GTP Depandans enèji nan andositoz ak otofaji nan sèvo a aje ak maladi alzayme a.

Résumé

Ogmantasyon enterè nan aje akMaladi alzayme aandikap ki gen rapò ak (AD) nan otofaji nan sèvo a poze kesyon enpòtan sou règleman ak tretman. Piske anpil etap nan andositoz ak otofaji depann de GTPases, yo bezwen nouvo mezi nivo GTP selilè yo.evalye règleman enèji nan aje ak AD. Devlopman resan detèktè GTP ratiometric (GEVALS) ak rezilta ke nivo GTP yo pa omojèn andedan selil ogmantenouvo pwoblèm nan règleman nan GTPasespa disponiblite lokal GTP. Nan revizyon sa a, nou mete aksan soumetabolis GTPan relasyon ak Rab GTPases ki enplike nan fòmasyon endosomes byen bonè, endosomes an reta, ak transpò lizozomal pou egzekite degradasyon otofajik kago domaje. GTPases espesifik kontwole macroautophagy (mitophagy), microautophagy, ak chaperone-mediated autophagy (CMA). Pa enferans, nivo GTP lokal yo ta kontwole otofaji, si se pa nan depase. Nivo adisyonèl nan kontwòl yo enpoze pa eta a redox nan selil la, ki gen ladan patisipasyon thioredoxin. Pandan tout revizyon sa a, nou mete aksan souchanjman ki gen rapò ak lajsa te kapabkontribye nan defisi nan GTP ak AD. Nou konkli ak kandida pou ranfòse nivo GTP ak ranvèse chanjman redox oksidatif ki gen rapò ak laj pou retabli otofaji. Se poutèt sa, nivo GTP ka kontwole anpil GTPases ki enplike nan andositoz, otofaji, ak trafik vesikulèr. Nan aje, adaptasyon metabolik nan yon vi sedantèr ta ka afekte fonksyon mitokondriyo jenere mwens GTP ak enèji redox pou jesyon an sante nan amiloid aktau proteostaz, fonksyon sinaptik, epienflamasyon.

Mo kle GTP · Enèjik · Otofaji · Mitofaji ·Endositoz· Lizozom ·alzayme a · Aje

Klike La a Pou Jwenn Cistanhe èrbal Pou Maladi Anti-Alzheimer

GTP, lòt lajan enèji, nan aje ak AD

Sentèz molekil gwo enèji ATP ak GTP depann sou eta redox NAD plis /NADH ak konsantrasyon ase yo. Sentèz ATP ki soti nan glikoliz prensipalman mache ak pouvwa oksidatif NAD plis aji sou diminye sik. Sentèz ATP pa fosforilasyon oksidatif nan mitokondri yo mache ak jenerasyon NADH nan sik TCA pou rediksyon piruvat, gliserin oswa asid gra ak oksijèn kòm aseptè elèktron tèminal nan chèn transpò elèktron. Etid nou yo san etikèt sou rat oswa sourit ipokanp vivan newòn yo endike yon rediksyon NAD ak NADH ki gen rapò ak laj, ki ta ka afekte sentèz ATP ak GTP [1-4]. Rediksyon sa a te vin pi grav nan newòn ki soti nan sourit ki pote transjèn pou beta-amyloid imen ak tau. Anplis de sa, analiz postmortem nan anzim sik TCA te endike jiska 40 pousan andikap nan anzim sik TCA ki soti nan sèvo AD yo konpare ak kontwòl ki gen laj [5]. Kidonk, rediksyon enèji ki gen rapò ak laj nan NAD plis ak NADH sou tèt andikap mitokondriyo ki gen rapò ak AD nan aktivite anzim TCA te kapab afekte lokalman nivo ATP ak GTP, menm si konsantrasyon esansyèl yo te minim afekte.

