Y System Glyoxalase mewn Clefydau sy'n Gysylltiedig ag Oedran: Ymyrraeth Maeth Fel Strategaeth Gwrth-Heneiddio Rhan 1
Jun 14, 2022
Cysylltwchoscar.xiao@wecistanche.comam fwy o wybodaeth
Crynodeb:Mae'r system glyoxalase yn hanfodol ar gyfer dadwenwyno cynhyrchion terfynol glyciad datblygedig (AGEs). Mae AGEs yn gyfansoddion gwenwynig sy'n deillio o addasu biomoleciwlau heb fod yn ensymatig gan siwgrau neu eu metabolion trwy broses o'r enw glycation. Mae AGE yn cael effeithiau andwyol ar lawer o feinweoedd, gan chwarae rhan pathogenig yn natblygiad heneiddio moleciwlaidd a chellog. Oherwydd y dirywiad sy'n gysylltiedig ag oedran mewn gwahanol fecanweithiau gwrth-AGE, gan gynnwys mecanweithiau dadwenwyno a galluoedd proteolytig, mae biomoleciwlau glyciedig yn cronni yn ystod heneiddio arferol yn ein corff mewn modd sy'n ddibynnol ar feinwe. O'u hystyried yn y modd hwn, cynigir systemau dadwenwyno gwrth-AGE fel targedau therapiwtig i frwydro yn erbyn camweithrediad patholegol sy'n gysylltiedig â chroniad AGE a sytowenwyndra. Yma rydym yn crynhoi'r cyflwr presennol o wybodaeth sy'n ymwneud â'r mecanweithiau amddiffynnol yn erbyn straen glyciad, gyda phwyslais arbennig ar y system glyoxalase fel y prif fecanwaith ar gyfer dadwenwyno canolradd adweithiol glyciad. Mae'r adolygiad hwn yn canolbwyntio ar glyoxalase 1 (GLO1), ensym cyntaf y system glyoxalase, ac ensym cyfyngu cyfradd y broses catalytig hon. Er bod GLO1 yn cael ei fynegi'n hollbresennol, mae lefelau a gweithgareddau protein yn cael eu rheoleiddio mewn modd sy'n dibynnu ar feinwe. Rydym yn darparu dadansoddiad cymharol o brotein GLO1 mewn meinweoedd gwahanol. Mae ein canfyddiadau'n nodi rôl i'r system glyoxalase mewn homeostasis yn retina'r llygad, meinwe ocsigenedig iawn gyda throsiant protein cyflym. Rydym hefyd yn disgrifio modiwleiddio'r system glyoxalase fel targed therapiwtig i ohirio datblygiad clefydau sy'n gysylltiedig ag oedran a chrynhoi'r llenyddiaeth sy'n disgrifio'r wybodaeth gyfredol am gyfansoddion maethol sydd â phriodweddau i fodiwleiddio'r system glyoxalase.
Geiriau allweddol:straen glycation; system glyoxalase; heneiddio; proteowenwyndra
1. Cyflwyniad: Straen Glycative a Heneiddio'n Afiach
Mae corff cynyddol o lenyddiaeth yn nodi bod cronni proteinau wedi'u difrodi yn nodwedd benodol o heneiddio a llawer o glefydau sy'n gysylltiedig ag oedran, gan gynnwys diabetes math 2, canser, anhwylderau niwroddirywiol, cardiofasgwlaidd ac anhwylderau sy'n gysylltiedig â'r llygaid [1-7]. Mae proteinau Aberrant yn amharu ar homeostasis cellog trwy ffurfio agregau anweithredol a gwenwynig ac mae hyn yn arwain at anactifadu nid yn unig y protein afreolaidd ond gall hefyd amharu ar swyddogaeth proteinau hanfodol eraill oherwydd y straen ar - neu annigonolrwydd - y peiriannau rheoli ansawdd protein yn y gell. Un mecanwaith amlwg sy'n arwain at foleciwlau afreolaidd yw addasiad gan gynhyrchion terfynol glyciad uwch (AGEs).
Cynhyrchir cyfansoddion dicarbonyl
o wahanol lwybrau metabolaidd (Ffigur 1) sy'n cynnwys siwgr dietegol a metaboledd carbohydradau i ffurfio AGEs. Mae'r cyfansoddion dicarbonyl hyn yn rhyngweithio â biomoleciwlau, fel proteinau, lipidau, ac asidau niwclëig mewn addasiad ôl-drosiadol an-ensymatig o'r enw glycation. Y prif gyfryngau glycating dicarbonyl yw methylglyoxal (MG), glyoxal, neu 3-deoxyglucosone [8]. Mae'r dicarbonyls hyn yn cael eu cynnal ar lefelau isel mewn amodau homeostatig, ond mae'r broses heneiddio yn cynyddu'r adweithyddion glycio hyn i lefelau patholegol, gan wella ffurfio AGEs gwenwynig ac, yn y pen draw, yn peryglu ffitrwydd meinwe. O ystyried bod ffurfio AGEs yn dibynnu ar grynodiad glwcos, mae bwyta diet glycemig uchel neu gyflyrau diabetig yn arwain at groniad systemig dramatig o AGEs. Mae hyn yn cydberthyn yn uniongyrchol â newid metaboledd, cynnydd mewn llid, a datblygiad cyflyrau meddygol difrifol. I'r gwrthwyneb, mae cymeriant diet glycemig isel yn cyfyngu ar groniad OED ac mae'n gysylltiedig â dilyniant arafach rhai o'r clefydau hyn [9-13]. Yn y cyd-destun hwn, mae hyperglycemia yn gosod straen ychwanegol ar gynhyrchu proteinau glyciedig sy'n gysylltiedig ag oedran ac yn gwaethygu canlyniadau niweidiol dyddodion AGEs ar weithrediad organau.
