Prion Proteini: Birçok Form ve Yüzün Molekülü Bölüm 2

5. Prion Proteini ve İskemik İnmeler

Önceki bölümde nakavt hayvanların oksidatif strese karşı daha savunmasız olduğunu gözlemledik. Çalışmalar, PrPC'nin glutatyon redüktaz aktivitesini düzenleyerek [117,118] ve iyon bağlanması yoluyla süperoksit dismutazı (SOD) düzenleyerek [119-123] bir antioksidan görevi gördüğü fikrini desteklemektedir.

Oksidatif stres, vücudun fizyolojik ve patolojik koşullar altında temizleme kapasitesini aşan çok fazla serbest radikal ve diğer aktif oksidanlar ürettiği, dolayısıyla hücre ve dokularda hasara neden olduğu bir olgudur. Birçok çalışma oksidatif stresin Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığı vb. birçok hastalıkla yakından ilişkili olduğunu göstermiştir.

Ancak son araştırmalar orta düzeyde oksidatif stresin hafızayı geliştirmeye yardımcı olabileceğini gösterdi. Bazı bilim adamları, makul miktarda oksidatif stresin, nöronları daha fazla antioksidan üretmeye teşvik edebileceğine, böylece nöronların oksidatif stresi tolere etme yeteneklerini geliştirebileceğine, nöronları hatalı sinyallerden kaynaklanan müdahalelerden koruyabileceğine ve dolayısıyla öğrenmeyi ve hafızayı geliştirebileceğine inanıyor.

Ayrıca çalışmalar, orta düzeyde bir oksidatif stresin, aynı zamanda hafızada önemli bir faktör olan sinapsların oluşumunu ve güçlenmesini de destekleyebileceğini göstermiştir. Araştırmacılar, bazı yararlı oksidatif stres moleküllerinin sinaps oluşumunu uyarabildiğini ve sinapsların güçlenmesini teşvik edebildiğini, böylece öğrenme ve hafıza fonksiyonlarını geliştirebildiğini bulmuşlardır.

Bu nedenle hafızayı geliştirmek için oksidatif strese aşırı direnmemeliyiz. Orta düzeyde bir oksidatif stres insan vücudu için faydalıdır ve antioksidanlar açısından zengin gıdaların tüketilmesi ve egzersiz yapılmasıyla desteklenebilir ve bununla başa çıkılabilir. Aynı zamanda, en iyi sağlık ve hafıza iyileştirme etkisini elde etmek için oksidatif stresin derecesini kontrol etmeye ve bunun orta bir aralıkta olmasını sağlamaya da dikkat etmeliyiz. Hafızayı geliştirmemiz gerektiği görülebilir ve Cistanche hafızayı önemli ölçüde geliştirebilir çünkü Cistanche birçok benzersiz etkiye sahip geleneksel bir Çin tıbbi malzemesidir ve bunlardan biri hafızayı geliştirmektir. Cistanche'nin etkisi içerdiği tanik asit, polisakkaritler, flavonoid glikozitler vb. gibi çeşitli aktif bileşenlerden gelir. Bu bileşenler beyin sağlığını birçok yönden geliştirebilir.

Belleği geliştirmenin 10 yolunu bilin'e tıklayın

PrP nakavt fareler, ROS'a karşı korumanın azaldığını gösterirken, prion ile enfekte olmuş fareler, büyük olasılıkla PrPC fonksiyon kaybının bir sonucu olarak, artan oksidatif stres seviyeleri gösterdi [124-126].

Oksidatif stres koşulları altında, PrP mRNA seviyeleri artar, bu da oksidatif stresin PrPC ekspresyonunu arttırdığını gösterir [127]. İskemik inme, beyin bölgesindeki kan akışı kaybının hipoksik durumlara ve beyin hasarına neden olduğu bir durumdur [128].

