GTP Dibyniaeth Ynni O Endocytosis Ac Autoffagy yn Yr Ymennydd Heneiddio A Chlefyd Alzheimer Ⅱ

Llwybrau signalau GTPase cyffredin mewn awtophagi: macroautophagi (mitoffagi), microautophagi, a CMA

Mae'r superfamily GTPase yn cynnwys ystod eang o broteinau sy'n gweithredu fel switshis moleciwlaidd trwy rwymo a hydroleiddio moleciwlau GTP ar gyfer clymu, tocio, ac ymasiad fesiglau i bilenni targed [46]. Mae newidiadau yn swyddogaeth GTPase yn gysylltiedig â newidiadau yn y masnachu mewn cargo [47]. Mae'r newid rhwng cyflwr "gweithredol" (GTPase rhwymedig GTPase) a chyflwr "anactif" (GTPase rhwymedig GDP) yn gofyn am ffactor cyfnewid niwcleotid guanin (GEF) a phrotein actifadu GTPase (GAP) [48] (Ffig. 3) , a elwir yn raeadr Rab GEF/GAP [22]. I lawer o GTPasau, credir bod oes y cyflwr actifedig, sy'n rhwym i GTP, yn gweithredu fel rheolydd wrth bennu amser actifadu digwyddiad biolegol fel ymasiad pilen a thrawsgludiad signal. Fodd bynnag, gallai gweithrediad priodol y GTPases hefyd gael ei gyfyngu gan ostyngiad mewn lefelau GTP mewngellol. Mae ffurfio autophagosome yn cynnwys aelodau o'r teulu Rab Rab1, Rab5, Rab7, Rab9A, Rab11, Rab23, Rab32, a Rab33B. Mae angen Rab9 mewn awtophagi anganonaidd. Mae gan Rab7, Rab8B, a Rab24 rôl allweddol mewn aeddfedu awtopagosome. Mae Rab8A a Rab25 yn ymwneud ag agweddau anhysbys ar awtoffagy [22]. Mae angen Rab11 ar gyfer exocytosis [49]. Mae awtoffagi methu yn gysylltiedig â sawl cyflwr afiach megisstraen metaboliga chyfuno proteinau sy'n gysylltiedig ag anhwylderau niwroddirywiol gan gynnwysclefyd Alzheimer. Mae gan Rab8b rôl allweddol wrth drefnu awtophagigaeddfeduer bod ei efector i lawr yr afon Tbk-1, yn uniongyrchol ffosfforylates p62 yn Ser-403, gweddillion hanfodol ar gyfer swyddogaeth autophagic p62 [50]. Mae angen TBK-1 hefyd ar gyfer dileu awtophagig o facteria a achosir gan cytocinesis, tra bod dymchweliad Rab8 ar ôl sefydlu awtophagi wedi achosi gostyngiad mewn ffagosomau [50].

Ffig. 3 Switsh moleciwlaidd rhwng cyflyrau GTPase. Cyflawnir cyflwr gweithredol bach GTPase (rhwymo GTP) gan ffactor cyfnewid niwcleotid sy'n cataleiddio cyfnewid CMC i GTP gan arwain at actifadu GTPase. Mae Active GTPase yn rhyngweithio â sawl math o effeithwyr i lawr yr afon i fodiwleiddio eu gweithgaredd. Mae protein sy'n ysgogi GTPase (GAP) yn anactifadu'r proteinau sydd wedi'u rhwymo gan GTP trwy hybu eu gweithgaredd ar gyfer hydrolysis GTP. Ni all y ffurflen sy'n rhwym i CMC rwymo effeithwyr

Cliciwch Yma I Gael Cistanche Llysieuol Ar Gyfer Gwella Gweithrediad Gwybyddol

Gan fod CMC wedi'i rwymo'n dynn gan Rab GTPases a bod eu cyfraddau hydrolysis GTP cynhenid ​​​​yn isel er gwaethaf eu haffinedd uchel 10−1–10−5 μM km [51], mae'r FfACau Rab yn cataleiddio daduniad CMC. Mae Rab GAPs yn hwyluso hydrolysis GTP. Mae'n ofynnol i'r ddau reoleiddiwr gydlynu gweithgaredd amser-gofodol Rab GTPases [52]. Mae gweithgaredd Rab GTPases, GEFs, a GAPs yn hanfodol ar gyfer cludo a masnachu awtoffagosomau ar gyfer macroautophagi. Mae angen rheolaeth lem ar facroautophagi, ac mae'n ymddangos bod rhai GAPs Rab yn gweithredu mewn llwybrau sy'n gorgyffwrdd. Er enghraifft, mae proteinau sy'n cynnwys parth i'w cadarnhau, TBC1D14 a TBC1D15, yn cydlynu masnachu mewn pobl endosomaidd a biogenesis autophagosome. Mae TBC1D5 yn GAP Rab7 sy'n cael ei recriwtio i mitocondria gan brotein FIS1 i drin hydrolysis GTP Rab7, gan ganiatáu hefyd mitocondria i reoleiddio'r cysylltiad sy'n uno â lysosomau [53]. Gan fod cysylltiadau mitocondria-lysosome yn nodi safleoedd digwyddiadau ymholltiad mitocondriaidd positif Drp, mae newidiadau yn hydrolysis GTP Rab7 yn arwain at forffoleg lysosomaidd annormal a chyfradd sylweddol is o symudoldeb mitocondriaidd [53]. Dangoswyd bod TBC1D2, sy'n effeithio ar y GTPase Rab7 a modu lates awtophagosome-lysosome fusion, yn cael ei actifadu gan LRRK1 ar ymsefydlu macroautophagy [54].

