnes, com ara l'amiloide, tenen un efecte perjudicial sobre l'estabilitat de KIF5a, provocant un deteriorament del moviment mitocondrial i el bon funcionament [154].

Les proteïnes retrògrades també exerceixenneuroprotecció. Són les dineïnes i són complexos multiproteics formats per diferents proteïnes, sent la p150glue (dynactin1/DCNT1) les subunitats més abundants. S'ha utilitzat una subunitat 1 de dinactina disfuncional (DCTN1) com a model de ratolins ALS, i la seva mutació provoca un transport axonal defectuós que condueix a un fenotip semblant a l'ALS en els ratolins [155,156]. Els ratolins KO mostren la mort de MN depenent de l'edat, que s'acompanya d'un bloqueig de l'autofàgia [157]. DCTN1 té un paper clar en el transport de vacúols autofàgics dins del cos neuronal, i la seva pertorbació provoca l'acumulació d'amfisomes als axons distals, donant lloc a un fenotip semblant a l'AD [158]. La proteïna lisosomal que interacciona amb Rab (RILP) de l'adaptador de dineïna té un paper crucial en la biogènesi, el transport i el transport dels autofagosomas i la seva inhibició provoca l'acumulació de processos autofàgics [44]. En conjunt, s'ha observat que la disfunció de la MT, juntament amb la localització aberrant de la cinesina i la dineïna, condueix a una disfunció lisosomal, que provoca l'acumulació d'autofagosoma i la distròfia presinàptica en AD [159]. La sobreexpressió de DCTN1 en osteoclasts prevé la mort apoptòtica, cosa que suggereix que les proteïnes motores també tenen un paper en evitar la mort cel·lular en altres tipus de cèl·lules i teixits [43].

En resum, una reducció del transport axonal està present en moltes malalties neurodegeneratives i després de lesions del sistema nerviós. Aquest defecte donarà lloc a alteracions en l'estructura de la MT i/o en els motors moleculars necessaris per al transport axonal [5]. El transport axonal adequat és fonamental per al funcionament normal de les neurones, i les deficiències en aquest procés contribueixen a la desaparició neuronal. S'ha demostrat que augmentar la maquinària de transport de la cèl·lula, ja sigui estabilitzant el citoesquelet o millorant els nivells/activitat de proteïnes motores, s'ha demostrat que és neuroprotector en restablir un flux d'autofàgia correcte dins de la neurona [5].

3.6. Funció bé mitocondrial

La funció de les neurones depèn de l'equilibri energètic i de calci (Ca2 plus ), de manera que el rendiment dels mitocondris és crucial per a elles. Els mitocondris no són orgànuls estàtics. Canvien de forma, mida, nombre o localització dins de la cèl·lula i tenen la capacitat de fusionar-se o dividir-se per fissió per adaptar-se a la demanda cel·lular. Produeixen energia mitjançant el cicle de l'àcid tricarboxílic (TCA) i la fosforilació oxidativa (OXPHOS) mitjançant la cadena de transport d'electrons (ETC). L'activació d'OXPHOS donarà lloc a ROS, que té una àmplia gamma de funcions (diferenciació, autofàgia, resposta immune) a nivells fisiològics [160] i regeneració axonal [60]. No obstant això, a nivells suprafisiològics, les ROS són perjudicials perquè causen danys als lípids, l'ADN i les proteïnes. Aquestes alteracions s'han relacionat amb malalties neurodegeneratives, SCI i TCE. Els mitocondris també actuen com a regulador bàsic de la supervivència neuronal mitjançant la seva implicació en vies que modulen la mort neuronal.