İskemiye maruz kalan PrP nakavt hayvan modelleri, yoğun iskemik hasar ve rejenerasyon şansının azaldığını gösterirken, PrPC sentezi olasılığı, PrPC'nin aşırı ekspresyonuna ve iskemik hasarın azalmasına neden oldu [127].

İskemik felçlerle ilgili çalışmalar, PrPC'nin aşırı ekspresyonunun, vahşi tip farelerle karşılaştırıldığında lezyon boyutunu azaltabildiğini ve PrPC'nin iniskemi hasarında koruyucu bir rol oynadığını göstermiştir [129-135].

İskemik bir hakaretten sonra PrPC, çeşitli sitozolik ve transmembran sinyal proteinleri ile etkileşime girerek nöroprotektif ve rejeneratif süreçlerle ilişkilidir.

Diğerlerinin yanı sıra PrPC, hücre dışı sinyalle düzenlenen kinazın (ERK1/2) [133,136,137] yukarı regülasyonu ve fosfatidilinositol3-kinaz/protein kinaz B/Akt (PI3K/Akt) yolunun aktivasyonuyla ilişkilendirilmiştir [138- 142], N-metilD-aspartat (NMDA) reseptör aracılı toksisitenin modülasyonu [143], cAMP'ye bağımlı protein kinaz A (PKA) yolunun aktivasyonu [144-146] ve stresle indüklenebilir protein 1 (STI1) ile etkileşim [142] 146], bunların hepsi nöronun hayatta kalması, nörit büyümesi ve nörolojik korumayla sonuçlanır.

PrPC, tirozin kinazların (SFK'ler) Src ailesinin bir üyesi olan Fyn kinazın bir reseptörüdür [146]. Fyn kinaz aktivasyonu yoluyla PrPC, nörodejeneratif hastalıklarda oligomer kaynaklı toksisiteye aracılık eder [147-150] ve nöronal hücre adezyon molekülünün (NCAM) GluN2A alanının fosforilasyonu yoluyla nörit büyümesini teşvik eder [151].

Fyn kinaz ve SFK ailesinin diğer üyeleri iskemik hasarda rol oynarlar [152-155]. Global iskemi modelinde SFK'lerin inhibisyonu ve neonatal HII modelinde GluN2A'nın Fyn aracılı fosforilasyonunun inhibisyonu, nöronal hayatta kalma oranının artmasına neden olmuştur [152-155]. 156-158] oysa neonatal HII modelinde Fyn'in aşırı ekspresyonu beyin hasarının artmasına neden olmuştur [159].

Bir fare iskemi modelinde SFK'lerin inhibisyonu aynı zamanda iskemik hacmin azalmasına ve provokasyon sonrasında serebral fonksiyonun iyileşmesine neden olmuştur [155].

Bu etki Fyn nakavt farelerde görülmediğinden, Fyn kinaz dışındaki ligandların da iskemi hakaret iyileşmesini etkileyebileceğinden şüpheleniyoruz [155]. PrPC fragmanlarının aynı zamanda iskemik felce dahil olduğu da gösterilmiştir.

N1 ve N2 fragmanlarının hücresel stres altında koruyucu bir şekilde hareket ettiği [160-162] ve felç sonrasında yetişkin nörojenezinde nöral kök hücrelerin hareketsizliğini modüle ettiği [163], PrPC fragmanları C1 ve C2'nin ise p53-bağımlı apoptoz ve hücre sağkalımı [164]. Fragman C1'in, viral yüzey proteinlerine benzer şekilde etki gösterdiği küçük EV'lerde (EV'ler) zengin olduğu bulunmuştur [165,166].

Bundan dolayı, sEV'ler ve hedef hücreleri arasındaki hücreler arası bilgi alışverişini etkileyebileceği gibi bunların alımına da katkıda bulunabilir [63].Brenna ve ark. PrP nakavt farelerden ve felçten sonra vahşi tip farelerden beyinden türetilen sEV'lerin hücresel alımı arasındaki benzerlikleri incelediler [128].

sEVslacking PrP'nin, PrP ve C1 fragmanını içeren sEV'lere göre önemli ölçüde daha hızlı ve daha yüksek verimlilikle alındığını ve lizozomlara daha kolay bir şekilde ayrıldığını gösterdiler [128].

