β-амилоид: ключевой пептид в патогенезе болезни Альцгеймера

1. Биогенез A β Факторы, участвующие в патогенезе БА, были тщательно изучены, однако механизмы, управляющие...
2. Правила производства и оформления
3. Таблица 1А
4. Таблица 1В

Биогенез A β

Факторы, участвующие в патогенезе БА, были тщательно изучены, однако механизмы, управляющие этим заболеванием, до конца не изучены и остаются дискуссионными. Одним из преобладающих предложений является гипотеза амилоидного каскада, согласно которой Aβ является инициатором последующих событий, приводящих к AD ( рисунок ) ( Харди и Селькое, 2002 ): Пептиды Aβ самопроизвольно агрегируют и откладываются в растворимые олигомеры, фибриллы и SP, которые затем вызывают окислительное повреждение, микроглиальную и астроцитарную активность, а также изменяют активность киназы / фосфатазы, что в конечном итоге приводит к гибели нейронов. Однако, действует ли Aβ на агрегацию тау, все еще обсуждается ( Мусик и Хольцман, 2015 ).

(А) Механизм токсичности Аβ. Накопление Aβ первоначально приводит к олигомеризации Aβ, постепенно откладываясь в виде фибрилл и сенильных бляшек. Кроме того, агрегация Aβ изменяет активность киназы / фосфатазы, которая приводит к гиперфосфорилированию белка Тау, что вызывает образование нейрофибриллярных клубков (NFT), а также возможную синаптическую и нейронную дисфункцию и AD. (B) Протеолитический процессинг белка-предшественника амилоида (APP) и биогенез Aβ. АРР представляет собой трансмембранный гликопротеин с большим люминальным доменом и коротким цитоплазматическим доменом, и он обрабатывается амилоидогенным или неамилоидогенным путем. Амилоидогенный путь представляет собой процесс биогенеза Aβ: APP сначала расщепляется β-секретазой, образуя растворимые фрагменты β-APP (sAPPβ) и C-концевой β-фрагмент (CTFβ, C99), а C99 дополнительно расщепляется γ-секретазой, генерирующий APP внутриклеточный домен (AICD) и Aβ. Неамилоидогенный путь представляет собой врожденный способ предотвращения генерации Aβ, поскольку APP сначала распознается α-секретазой в домене Aβ, генерируя растворимые фрагменты α-APP (sAPPα) и C-концевой фрагмент α (CTFα, C83), Затем C83 расщепляется γ-секретазой, образуя нетоксичные фрагменты P3 и AICD.

Aβ - это небольшой белок, состоящий из 39–43 аминокислот с различными биофизическими состояниями. Существует две основные изоформы Aβ, растворимый Aβ40 и нерастворимый Aβ42, и последний пептид, демонстрирующий более высокую процентную концентрацию у пациентов с AD, более склонен к агрегации ( Бурдик и др., 1992 ; Гравина и др., 1995 ; Ким и др., 2007 ). В физиологическом состоянии более 90% Aβ находится в форме Aβ40, в то время как менее 5% образуется в виде более длинной формы Aβ42.

Aβ получают путем протеолиза эволюционно консервативного большого трансмембранного белка-предшественника амилоида (APP) путем расщепления β-секретазы с последующей γ-секретазой. Мутации в гене, кодирующем АРР, являются основными причинами семейного БА (FAD; Шартье-Харлин и др., 1991 ; Goate et al., 1991 ). APP также может быть обработан α-секретазой через неамилоидогенные пути для получения нетоксичных фрагментов, которые, как полагают, противодействуют образованию Aβ ( рисунок ; Ганди и др., 1994 ; Сахлин и др., 2007 ).

Большая часть внутриклеточного Aβ обычно распределяется в нейрональном цитозоле, но он также колокализуется с различными органеллами в зависимости от того, где находятся APP, β- и γ-секретаза. В частности, сообщалось, что он продуцируется в органеллах, связанных с секреторным путем, включая эндоплазматический ретикулум (ER), медиальные мешочки Гольджи, а также сеть транс-Гольджи ( Хартманн и др., 1997 ; Гринфилд и др., 1999 ). Также было обнаружено, что он коррелирует с эндоцитическими эндосомами / лизосомами и аутофагическими вакуолями ( Ку и Скваццо, 1994 ; Ю и др., 2004 ). Кроме того, Aβ также находится в митохондриях ( Muirhead и др., 2010 ).

Токсичность A β

Физиологическая роль Aβ до сих пор неизвестна, но она действительно существует в течение всей жизни у здоровых людей. Одной из возможных функций является ингибирование активности γ-секретазы способом отрицательной обратной связи ( Каменец и др., 2003 ).