Mae'r teulu protein o Rab GTPases bach yn rheoli llwybrau cludo fesiglau ac yn sicrhau bod fesiglau'n cael eu masnachu i'w adrannau targed priodol. Mae Rab GTPases yn rhyngweithio â phroteinau effeithydd fel cyfadeiladau didoli cargo, proteinau modur, a ffactorau clymu, sy'n ofynnol ar gyfer egin fesigl, cludo, ac ymasiad organynnau mewngellol amrywiol. Mewn celloedd mamalaidd, mae tri math sylfaenol o awtophagi: macroautophagi, microautophagy, ac awtophagi wedi'i gyfryngu gan warchodwr (CMA) (Ffig. 4). Mae pob is-deip yn cynnwys gwahanol fecanweithiau o gyflenwi swbstrad i'r lysosom; fodd bynnag, mae'r canlyniad yr un peth i bob un ohonynt gan arwain at ddosbarthu cargo i'r lysosom ar gyfer diraddio ac ailgylchu.

Macroautophagi o mitocondria yw'r un a astudiwyd fwyaf a chyfeirir ato'n gyffredin fel mitophagy. Mae signalau mitophagi yn cael eu rheoli'n bennaf gan y Targed o gymhleth protein Rapamycin 1 (TORC1). Ar ôl sefydlu awtoffagi, mae pilen atafaelu o'r enw ffagoffor yn cael ei ffurfio (Ffig. 4A). Mae'r ffagoffor yn amgáu proteinau wedi'u cam-blygu a/neu organynnau camweithredol nes iddo gael ei gwblhau'n awtoffagosom wedi'i amgáu. Yna mae'r awtoffagosom yn asio â'r lysosom, gan drosglwyddo'r cargo cytoplasmig ar gyfer hydrolysis. Yna mae'r organynnau y tu mewn i'r cargo yn cael eu diraddio i asidau amino ac asidau brasterog syml a charbohydradau i'w rhyddhau i'r cytoplasm trwy dreiddiadau pilen lysosomaidd/gwactod a'u hailddefnyddio mewn biosynthesis [55].

Ffig. 4 Mathau o lwybrau awtophagi a reoleiddir gan GTP A Mewn macroautophagi (mitoffagi), mae proteinau â label ubiquitin (Ub) yn recriwtio p62 i ryngweithio ag LC3 i ffurfio awtopagosomau. Mae Rab2 yn cymryd rhan mewn ffurfio ffagoffor, tra bod Rab8b a Rab9a yn cymryd rhan mewn aeddfedu autophagosome. Arl8 wedi ei leoli ar y bilen lysosome a chyfleusterau masnachu lysosomal masnachu. B Mewn awtophagi wedi'i gyfryngu gan warchodwr (CMA), mae proteinau swbstrad yn rhwymo i ffurf fonomerig LAMP-2A ar ôl eu hadnabod gan fotiff KFERQ gan gymhlyg chaperon Hsc70 sytosolig. Mae angen dadblygu'r swbstrad cyflawn er mwyn ei drawsleoli i gymhleth amlmerig gyda LAMP-2A. Mae dau bwll o GFAP yn y bilen o lysosomau: 1, mewn amodau gyda gweithgarwch CMA uchel, mae GFAP yn rhyngweithio â LAMP-2A i sefydlogi'r cymhleth sydd ei angen ar gyfer trawsleoli cargo CMA mewn modd sy'n dibynnu ar GTP; 2, mae GFAP yn rhyngweithio ag EF1 , tra bod GTP yn cymell rhyddhau EF1 o GFAP gan atal CMA a hyrwyddo dadosod LAMP amlmerig-2AC Mewn macroautophagi, mae cargo awtoffagig yn cael ei amlyncu gan ymlediad y bilen lysosomaidd i ddal cynnwys. Ym mhob un ohonynt, mae ailgylchu yn digwydd ar ôl diraddio lysosomaidd

Nid yw CMA (Ffig. 4B) yn defnyddio strwythurau pilenog i atafaelu cargo ond yn hytrach mae'n defnyddio hebryngwyr i adnabod proteinau cargo a'u trawsleoli i'r bilen lysosomaidd, tra bod microautophagi (Ffig. 4C) yn defnyddio ymwthiadau neu ymwthiadau o'r bilen lysosomaidd i ddal a dosbarthu'r cargo awtoffagig i'r bilen lysosomaidd [56, 57].

Mae rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS) yn rheoli awtophagi yn rhannol. Mae newyn yn ysgogi cynhyrchu ROS (H2O2 yn bennaf) mewn mitocondria, sy'n ymddangos yn angenrheidiol ar gyfer ffurfio autophagosome. Mewn burum, gall awtoffagy gael ei reoleiddio gan ROS trwy Atg4, trwy ocsidiad - lleihau bond disulfide rhwng gweddillion Cys338 a Cys 394, sy'n ofynnol ar gyfer biogenesis autophagosome priodol [58]. Mae Atg4, proteas rhydocs, yn gweithredu fel holltiad ensymau cyfun C-terminus yn Atg8 (homolog mamalaidd LC3) anaeddfed i ddatgelu'r gweddillion glycin a gadwyd oherwydd ei gysylltiad dilynol â phosphatidylethanolamine (PE). Ymhellach, mae Atg4 hefyd yn gweithredu fel ensym dad-gyfuniad sy'n hollti'r amid sydd wedi'i rwymo rhwng Atg8 ac PE, sy'n ei ryddhau o'r bilen i'w ailgylchu, sy'n hanfodol ar gyfer y systemau cydgysylltiad sy'n hanfodol ar gyfer awtoffagi.