FragmentN1'in ayrıca mikroglia ve diğer beyin hücreleri arasındaki etkileşimlerin düzenlenmesinde de rol oynadığı bulundu. Karışık nöronal soy ve mikroglia ortak kültür sistemi üzerinde yakın zamanda yapılan bir in vitro çalışma, N1 fragmanının hücre morfolojisi ve metabolizmasında bir değişikliği uyardığını ve Cxcl10 sekresyonunu indüklediğini gösterdi [167].

Ayrıca, N1 fragmanının, mikroglia'yı etkileyerek membran kompozisyonunu, bir ortak kültürde çevredeki hücrelerle etkileşim bölgelerinde daha yüksek bir GM1 içeriğine dönüştürdüğü, ancak yalnızca doğrudan hücreden hücreye temas halinde olduğu gösterilmiştir [167].

Fragman N1'in ayrıca sıçan retinasının iskemik modelinde nöronları starosporin kaynaklı Kaspaz-3 aktivasyonuna karşı koruduğu da önerildi [60]. Bu sonuçlar, PrPC ekspresyonunun staurosporin veya anizomisin kaynaklı apoptoza karşı koruyucu olduğu in vitro çalışmalarla desteklenmektedir [144,146]. Fragman N1 ayrıca bir sonraki bölümde daha ayrıntılı olarak tartışılacak olan nörodejeneratif hastalıklarda nöroproteksiyonla da ilgilidir.

Sabitlenmiş PrPC varlığında, rekombinant PrP (recPrP), nöronal farklılaşmayı destekleyebilen mezenkimal kök hücreler üzerinde ERK1/2 ve Akt sinyalini indükleyebilir [168], nörit büyümesini teşvik edebilir ve aksonal büyüme konisi rehberliğini kolaylaştırabilir [169].

Son zamanlarda, recPrP'nin nörit büyümesini ve ERK1/2 yolu yoluyla Schwann hücre göçünü teşvik ettiği rapor edilmiştir [170].

Aktivasyon, NMDA reseptörlerini, düşük yoğunluklu lipoprotein reseptörüne bağlı protein-1 (LRP1), SFK'leri ve Trk reseptörlerini içeriyordu; sabitlenmiş PrPC'den bağımsız olarak gerçekleşiyor gibi görünüyordu [170].

Bu mekanizmada SFK'ler, ERK1/2'nin yukarı akışındaki Trk reseptörlerini aktive ederek recPrP tarafından başlatılan hücre sinyallemesinde kritik bir rol oynadı [170,171]. recPrP'de glikosilasyon olmamasına rağmen, döken PrP'nin uygun bir analoğu olduğu düşünülebilir.

Prion proteini ve prion proteini fragmanları, hücreler arası iletişim ve sinyalleşme, oksidatif stres ve nörokoruma ile bağlantılıdır ve bu mekanizmaların tedavisi ve düzenlenmesi için çekici bir hedef sunar. Ancak bu moleküllerin söz konusu mekanizmalardaki etkilerini doğrulamak için ileri çalışmaların yapılması gerekmektedir.

6. Prion Proteini ve Nörodejenerasyon

Nörodejenerasyon, nöronların yapısının veya fonksiyonunun ilerleyici kaybıdır ve sonuçta hücre ölümüyle sonuçlanabilir. Moleküler düzeyde nörodejenerasyon, yanlış katlanmış proteinlerin birikmesiyle bağlantılıdır.