Ffigur 1. Diagram sgematig o ffurfio -dicarbonyls a llwybrau dadwenwyno yn erbyn difrod sy'n deillio o AGE wrth heneiddio. Mae -dicarbonyls adweithiol iawn fel methylglyoxal (MG) yn cael eu ffurfio trwy ddiraddio'r canolradd glycolytig nad yw'n ensymatig, gan gynnwys ffosffad dihydroxyacetone a glyseraldehyde 3-ffosffad a ffynonellau eraill, gan gynnwys asid amino a metaboledd lipid. Er mwyn osgoi difrod AGE, mae'r system glyoxalase yn fecanwaith sylfaenol sy'n cyfyngu ar synthesis AGEs, gan drosi biomoleciwlau adweithiol uchel, megis MG, yn fiomoleciwlau llai adweithiol (D-lactate). Mae'r broses hon yn cynnwys gweithgaredd dilyniannol dau ensym GLO1 a GLO2 a ffurf lai o glutathione (GSH). Mae mecanweithiau dadwenwyno eraill yn awgrymu gweithgaredd DJ-1, aldehyde dehydrogenases (ALDHs), Aldo-keto reductases (AKRs), ac ensymau diraddio asetasetad. Ar ôl eu ffurfio, gellir clirio AGEs trwy ddau lwybr proteolytig: y system ubiquitin-proteasome (UPS) ac awtophagi. Mae'r mecanweithiau amddiffynnol hyn (a amlygir mewn gwyrdd) yn dirywio wrth heneiddio ac yn cyfrannu at ddechrau clefydau sy'n gysylltiedig ag oedran fel niwroddirywiad, clefydau sy'n gysylltiedig â llygaid (AMD, cataract, DR), neffropathi, syndrom metabolig, a chanser. GLO1: glyoxalase 1; GLO2:glyoxalase 2; GSH: glutathione.
Gall Cistanche gwrth-heneiddio
Mae straen glyciad gormodol yn hyrwyddo anhydawdd protein, dadreoleiddio signalau a llwybrau rheoli ansawdd protein. Newidiadau sy'n deillio o AGEs yn y llwybrau signalau perturb proteome mewn ffisioleg meinwe (MAP / ERK, JAK-STAT, a llwybrau PI3K-AKT) sy'n arwain at drawsleoli niwclear ffactorau trawsgrifio sy'n ymwneud â swyddogaethau cellog lluosog, gan gynnwys llid, apoptosis, straen ER , autophagy, straen ocsideiddiol, swyddogaeth mitochondrial, ac ati (adolygwyd yn [2,14]). Gall proteinau glyciedig hefyd ordrethu neu gyfyngu ar ymarferoldeb galluoedd proteolytig. Yn y pen draw, mae'r newidiadau hyn yn cyfrannu at ddechrau anhwylderau lluosog sy'n gysylltiedig ag oedran.
Mae astudiaethau lluosog wedi dangos bod ffurfio oedrannau sy'n deillio o MG a MG yn ffactor pwysig yn pathogenesis diabetes a'i gymhlethdodau, megis retinopathi, neffropathi, a niwroopathi [15-19]. Mae straen dicarbonyl hefyd yn gyfryngwr cyfrannol o ordewdra a chlefyd cardiofasgwlaidd [20,21]. Gall MG gyfrannu at atherosglerosis trwy sawl mecanwaith, gan gynnwys cronni oedrannau sy'n deillio o MG mewn placiau atherosglerotig [22] a glyciad lipoprotein dwysedd isel a achosir gan MG [23]. Mae'r cysylltiad rhwng MG a gorbwysedd hefyd wedi'i arsylwi mewn sawl astudiaeth, gan ddangos lefelau MG uwch yn yr aorta a meinweoedd yr arennau [24,25]. Mae sawl astudiaeth hefyd wedi cadarnhau bod cydberthynas rhwng cronni AGEs â llawer o anhwylderau niwroddirywiol, gan effeithio felly ar swyddogaeth yr ymennydd, megis clefyd Alzheimer, clefyd Parkinson, a sgitsoffrenia [26-28]. Mae un o'r enghreifftiau gorau o'r berthynas rhwng cronni AGE a chanlyniadau sy'n gysylltiedig â heneiddio yn digwydd mewn meinweoedd llygaid sy'n arwain at anhwylderau meinwe llygadol a achosir gan glycation, megis cataractau, dirywiad macwlaidd sy'n gysylltiedig ag oedran (AMD), a retinopathi diabetig (DR)[{ {15}}]. O ran cataractau, prif achos dallineb ledled y byd, mae crisialau lens yn dod yn gynyddol felyn-frown ag oedran o ganlyniad i gronni sgil-gynhyrchion AGEs [31]. Yn ogystal â'r lens, mae AGEs retinol yn cynyddu gydag oedran a diabetes, yn enwedig yn y retina allanol. AMD yw prif achos dallineb mewn unigolion hŷn mewn cenhedloedd datblygedig. Mae lefelau AGE uwch i'w cael mewn cleifion AMD o gymharu â phynciau rheoli yn ogystal ag mewn modelau llygoden AMD [32-36]. Nodweddir DR gan groniad AGEs yn y retina, gan achosi difrod microfasgwlaidd [37].ffracsiwn flavonoid puro micronedig 1000 mg yn defnyddioMae'r newidiadau patholegol hyn yn arwain at niwed anadferadwy i'r rhwystr gwaed-retinol, ac oedema macwlaidd, gan arwain yn y pen draw at golli gweledigaeth. I grynhoi, mae AGEs yn cronni ledled y corff wrth heneiddio, yn enwedig mewn cleifion diabetig. Mae hyn yn peryglu cartrefostasis organebol ac yn cyfrannu at ddechreuad a chynnydd llu o glefydau sy'n gysylltiedig ag oedran.