Els mitocondris són transportats per la cèl·lula pel citoesquelet, les proteïnes motores i els adaptadors adequats. A les neurones, són principalment traficades a MTs pels adaptadors Miro i Milton/proteïnes de tràfic de proteïnes d'unió a la kinesina 1 (TRAK) [161]. Aquests moviments de mitocondris dins de les neurones són essencials per mantenir una forma òptima dins de les sinapsis, produint energia, amortitzant Ca2 plus, etc. [162]. Els mitocondris sovint es localitzen prop de l'ER, formant membranes ER associades a mitocondris o membranes associades a mitocondris (MAM). Aquests microdominis de membrana són lligams reversibles que co-regulan i influeixen en una varietat de processos cel·lulars, és a dir, síntesi/transport de lípids, Ca2 més dinàmica/senyalització, autofàgia, forma i mida mitocondrial, apoptosi i metabolisme energètic [163]. Els MAM estan alterats en trastorns neurològics com la MA, la PD i l'ELA [164]. Els mitocondris actuen com a eix dels ATG, subministrant membranes per a la formació d'autofagosomes i modulant el flux autofàgic [165]. Els mitocondris també pateixen UPR (mt) i, depenent de la via activada, s'ha relacionat amb una vida útil prolongada en cucs i ratolins [166], però la seva sobreactivació provoca neurodegeneració [167].

La disfunció mitocondrial sorgeix d'un nombre inadequat de mitocondris, una incapacitat per proporcionar-los els substrats necessaris o una disfunció en la seva maquinària de transport d'electrons i síntesi d'ATP. Els alts nivells de ROS i les espècies reactives relacionades (RNS) es poden neutralitzar mitjançant enzims dismutasa i antioxidants [168]. S'han observat alteracions en aquests enzims i en determinats complexos respiratoris mitocondrials en malalties neurodegeneratives com l'ELA i la MP [169]. Les perturbacions en el nombre i la funció mitocondrials perjudiquen greument l'homeòstasi cel·lular i desencadenen l'aparició de malalties. Per tant, les cèl·lules persegueixen mantenir un equilibri dinàmic entre els processos oposats de biogènesi i eliminació mitocondrial. L'acumulació de mitocondris disfuncionals i/o la pèrdua de la seva biogènesi produeix la mort cel·lular. Les vies terapèutiques recents per prevenir la neurodegeneració tenen com a objectiu augmentar la biogènesi mitocondrial mitjançant la modulació del NAD més [170], les marques epigenètiques [171] o la modulació de l'eix de la serotonina al cervell [172]. També es produeix una eliminació mitocondrial disfuncional mitjançant la mitofagianeuroprotecció. La sobreexpressió de la cinasa 1 induïda per PTEN (PINK1), que és essencial per iniciar el procés de mitofagia, augmenta la supervivència neuronal en un model de mosca de HD [45]. A més, la suplementació amb NAD redueix la neurotoxicitat en un model mutant de PINK1-de PD [173].

La funció dels mitocondris està enllaçada amb ROS i la resposta antioxidant cel·lular. D'aquesta manera, el factor de transcripció Factor nuclear derivat del factor eritroide 2-factor 2 (Nrf2) regula l'expressió de gens citoprotectors i desintoxicants per combatre l'estrès oxidatiu i la neuroinflammació, amb l'objectiu de reduir el dany neuronal. Per tant, pot ser una manipulació eficaç per retardar la progressió de la malaltia en malalties neurodegeneratives [174–176]. Sota l'estimulació de ROS, Nrf2 es dissocia de la proteïna associada a ECH semblant a Kelch (Keap1), regulant així l'expressió d'enzims antioxidants [177]. S'ha descrit que Keap1 media la ubiqüitinació de p62 [178]. Quan Keap1 està regulat a la baixa, p62 s'acumula a les cèl·lules i provoca citotoxicitat, mentre que la seva sobreexpressió afavoreix la degradació de p62 a través de la via de l'autofàgia. D'altra banda, p62 activa Nrf2 a través de la via de l'autofàgia per formar la via p62-Keap1-Nrf{2-element sensible a l'antioxidant (ARE) i contraresta el dany oxidatiu causat per ROS [179] ]. A més, Nrf2 forma bucles reguladors implicats en la regulació de la biogènesi mitocondrial. Nrf2 augmenta l'expressió del coactivador gamma 1-alfa (PGC-1) i del factor respiratori nuclear (NRF1) activat pel proliferador de peroxisomes, que estan directament implicats en la regulació de la transcripció de l'ADNmt. Finalment, Nrf2 regula l'expressió de PINK1, que té un paper clau en la inducció de la mitofagia [180], cosa que suggereix que la capacitat antioxidant de la cèl·lula també afecta l'estat dels mitocondris.

