Prion Protein: Y Moleciwl O Lawer Ffurf Ac Wyneb Rhan 1

Crynodeb: Mae protein prion cellog (PrPC) yn brotein wedi'i angori â glycosylphospatidylinositol (GPI) sydd i'w gael yn helaeth ym philen allanol niwronau. Oherwydd nodweddion strwythurol (craidd hyblyg strwythuredig tailand), mae PrPC yn rhyngweithio ag ystod eang o bartneriaid.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae llawer o astudiaethau wedi dangos bod gan broteinau prion cellog berthynas bwysig â datblygu a chynnal cof anifeiliaid.

Mae prion cellog (feirws Herpes simplex, HSV) yn firws sy'n bresennol yn eang yn y boblogaeth ddynol ac fe'i hystyrir yn un o'r pathogenau pwysicaf o glefydau niwrolegol a chlefydau croen. HSV-1 a HSV-2 yw'r ddau fath mwyaf cyffredin o firws mewn pobl.

Dangosodd astudiaeth ddiweddar y gall protein firaol HSV-1 hybu datblygiad a chynnal cof mewn bodau dynol ac anifeiliaid. Dangosodd canlyniadau'r astudiaeth hon fod haint HSV-1 yn digwydd yn bennaf yn ystod camau cynnar iawn bywyd dynol, ac mae proteinau firaol yn cronni yn y system nerfol ddynol ac yn rheoleiddio rhyddhau niwrodrosglwyddyddion a thrawsyriant synaptig. Mae'r effeithiau rheoleiddio hyn yn helpu i wella swyddogaeth cof yr ymennydd a gwella gwybyddiaeth a sylw gofodol.

Yn ogystal, mae gan brotein firaol HSV-1 hefyd berthynas benodol ag ymateb imiwn y corff ac ymateb gwrthfeirysol. Mae astudiaethau wedi dangos bod dylanwad protein firaol HSV-1 yn actifadu ymateb imiwn y corff ac yn gweithredu'n weithredol ar "gelloedd cof T" yn y corff, a thrwy hynny gryfhau amddiffyniad gwrthfeirysol y corff. Mae gan y darganfyddiad hwn arwyddocâd pellgyrhaeddol ar gyfer archwilio'r berthynas rhwng HSV-1 ac imiwnedd anifeiliaid.

Yn fyr, mae'r berthynas rhwng protein firws prion cellog a chof yn darparu gofod ymchwil eang ar gyfer ymchwil yn y dyfodol ar gof, swyddogaeth y system nerfol, ac ymateb imiwn, a disgwylir iddo chwarae rhan bwysig wrth atal a thrin afiechydon cysylltiedig. Gellir gweld bod angen i ni wella cof, a gall Cistanche wella cof yn sylweddol oherwydd gall Cistanche hefyd reoleiddio cydbwysedd niwrodrosglwyddyddion, megis cynyddu lefelau acetylcholine a ffactorau twf, sy'n bwysig iawn ar gyfer cof a dysgu. Yn ogystal, gall Cistanche hefyd wella llif y gwaed a hyrwyddo darpariaeth ocsigen, a all sicrhau bod yr ymennydd yn cael digon o faeth ac egni, a thrwy hynny wella bywiogrwydd a dygnwch yr ymennydd.

Cliciwch gwybod atchwanegiadau i wella cof

Er bod PrPC wedi'i gynnig i ymwneud â llawer o swyddogaethau ffisiolegol, dim ond homeostasis myelination nerf ymylol sydd wedi'i gadarnhau fel swyddogaeth ddilys hyd yn hyn.

Mae cam-blygu PrPC yn achosi clefydau prion a dangoswyd bod PrPChas yn cyfryngu niwrowenwyndra cyfoethog oligomer mewn clefyd Alzheimer a Parkinson yn ogystal â niwro-amddiffyniad mewn isgemia.

Ar ôl holltiad proteolytig, mae PrPC yn cael ei drawsnewid yn ffurfiau PrP wedi'u rhyddhau a'u hatodi a all, yn dibynnu ar nodweddion strwythurol cynnwys PrPC, arddangos priodweddau amddiffynnol neu wenwynig.