Autophagy: rheoleiddio GTP mewn heneiddio ac AD

Mae clirio cydrannau cellog sydd wedi'u difrodi neu agregau protein afreolaidd yn dod yn fwyfwy pwysig i drin y straen ocsideiddiol cynyddol sy'n gysylltiedig â heneiddio ac AD [59]. Rhaid i'r masnachu deugyfeiriadol i mewn ac allan o gelloedd fod yn gydlynol iawn. Mae awtoffagy yn gweithio mewn cysylltiad ag endocytosis ac ecsocytosis, ac mae'r ddau ohonynt yn cyfrannu at drosiant cyfansoddion mewngellol sydd wedi'u difrodi gan ddefnyddio ymasiad a threuliad lysosomaidd. Mae awtoffagi yn cynnwys tagio organynnau cellog diffygiol ac agregau protein i'w diraddio, ac yna cydosod strwythur awtoffagic i gludo cargo i'w ymasiad â lysosomau i ddiraddio proteinau ac organynnau sydd wedi'u difrodi i ailgylchu asidau amino a lipidau neu eu gwaredu. Mae'n broses hynod ddeinamig sy'n hanfodol i gynnal homeostasis cellog a swyddogaethau. Mae dadreoleiddio awtoffagi wedi'i gysylltu â heneiddio a chlefydau niwroddirywiol patholegol gan gynnwysclefyd Alzheimer. Er ei bod yn hysbys bod lefelau ATP yn dirywio gydag oedran o dan amodau patholegol [60], mae newidiadau sy'n gysylltiedig ag oedran mewn lefelau GTP wedi'u hegluro'n wael.

Mae sefydlu awtophagi yn dibynnu ar gydbwysedd ADP/ATP. Mae llai o gynhyrchu ATP yn ysgogi kinase protein wedi'i actifadu gan AMP (AMPK), ac yn ysgogi anactifadu AMPK mTOR. Mae AMPK yn cynyddu awtoffagy nid yn unig yn anuniongyrchol trwy anactifadu mTOR ond hefyd yn uniongyrchol trwy ffosfforyleiddiad Unc -51- fel kinase 1(Ulk1) sef targed moleciwlaidd mTOR yn y peiriannau awtoffagig [61].

Gall disbyddiad GTP effeithio ar awtophagi wrth heneiddio ac AD

Mae dadansoddiad post-mortem o gleifion AD yn nodi casgliad o autophagosomes a gwagolau awtoffagic lysosomaidd eraill mewn niwritau dystroffig a therfynellau synaptig, sy'n nodweddion niwropatholegol AD ​​[62]. Mae uwchraddio awtoffagosomau mewn niwronau pyramidaidd hippocampal CA1 yn gysylltiedig â newidiadau yn y mynegiant o enynnau sy'n gysylltiedig â awtoffagy (ATG3, ATG5, ATG12, ULK1, a PIK3C3 / VPS34) a phroteinau (LC3B-II a LC3B I) ar gamau AD cynnar [63 ]. Mae'r ffeithiau hyn yn awgrymu bod AD yn gysylltiedig â newidiadau yn y masnachu mewn pobl awtoffagosomau.

Mae dadreoleiddio awtophagi yn digwydd mewn cleifion AD a modelau anifeiliaid. Mae crynhoad mawr o wagolau awtoffagic mewn dendritau niwronaidd yn digwydd mewn llygod trawsgenig dwbl PS1/APP ac mae'n ymddangos hyd yn oed cyn placiau A [64]. Yn yr un modd, arsylwyd fesi cles awtoffagic anaeddfed mewn acsonau mewn niwronau hippocampal o lygod AD, ymhell cyn colli synaptig a niwronaidd (Cat aldo et al., 2004 [44, 65, 66]. Mae agregau Tau hefyd wedi'u diraddio trwy'r llwybr autophagy [67, 68] Mae'r genyn presenilin math gwyllt 1 (PS1) yn gweithredu fel ligand o'r is-uned v-ATPase V0a1 sy'n rheoleiddio dosbarthiad is-unedau v-ATPase yn lysosomau ar gyfer asideiddio.Mewngellog A yn rhwymo i v- ATPase ac yn atal asideiddio [69].Mae mwtaniad yn PS1 felly'n cyfrannu at ddadreoleiddio'r system diraddio autophagy-lysosome [70]. Mae'r prif ffactor risg genetig ar gyfer AD ysbeidiol, Apolipoprotein E4 (ApoE4), hefyd yn cyfrannu at sefydlu awtophagy gan gollyngiadau lysosomaidd [71] yn arwain at amhariad mewn masnachu endolysosomaidd, amharu ar homeostasis synaptig a llai o glirio amyloid Gyda'i gilydd mae hyn yn awgrymu y gallai'r llwybr proteolysis awtoffagy-lysosom diffygiol fod yn gyfrifol am gronni proteinau pathogenig fel A a tau yn AD. Nododd ergyd amodol o enyn sydd ei angen ar gyfer ffurfiant awtoffagosom, Atg7fox/fox, wedi'i groesi â llygod trawsenynnol APP23, fod diffyg awtoffagi â nam yn hyrwyddo cronni A mewn CA1 a niwronau pyramidaidd cortigol, yn ogystal â gostyngiad sylweddol yn y baich plac allgellog A ac ataliad. o A secretion [72]. Mae'r arsylwad hwn yn awgrymu bod newidiadau mewn ffurfiad autophagosome yn osgoi prosesu A iawn a allai arwain at groniad afreolaidd yn y soma [27]. Gwelwyd crynhoad hefyd yn wyneb cis- a thraws fesiglau Golgi yn y cyfarpar Golgi hwyr, sy'n dangos y gallai'r organelle hon hefyd gynhyrchu newidiadau swyddogaethol sy'n amharu ar ffurfiad cywir y ffagoffor [73]. Gan gefnogi'r dybiaeth hon, mae'r GTPase Rab2 bach yn cysylltu rhwydwaith Golgi â'r peiriannau llwybr awtophagi [74]. Mae Rab2 yn cymryd rhan mewn ffurfio phagophores trwy recriwtio ac actifadu Ulk1 ymhellach. Mae Rab2 yn rhyngweithio â Rubcnl a Stx17 (protein SNARE autophagosomal) i nodi ymhellach recriwtio'r cymhleth HOPS i hwyluso aeddfedu autophagosome ac ymasiad â lysosomau [74].