Les malalties neurodegeneratives estan relacionades tant amb la inhibició de la via Nrf2 com amb la disfunció de l'autofàgia, que condueix a l'acumulació de ROS, orgànuls senescents i proteïnes mal plegades [181,182]. Les malalties neurodegeneratives estan relacionades amb molts agregats proteics i ROS, induint l'eix de retroalimentació positiva p{62-Keap{1-Nrf2, que és un mecanisme protector a les neurones [183,184]. L'expressió de Nrf2 és baixa en models animals amb AD i cervells de pacients amb AD [185]. La unió de Nrf2 a l'ARE es produeix aviat durant la progressió de la malaltia, que es correspon amb un augment de la producció de ROS [186]. Neuroprotectors Nrf2 mitjançant la disminució de la generació de ROS i la toxicitat induïda per ROS mediada per A [187,188]. En HD, hi ha una disfunció del complex mitocondrial II, provocant un augment de ROS [48]. En la fase inicial de la HD, el tractament amb un agonista de Nrf2 condueix a un augment dels gens citoprotectors vitals mitjançant Keap1–Nrf2–ARE en astròcits i micròglia [189]. L'activació de la via Keap1-Nrf2-ARE per molècules petites en astròcits accelera la resistència de les neurones a la toxicitat del glutamat no excitotòxica [46-48]. La funció mitocondrial alterada, la biogènesi i la mitofàgia són característiques patològiques importants en la MP, i Nrf2 és un factor de transcripció important que regula el control de la qualitat mitocondrial i l'homeòstasi [190]. A la MP, hi ha una activació del sistema Nrf2–ARE [191,192] i la seva activació farmacològica impedeix la progressió de la MP [49,50]. L'activació de Nrf2 té un paper protector contra les ROS i la mort cel·lular causada per la proteïna mutant superòxid dismutasa 1 (SOD1). A més, la sobreexpressió de l'astròcit Nrf2 augmenta la supervivència dels SC MN i allarga la vida útil dels ratolins transgènics SOD1 [51,52]. A més, la diafonia entre p62 i la via Keap1-Nrf2 en el context de l'autofàgia pot tenir un paper important en l'eliminació de ROS, prevenint el dany oxidatiu i modulant l'estrès ER durant la lesió per isquèmia-reperfusió cerebral [53].

Finalment, els mitocondris impulsen la supervivència neuronal, perquè senten iniciadors de mort interns i externs, desencadenant cascades de senyalització que convergeixen als mitocondris i després tornen a divergir en una o més vies de mort cel·lular que condueixen a un tipus diferent de mort cel·lular (com l'apoptosi intrínseca). ) [193].

planta de cistanche a AD

4. Orientació a la modulació sistèmica

4.1. Restricció calòrica

La restricció calòrica (CR) allarga la vida útil en diferents organismes i té efectes protectors en diversos òrgans. La CR afecta tot l'organisme: des del medi sistèmic fins a diferents poblacions subcel·lulars. El 2010, Kromer i col·laboradors van suggerir que els beneficis de CR depenen de l'autofàgia dependent de SIRT1-[194]. D'altra banda, s'ha assenyalat que la CR és neuroprotectora en la malaltia de PD mitjançant un eix Ghrelin-AMPK, sent AMPK un inductor clau de l'autofàgia [195]. Atesa la impossibilitat òbvia de mantenir una CR a llarg termini, es va plantejar l'interès terapèutic per descobrir nous "mimètics" de CR (CRM), que imiten els efectes fisiològics de la CR a l'organisme [196]. Tant CR com CR-mimètics han provat l'eficàcia en models de rata AD millorant la funció cognitiva mitjançant la inducció de l'autofàgia [197], de manera que són noves vies terapèutiques per tractar la neurodegeneració.