Mae systemau lluosog i ddadwenwyno AGEs. Mae'r rhain yn cynnwys y system glyoxalase, y mecanwaith â nodweddion gorau i atal ffurfio AGEs, ac un o'r llwybrau sy'n gallu dadwenwyno canolradd glyciad. Fodd bynnag, mae'r gallu gwrth-AGEs yn dirywio gydag oedran sy'n arwain at grynhoad cyflym o AGEs mewn 'meinweoedd hŷn arferol. Er bod yna wahanol fecanweithiau amddiffyn i gyfyngu ar groniad AGEs mewn meinweoedd, nid yw eu datblygu i atal AGEs rhag cronni ac mae patholegau cysylltiedig yn cael eu hecsbloetio o hyd [38]. Yn yr adran nesaf, rydym yn crynhoi'r llenyddiaeth gyfredol am fecanweithiau dadwenwyno sy'n canolbwyntio ar y system glyoxalase i leihau'r casgliad o sgil-gynhyrchion gwenwynig hyn mewn celloedd a meinweoedd. Yn olaf, rydym yn trafod defnyddioldeb ymyriadau maethol i hybu'r system glyoxalase fel strategaeth gwrth-heneiddio.
2. Mecanweithiau Dadwenwyno yn erbyn Straen Glycative: Prif Swyddogaeth y System Glyoxalase
Adroddwyd am fecanweithiau dadwenwyno lluosog yn erbyn cronni AGEs. Mae Ffigur 1 yn drosolwg sgematig o'r ffurfiad -dicarbonyl a'r gwahanol lwybrau dadwenwyno yn erbyn difrod sy'n deillio o AGEs wrth heneiddio. Mae prif lwybrau synthesis AGEs yn cynnwys adwaith dicarbonyls adweithiol sy'n deillio'n bennaf o'r metaboledd glwcos ag aminau cynradd (gadwyn ochr N-terminal neu lysin) neu grŵp guanidine y gadwyn ochr arginine [39]. Mae ffurfio -dicarbonyls adweithiol iawn, megis MG, trwy fetaboledd y canolradd glycolytig, megis ffosffad dihydroxyacetone a glyseraldehyde 3-ffosffad, a ffynonellau eraill, gan gynnwys asid amino a metaboledd lipid.
Mae OED yn ddiwrthdro ac, ar ôl eu ffurfio, dim ond trwy lwybrau proteolytig [5,9,40,41] y gellir eu dileu. Awgrymir dau allu proteolytig mawr i gyfrannu at glirio AGEs: y system ubiquitin-proteasome (UPS) a'r system proteolytig lysosomaidd awtoffagig (ALPS)[5,9,40,41] (Ffigur 1). Mae'r UPS yn gweithredu'n bennaf ar broteinau hydawdd wedi'u cam-blygu. Yn yr UPS, mae swbstradau yn cael eu hadnabod a'u tagio ag ubiquitin a'u targedu at y proteasome i'w diraddio. Mae'r ALPS yn cynnwys targedu cargo i'r adran lysosomaidd ar gyfer diraddio. Gall cargo awtophagig fod yn amrywiol, gan gynnwys proteinau anhydawdd, agregau proteinaidd, a hyd yn oed organynnau cyfan. Mae'r ddau lwybr proteolytig yn swyddogaethol gydweithredol ac mae llenyddiaeth gynyddol yn cefnogi croes-siarad rhwng y ddau lwybr gyda rhyngweithiadau uniongyrchol ac anuniongyrchol cilyddol[42-46]. Mae'r crosstalk hwn yn gwarantu mecanwaith wrth gefn ac, yn achos diffyg un o'r llwybrau, mae'r llwybr proteolytig arall yn tueddu i wneud iawn i gynnal proteome priodol a swyddogaethol [47].
Dogfennwyd newidiadau sy'n gysylltiedig ag oedran mewn cyfraddau diraddio protein ar gyfer llawer o feinweoedd fwy na 3 degawd yn ôl, hyd yn oed cyn i nodweddu moleciwlaidd llwybrau proteolytig gael ei ddiffinio [48]. Y dyddiau hyn, mae dealltwriaeth well o ddirywiad moleciwlaidd a chellog y ddau brif lwybr proteolytig gydag oedran ac mae gwahaniaethau yn y graddau o ostyngiad rhwng yr UPS a systemau lysosomaidd. Mae llawer o adroddiadau wedi dangos dirywiad meinwe-ddibynnol mewn UPS, tra bod dirywiad awtoffagig yn ymddangos yn gyffredinol (adolygwyd yn [49-51). O ran awtoffagi, mae adrannau lysosomaidd ac awtoffagosomaidd yn cael eu haddasu'n drawiadol. Mae newidiadau sy'n cyfrannu at gamweithio awtoffagi yn cynnwys gostyngiad mewn sefydlogrwydd lysosomaidd, gweithgaredd hydrolase, cronni deunydd anhreuladwy (lipofuscin) yn y lwmen lysosomaidd, pH lysosomaidd camweithredol, gostyngiad yn lefel trawsgrifiadol proteinau sy'n gysylltiedig â awtophagi, gostyngiad mewn sefydlogrwydd y chaperone-median derbynnydd awtoffagi LAMP2A yn y bilen lysosomaidd a llai o gysylltiad rhwng proteinau modur yn yr adrannau awtoffagic ([49,51,52]). Yn wahanol i awtoffagi, derbynnir bellach ei bod yn ymddangos bod newidiadau mewn galluoedd proteolytig