В классическом представлении агрегация Aβ считается основной причиной нейротоксичности, а олигомеры Aβ являются наиболее нейротоксической формой ( Уолш и др., 2002 ). Три «развитых стимулятора» могут облегчить процесс агрегации. Абсолютные уровни Aβ42 увеличивались при производстве посредством обработки APP, отношение Aβ42 к Aβ40 повышалось из-за пониженного уровня Aβ40 или растворимого олигомерного Aβ ( Глейб, 2005 ; Уолш и Селькое, 2007 ). Эти потенциальные стимуляторы дополнительно способствуют накоплению и отложению Aβ, превращаясь в SP, что в конечном итоге способствует патологии AD. Кроме того, Aβ-индуцированный апоптоз через взаимодействие с рецепторами клеточной поверхности и белками также, как полагают, посвящает дисфункции нейронной системы ( Small et al., 2001 ; Чжу и др., 2015 ).

Агрегация Aβ может также стимулировать свободные радикалы, такие как реактивные окислительные частицы (ROS), быстро реагировать с несколькими фрагментами белков и липидов, чьи структуры или функции затем изменяются на потенциальные «токсичные» окисленные белки и перекисные липиды. Окисление белка может нанести вред целостности мембраны или повредить чувствительность к окислительной модификации ферментов, таких как глутаминсинтетаза (GS) и креатинкиназа (CK), которые являются критическими для нейрональной функции ( Аксенов и др., 1995 ; Ятин и др., 1999 ). Перекисное окисление липидов обычно вызывает токсический продукт, такой как 4-гидрокси-2-ноненал (HNE) и 2-пропенал (акролеин), который мигрирует в различные части нейронов, вызывая множественные вредные изменения клеточной функции. Он включает потерю гомеостаза Ca2 +, ингибирование ион-мотивных АТФаз и Na + -зависимого глутамата глиальных клеток и нарушение сигнальных путей, которые связаны с гибелью нейронов ( Марк и др., 1995 ; Варадараджан и др., 2000 ; Ezeani и Omabe, 2015 ). Сообщалось также, что вызванный Aβ окислительный стресс вызывает окисление ДНК, что приводит к повреждению ДНК ( Варадараджан и др., 2000 ).

Непрерывная агрегация Aβ или устойчивое повышение уровня Aβ может вызвать хронический ответ врожденной иммунной системы путем активации микроглии через некоторые иммунологические рецепторы, такие как Toll-подобные рецепторы 2 (TLR2), TLR4, TLR6, их корецепторы CD14, CD36 и CD47. которые могут разрушать функциональные нейроны прямым фагоцитозом ( Вегген и др., 2001 ; Нениските и др., 2011 ; Лю и др., 2012 ). Кроме того, это также приводит к воспалительному ответу, одновременно высвобождая большое количество медиаторов, связанных с воспалением, включая факторы комплемента, эйкозаноиды, хемокины и провоспалительные цитокины, которые могут нарушать клиренс Aβ и нейронов в микроглии и увеличивать гибель, опосредованную микроглией, и потерю нейронов нейрональные синапсы, вносящие большой вклад в патогенез AD. Отложение Aβ также вызывает патологию тау путем стимуляции интранейронального образования NFT, которые состоят из гиперфосфорилированных тау-белков. Влияет на позднюю стадию патогенеза БА. Этот процесс, вероятно, опосредуется вызванным микроглией нейровоспалительным ответом или косвенной регуляцией активности киназы / фосфатазы ( Хенека и др., 2015 ).

Кроме того, накопление APP-предшественника Aβ на мембране митохондрий может вызвать митохондриальную дисфункцию, блокируя транслокацию других внутренних молекул / белков митохондрий и нарушая цепь транспорта электронов (ETC; Anandatheerthavarada et al., 2003 ; Деви и др., 2006 ), что, в свою очередь, может увеличить избыточное образование Aβ, что приведет к большей токсичности. Избыток Аβ также может увеличивать выработку митохондриальных АФК, вызывая митохондриальную фрагментацию путем активации белков митохондриального деления Drp1 и Fis1 ( Барсум и др., 2006 ). Aβ, локализованный в митохондриях, может связываться с двумя проапоптотическими факторами, включая Aβ-связывающую алкогольдегидрогеназу (ABAD) и циклофин D (CypD), что приводит к увеличению гибели нейродегенеративных клеток, которые могут быть токсичными для нейронов ( Люстбадер и др., 2004 ; де Мора и др., 2010 ). Следовательно, может иметь место замкнутая петля обратной связи между повышенной продукцией Aβ и дисфункцией митохондрий.