Aelod arall o uwchdeulu Ras o GTPasau bach sy'n ymwneud â ffurfio fesiglau yw'r ffactor ribosyleiddiad ADP (Arf). Mae Arf GTPase yn cymryd rhan yn bennaf yn y broses egin yn y cyfadeilad Golgi, sef recriwtio proteinau cot yn ystod ffurfio fesiglau ar gyfer masnachu pilenni. Mae Arf GTPase yn ymwneud â rheoli masnachu mewn APP trwy broteinau MINTs, cydrannau hanfodol ar gyfer ymasiad fesiglau synaptig. Mae proteinau MINT yn rhwymo'n uniongyrchol i Arf GTPases ac yn cyd-leoli â fesiglau sy'n cynnwys APP i ranbarthau o'r rhwydwaith Golgi / traws-Golgi (TGN), gyda lefelau APP mewngellol yn gymesur â lefelau MINT [75]. Gostyngodd dymchweliad Arf1 y secretion o peptidau amyloid [76], gan awgrymu effaith methiannau yn swyddogaeth Arf1 ar fasnachu mewn pobl APP, a allai gydgyfeirio mewn croniad mewngellol (Ffig. 5).

Mae dadreoleiddio amrywiol broteinau Rab hefyd yn cyfrannu at patholeg OC. Mae dadreoleiddio Rab1 yn achosi darnio'r cyfarpar Golgi, sy'n sbarduno hyperffosfforyleiddiad tau trwy actifadu cdk5 ac ERK1/2 [77, 78]. Gall diffyg yn Rab6 ddylanwadu ar secretion APP i'r

Ffig. 5 Mae awtoffagy yn gofyn am gyfranogiad nifer o GTPasau bach. Yn y cyfnod cychwyn, mae Rab2 yn recriwtio ac yn actifadu ULK1 yn y ffurfiant phagophore, tra bod Rab9a a Rab8b yn cymryd rhan mewn aeddfedu autophagosome. Mae Arf yn cymryd rhan mewn blaguro yng nghymhlyg Golgi, a recriwtio proteinau cotiau wrth ffurfio fesiglau. Mae Rab1 yn cymryd rhan yn y llwybr cludo pothelli deugyfeiriadol rhwng y reticwlwm endoplasmig (ER) a chyfarpar Golgi. Mae Sar1 GTPase yn ymwneud â chludiant trwy gyfrwng COPII fel llwybr ymadael yr APP unwaith y bydd ei gydffurfiad terfynol wedi'i gyrraedd. Mae Rab6 yn byw yn y TGN ac yn cymryd rhan mewn cludiant yn ôl o Golgi i ER, ac mae wedi bod yn gysylltiedig â rheoleiddio cludiant pothell a phrosesu APP. Mae Rab11 yn rheoli'r ailgylchu endosome i'r bilen plasma. Gallai tarfu ar allforio pothelli sy'n cynnwys APP-BACE achosi croniad o ecsosomau. Mae Arl8 yn rheoleiddio'r cludiant a'r ymasiad lysosomaidd trwy ficrodiwbynnau ar hyd y cyfrwng niwron, gan arwain at newidiadau yn y gyfradd secretion, a allai hyrwyddo newidiadau yn y masnachu anterograde o APP gan arwain at groniad mewngellol. Gan gefnogi cronni mewngellol, nododd dadansoddiad dilyniannu exome Rab11A/B fel elfen o risg TA sy'n dechrau'n hwyr. Mae Rab11 yn rheoli'r ailgylchu endosome i'r bilen plasma. Fe wnaeth tawelu Rab11A/B mewn niwronau cynradd wedi'u hynysu o lygod trawsgenig APP leihau lefelau A yn y supernatants a gasglwyd ac a ddadansoddwyd gan electrochemiluminescence (ECL) [79]. Mae'r data hyn yn awgrymu y gallai cronni A hefyd gael ei gynhyrchu gan fethiannau yn allforio fesiglau sy'n cynnwys APP, a allai ildio i holltiad gan y secretase yn y bilen pothellog [27] (Ffig. 1 B). Gan fod ffurfio fesiglau sy'n cynnwys APP a ffurfio'r phagophore yn golygu bod yr ER-Golgi wedi'i yrru gan GTPasau bach yn gweithredu'n gywir, byddai diffygion mewn lefelau GTP yn achosi aflonyddwch ym mhecynnu APP a allai beryglu ei secretiad a hyrwyddo cronni mewngellol. .