proteasom gydag oedran yn fwy ansoddol na meintiol.oteflavonoidMae newidiadau yng nghyfansoddiad y gweithgareddau catalytig craidd proteasomal ac is-unedau modiwleiddio, mynegiant proteasome gostyngol, yn ogystal â newidiadau yng nghyflwr ocsidiad yr is-unedau proteasome a'r swbstradau proteasome, yn cyfrannu at ataliad cysylltiedig ag oedran y gallu UPS (a adolygwyd yn [53). ,54). Mewn rhai achosion, efallai nad oes digon o allu gan y systemau proteolytig i drin i lwytho. Yn anffodus, mae effeithiolrwydd y ddau fecanwaith hyn yn dirywio gydag oedran, gan arwain at y gallu annigonol i adnabod a chael gwared ar broteinau sydd wedi'u difrodi ac, felly, y casgliad mewngellol o agregau protein ac organynnau camweithredol [55,56]. Mae lefelau OEDRAN net yn cael eu pennu gan gydbwysedd y gyfradd synthesis neu ffurfiant a chyfradd tynnu. Canlyniad uniongyrchol y dirywiad mewn cynhwysedd proteolytig yw croniad proteinau hirhoedlog mewn organebau oed, y mae llawer ohonynt yn cronni difrod sy'n deillio o glycation yn eu dilyniannau asid amino. Mae cronni AGEs yn digwydd mewn modd sy'n gysylltiedig ag oedran ac yn ddibynnol ar oedran ([4,9]) ac mae dadansoddiad proteomig diweddar mewn ymchwil heneiddio wedi datgelu bod bioleg AGE yn cynnwys llwybr metabolig cyfoethog sy'n gysylltiedig â phroteomau sy'n gysylltiedig ag oedran [57].
Er bod UPS ac ALPS yn dirywio gydag oedran, mae yna wahanol lwybrau amddiffynnol gyda'r gallu i leihau synthesis AGEs. Yn yr adolygiad hwn, rydym yn canolbwyntio ar y mecanweithiau amddiffynnol hyn sy'n cyfyngu ar fiogenesis AGEs, gyda phwyslais arbennig ar y system glyoxalase, y prif lwybr ar gyfer dadwenwyno dicarbonyls adweithiol [58]. Yn yr adran hon, byddwn yn disgrifio'r system glyoxalase yn fanwl. Rydym hefyd yn disgrifio'n fyr fecanweithiau eraill wrth ddadwenwyno AGEs: DJ protein sy'n gysylltiedig â Parkinson-1, dehydrogenases aldehyde (ALDHs), Aldo-keto reductases (AKRs), a diraddiad asetasetad.
2.1.System Glyoxalase: Y Llwybr Dadwenwyno Mawr ar gyfer Dicarbonylau Adwaith
Mae llenyddiaeth helaeth yn cefnogi'r system glyoxalase fel y prif lwybr dadwenwyno ar gyfer dicarbonyls adweithiol yn cytosol pob cell mamalaidd [58]. Y system glyoxalase yw'r llwybr â'r nodweddion gorau ar gyfer metaboledd MG. Mae genynnau ar gyfer glyoxalases yn cael eu cadw'n esblygiadol a'u dosbarthu'n eang mewn amrywiol systemau byw, megis bodau dynol, planhigion, burum, bacteria, ffyngau a phrotistiaid. Mae presenoldeb mewn llawer o dacsa amrywiol yn tynnu sylw at bwysigrwydd uchel ensymau glyoxalase yn swyddogaeth ffisiolegol bywyd biolegol. Mae gweithgareddau cyfun glyoxalases 1 a 2 (GLO1, GLO2) yn cataleiddio trosi -oxoaldehydes adweithiol, acyclic i'r asidau -hydroxy cyfatebol [58]. Mae'r adweithiau hyn hefyd yn gofyn am GSH catalytig. Yn y cam cychwynnol, mae GLO1 yn trosi ei swbstrad, hemithioacetal, a ffurfiwyd gan adwaith digymell o aldehyd y dicarbonyl MG a GSH, yn orsedd SD-lactoylglu. Yna, mae GLO2 yn hydrolysu tathione SD-lactoylglu i D-lactad ac yn diwygio GSH (Ffigur 1).fitamin piwritaniaid cMae gweithgaredd GLO1 mewn cyfrannedd union â chrynodiad GSH. Mae gweithgaredd GLO1 yn lleihau pan fydd GSH yn cael ei dynnu, megis ar straen ocsideiddiol pan drosi GSH i GSSG [59].
Mae MG yn cael ei ffurfio yn ystod glycolysis a gluconeogenesis trwy ddiraddio ffosffad dihydroxyacetone a glyseraldehyde 3- ffosffad, yn ogystal â chataboledd threonin, ocsidiad cyrff ceton, a diraddio proteinau glycedig. Mae swbstradau eraill, gan gynnwys glyoxal, phenylglyoxal, ac aldehyde hydroxypyru, hefyd yn cael eu metaboli trwy'r llwybr hwn [60]. Mae GLO1, yr ensym sy'n cyfyngu ar gyfradd yn y system glyoxalase, yn cataleiddio'r cam dadwenwyno sylfaenol [61], ac felly mae newid protein GLO1 yn ymwneud â llawer o brosesau patholegol wrth heneiddio, megis diabetes, clefydau niwroddirywiol, canser, a llygad-gysylltiedig. clefydau [20.