Yn yr adolygiad hwn, byddwn yn amlinellu priodweddau darnau protein prion a phrionprotein yn ogystal â throsolwg o'u hymwneud â phartneriaid rhyngweithiol a llwybrau signal mewn myelination, niwro-amddiffyniad, a chlefydau niwroddirywiol.

Geiriau allweddol: protein prion; darnau protein prion; niwroamddiffyn; myelination; strôc isgemig; clefyd niwroddirywiol.

1. Rhagymadrodd

Mae protein Prion (PrP) yn glycoprotein hollbresennol sydd wedi'i gadw'n helaeth. Mae'n bodoli mewn dwy ffurf; yr isoform arferol neu gellog, PrPC, a'r isoformor clefyd y crafu heintus sy'n gysylltiedig â chlefyd PrP, PrPSc.

Mae rôl patholegol PrPSc wedi'i hastudio'n helaeth mewn priondisease ac fe'i hadolygwyd mewn sawl papur [1-3]. Mynegir PrPC mewn amrywiaeth o wahanol organau a meinweoedd gyda lefelau mynegiant uchel yn y systemau nerfol canolog ac ymylol.

Mae'n bresennol yn helaeth ar arwyneb celloedd niwronau [4-6] ac mae'n ymwneud â llawer o fecanweithiau ffisiolegol. Mae swyddogaeth y proteinau i'w hegluro; serch hynny, mae astudiaethau dwys yn cysylltu PrPC â homeostasis myelin [7], neuroprotection [8,9], y rhythm circadian [10,11], homeostasis ïon metel [12,13], homeostasis mitochondrial [14] a signalau rhynggellog [6,15] ,16].

Mewn niwronau, mae PrPC yn bresennol yn adrannau presynaptig a postynaptig terfynellau axon lle mae'n ymwneud â chludiant echelinol anterograde ac ôl-radd [17-20]. Mae PrPC yn cael ei hollti wrth y gellbilen gan broteasau, gan ffurfio ffurflenni sydd wedi'u rhyddhau a'u hatodi.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae ffurfiau sy'n rhyddhau protein prionprotein a phrion wedi cael sylw mewn cydberthynas â niwro-amddiffyniad mewn clefydau niwroddirywiol.

Yn yr adolygiad hwn, rydym yn cyflwyno ffurflenni protein prion a phrotein a ryddhawyd, yn crynhoi eu hymwneud â myelination, niwro-amddiffyniad, a chlefydau niwroddirywiol, ac yn trafod y darganfyddiadau diweddaraf yn y maes hwn.

2. Protein Prion

Mae PrPC dynol aeddfed yn cynnwys parth N-terminal hyblyg anstrwythuredig (gweddillion aminoasid 23-120) a pharth terfynell C strwythuredig (gweddillion asid amino 121-231).

Mae wedi'i hangori i'r gellbilen gydag angor glycosylphospatidylinositol (GPI) [21,22]. Mae'r parth N-terminal hyblyg yn cynnwys rhanbarth octarepeat tra bod y strwythurddomain yn cynnwys tri -helices, dwy -sheets, bond disulfide cysylltu cysteinau 179 a 214, a dau N-glycan ar weddillion asid amino 181 a 197 [23,24] (Ffigur 1).

Gall PrPC drawsnewid yn isoform llawn dalennau PrPSc, sy'n dueddol o drawsnewid ac agregu awtocatalytig yn agregau anhydawdd [22,25,26]. Gall croniad annormal o'r protein pathologig yn yr ymennydd achosi datblygiad enseffalopathies transmissibleespongiform (TSEs), a elwir hefyd yn glefydau prion.

Mae clefydau Prion yn cynnwys clefyd Creutzfeldt-Jakob (CJD), syndrom Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), anhunedd angheuol (FFI) a kuru mewn pobl, enseffalopathi sbyngffurf buchol mewn gwartheg, clefyd y crafu mewn geifr a defaid a chlefyd nychu cronig mewn ceg y groth.

Mae pob clefyd prion yn anhwylderau niwroddirywiol angheuol. Mae nodweddion clinigol a niwropatholegol clefydau prion mewn pobl yn debyg i rai clefyd Alzheimer (AD) megis colli cof cyflym a cholli gweithrediad yr ymennydd yn ogystal â dementia, dadffurfiad sbyngffurf o'r ymennydd, newidiadau personoliaeth, ac anawsterau symud [15,27] .