4.2. Exercici

L'exercici físic està guanyant interès per la seva capacitat per reduir condicions fisiopatològiques com el dolor neuropàtic o millorar els resultats funcionals en models d'ictus [198]. També frena la progressió de la MP mitjançant la inhibició de la reacció inflamatòria i la millora de l'equilibri antioxidant [199]. Es descriu que l'exercici actua augmentant els nivells endògens de factors neurotròfics [200,201]. A més, modula la secreció d'hormones musculars, promovent efectes protectors al cervell, la neurogènesi i millorant l'envelliment cerebral [202]. De fet, recentment s'ha descrit que la mateixa hormona, l'irisina, té un paper en la formació òssia [203], cosa que indica que l'exercici afecta a tot el cos.

5. Trobar un neuroprotector eficaç: què hi ha i on anem

Els distintius habituals de les malalties neurodegeneratives són una activació no correcta de la UPR, l'acumulació de processos autofàgics, una fallada del bon funcionament mitocondrial, entre d'altres. En conjunt, aclapararan les neurones, provocant la seva desaparició. Un neuroprotector eficaç ha de corregir aquests mecanismes potenciant la cèl·lula amb una resistència completa a l'envelliment/insults. Hem de modificar completament la xarxa molecular dins de la cèl·lula, empenyent-la cap a una restauració completa de les funcions. Els fàrmacs aprovats com el riluzol per a la ELA [204], o els assaigs clínics en curs, com la rapamicina per a l'ELA [204], l'espermidina i la DH per a la MA [205,206], només s'adrecen a un d'aquests processos degeneratius, i la neurona està aclaparada per els altres. Tot i que poden produir efectes beneficiosos, proposem trobar un enfocament genètic o farmacològic per aprovar diferents vies moleculars —teràpia multiobjectiu— en lloc d'un sol objectiu.

La sobreexpressió específica de certes proteïnes com SIRT1, BIP i/o ATG5 facilita la supervivència neuronal després de lesions nervioses ineuroproteccióen malalties neurodegeneratives. Principalment afinen les xarxes UPR o d'autofàgia. L'activació de SIRT1 mitjançant l'ús de ratolins transgènics o vectors virals va demostrar protecció en diferents malalties neurodegeneratives com ALS, AD i HD [207–209] i també després de lesions nervioses [55]. L'activitat de la deacetilasa SIRT1 avala diferents mecanismes endògens de protecció: l'autofàgia, modula la UPR atenuant PERK i augmenta la divisió d'ATF6 [23,210], té efectes antiapoptòtics i modula l'activitat AKT per inhibir l'anoikis [211,212]. Per tant, la seva modulació precisa pot millorar la resiliència cel·lular. Del nostre estudi recent, concloem que la modulació de l'activitat de la desacetilasa SIRT1 és un node essencial perquè la xarxa molecular assoleixi la resiliència cel·lular [54,55]. Finalment, la sobreexpressió de BIP protegeix contra els agregats i indueix l'autofàgia i la mitofagia [99], de manera que la seva modulació també és un enfocament eficaç per agrupar diferents vies neuroprotectores.

6. Observacions finals

Potenciar els mecanismes endògens deneuroproteccióobre vies terapèutiques interessants per tractar malalties neurodegeneratives o mantenir l'homeòstasi dels teixits després del neurotrauma. Encara que aquest és un camp inexplorat avui dia, pot promoure resultats biomèdics més efectius que bloquejar un segell fisiopatològic concret. Per tant, avalar-los mitjançant teràpies genètiques, farmacològiques o de modulació sistèmica pot retardar la progressió de la patologia i millorar la recuperació funcional. L'estratègia terapèutica òptima ha d'implicar una modulació concreta dels mecanismes endògens de protecció per remodelar la xarxa completa i aconseguir la protecció.

Contribucions de l'autor: DR-G. i SM-M.-A. va escriure el manuscrit i CC va fer una revisió crítica. Tots els autors han llegit i acceptat la versió publicada del manuscrit.

Finançament: aquesta investigació no va rebre cap finançament extern.

Declaració de disponibilitat de dades: no s'han creat ni analitzat dades noves en aquest estudi. L'ús compartit de dades no és aplicable a aquest article.

Conflictes d'interessos: els autors declaren no conflicte d'interessos.