Protein agregatlarının birikmesi mitokondri fonksiyon bozukluğuna neden olur, oksidatif strese neden olur ve sonuçta kronik inflamasyona neden olur. Nörodejenerasyon, sırasıyla PrPSc [26,172,173], -syn [174-177] ve A izoformlarının [178,179] ve tau proteininin [180-183] birikmesi nedeniyle prion hastalığı, PD ve AD gibi hastalıklarda meydana gelir.

Prion proteini veya prion proteini fragmanlarının, farklı nörodejeneratif hastalıklarda toplayıcı ajanlarla etkileşime girdiği bulunmuştur ancak rolleri, çalışılan koşullara bağlıdır [24,81,184,185].

PrPC'nin nörodejeneratif hastalıklarla ilişkili geniş bir yelpazedeki yaprak bakımından zengin oligomerleri bağladığı rapor edilmiştir [148-150].

PrPC, metabotropik glutamat reseptörü5'e (mGluR5) bağlanır ve Fyn kinaz yoluyla oligomer kaynaklı toksisiteye aracılık eder [175,186-188].

Aktive edilmiş Fyn kinaz, NMD reseptörlerinin GluN2A ve GluN2B alt birimlerini fosforile edebilir, bunlar daha sonra hiperaktive olur ve kalsiyum akışına ve hücre ölümüne neden olur [20,189].

Ayrıca PrPC'nin, LRP1 ile etkileşim yoluyla Fyn kinaz aracılı A oligomer toksisitesini aktive edebildiği de gösterilmiştir [190]. Bu alanda yakın zamanda yapılan bir çalışma, LRP1 dışında bu sürecin aktifleştirilmiş bir2-makroglobulin ve doku tipi plazminojen aktivatörünü de içerdiğini öne sürdü [191].

Çalışmalar, çözünür protein agregatları ile PrPC arasındaki bağlanmanın nörotoksisiteye neden olduğunu ve uzun vadeli güçlenmeyi (LTP) inhibe ettiğini ima etmiştir [30,192]. PrPC seviyelerinin, PrP nakavt farelerde A'nın indüklediği LTP [193], hücre ablasyonu veya PrP aşırı ekspresyonu [194] üzerinde anlamlı bir etkisi olmadığını bildiren karşıt çalışmalar da yayınlanmıştır.

Bu tutarsızlıkların nedenleri belirsizdir ancak farklı model sistemlerin ve toksik veya toksik olmayan türlerin kullanılmasından kaynaklanabilir [195]. A oligomerleri, PrPC'nin esnek N-terminal kısmı içindeki, amino asit kalıntıları 23-23 arasındaki iki bağlanma bölgesinde PrPC'ye bağlanır. 27 ve 92–110 [192,195,196]. A oligomerlerinin dışında, PrPC'nin -syn oligomerleri ve tau agregatları için bir reseptör olduğu rapor edilmiştir.

A oligomerlerine benzer şekilde, sabitlenmiş PrPC, esnek N-terminal kısmı içindeki küçük çözünür agregatları veya -syn oligomerlerinin daha kısa fibrillerini veya tau agregatlarını bağlar [30,175,185,197-199].PrPC'nin ayrıca rekombinant -syn fibrillerini aldığı da gösterilmiştir.

PrPC içermeyen bir model sistem, kontrollerle karşılaştırıldığında daha düşük bir -syn ve -syn fibril alımı gösterdi [177,185,197], bu da PrP-nakavt farelerin beyinlerinde daha az -syn toplanması, astroglial aktivasyon ve dopaminerjik nöronların kaybına neden oldu [185].

Ayrıca, PrP-nakavt fareler, -syn kaynaklı LTP bozukluğu sergilemezken, bir anti-PrPantikor ile tedavi, bir PD modelinde -syn kaynaklı LTP kusurlarını önledi [175]. Bahsedilen çalışmalar PrPC ve -syn oligomer etkileşimini desteklese de La Vitola ve ark. in vitro veya in vivo -syn oligomerinin zararlı etkilerinin aracılık etmesi için PrPC'nin zorunlu olmadığını gösterdi [33].