Er bod clefydau prion yn digwydd oherwydd bod agregau PrPSc gwenwynig yn cronni yn yr ymennydd, mae'r mecanwaith sy'n sail i drosi PrPC i PrPSc a datblygiad clefyd prion yn parhau i fod yn anhysbys.

Ar wahân i fod yn swbstrad ar gyfer datblygu clefydau prion, gall PrPC wasanaethu fel derbynnydd ar gyfer oligomers amyloid-(A) sytotocsig [20,28] ac agregau hydawdd gwenwynig o brotein tau mewn AD a thauopathïau eraill [29,30].

Mae astudiaethau gwrthgyferbyniol hefyd ar rwymo -synuclein (-syn) oligomers PrPC mewn clefyd Parkinson (PD) ac eraillsynucleinopathies, gan agor y ddadl ar rôl PrPC yng ngwenwyndra -synuclein [30-33].

3. Darnau Protein Prion

Gall PrPC fynd trwy bedwar holltiad ôl-gyfieithu, gan ffurfio darnau PrP (Ffigur 1). Mae'r holltiad a'r holltiad yn digwydd o fewn y parth terfynell N anstrwythuredig tra bod y holltiad a'r gollyngiad PrP yn digwydd o fewn y parth C-terminal strwythuredig.

Ar wahân i'r holltiadau a grybwyllwyd, mae PrPC wedi'i hollti o dan amodau arbrofol gyda ffosffolipase C, a holltodd PrPC o fewn angor GPI [34,35]. Mae safle holltiad, hyd y darn, ac atodiad pilen yn caniatáu i ddarnau gymryd rhan mewn amrywiol fecanweithiau.

3.1. - Holltiad

Y -holltiad yw'r holltiad a astudiwyd fwyaf o PrPC. Mae'n digwydd o dan amodau ffisiolegol yn rhanbarth hydroffobig canolog PrPC aeddfed (gweddillion asid amino 105-120 mewn dilyniant dynol 111/112) [36-38] (Ffigur 1).

Mae'r holltiad yn rhyddhau darn N1 ~11 kDa tra bod y rhan C1 ~ 18 kDa yn parhau i fod ynghlwm wrth y gellbilen gan y GPIanchor [36,39]. Am y tro, nid oes ensym unigryw yn gyfrifol am y -holltiad [24,40].

Er bod safleoedd holltiad wedi'u pennu yn ymwneud â rhywogaethau, mae'r holltiad yn isolerant i ddilyniannu amrywiad yn y rhanbarth hwn cyn belled â bod ei hydrophobicity yn parhau i fod wedi'i gadw [38].

Mae astudiaethau wedi dangos bod holltiad yn yr ymennydd dynol, modelau llygoden, a diwylliannau niwronaidd yn digwydd ym mhresenoldeb ensymau ADAM10 ac ADAM17 [41-43]. ,45]. Dangoswyd bod ADAM8 hefyd yn holltiPrPC i ffurfio N1 a C1 mewn cyhyrau [46].

Mae rôl ADAM8, ADAM10, ac ADAM17 yn yr holltiad hefyd wedi'i gefnogi mewn astudiaeth bioffisegol [47]. Mae gan ddarn N1 sefydlogrwydd cymharol isel; serch hynny, canfuwyd ei fod yn bresennol mewn hylifau'r corff, homogenadau meinwe, neu uwchnaturiaid meithrin celloedd [39,48,49].

Credwyd i ddechrau bod yr holltiad yn digwydd mewn adrannau endosomaidd asidig [50,51] ond dangosodd astudiaethau diweddarach fod yr holltiad yn digwydd yn ystod masnachu pothellog PrPC ar hyd y llwybr secretory [52,53].

Mae'r -cleavage yn defnyddio PrPC fel swbstrad, gan arwain at leihau arwyneb y gell. Gan fod PrPC hefyd yn swbstrad ar gyfer atgynhyrchu prion ac yn gyfryngwr allweddol o glefydau toxicityin prion, AD, a chlefydau niwroddirywiol eraill, mae'r holltiad yn cael effaith gadarnhaolbiolegol.