Mae rheoleiddio mynegiant a gweithgaredd GLO1 yn gymhleth ac nid yw'n cael ei ddeall yn dda o hyd (Ffigur 2). Mae'r dilyniant hyrwyddwr GLO1 yn cynnwys elfen ymateb metel (MRE), elfen ymateb inswlin (IRE), isoform ffactor 2- cynnar (E2F), a phrotein 2 sy'n rhwymo enhancer actifadu (AP{{10) }} ), ac elfen gwrthocsidiol-ymateb (ARE). Cadarnhawyd swyddogaeth yr IRE ac MRE mewn profion gohebwyr lle cynhyrchodd triniaeth inswlin a sinc clorid fwy o ymateb trawsgrifiadol 62]. Arsylwyd gweithgareddau swyddogaethol tebyg ar gyfer E2F ac AP-2 [63,64]. Mae'r ARE sydd wedi'i leoli yn exon 1 o Glo1 yn ymuno â Glo1 â'r system drawsgrifio sy'n ymateb i straen [65] sy'n gysylltiedig â ffactor niwclear erythroid 2-ffactor 2(NRF2) [65]. Mae sawl genyn sy'n gysylltiedig â metaboledd MG ac amddiffyniad rhag straen ocsideiddiol o dan reolaeth y llwybr NRF2-ARE [66]. Mae NRF2 wedi'i gymhlethu â KEAP1, sef protein addasydd swbstrad ar gyfer cwlin-3-cymhlyg E2 ubiquitin ligas dibynnol, sy'n cyfeirio NRF2 ar gyfer diraddio gan y proteasome 26S ar gyflyrau ffisiolegol. Mae straen ocsideiddiol yn arwain at ansefydlogi'r cymhleth hwn, gan achosi trawsleoliad NRF2 i'r cnewyllyn, a sbarduno upregulation genynnau gwrthocsidiol [67,68]. Mae rhwymiad NRF2 i'r Glo1-ARE yn cynyddu mynegiant gwaelodol ac anwythol GLO1.[65]. Mae ymatebion NRF2 ac gwrthocsidiol hefyd yn cael eu huwchreoleiddio pan fydd MG yn achosi gwanhau KEAP sy'n rhyddhau Nrf2 [69].
Mae sawl astudiaeth yn dangos bod NRF2 yn cynyddu gweithgaredd GLO1 ac yn lleddfu straen MG mewngellol; felly, arweiniodd modiwleiddio GLO1 gan weithyddion NRF2 at ostyngiad mewn adddygiadau protein sy'n deillio o MG a MG yn y celloedd a'r meinweoedd [70-73]. Ar ben hynny, gostyngwyd mRNA a phrotein hepatig, yr ymennydd, y galon, yr arennau a'r ysgyfaint mewn llygod taro NRF2 [65]. At ei gilydd, mae'r adroddiadau hyn yn awgrymu bod GLO1 yn darged i lawr yr afon lle mae llwybr NRF2/KEAP1 yn cyflawni ei swyddogaethau amddiffynnol trwy leihau straen MG a dicarbonyl. Fodd bynnag, mae gweithrediad llidiol yr NF-kB (ffactor niwclear kB) gyda NRF2 yn lleihau mynegiant Glol [74]. Mae mynegiant glow hefyd yn cael ei reoleiddio'n negyddol gan HIFl (ffactor hypocsia-inducible l ) o dan amodau hypocsig, gyrrwr ffisiolegol pwysig o straen dicarbonyl [75].
Ynghyd â rheoleiddio trawsgrifiadol, mae yna hefyd reoleiddio ôl-gyfieithiad o brotein GLO1 (Ffigur 2). Mae GLO1 yn cael ei asetylu gan sirtuin sytosolig-2[76,77], a gall ei fynegiant gael ei leihau trwy actifadu RAGE (derbynnydd ar gyfer cynhyrchion terfynol glyciad uwch); fodd bynnag, nid yw'r mecanweithiau hyn yn cael eu deall yn glir [78].sistancheDangosodd astudiaeth ddiweddar y gellir addasu protein GLO1 trwy ffosfforyleiddiad threonine 107 (T107) a nitrosyleiddiad cystein 139 [79]. Yn yr astudiaeth hon, adroddwyd bod ffosfforyleiddiad T107 gan delta kinase II sy'n ddibynnol ar calmodulin yn y protein GLO1 yn fecanwaith manwl gywir i reoleiddio'r system glyoxalase. Yn benodol, mae ffosfforyleiddiad GLO1 yn T107 yn effeithio ar effeithlonrwydd cinetig dadwenwyno MG a chyfradd diraddio proteasomal. Felly, mae ei statws newidiol yn gysylltiedig â datblygiad clefydau sy'n gysylltiedig ag oedran [79].
Ffigur 2. Mecanweithiau rheoliad glyoxalase 1(GLO1). Gellir rheoleiddio gweithgaredd GLO1 trwy fecanweithiau lluosog, gan gynnwys rheoleiddio trawsgrifiadol ac addasiadau ôl-gyfieithu. Mae hyrwyddwr Glo1 yn cynnwys elfennau rheoleiddio amrywiol, megis ymateb gwrthocsidiol (ARE), elfennau ymateb-metel (MRE), ac elfennau ymateb inswlin (IRE), a safleoedd rhwymo ar gyfer AP-2 ac E2F. Mewn amodau arferol, mae'r ffactor niwclear erythroid 2-ffactor cysylltiedig 2 (NRF2) wedi'i gymhlethu â KEAP1, sef protein addasydd swbstrad ar gyfer difa -3-cymhlyg E2 ubiquitin ligas dibynnol, cyfarwyddo NRF2 ar gyfer diraddio gan y system ubiquitin-proteasome (UPS). Mae straen ocsideiddiol yn arwain at ansefydlogi'r NRF cymhleth2-KEAP1, gan achosi datgysylltu NRF2 sy'n cael ei drawsleoli i'r cnewyllyn sy'n sbarduno dad-reoleiddio gwahanol enynnau gwrthocsidiol. Mae rhwymo NRF2 i'r Glo1-ARE yn cynyddu mynegiant GLO1. O dan amodau hypocsia, mae mynegiant Glow yn cael ei reoleiddio'n wrthdro gan ffactor hypocsia-inducible 1 (HIFlx). Gall gwahanol addasiadau ôl-gyfieithu yn y cytosol effeithio ar sefydlogrwydd GLO1.