Farklılık çalışmada açıklanamasa da, farklı bir çözünür agrega hazırlama protokolü veya farklı model sistemlerin kullanılması nedeniyle de ortaya çıkabilir.

Bağlantılı PrPC'nin ayrıca tau agregatlarını bağladığı ve bunların alımını kolaylaştırdığı görülmüştür [30,198,200]. PrPC'nin yokluğunun veya antiPrP bloke edici antikorlarla ön tedavinin, rekombinant tau agregatlarının alımını azalttığı ve tau agregatının neden olduğu toksisiteyi ortadan kaldırdığı gösterilmiştir [30,198,200].

Nörodejeneratif hastalıklarda rekombinant PrP fragmanı N1 ile ilgili çalışmalar, bu moleküllerin, amino asit kalıntıları 23-31 ve 95-105 arasındaki bölgelerdeki toksik A oligomerlerini bağlayabildiğini göstermiştir.

Fragman N1, toksik A oligomerlerini hücre dışı boşlukta yakalayarak nötralize eder ve oligomer kaynaklı toksisiteyi azaltır [61,195,201-204]. N1 fragmanının koruyucu etkileri, akut A kaynaklı toksisiteye maruz bırakılan farelerde in vivo olarak da gözlemlenmiştir [203]. Beland ve arkadaşları AD hastalarının beyinlerinde PrPC bölünmesinde artışlar gözlemlediler [205].

N1 fragmanı A oligomerlerine bol miktarda bağlandığından, bölünmenin hastalıkların gelişiminde koruyucu etki gösterdiği [205], N1 üretiminin inhibisyonunun ise AD ilerlemesini teşvik ettiği belirtilebilir [42].

PrP dökülmesi, hücreye bağlı PrPC seviyesini azaltır [78]. Bu, prion replikasyonu için substrat seviyesinin azalmasına ve toksikoligomerlere yönelik reseptör seviyesinin azalmasına neden olur [85,206].

N1 fragmanına benzer şekilde, dökülen PrP'nin de prion hastalıklarında ve diğer nörodejeneratif hastalıklarda koruyucu olduğuna inanılmaktadır [40,79,81]. Önceki bölümde bahsedildiği gibi recPrP, döken PrP'ye benzer.

Glikanlar içermemesine rağmen tarif, PrP'nin hastalıklardaki rolünü tahmin etmek için bir model olarak kullanılabilir. RecPrP'nin, sabitlenmiş PrPC varlığında sinapsların gelişimini ve nörit büyümesini arttırdığı bulunmuştur [170,207].

N1 fragmanına benzer şekilde recPrP ayrıca bir AD modelinde A oligomer oluşumunu inhibe etti ve A oligomer toksisitesini nötralize etti [203]. recPrP ve türevlerini kullanan in vitro çalışmalar, PrP'nin hem N-terminal hem de C-terminal alanlarının, A fibril uzamasının etkin inhibisyonu için gerekli olduğunu gösterdi [202,208] ve PrP'nin, A fibril oluşumunun inhibisyonunda koruyucu rolünü desteklediğini gösterdi.

RecPrP'nin aynı zamanda tau agregatlarını ve -sinoligomerleri bağladığı ve bunların toksisitesini nötralize edebildiği de gösterilmiştir [30]. Her ne kadar PrPC dökülmesi koruyucu etki gösterse de, gelişmiş PrPC dökülmesi CNS'de inflamasyon gibi negatif biyolojik aktiviteye yol açabilir [83,209]. Jarosz-Griffiths ve ark. [82] yakın zamanda PrPshedding'in koruyucu rolünü bildirdiler.

Yazarlar, siRNA aracılı ADAM10 yıkımının PrPC dökülmesini azalttığını ve A oligomer bağlanmasını arttırdığını, asitretinin ise nöroblastoma hücrelerinde ve insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerde PrPC dökülmesini teşvik ettiğini ve A oligomer bağlanmasını azalttığını bildirdi [82].