Mae rhan N-terminal hyblyg PrPC yn hanfodol ar gyfer rhyngweithio theprotein gyda'r partneriaid rhwymol sy'n rheoleiddio'r nifer sy'n derbyn PrPC mewn masnachu mewn pobl [54,55]. LackingN1, mae C1 yn ffurfio cyfadeiladau ar y gellbilen [56] ac mae'n fwy sefydlog a pharhaus ar wyneb y gell na PrPC [50].

Gellir hollti darn C1 ar wyneb y gell a'i ryddhau i'r gofod allgellog [57]. Canfuwyd bod C1 yn atal dyblygu prion mewn llygod [58,59] tra bod darn N1 yn niwro-amddiffynnol [60,61]; mae absenoldeb y cleavage yn wenwynig ar gyfer celloedd a llygod [47,62].

3.2. - Holltiad

Mae'r -holltiad yn digwydd ar ddiwedd y rhanbarth ailadrodd octapeptide N-terminalof y safle -holltiad. Gwelir y holltiad yn bennaf o dan amodau patholegol ac mae'n debyg i'r holltiad. Mae'n ymddangos ei fod yn gweithredu'n amddiffynnol.

Mae'n digwydd o amgylch gweddillion aminoasid 90, gan ffurfio darn N2 (~ 9 kDa) a darn C2 (~ 20 kDa) [36,37,48,63] (Ffigur 1). Mae holltiad PrPC yn cael ei gyfryngu gan rywogaethau ocsigen adweithiol (ROS) [37,63-66].

Trwy gael gwared ar ROS, mae'r holltiad yn amddiffyn celloedd rhag straen ocsideiddiol [65]. Ar wahân i ROS, mae'r -holltiad yn cael ei achosi gan calpains [67], proteasau lysosomaidd [68,69], neu hyd yn oed ADAM8 [47].

Mae Proteinas K yn hollti craidd gwrth-proteas PrPSc (PrP27-30) ger safle 90, gan greu darn â hyd tebyg i C2. Yn debyg i ddarn C1, gall darn C2 hefyd ollwng o wyneb y gell [70].

Mae ffurfio darn o'r fath yn dangos y gallai proteasesyn ymwneud â'r holltiad hefyd fod yn rhan o'r ymdrechion cellog i dorri i lawrPrPSc [71,72].

3.3. - Holltiad

Y holltiad proteas a ddarganfuwyd yn fwyaf diweddar o PrPC yw holltiad. Mae'r holltiad yn PrPC i'w benderfynu o hyd ond mae meintiau'r darn a ryddhawyd N3 (~ 20 kDa) a darn wedi'i angori gan GPI C3 (~ 5 kDa) yn awgrymu bod holltiad protein yn digwydd yn y rhanbarth rhwng gweddillion asid amino 170 a 200 [73, 74] (Ffigur 1).

Mae astudiaethau'n dangos bod yr holltiad yn digwydd yn hwyr yn y llwybr secretory ar brotein unglycosylated ym mhresenoldeb aelodau o'r teulu matrics metalloproteases (MMP) [73].

Cynigir mai'r rheswm y mae'r holltiad yn digwydd ar PrPC unglycosylated yn unig yw'r rhwystr sterig o broteasau gan glycanau yn agos at y safle holltiad arfaethedig [40,75].

Canfuwyd bod y cleavage yn bodoli mewn gwahanol rywogaethau, meinweoedd, a modelau meithriniad celloedd. Mae angen astudiaeth bellach i benderfynu ar ei rôl er y gallai arwydd o symiau cynyddol o ddarn C3 mewn ymennydd CJD arwain at arwyddocâd pathogenig posibl [73].

3.4. Gwaredu Protein Prion

Mae holltiad pwysig PrP hefyd yn agos at derfynfa C. Mae'r holltiad yn gollwng PrP i'r gofod allgellog, gan adael nifer fach o weddillion asid amino ar wyneb y gell.

Disgrifiwyd yr holltiad mewn ymchwil cynnar [35,39,76,77] ond mae wedi cael mwy o sylw yn ystod y blynyddoedd diwethaf oherwydd bod sied PrP yn ymwneud â chlefydau [40,63,78-83].