2.2. Mecanweithiau Dadwenwyno Amgen fel Systemau Wrth Gefn Tybiol i Ddigolledu Diffyg Gweithgaredd Glyoxalase
Er mai'r prif fecanwaith ar gyfer dadwenwyno dicarbonyls adweithiol yn y system glyoxalase, mae yna lwybrau amgen gyda'r gallu i ddadwenwyno dicarbonyls a ffurfiwyd yn ystod metaboledd siwgr. Mae'r rhain yn cynnwys ALDHs, AKRs, y DJ protein sy'n gysylltiedig â Parkinson-1, a sborionio trwy asetoasetad i ffurfio 3-hydroxy hexane-2,5-dione (3-HHD). )[80]. Mae perthnasedd ffisiolegol y systemau hyn yn parhau i fod yn aneglur a holwyd a yw'r ensymau hyn yn hanfodol ar gyfer dadwenwyno AGEs mewn meinweoedd oherwydd gweithgaredd uchel y system glyoxalase. Ymddengys eu bod yn gydrannau o systemau wrth gefn sy'n gweithredu yn absenoldeb gweithgaredd glyoxalase er na ellir diystyru rôl y llwybrau hyn sy'n ddibynnol ar feinwe.
Mae DJ{0}}, a elwir hefyd yn brotein clefyd Parkinson 7(PARK7), yn chwarae rhan hanfodol mewn clefyd Parkinson (PD). Dangoswyd bod diffyg protein DJ-1 swyddogaethol yn achosi PD enciliol awtosomaidd [81,82]. Adroddwyd bod gan DJ-1 ddau weithgaredd gwahanol: (1) gweithgaredd glyoxalase in vitro, trosi MG yn lactad ac atal difrod meinwe a achosir gan MG yn Caenorhabditis elegans [83], a (2) gweithgaredd deglycase in vitro, gan leihau sgil-gynhyrchion MG cyfnod cynnar [84]. Yn ddiweddar, mae astudiaethau eraill hefyd wedi dangos bod DJ-1 yn chwarae rhan berthnasol mewn deglycase DNA [85-87].beth yw cistancheMae gallu dadwenwyno DJ-1 yn absenoldeb glutathione(GSH) yn golygu bod hwn yn llwybr amgen i'r system glyoxalase, sy'n gofyn am bresenoldeb GSH. Fodd bynnag, ni welodd Pfaff et al. gan ddefnyddio ergydion DJ-1 yng nghelloedd Drosophila a DJ-1 ergydio yn yr organeb gyfan unrhyw wahaniaethau yn y croniad o adduction protein MG [88].
Mae AKRs yn deulu o broteinau sy'n gallu lleihau aldehydau a cetonau yn alcoholau cynradd ac eilaidd. Mae AKRs yn metaboleiddio MG i hydroxy aseton neu lactaldehyde. Dangosodd rhai astudiaethau fod mynegiant trawsenynnol Aldo-keto reductases dynol a llygoden mewn celloedd ffibroblast cnofilod yn amddiffyn rhag difrod a achosir gan MG, gan awgrymu y gall AKRs gymryd rhan mewn dadwenwyno MG a gostyngiad mewn lefelau AGEs [89-91]. Canfuwyd gweithgaredd AKR1B3 uchel yng nghelloedd clo1 Glo1 Schwann yn ogystal â mynegiant cynyddol yn ystod amlygiad MG, gan awgrymu y gallai fod yn fecanwaith cydadferol a achosir gan ddiffyg y system glyoxalase neu straen glyciad gormodol [92]. Yn ddiddorol, arweiniodd diffyg AKR1B3 at lefelau uwch o MG ac AGEs yng nghalonnau llygod diabetig [91].
Mae LEDs yn grŵp arall o ensymau metaboleiddio -dicarbonyl sy'n ocsideiddio MG i pyruvate. Cynyddwyd mynegiant ALDH mewn celloedd math gwyllt llygoden Schwann ar driniaeth MG [92]. Mewn model pysgod sebra, dangosodd pysgod taro glo1 fod gweithgaredd ALDH ysgogedig yn gwneud iawn am ddiffyg GLO1 [93]. Fodd bynnag, mewn llygod o leiaf, mae'r mecanweithiau cydadferol yn ddibynnol ar feinwe, gan fod y mynegiant cynyddol o AKRs ac ALDHs i'w gweld ym meinwe'r afu ond dim ond AKRs a adroddwyd mewn arennau mewn llygod taro Glo1 [94]. Mewn astudiaethau dynol, cynyddwyd y metabolit DG 3- a gynhyrchwyd gan weithgaredd aldehyde dehydrogenase 1A1 (ALDH1A1) mewn plasma ac erythrocytes cleifion diabetig [92]. Yn ddiweddar, dangoswyd hefyd bod asetoacetate corff ceton yn lleihau crynodiad MG trwy adwaith nad yw'n ensymatig yn ystod cetosis diabetig a dietegol [95,96]. Canfuwyd bod y llwybr metabolaidd hwn yn cynnwys adwaith aldol anensymatig rhwng MG a'r corff ceton asetasetad, gan arwain at 3-hydroxy hexane-2,5-dione, sy'n bresennol yn y gwaed cleifion sy'n dioddef o ddiffyg inswlin. Gallai llwybrau amgen a allai wneud iawn am ddiffyg y system glyoxalase gynhyrchu moleciwlau gwenwynig fel y-diketones, sy'n gysylltiedig â dirywiad echelinol ymylol ac anaf ceilliau [97,98].