Правила производства и оформления

Ввиду ключевой роли Aβ в патогенезе AD, было хорошо признано, что снижение выработки Aβ или повышение клиренса Aβ может быть предполагаемым способом ингибирования каскада Aβ-индуцированных патологических событий.

Биогенез Aβ тесно связан с метаболизмом APP, включая процессинг и трафик. Существует три изоформы APP, APP695, APP751 и APP770 ( Goate et al., 1991 ). APP695, в котором отсутствует домен ингибитора протеазы типа Kunitz (KPI), преимущественно экспрессируется в нейронах, тогда как две другие изоформы распределены в большинстве тканей ( Кан и Мюллер-Хилл, 1990 ; Рохан де Сильва и др., 1997 ). Некоторые данные показывают, что повышенная экспрессия APP751 и APP770 в мозге в основном связана с отложением Aβ ( Менендес-Гонсалес и др., 2005 ; Борджи и др., 2010 ). Процессинг АРР в основном регулируется α, β и γ-секретазой ( таблица ). Альфа-секретаза играет важную роль в предотвращении образования интактного Aβ из-за сайта расщепления в домене Aβ. Как мембраносвязанная эндопротеаза, α-секретаза обычно расщепляет АРР на плазматической мембране ( Сисодия, 1992 ). Сообщалось, что несколько представителей семейства дезинтегринов и металлопротеиназ (ADAM), перечисленных в таблице , обладают активностью α-секретазы, которая ответственна за процессинг APP ( Koike et al., 1999 ; Гарольд и др., 2007 ; Tanabe et al., 2007 ; Ким и др., 2009 ). β- и γ-секретазы предназначены для продуцирования Aβ посредством амилодогенного пути ( рисунок ). Фермент 1 расщепления APP бета-сайта (BACE1) и BACE2 представляют собой β-секретазы, тогда как γ-секретаза является сложной и состоит из пресенилинов (PSEN1 или PSEN2), никастрина, энхансера Presenilin 2 (PEN2) и дефекта передней части глотки 1 (APH- 1; De Strooper, 2003 ). Существенные доказательства показали, что манипуляции с этими секретами могут нарушить генерацию Aβ. Например, при отмене α-расщепления в ADAM17-дефицитных клетках происходит образование Aβ ( Буксаум и др., 1998 ). Нокаут BACE1 у мышей полностью истощил секрецию нейронов Aβ ( Cai et al., 2001 ). Мутации PSEN1 и PSEN2 влияли на расщепление APP, тем самым изменяя продукцию Aβ ( Ван и др., 2010 ). Более того, регуляторы, связанные с этой секратазой, такие как белок, активирующий γ-секретазу (GSAP) и CD147, также могут быть вовлечены в генерацию Aβ ( Чжоу и др., 2005 ; Он и др., 2010 ).

Таблица 1А

Белки-члены трех секретаз.

Члены секретазы у млекопитающих α-секретаза ADAM9, ADAM10, ADAM12, ADAM17, ADAM19 и MDC9 β-секретаза BACE1 и BACE2 γ-секретаза PSEN1, PSEN2, никастрин, APH-1 и PEN-2

Как и другие трансмембранные белки типа I, АРР синтезируется и транслоцируется в ER, а затем созревает в аппарате Гольджи, где АРР в основном сосредоточен в нейронах в стационарном состоянии ( Хартманн и др., 1997 ; Сюй и др., 1997 ; Гринфилд и др., 1999 ; Кастер и Кан, 2013 ). И тогда приложение будет проходить через учредительный секреторный путь. Достигнув клеточной поверхности, она либо расщепляется α-секретазой с образованием sAPPα ( Сисодия, 1992 ) или быстро реинтернизировали путем распознавания мотива «YENPTY» и впоследствии возвращали обратно на поверхность клетки через отделения рециркуляции или доставляли в лизосому для деградации через эндосомно-лизосомные системы ( Голде и др., 1992 ; Кастер и Кан, 2013 ). Как правило, стимулирование доставки APP или ингибирование интернализации APP с клеточной поверхности способствует неамилоидогенному процессингу, после чего противодействует образованию Aβ. Повышение удержания АРР в кислотных компартментах, таких как эндосомы, значительно увеличивает шансы на амилоидогенный процессинг и последующее образование Aβ. Мутации в мотиве интернализации «YENPTY» были направлены на блокирование интернализации APP и, следовательно, на снижение генерации Aβ ( Перес и др., 1999 ). Напротив, мутация внутри внеклеточного домена KPI, существующего в APP751 и APP770, которая способствует сортировке APP на плазматической мембране, вызывает удержание APP в ER, тем самым повышая продукцию Aβ ( Бен Халифа и др., 2012 ). Показано, что синаптическая передача, ускоряющая эндоцитоз АРР, приводит к увеличению уровня секретируемого Аβ ( Cirrito и др., 2005 ). Некоторые общие модуляторы, которые могут регулировать оборот APP, такие как динамин I ( Кэри и др., 2005 ) семейство RAB GTPase, включающее RAB1B, RAB6, RAB8 и RAB11 ( Хубер и др., 1993 ; Дуган и др., 1995 ; Макконлог и др., 1996 ; Thyrock et al., 2013 ; Удайар и др., 2013 ) и семейство SNX, включая SNX17 и SNX33 ( Ли и др., 2008 ; Шобель и др., 2008 ), также было обнаружено, что они связаны с генерацией Aβ. Кроме того, факторы, которые участвуют в переносе трех секретаз, также могут изменять выработку Aβ, влияя на процессинг APP ( Wahle et al., 2006 ; Вэнь и др., 2011 ; Бхалла и др., 2012 ). Связанный с G-белком рецепторный белок GPR3, который отвечает за локализацию зрелой γ-секретазы на клеточной поверхности, стимулирует выработку Aβ, когда она избыточно экспрессируется ( Татиа и др., 2009 ).