Yn debyg i'r holltiad, mae colli PrP yn digwydd ym mhresenoldeb ensymau o'r teuluADAM. Mae arbrofion in vitro ac in vivo yn awgrymu bod ADAM9 ac ADAM10 yn ymwneud â'r broses holltiad a thaflu PrP [47,84-86] lle mai ADAM10 yw'r prif sheddase ar gyfer PrP ac ADAM9 yw modulator gweithgaredd ADAM10 [24 ].Sed PrP ei benderfynu gyntaf mewn bochdewion.

Yn ymennydd bochdewion heintiedig â phrion, roedd shedPrP yn cynrychioli tua 15% o'r moleciwlau PrPSc [76]. Dangosodd dadansoddiad pellach fod ADAM10 wedi hollti PrP sied rhwng Gly228 ac Arg229 ac wedi ffurfio sied PrP a derfynodd yn Gly228 [84].

Datgelodd dadansoddiad a archwiliodd broffil safle holltiad ADAM10 nad yw holltiad yn cael ei achosi gan ddilyniant unigryw [87].

O ganlyniad, gall yr ADAM10protease gynhyrchu amrywiadau o PrP sied yn dibynnu ar ddilyniant a chydffurfiad y protein. Disgrifiodd Jansen a chydweithwyr fodolaeth ffurflenni PrP heb eu hagor yn gorffen â Tyr225 a Tyr226 mewn cleifion â chlefyd prion [88].

Roedd yr awduron yn nodweddu dau glaf â chlefyd prion a oedd yn cario treigladau stopio yn safleoedd Y226X a Q227X a mynegodd y ffurfiau priodol. Gan ddefnyddio gwrthgorff monoclonaidd V5B2 [89] sy'n rhwymo'n benodol i ddarn o PrP sy'n dod i ben gyda Tyr226, fe wnaethom ddisgrifio ar yr un pryd fodolaeth ffurf rydd o PrP o'r enw PrP226* [90-94].

Mae dosbarthiad PrP226* yn yr ymennydd dynol wedi'i gysylltu â dosbarthiad PrPSc [90,94]. Oherwydd bodolaeth mwy nag un ffurf sied, gwnaethom ragdybio bod y safle proteolytig yn y dilyniant dynol wedi'i leoli'n benodol rhwng gweddillion asid amino 228 a 229 ond ei fod wedi'i leoli yn agos at derfynfa C [95] (Ffigur 1).

Yn ddiweddar, mae Linsenmeier et al. cyhoeddi astudiaeth gynhwysfawr ar y mecanwaith sy'n ysgogi colli proteolytig PrPC [81]. Gan ddefnyddio modelau a rheolyddion anifeiliaid, dangoswyd bod colli PrP yn cydberthyn yn negyddol â thrawsnewid prion a bod PrP sied yn bresennol yn helaeth mewn placiau amyloid.

Buont hefyd yn astudio dylanwad rhwymo gwrthgyrff a gyfeiriwyd gan PrP i PrPC ar dueddiad shedding. Roedd rhwymo gwrthgyrff gwrth-PrP cyfan i barth strwythuredig C-terminal o PrPC neu ddeilliadau gwrthgorff un gadwyn, wedi'u cyfeirio at epitopau ailadroddus o fewn rhanbarth octarepeat y parth N-terminal yn ysgogi colli, pan fydd rhwymo gwrthgyrff gwrth-PrP cyfan i'r octarepeat. rhan o'r parth N-terminal cloi strwythur parth N-terminal ac ennyn clystyru wyneb PrPC, endocytosis a diraddio mewn lysosomau [81].

4. Protein Prion a Myelination

Mynegir PrPC yn helaeth yn y system nerfol ganolog (CNS) a'r system nerfol ymylol [4,5]. Dangosodd astudiaethau mewn ymennydd primatiaid, ymennydd cnofilod, a llygod trawsgenig ei fod yn cael ei gyfoethogi ar hyd acsonau ac mewn terfynellau presynaptig lle mae'n ymwneud â chludiant echelinol anterograde ac ôl-radd [4,17,18,96-98].

Roedd dileu yn rhanbarth holltiad PrPC yn dangos dadfyelination difrifol ym madruddyn y cefn a'r mater gwyn cerebellar in vivo [99,100] Yn ddiweddarach, cadarnhawyd bod PrPC axonal a'i holltiad yn angenrheidiol ar gyfer pro-myelination yn y system nerfol ymylol [101].