Linsenmeier ve arkadaşlarının yakın tarihli bir makalesinde araştırmacılar, farklı olmayan PrP modellerinin rolünü değerlendirdiler [81]. G228 ile biten fare PrP'sini spesifik olarak tanıyan bir poliklonal antikor sPrPG228 kullanarak [210], prion hastalığına sahip farelerde, amiloid plaklarda PrPSc ile lokalize PrP'nin döküldüğünü gösterdiler. Prion hastalığı modeline benzer şekilde, PrP saçılımı ayrıca 5xFAD farelerinin beyinlerindeki A birikintilerine de dağıtıldı ve burada A oligomerlerine bağlı olarak bulundu ve birçok amiloid plağının merkezinde görüldü.

Bu alandaki şu ana kadarki bilgi birikimine bağlı olarak yazarlar, fizyolojik olarak dökülen PrP'nin prion hastalıklarında ve AD'de toksik oligomerleri bloke ederek ve/veya onları daha az toksik birikintilere çökelterek koruyucu bir şekilde etki edebileceğini öne sürdüler [81,211].

RecPrP ve N1 ayrıca A oligomerizasyonunu inhibe edebilir, önceden var olan A oligomerlerinin sitotoksisitesini nötralize edebilir, oligomerlerin hücre yüzeyi PrPC'ye bağlanmasını önleyebilir ve LTP'nin A kaynaklı bozulmasını kurtarabilir [212].

recPrP ve N1'in her ikisi de protein oligomerlerinin önerilen bağlanma bölgelerini içerdiğinden, her iki molekülün de -syn oligomerlerini bağladığı ve ayrıca -syn oligomerlerinin ve AD ile ilişkili amiloid-oligomerlerin birlikte kümelenmesine aracılık ettiği rapor edilmiştir [199].

PrPC, hücre dışı kesecikler (EV'ler) açısından zenginleştirilmiştir [128,213,214]. EV'lerde PrPC'nin fizyolojik fonksiyonları hakkında çok az şey bilinmektedir. Birçok çalışma PrPC inEV'lerin hücreleri A toksisitesine karşı koruduğunu öne sürmektedir [214-217].

Toksik A oligomerlerinin EV'ler tarafından nötralizasyonunun ardındaki mekanizma bilinmemektedir; yine de recPrP veya N1-aracılı sürece benzer olduğu varsayılmaktadır.

Eksozomal PrPC'nin, N-terminal PrP bölgesinde A oligomerlerini yakaladığı (amino asit kalıntıları 23-31 ve 95-105) [203], oligomerleri nötralize ettiği, A fibrillerinin oluşumunu teşvik ettiği ve agregatların içselleştirilmesini ve bozunmasını yukarı doğru düzenlediği öne sürülmüştür. mikroglia tarafından [214–217].

recPrP ve bağlı PrPC'nin tau ve -syn oligomerlerini bağladığı gösterildiğinden [30], eksozomal PrP'lerin de aynı şekilde hareket etmesi beklenir. Eksozomal PrP'ler, hücre dışı alanda serbest toksik tau veya -syn oligomerlerini bağlayarak, toksik oligomerin sabit PrPC'ye bağlanmasını önler ve hastalıkları olan hastaların CNS'sindeki toksik sinyallemeyi inhibe eder.

PrPSc ile ilişkili eksozomlar bulaşıcıdır ve prion hastalığının yayılması tehlikesini oluşturur [218-222]. Henüz doğrudan bir çalışma olmamasına rağmen, eksozomal PrPC aynı zamanda CNS inflamasyonunu da indükleyebilir. Eksozomal PrPC'nin sahip olabileceği diğer biyolojik aktiviteleri incelemek için daha fazla çalışmanın yapılması gerekmektedir.

For more information:1950477648nn@gmail.com