Mae'r perthnasoedd hyn o awtophagi i groniad o fewngellol A yn cael eu cefnogi gan signal coleiddio sy'n gysylltiedig ag oedran rhwng y ffurf p62-ffurfiannau awtoffagosom ac A a welir mewn niwronau hippocampal diwylliedig cynradd o lygod 3xTg-AD sy'n oedolion [27] ac mewn APP{5}}llygod trawsgenig gyda llygod llwynog Atg7 [73]. Ffaith ddiddorol arall yw na welwyd unrhyw arwydd o agregau mewn awtoffagy yn dod yn bositif ar gyfer cathepsin D [27]. Gall y data hyn nodi camweithrediad mewn camau cynharach mewn awtoffagy neu mewn swyddogaeth lysosomaidd mewn niwronau model AD (Ffig. 6) [26].

Rheoliad GTP mewn CMA yn OC

Yn lle organynnau, mae CMA yn diraddio moleciwlau bach mewn celloedd ewcaryotig a achosir gan newyn hir neu straen ocsideiddiol ysgafn. Mae CMA wedi’i gynnig i gael ei reoleiddio gan lefelau GTP [80]. Mae'r rheoliad hwn yn cynnwys cyfranogiad y protein asidig ffibrilaidd ffilament glial canolraddol (GFAP) a'r ffactor elongation -1 alffa (EF1 ) [46, 81]. Mae GFAP yn bresennol mewn dau bwll gwahanol yn y bilen lysosomaidd, cyfran wedi'i rhwymo i LAMP-2A a ffurf arall heb ei rhwymo sy'n rhyngweithio ag EF1 . Mae'r tri motiff KFERQ yn y chaperon Hsc70 yn ei gyfeirio at bilenni lysosomaidd lle mae'n rhyngweithio â LAMP cymhleth protein-2A ac yn sefydlogi trawsleoliad cargo CMA i'r lwmen lysosomaidd. Mae'r rhan o GFAP nad yw wedi'i rhwymo i LAMP-2A yn cyfrannu at reoleiddio GTP. Ym mhresenoldeb GTP, mae EF1 yn cael ei ryddhau o GFAP yn y bilen lysosomaidd sy'n hyrwyddo'r daduniad rhwng GFAP a LAMP-2A, gan symud LAMP-2A i'r micro-barthau lipid ar gyfer ei ddiraddio ac ataliad CMA dilynol [ 81]. Mae methiannau mewn dwysedd cymhleth LAMP2A ar y bilen lysosomaidd hefyd yn gysylltiedig â heneiddio, sydd hefyd yn arwain at ostyngiad yn swyddogaeth CMA [82] (Ffig. 4B)

Mae ffurf arall eto ar fiogenesis awtoffagosom mamalaidd yn gweithredu trwy lwybr annibynnol VPS an-ganonaidd enigmatig. Mae ffosffoinositidau (PIs) yn diffinio hunaniaeth y bilen ac yn rheoli sawl digwyddiad masnachu pilenni. Mae ffosffatidylinositol 5-kinase (PIKfyve) yn trosi ffosffatidylinositol endosome-local-3-ffosffad (PI(3)P) i PI(3,5) P2, rheolydd allweddol masnachu mewn pilenni endosome cynnar i hwyr [83] . Ymhellach, mae cyfadeilad PIKfyve hefyd yn gyfrifol am gynhyrchu PI(5)P o DP ac yn rheoleiddio ffurfiad awtoffagosom. Mae PI(5) P yn rheoleiddio awtophagi trwy effeithyddion PI(3)P (recriwtio proteinau WIPI2 a DFCP1), sy'n darparu fframwaith mecanistig ar gyfer y llwybr awtophagi amgen hwn. Defnyddir PI(5)P gan ffosffatidylinositol 5-ffosffad 4-kinase (PI5P4K ) sy'n rheoleiddio lefelau PI(5)P gan ddefnyddio GTP yn hytrach nag ATP ar gyfer ffosfforyleiddiad PI(5)P i gael PI(4, 5) P2 fel cynnyrch terfynol sy'n rheoleiddio ailfodelu cytoskeleton actin [84]. Canfuwyd bod gan PI(3,5)P2 affinedd isel ar gyfer cofilin, sy'n dadosod ffilamentau actin, ac affinedd uchel ar gyfer N-WASP, sy'n actifadu cymhlyg Arp2/3 i gychwyn cnewyllyn actin i gludo fesiglau endocytig o'r bilen plasma. Cynigir gweithgaredd PI5P4K i adlewyrchu newidiadau mewn cyfrannedd uniongyrchol i grynodiad GTP ffisiolegol, gan weithredu fel synhwyrydd GTP mewngellol [85]. Mewn celloedd heb PI3P (DP isel (3,5) P2) gyda VPS34 wedi'i gloi, mae cyfadeilad PIKfyve yn cynnal awtoffagy trwy ddefnyddio PI5P [85]. Mae'r data hyn yn dangos bod gan PIKfyve rôl ganolog yn y gwaith o fodiwleiddio awtophagi. Mae swyddogaeth PIKfyve â nam yn ysgogi ffurfio gwagolau chwyddedig, sy'n hawdd eu gweld ar lefel isel o chwyddo mewn celloedd byw [86]. Mae parth mewngellog APP yn rhwymo is-uned Vac14 y cyfadeilad PIKfyve, gan effeithio ar gynhyrchiad PI(3,5) P2 [87]. Mae PI(3,5)P2 yn rhwymo ac yn actifadu'r sianel TRPML endlysosomaidd [88]. Daethant o hyd i wagolau chwyddedig mewn ffibroblastau llygoden diffygiol PI(3,5) a gafodd eu hatal gan orfynegiant sianel TRPML1 iach. Roedd nam ar ddargludedd TRPML ac asideiddio lysosomaidd [89].