Gan ddefnyddio model llygod co-isogenicPrP-knockout, Kuffer et al. darganfod bod PrPC axonal yn hyrwyddo myelinmaintenance mewn traws trwy rwymo i'r adlyniad G-protein-cyplysu derbynnydd Adgrg6 onSchwan celloedd gyda chynffon hyblyg N-terminal [7].

Fe wnaethant gadarnhau hefyd fod llygod â diffyg PrPC wedi datblygu niwroopathi dadfyelinu cronig, sy'n awgrymu bod homeostasis myelination yn y system nerfol ymylol yn swyddogaeth ffisiolegol ddilys PrPC [7].

Canfuwyd bod cynnal a chadw Myelin yn cael ei reoleiddio trwy rwymo darn o PrPC a ryddhawyd gan N-terminal (N1 neu sied PrP yn ôl pob tebyg) i Adgrg6 ar gelloedd Schwann.

Fe wnaeth y rhyngweithio actifadu Adgrg6, cynyddu lefelau cellog cAMP, a sbarduno rhaeadru neilltuo a oedd yn hyrwyddo myelination [7]. Cadarnhawyd rheoleiddio cynnal a chadw myelin ymylol gan PrPC mewn pum math gwahanol o fodelau llygoden PrP-knockout a ddatblygodd niwropathi perifferol cynnar [101-103].

Yn ddiweddar, bu ymgais i ddatblygu triniaeth ar gyfer clefydau demyelinating ymylol yn seiliedig ar rwymo rhwng parth N-terminal PrPC ac Adgrg6 [104]. Yn yr astudiaeth hon, fe wnaethant adeiladu moleciwl immunoadhesin sy'n cynnwys dau barth N-terminal hyblyg o PrPC sy'n gysylltiedig â darn acrystallizable (Fc) o imiwnoglobwlin G1 (FT2Fc) [104].

Dangosodd y moleciwl briodweddau ffarmacocinetig ffafriol a dangosodd botensial mewn vitro ond methodd â chael effaith therapiwtig ar yr arwyddion moleciwlaidd cynnar o ddadfyelination mewn llygod cnwd PrP [104].

Astudiwyd PrPC hefyd mewn cysylltiad â datblygiad myelin ymylol ac adfywio ar ôl anafiadau i'r nerfau [105]. Gan y canfuwyd bod PrP yn anhepgor yn y mecanwaith hwn, gellid rhagdybio nad oes gan PrP rôl fawr yn y broses atgyweirio nerf ymylol neu y gallai ligandau eraill wneud iawn am ei absenoldeb [105].

Mae myelination a rolau ffisiolegol eraill PrPC wedi cael eu hastudio'n ddwys ar fodelau o anifeiliaid gyda mynegiant genynnau PrP wedi'i chwalu neu ei chwalu.

Mae astudiaethau wedi dangos effeithiau negyddol cyfyngedig mewn llygod [102,106-109], gwartheg [110], a geifr [68,111,112] tra dangosodd astudiaethau ar lygod neu eifr PrP-knockout ddiffygion yn y system nerfol a sensitifrwydd i straen ocsideiddiol [6,101,111,113]. Cynhyrchwyd sawl model llygod PrP-knockout gyda chefndir cymysg [106,109,114-116].

Gan nad yw'r astudiaethau'n atgynhyrchadwy ymhlith modelau, gallai hyn godi'r cwestiwn a oedd unrhyw ffenoteipiau a arsylwyd yn ganlyniad gwirioneddol i amryffurfedd mewn genynnau o bobtu Prnp neu ganlyniad absenoldeb PrPC. Er mwyn osgoi'r broblem hon, fe'ch cynghorir i ailadrodd arbrofion allweddol gan ddefnyddio llygod PrPknockout cyd-isogenig.

Er bod angen egluro rôl PrPC yn y CNS, mae darnau a ryddhawyd gan PrPC a PrPC yn anhepgor mewn homeostasis myelin nerf ymylol ond gallant fod yn anhepgor ar gyfer adferiad nerfau.

For more information:1950477648nn@gamil.com