Enèji ki disponib nan idroliz GTP se menm jan ak idroliz ATP, men GTP itilize pou rezon diferan pase ATP akòz selektivite nan anzim espesifik. Konsantrasyon GTP nan selil yo an mwayèn dis fwa pi ba pase ATP milimolar la. GTP se yon gwo regilatè nan plizyè pwosesis selilè ki depann de enèji nan sentèz pwoteyin ak trafik vesikulè ki enplike andositoz ak otofaji. Estimasyon total GTP selilè konsantrasyon nan selil mamifè yo se nan ranje 250-700 μM [6], men GTP gratis nan protrusion selil kansè yo pi pre 30 μM [7]. Gwo pwoteyin ki mache ak GTP gen ladan dinamin pou fizyon manbràn ak fizyon, ti GTPases regilasyon, ak mikrotubul jan yo detaye anba a. Anplis sentèz de novo soti nan inozin pa IDMPH2 ak xanthosine pa GMPS, sous selilè GTP yo se prensipalman lokalize nucleoside diphosphate kinases (NDPKs) ki soti nan jèn ki pa metastatik (NME; pafwa yo rele NM23) ki konvèti ATP nan GTP [8]. Gen omwen dis manm nan fanmi jèn NME men sèlman kat premye yo gen aktivite nukleozid difosfat kinaz. Dapre Allen Brain Atlas la, NME1 jiska 4 yo eksprime fòtman ak selektivman nan ipokanp sourit la ak imen kote memwa gen pwoblèm nan AD. NME1-3 se sitoplasmik, pandan y ap NME4 se mitokondriyo. Depi tou de pwosesis diferan nan andositoz ak otofaji afekte nan aje ak AD, nou poze ke chanjman en afekte tou de, pètèt laj la ak AD ki gen rapò ak konsekans limite nivo GTP sou fonksyon sa yo amyloid-kritik.

Mezi nan nivo GTP

Malgre ke GTP kontwole plizyè pwosesis enpòtan pou siviv selilè, mezire nivo GTP nan selil vivan an nan kondisyon fizyolojik ak patolojik se difisil paske nan woulman nan wo ak egzistans nan tou de yon eta ki gen pwoteyin ak gratis. Bianchi-Smira glia et al. [9] te dekri yon nouvo jenetikman kode GTP Capteur (GEVAL) ki baze sou yon pwoteyin jòn fliyoresan ki detekte chanjman ratiometric nan konsantrasyon GTP-gratis ak GTP-bound nan vitro ak nan vivo. Dènyèman, menm gwoup la rapòte yon mekanis pou règleman GTPase Rac1 nan envazyon selilè pa yon liy selil melanom imen kondwi pa pwodiksyon lokal GTP [7] epi revize metodoloji yo [10]. Kòm nou pral wè nan revizyon sa a, GTP jwe yon wòl enpòtan pandan andositoz ak otofaji ki gen rapò ak pwosesis amiloid. Kounye a, nou ap etidye chanjman GTP ki gen rapò ak laj nan pwosesis A nan kilti prensipal newòn ipokanp ki soti nan sourit trip transjenik 3xTg-AD ak efè li sou chanjman nan otofaji. Figi 1 montre rezilta preliminè transfeksyon GEVAL530 nan newòn adilt prensipal ki soti nan modèl sourit AD sa a konpare ak newòn sourit ki pa transjenik. Kòm obsève pa Bianchi-Smiraglia et al. [7], nou wè yon distribisyon ki pa inifòm nan GTP nan pwosesis yo ak bor nan soma a lè mezire GTP gratis (Fig. 1Aa), ak pi ba nivo GTP gratis nan newòn yo 3xTg-AD (Fig. 1Ac). Jan sa detaye nan Seksyon 10, pretretman newòn sa yo ak yon NAD plis - précurseur, nikotinamid, ogmante nivo GTP gratis yo (Fig. 1Ab, d). 530-µM Kd pou GEVAL530 yo itilize nan eksperyans sa yo sijere ke konsantrasyon lokal GTP gratis la se nan yon ti pliye 530 µM. Nan Fig. 1B, nou egzamine GTP ki mare ki parèt yo lokalize nan vesik ak ogmante pa nikotinamid (Fig. 1Bf, h), espesyalman nan 3xTg AD newòn yo. Prèv preliminè endike ke newòn trete ak NME1 siRNA diminye nivo GTP gratis yo (Santana Martinez, san pibliye). Plis etid ak newòn adilt atravè spectre laj la pral detèmine depandans laj nan defisi GTP ak kapasite pou korije yo ak NAD plis - précurseurs. Etandone wòl esansyèl GTP nan pwosesis trafik vesikulèr nan andositoz ak otofaji ak prèv preliminè sa a pou chanjman nan GTP ak jenetik tankou AD, seksyon sa yo bay detay sou pwosesis sa yo ak efè aje ak maladi alzayme a sou yo. Rezilta revizyon sa a montre nesesite pou nouvo metòd tankou sond GEVAL pou mezire dirèkteman chanjman nan konsantrasyon GTP limite ak gratis ak total GTP.