Dibyniaeth ymholltiad mitocondriaidd ac ymasiad ar GTP

Yn ogystal â darparu ATP trwy ffosfforyleiddiad ocsideiddiol, mae mitocondria hefyd yn darparu GTP o NME4 a'i weithgaredd kinase diphosphate nucleoside [8]. Mae'r cyflenwad ynni mitocondriaidd hwn yn hanfodol ar gyfer cynhyrchu fesiglau synaptig i'w rhyddhau mewn terfynellau axon yn ogystal ag ar gyfer ailgylchu pothelli mewn synapsau. Gallai colled synaptig mewn AD gael ei achosi gan golli gallu bio-ynni i gynnal y prosesau hanfodol hyn. Felly, mae nifer a lleoleiddio mitocondria i synapsau yn debygol o bennu'r gallu egnïol ar gyfer endocytosis ac ecsocytosis. Mae dynameg mitocondriaidd yn cydbwyso ymholltiad ac ymasiad a reolir gan Drp1 a Fis1, Mf1, Mfn2, ac Opa1 [90, 91] (Ffig. 7). Mae trosi ATP i GTP yn cael ei reoli'n lleol gan kinases diffosffad niwcleosid lleol (NDPKs) o'r genynnau NME 1-4 [51]. Mae NME1 a 2 (a elwir weithiau yn NM23 H1 a H2) yn sytosolig yn bennaf, tra bod NME3 a 4 (NM23 H3, H4) yn mitocondriaidd. Y cymhleth NDPKs mitochondrial gyda GTPases dynamin penodol i sianelu GTP yn uniongyrchol o hydrolysis ATP [16]. Mae cydbwysedd ymholltiad ac ymasiad mitocondria yn sensitif i anghydbwysedd rhydocs. Mae cymhwyso ROS naill ai mewndarddol neu'n alldarddol yn actifadu ymholltiad mitocondriaidd, gan achosi darnio mitocondriaidd a chamweithrediad mitocondriaidd dilynol [90]. Mae hyn yn arwain at orgynhyrchu ROS pellach a chylch dieflig sy'n cynyddu straen ocsideiddiol ac yn y pen draw yn achosi anghydbwysedd ocsideiddiol yn AD [92]. Mae ymholltiad yn cael ei reoleiddio gan y dynamin GTPases Drp1 a Fis1 gyda Km's tua 100 μM [51]. Maent yn polymerize ac yn cyfyngu pilenni tiwbaidd yn debyg iawn i endocytosis. Mae Fis1 wedi'i leoli yn y bilen mitocondriaidd allanol [90, 93, 94].

Ffig. 7 Morffoleg ddeinamig ymholltiad ac ymasiad mitocondriaidd sy'n ddibynnol ar GTP. Panel ymasiad chwith: Mae protein sy'n gysylltiedig â dynamin-1 (Drp1) yn cyflawni'r ymholltiad mitocondriaidd trwy hunan-polymereiddio o amgylch y bilen mitocondriaidd allanol gan gyfyngu a thorri'r ddwy bilen mewn proses sy'n dibynnu ar hydrolysis GTP. Panel ymasiad de: Mae Mitofusin-1 a -2 (MTF1/2) yn clymu'r pilenni mitocondriaidd allanol cyfagos mewn proses sy'n dibynnu ar hydrolysis GTP. Mae OPA1 yn galluogi ymasiad pilen mitocondria mewnol gan ddefnyddio GTP lleol a ddarperir gan NME4. Mae saethau toredig coch yn dynodi dadleoliad yr organelle.

Rheolir ymasiad gan dri phrotein GTPase: Opa1, sydd wedi'i leoli yn y bilen mitocondria fewnol, a Mfn1 a Mfn2, sydd wedi'u lleoli yn y bilen mitocondriaidd allanol. Byddai'r Opa1 GTPase gyda Km o gwmpas 500 μM yn gofyn am lefelau helaeth o GTP i bolymeru a mecaneiddio ymasiad pilen mitocondriaidd yn diwbiau [51].