Считается, что протеолитическая деградация играет большую роль в предотвращении агрегации или отложения Аβ в бляшках. Ферменты или протеазы в протеолитической деградации играют важную роль, расщепляя Aβ на более короткие растворимые фрагменты без нейротоксического эффекта. Протеазы, включая катепсин B (CatB), катепсин D (CatD), желатиназу A, фактор сериновой протеазы Xia (FXIa), матриксный металлопротеин-9 (MMP-9), неприлизин (NEP), протеазу пре-последовательности (Prep) и комплекс α2M участвуют в очистке Aβ ( Сапорито-Ирвин и Ван Ностранд, 1995 ; Ямада и др., 1995 ; Хамазаки, 1996 ; Карвалью и др., 1997 ; Ивата и др., 2001 ; Мюллер-Штайнер и др., 2006 ; Кинг и др., 2014 ), в то время как было обнаружено, что ферменты, такие как ангиотензинпревращающий фермент (ACE), эндотелинпревращающий фермент (ECE), инсулин-разрушающий фермент (IDE), а также uPT и tPA, участвуют в деградации Aβ ( таблица ; Ледесма и др., 2000 ; Такер и др., 2002 ; Экман и др., 2003 ; Фаррис и др., 2003 ; Хемминг и Селькое, 2005 ; Баранелло и др., 2015 ).

Таблица 1В

Протеазы / ферменты, участвующие в расщеплении пептида Аβ.

Протеаза / фермент Описание ACE Ангиотензин-конвертирующий фермент CatB Катепсин B, цистеиновая протеаза в лизосоме CatD Катепсин D, цистеиновая протеаза в лизосоме ЕЭК Эндотелин-конвертирующий фермент FXIa Серин-протеазный фактор XIa Желатиназа A Секретируемый эндопептидазный фермент-энзим-пептид Индуцирующая энзопептидаза 9-й фермент Инсулин-де-инграмин Металлопротеиназа NEP Неприлизин, нейтральные эндопептидазы PreP Presequence протеаза Компоненты плазминовой системы, включая плазминовый и урокиназный активатор плазминогена (uPA), тканевой активатор плазминогена (tPA) α2M комплекс Serine протеаза-α2 макроглобулин комплекс

Помимо протеолиза для деградации Aβ, рецептор-опосредованный эндоцитоз Aβ, который доставляет Aβ в лизосому для деградации, также способствует клиренсу токсичных отложений Aβ-пептида и Aβ. Белок 1, связанный с рецептором липопротеинов низкой плотности (LRP1), считается жизненно важным модулятором в этом процессе, вероятно, путем прямого связывания с Aβ для поглощения ( Ли и др., 2000 или через рецептор Аβ, такой как протеогликан гепаринсульфата (HSPG; Канэкиё и др., 2011 ) и GPI-закрепленный клеточный прионный белок (PrPc; Тейлор и Хупер, 2007 ) для облегчения торговли людьми. Кроме того, агрегаты Aβ могут также подвергаться маропиноцитозу или фагоцитозу для очистки, из которых критический этап полимеризации актина регулируется LRP1 ( Канэкиё и Бу, 2014 ). Аполипопротеин E (ApoE), в качестве основного лиганда для LRP1 и важного партнера Aβ, играет двойную роль в клиренсе Aβ ( Ли и др., 2012 ; Канэкиё и Бу, 2014 ). Кроме того, индукция другого деградирующего пути аутофагии служит для ускорения клиренса как растворимых агрегатов Aβ, так и Aβ ( Никсон, 2007 ).

Похожие

Комментарии