Er nad oes dadansoddiad heneiddio systematig o broteinau sy'n gysylltiedig â llwybrau amgen annibynnol GLO, mae newidiadau cysylltiedig ag oedran yn y chwaraewyr moleciwlaidd hynny wedi'u hadrodd. Er enghraifft, mae cydberthynas rhwng D]-1 lefelau mynegiant a straen ocsideiddiol, a dangosodd adroddiadau gwahanol gynnydd mewn DJ-1 gydag oedran. Cynyddodd lefelau DJ-1 mRNA a phrotein o 8 i 20 wythnos oed mewn llygod [99] a chynyddodd lefelau DJ-1 yn sylweddol fel swyddogaeth oedran mewn hylif serebro-sbinol dynol [100]. Mewn meinweoedd llygadol, dangoswyd bod y DJ-1 yn cael ei fynegi mewn epitheliwm pigment retinol a ffotoreceptors a chynyddodd y mynegiant mewn hen lygaid [101]. Gallai adlewyrchu mecanwaith cydadferol oherwydd y dirywiad mewn gweithgaredd system glyoxalase.
2.3. Gweithgaredd Meinwe-Dibynnol o System Glyoxalase
Er bod GLO1 yn brotein hollbresennol, mae lefelau'r ensym hwn yn cael eu rheoleiddio mewn modd sy'n ddibynnol ar feinwe. Er mwyn gwerthuso rôl y system glyoxalase mewn gwahanol feinweoedd, fe wnaethom archwilio mynegiant a gweithgaredd GLO1 mewn meinweoedd anocwlar (afu, ymennydd, calon, ac aren) a llygadol (retina, RPE / choroid, a lens) o math gwyllt C57BL/6] llygod. Gan ddefnyddio gwrthgyrff sy'n adnabod GLO1 yn benodol, perfformiwyd blotio Gorllewinol ac imiwn-histocemeg i fesur lefelau protein. Penderfynwyd ar weithgaredd GLO1 mewn darnau cytosolig yn sbectroffotometrig fel cyfradd ffurfio gychwynnol SD-lactoylglutathione, fel yr adroddwyd yn flaenorol [30,102]. Crynhoir y canlyniadau hyn yn Ffigur 3.
Ffigur 3. Dadansoddiad cymharol o brotein GLO1 a gweithgaredd mewn meinweoedd llygadol ac anocwlar. (A) Assayed gweithgaredd GLO1 mewn meinweoedd nad ydynt yn llygadol a meinweoedd retina o lygod WT fel y disgrifiwyd yn flaenorol [29] a mynegwyd gweithgaredd fel canran (y cant) o'i gymharu ag afu. (B)Afu a (C) cynrychiolydd retina dadansoddiad blot y Gorllewin o WT a Glow overexpression llygod trawsenynnol (Glo1 Tg plus / plus ) gan ddefnyddio gwrthgorff monoclonaidd (anfasnachol) a gwrthgorff polyclonaidd ar gyfer Gol (masnachol, GeneTex)[36,103,104]. (D)Dadansoddiad blot Cynrychioliadol Gorllewinol o ddarnau meinwe anocwlar (50ug) o lygod WT gan ddefnyddio gwrthgorff monoclonaidd ar gyfer meintioli protein Glo1 (anfasnachol) ac (E) o GLO1 wedi'i normaleiddio i reoli llwytho (staenio Ponceau). (F) Perfformiwyd gweithgaredd GLO1 mewn meinweoedd llygadol (Retina, RPE / Choroid, a Lens) o lygod WT fel y disgrifiwyd yn flaenorol [29] a mynegwyd gweithgaredd fel miliunits fesul miligram o brotein. Gwerthoedd cymedrig ± SEM. Mae maint y sampl yn n=4o'r profion protein a gweithgaredd GLO1.
Roedd data a gyhoeddwyd yn flaenorol yn dangos mai'r retina a'r afu sy'n dangos y gweithgaredd uchaf o GLO1([30]; Ffigur 3A). Sylwch mai gweithgaredd retinol oedd y gwerth uchaf tra bod yr afu, yr arennau, yr ymennydd, a'r galon yn cynrychioli 46 y cant, 27 y cant, 22 y cant, ac 11 y cant o gapasiti retinol dadwenwyno, yn y drefn honno. Fe wnaethom werthuso a oedd gweithgaredd GLO1 yn cyd-fynd â lefel yr ensym trwy asesu lefelau protein GLO1 trwy blotio Gorllewinol. Dilyswyd y gwrthgorff yn erbyn GLO1 yn flaenorol mewn adroddiadau blaenorol a'i ddefnyddio ar gyfer dadansoddi GLO1 mewn samplau retina [36,103,104]. Fel rheolaeth gadarnhaol, perfformiwyd dadansoddiad cymharol hefyd mewn meinweoedd retina a afu o lygod trawsgenig yn gorfynegi GLO1 ar gefndir C57BL / 6J (B6) [105]. I archwilio lefelau GLO1, defnyddiwyd dau wrthgorff gwahanol gennym: gwrthgorff cwningen polyclonaidd (gwrthgorff masnachol o GeneTex) a gwrthgorff llygoden monoclonaidd (gwrthgorff anfasnachol) a adroddwyd mewn gwahanol fodelau anifeiliaid ar gyfer astudio bioleg GLO1 [103,106]. Roeddem yn gallu canfod protein GLO1 mewn meinweoedd gwyllt yr afu a'r retina trwy blotio Gorllewinol, a gwelsom y mynegiant uchaf mewn llygod trawsenynnol yn y ddwy feinwe (Ffigur 3B, C, a Ffigur Atodol S1). Cydnabuwyd dau fand ar gyfer y ddau wrthgyrff. Mae proffiliau electrofforetig gwahaniaethol y positifau GLO hyn yn awgrymu y gallai newidiadau ôl-drawsysgrifol fod yn hanfodol yn rôl y protein. Yn unol â hynny, nododd astudiaeth ddiweddar fod GLO1 ffosfforylaidd yn fwy effeithlon ac yn fwy sefydlog, gan gefnogi'r newidiadau ôl-drawsgripsiwn hyn fel mecanwaith manwl gywir sy'n rheoleiddio gweithgaredd GLO1 [79]. Fodd bynnag, prin yw'r wybodaeth am sut mae addasiadau ôl-drawsysgrifol yn addasu gweithgaredd glyoxalase 1.