hypocsia, straen egnïol, a chyflwr rhydocs cynyddol ocsidiedig. Achosodd straen ocsideiddiol cynyddol a lefelau ROS uchel ddarnio mitocondria ac anwytho mitophagi sy'n dibynnu ar ymholltiad DRP1 mewn celloedd llygoden a HeLa. Nid oedd hyn yn arwain at farwolaeth celloedd ac awtophagi oherwydd nad oedd lefelau cymedrol o ROS yn ddigonol i sbarduno awtophagi nad yw'n ddewisol [95]. Yn wir, gall y meitoffagi hwn gael ei atal gan N-acetyl-l-cysteine ​​trwy losgi'r pwll glutathione a gweithredu posibl ar Atg4. Roedd gostyngiad yn y pwll glutathione hefyd yn achosi mitoffagi ond nid awtophagi cyffredinol. I'r gwrthwyneb, roedd ychwanegu ffurf athraidd cell o glutathione yn atal mitophagi [96]. Felly, mae cyflwr rhydocs ocsideiddiol yn hyrwyddo cael gwared â mitocondria camweithredol sy'n ddewisol i darged. Mae hyn hefyd yn awgrymu integreiddio cydbwysedd rhydocs a lefelau egni i wneud y mwyaf o swyddogaeth mitocondriaidd iach a rheoli trosiant mitocondria sydd wedi'i niweidio.

Mae amhariad mewn ymasiad ac ymholltiad wedi'i gysylltu ag AD. Mewn model llygoden, mae A yn rhyngweithio â phrotein fs sion Drp1, gyda chynnydd dilynol mewn cynhyrchu radicalau rhydd, sy'n actifadu Drp1 a Fis1 ymhellach, gan achosi darnio mitocondria gormodol, cludiant diffygiol o mitocondria i synapsau, ATP synaptig β isel, ac yn y pen draw yn arwain at camweithrediad synaptig [97]. Mae p-tau hefyd yn rhyngweithio â Drp1 ac yn gwella gweithgaredd enzymatig GTPase Drp1, gan arwain at ddarnio gormodol o mitocondria a chamweithrediad mitocondriaidd yn AD [98]. Ysgogodd tyniant S-nitrosylation Drp1 (SNO-Drp1), ei weithgaredd ymhellach ac arweiniodd at ddarnio mitocondriaidd gormodol, a cholled synaps [99].

Amhariad ar swyddogaeth lysosomaidd mewn AD a achosir gan ddisbyddiad egni sy'n gysylltiedig ag oedran

Treulio lysosomaidd o gargo awtoffagic yw'r cam olaf ar gyfer cwblhau awtophagi. Felly, rhaid i lysosomau gynnal eu milieu asidig ar gyfer diraddio cargo ar sail pH gan peptidasau, lipasau, niwcleasau a glycosidasau a weithredir gan asid. Ar gyfer asideiddio lysosomaidd, mae'r mewnlifiad o brotonau yn cael ei gyflawni gan y v-ATPase, pwmp proton sy'n ddibynnol ar ATP, a gwrthborthyddion proton clorid, tra bod efflux cation yn cael ei gyfryngu gan gludwyr TPC a TRPML, sydd hefyd yn ymwneud â'r cydbwysedd pH [ 100]. Mae Presenilin-1 (PS1) yn rheoleiddio dosbarthiad is-unedau v-ATPase i lysosomau gan weithredu fel ligand o'r is-uned v-ATPase V0a1 a chynnal homeostasis lysosomaidd trwy TRPML1 [69]. Mae mwtaniadau PS1 wedi'u cysylltu ag asideiddio lysosomaidd isel, dadreoleiddio'r system ddiraddio awtoffagy-lysosom, a phathogenesis OC cynnar [26].

Mae Arl8 (protein G tebyg i Arf) yn GTPase bach sydd wedi'i leoli ar lysosomau sy'n gweithredu fel cysylltydd rhwng lysosomau a kinesin-1 i hwyluso traffig lysosomaidd yn fflicio ar hyd acsonau (Ffig. 8B) [101]. Mae Arl8b hefyd yn gweithredu fel switsh i reoleiddio cysylltiad y cymhleth HOPS â'r bilen lysosomaidd [102]. Mae tarfu ar swyddogaeth Arl8b yn achosi croniad annormal o golesterol ym mhilenni lysosomau sy'n gyrru masnachu mewn lysosomau echelinol â nam ac yn arwain at straen awtoffagic a chroniad awtoffagosom echelinol [103]. Yn ogystal, achubodd mynegiant uchel Arl8b gludiant lysosome i acsonau a straen awtoffagig. Roedd gorfynegiant Arl8 hefyd yn ysgogi symudedd deugyfeiriadol lysosomau ar ficrotiwbwlau trwy rwymo i'r cysylltydd cinesin-1 SKIP i gysylltu pechod kine a symudedd pŵer [104]. Roedd SKIP angen Arl8 yn ei gyflwr rhwymo GTP gweithredol ar gyfer rhwymo. Fodd bynnag, achosodd gorfynegiant Arl8b hefyd alcalineiddiad trawiadol o lysosomau a symudiad tuag at gyrion y gell yn erbyn dosbarthiad mwy unffurf o lysosomau ledled y cytoplasm [105]. Nododd astudiaeth proteomig mewn meinwe dynol gyfoethogi Arl8b mewn placiau amyloid [106]. Mae'r data hyn yn awgrymu bod newidiadau yn y mynegiant neu weithrediad Arl8 yn effeithio ar ymasiad y lysosom â'r awtoffagi neu'r endosom hwyr, a allai fod â goblygiadau o ran cronni awtoffagosom a welwyd yn OC. Gan fod ffurfio fesiglau cyfrinachol sy'n cael eu danfon i'r bilen plasma yn broses sy'n ddibynnol ar GTP, sy'n gofyn am GTPases Arf a Rab, gall diffygion mewn lefelau GTP beryglu masnachu mewn potiau cywir.

Mae biogenesis lysosome yn cael ei reoleiddio gan mTORC1 a'r ffactor trawsgrifio EB (TFEB) gan greu cymhleth signalau cildroadwy ar yr wyneb lysosom. mTORC1 phosphorylates TFEB ar Ser211, gan yrru a thrwy hynny alluogi cludiant TFEB i'r cnewyllyn i ddadreoleiddio mynegiant v-ATPase a genynnau eraill sy'n ymwneud â biogenesis lysosome a ffurfio awtoffagosome [107, 108]. Mae ychwanegu A at gelloedd microglial yn gostwng TFEB yn y cnewyllyn ac yn amharu ar brosesu A [109]. Mae'r rheoliad hwn gan mTORC1 yn ei dro yn cael ei gefnogi gan GTPases bach gan gynnwys Rheb a Rag, cydrannau synhwyro asid amino sydd wedi'u cynnwys yn y rheolydd cymhleth signalau multiprotein sy'n gweithredu fel actifadu mTORC1 [110]. Gan fod asideiddio lysosomaidd yn gofyn am ATP ar gyfer swyddogaeth V-ATPase a GTP ar gyfer rheoleiddio TORC1 wedi'i gyfryngu gan GTPase, rydym yn damcaniaethu bod disbyddiad ynni oherwydd heneiddio neu gyflyrau patholegol tebyg i AD yn amharu'n uniongyrchol ar swyddogaeth lysosomaidd. Yn ogystal, o ystyried bod asideiddio lysosomaidd yn cynnwys rhyngweithio rheoleiddiol wedi'i gyfryngu gan gymeriant maetholion rhwng v-ATPase a TORC1 trwy TFEB, gallai cylchoedd o ymprydio a bwyta maetholion fod o fudd i swyddogaeth lysosomaidd yn AD [111], tra gall bwyta siwgr yn aml amharu ar swyddogaeth. Gallai lysosomau â nam arwain at gronni autophagosomau yn llawn mitocondria wedi'u difrodi a'u cyfoethogi ag agregau A na allant gael eu diraddio. Gan fod awtoffagi yn disodli organynnau sydd wedi'u difrodi neu wedi'u heneiddio, mae newidiadau metabolaidd oherwydd oedran yn effeithio ar ei waith cynnal a chadw. Gallai sifftiau metabolig sy'n gysylltiedig ag oedran a lysosomau â nam arnynt arwain at gronni sifftiau metabolaidd megis disbyddiad egni a/neu sifftiau rhydocs ocsideiddiol Felly, gallai lefelau GTP fod yn is mewn ffyrdd eisteddog o weithgarwch isel, a fyddai'n arwain at lwybrau aneffeithlon o bobl sy'n ddibynnol ar GTP. diraddio protein gydag oedran yn datblygu. Mae'r arsylwadau hyn yn awgrymu'n gryf berthynas rhwng newidiadau ym mhroses aeddfedu'r awtoffagosom a'r diffygion metabolaidd sy'n digwydd gyda dilyniant y clefyd a heneiddio. Ymhellach, gallai croniad aberrant A fod yn ganlyniad i ddiffygion i fyny'r afon mewn GTP sy'n amharu ar brosesu awtoffagic A a tau, o bosibl yn gynharach na secretiad amyloid cyfanredol, llid, a chroniad plac.

Ffig. 8 Ansefydlogrwydd deinamig microtiwbiau sy'n gysylltiedig â GTP. Mae moleciwlau GTP yn rhwymo i E-safle a safle N ar / tiwbynau heterodimer. Mae GTP yn yr E-safle yn cael ei hydrolysu i ddod yn diwbwlin GDP a'i gyfnewid am heterodimer newydd wedi'i rwymo gan GTP / i gydosod is-unedau. Mae heterodimers yn cael eu hychwanegu at y dellt microtiwbwl cynyddol ar gyfer polymerization gan ffurfio haen newydd o GTP-heterodimers a elwir yn GTP-cap. Mae depolymerization yn digwydd pan fydd heterodimers yn gadael y dellt microtubule crebachu. Mae hyperffosfforyleiddiad y protein sy'n gysylltiedig â microtiwbwl, tau yn hyrwyddo ffurfio tangle niwrofibrilaidd (NFT) ac ansefydlogi microtiwb. Y trawsnewid o gyflwr cynyddol i gyflwr crebachu trychinebus. B Mae ffurfiant endolysosomes yn ei gwneud yn ofynnol i lysosomau symud ar hyd traciau microtiwb i'r cyfeiriad positif, tra bod endosomau hwyr yn symud i'r cyfeiriad negyddol. Mae'r cymhleth amlbrotein lysosomaidd BORC (heb ei ddangos) yn actifadu'r GTPase Arl8 bach i ymgysylltu â chludiant pen plws a yrrir gan kinesin. Ar gyfer cludiant diwedd minws, mae'r cyflwr Rab7- sy'n rhwymo GTP yn recriwtio'r protein lysosomaidd sy'n rhyngweithio â Rab (RILP) a'r protein 1 sy'n rhwymo ocsisterol sy'n gysylltiedig â phrotein 1 (ORP1L) sy'n ffurfio'r cymhlyg dynein-dynactin. Mae ffurfio NFT yn tarfu ar draffig pothellog ar hyd microtiwbiau.

Gofynnwch am fwy:

E-bost:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Ffôn: ynghyd â 86 15292862950

SIOP

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