As expected, we found GLO1 protein in all non-ocular tissues analyzed, with the liver showing the highest expression. The relative order of GLO1 expression was liver>kidney>brain>calon (Ffigur 3D, E). Mae hyn yn ategu canlyniadau astudiaeth flaenorol[30]. Gwybodaeth gyfyngedig sydd ar gael am rôl GLO1 mewn meinweoedd llygadol. Fel y dywedasom yn flaenorol, datgelodd yr assay enzymatic fod gweithgaredd GLO1 ~ 10 gwaith yn uwch yn y retina o'i gymharu â'r lens neu RPE / coroid (Ffigur 3F, [30]). Mae gorfynegiant glyoxalase I yn gwella goroesiad pericyte retinol dynol o dan amodau hyperglycemig [107] a dangoswyd bod atalydd derbynnydd angiotensin sy'n adfer GLO1 mewn llygod mawr diabetig yn lleihau capilarïau cellog y retina [18]. Yn ogystal, mae diffyg GLO1 mewn Zebrafish yn effeithio ar bensaernïaeth llestr y retina oedolion, er mai dim ond mewn pysgod sebra glo1-/-sy'n gorfwydo y gwelir mwy o ffurfiant egin angiogenig ond nid mewn bwydo arferol [93].
Mae'r retina yn feinwe hynod gymhleth, deinamig iawn gyda mathau amrywiol o gelloedd (Ffigur 4A). Mae llif gwaed, ac amlygiad dilynol i senobiotigau a straenwyr eraill, ymhlith yr uchaf yn y corff. Bob bore, mae 10 y cant o flaenau allanol ffotoreceptors retina yn cael eu siedio a rhaid eu tynnu gan gelloedd epithelial pigmentog retina cyfagos. Fe wnaethom gynnal dadansoddiad imiwn-histocemegol i nodweddu am y tro cyntaf y gwahaniaethau gofodol o GLO1 yn y retina. Roedd protein GLO1 yn bresennol ym mhob math o gelloedd o fewn y retina, gyda lefelau uchel o fewn cyrff celloedd yr haen niwclear fewnol a llawryf celloedd ganglion. Roedd gan gyrff celloedd ffotoreceptor yn yr haen niwclear allanol lefelau is. Mewn ffotoreceptors, canfuwyd y rhan fwyaf o broteinau GLO1 o fewn y segmentau mewnol ac allanol. Roedd gan yr RPE hefyd lefelau uchel o brotein GLO1, tra bod gan y coroid a'r sglera swm is o brotein GLO1 (Ffigur 4B, C).
Ffigur 4. Imiwnohistocemeg GLO1 mewn meinweoedd retinol llygoden. (A) Trawstoriad, sgematig cellog o'r retina sy'n dangos ei dair haen sylfaenol sy'n cynnwys yr haen celloedd ganglion (GCL), sy'n cynnwys celloedd ganglion retina (RGC), haen niwclear fewnol (INL), sy'n cynnal interniwronau amacrine, deubegwn a llorweddol celloedd yn ogystal â chelloedd glial Müller, a haen niwclear allanol (ONL), ffotoreceptors gwialen a chôn. Mae'r meinwe synhwyraidd, neu niwroretina, wedi'i gysylltu â'r epitheliwm pigmentog retinol (RPE). Roedd saethau coch yn dynodi'r haen RPE. (B) Llun cynrychioliadol o immunostaining GLO1 mewn samplau retina o lygod WT. (C) fflworoleuedd dwysedd cymedrig GLO1 wedi'i normaleiddio i'r gwerth yn yr RPE. Mae'r data a ddangosir yn wallau cymedr ± safonol y modd (SEM). Mae ein canlyniadau yn y retina yn berthnasol oherwydd bod y retina yn feinwe ôl-mitotig gwahaniaethol iawn, lle na ellir lleihau difrod sy'n deillio o glycation trwy rannu cellog [5,9]. At hynny, mae newidiadau yn GLO1 wedi bod yn gysylltiedig â niwed i'r retina [108]. Gallai senario tebyg ddigwydd mewn meinweoedd eraill sy'n cynnwys celloedd â chynhwysedd adfywio isel, megis y system nerfol ganolog, lle mae mwyafrif helaeth y niwronau yn ôl-mitotic. Gallai gwerthuso lefelau GLO1 ynghyd â marcwyr cell-benodol ein galluogi i werthuso'r amrywiad cell-i-gell o fewn meinwe benodol. Mae ein canlyniadau’n awgrymu y gallai’r lefel uchel o brotein a gweithgaredd GLO1 retinol chwarae rhan amddiffynnol bwysig yn erbyn difrod sy’n deillio o OED gydag oedran.
Daw'r erthygl hon o Cells 2021, 10, 1852. https://doi.org/10.3390/cells10081852 https://www.mdpi.com/journal/cells