Fig. 1 Rasyonometrik mezi GTP nan prensipal newòn ipokanp sourit ki soti nan sourit laj mwayen transfekte ak Capteur GEVAL530. (a) Depase gratis-GTP/bound-GTP nan mitan laj (14 mwa) nontransgenic (NTg) nan bor ak dendrite apical konpare ak (c) laj mwayen (10 mwa.) 3xTg-AD newòn. (b, d) Ogmantasyon nan GTP gratis nan newòn trete ak 2 mM nikotinamid pa 24 èdtan. (e, g) Newòn ki pa trete yo montre GTP vesikulèr ki ogmante nan (f, h) newòn yo trete ak 2 mM nikotinamid pa 24 èdtan.

Endositoz: GTP depandans nan aje ak AD

Nan pwosesis andositoz la, selil la entènal makromolekil ak reseptè ligand-bound ak pwoteyin sifas ki gen ladan pwoteyin précurseur amiloid (APP) [11] (Fig. 2A). Nan de wout prensipal yo endocytic, absorption APP manbràn plasma ki entegre fèt sitou nan absòpsyon clathrin-medyatè (Fig. 2B.1) olye ke caveola-medyatè soti nan plak cholesterol ki rich (Fig. 2B.2). Sepandan, idrofob A , patisyon nan plak kolestewòl ki rich nan kannòt lipid nan manbràn plasma a ak absorption ki vin apre pa chemen an caveola [12] (Fig. 2B.2). Nan de ka yo, konplèks dynamin GTPase rasanble nan envajinasyon an pou katalize koub manbràn ki depann de GTP pou fizyon final la ak lage vesik ki gen matirite nan manbràn plasma [13-15]. GTP lokal yo katalize pa NME1 ak 2 nukleotid fosfat kinaz ki mare nan dynamin [16]. Desizyon byen bonè endosome Rab5 GTPase nan direksyon ekzositoz ak resiklaj reseptè oswa transfòmasyon nan an reta endosome Rab7 GTPase pou degradasyon.

Rab5 GTPase a konsidere kòm yon makè pou endosome bonè [17]. Pwoteyin Rab5 prezan nan manbràn plasma a, nan vesik clathrin-kouvwi, ak endosome bonè (figi 2). Nan modèl selil ak fy maladi Huntington a, Rab5 patisipe nan fòmasyon otofagozòm pou kontwole otofaji ak elimine huntingtin mutan toksik [18]. Anpèchman Rab5 diminye konjigezon Atg5-Atg12 nan proteaz ki kontwole otofagi, sa ki lakòz fòmasyon otofagozòm diminye. Konjige Atg12-Atg5 la ankouraje lipidasyon Atg8, epi Atg8 lipide fasilite fòmasyon otofagosòm ak rekonesans selektif kago pandan otofaji [19].

Yon lòt faktè ki kontribye nan otofaji Rab5-medyatè se fosfatidilinositol-3-kinase (PI3K). Konplèks PI3-kinaz inibit otofaji pa aktive chemen siyal Akt/mTOR [20]. Sou-inite P110 nan konplèks PI3K a kontwole aktivite katalitik konplèks Vps34 pou ankouraje jenerasyon PI3P [21]. Etap sa a esansyèl pou fòmasyon autophagosome. P110 ankouraje tranzisyon an soti nan Rab5- GDP a Rab5-GTP. P110 twòp ekspresyon diminye defisyans otofaj apre deklanchman konplèks makromolekilè ki konpoze de Rab5, Vps34, ak Beclin1, ki an vire mennen nan fòmasyon otofagozom [22]. Vize pwoteyin espesifik sa yo ka elicide avni ki ka geri pou diminye patoloji AD.

Fig. 2 Endositoz nan pwoteyin précurseur amiloid (APP). Pòsyon N-tèminal nan 770 rezidi pwoteyin APP a ak lonbraj vèt nan agrégation ki gen tandans A mande pou klivaj pa BACE ak Gamma peptidases. B Endositoz nan APP. (1) Fòmasyon boujon anndan an soti nan manbràn plasma a òkestre pa clathrin ak andoproteaz BACE ak 훾-sekretaz. Endositoz ki sipòte pa dynamin resevwa GTP lokal pa NME1. (2) Mikrodomèn ki rich nan kolestewòl (kannòt lipid) mare APP trete nan A oswa A ki adsorbe nan parenchyma a. (3) Endosome bonè atire GTPase Rab5 ki rekonèt pa yon lòt GTPase, Rab11, pou medyasyon (4) resiklaj endocytic reseptè yo tounen nan manbràn plasma a. Altènativman, (5) Rab7 medyatè segregasyon byen bonè nan endosomes an reta ki pèmèt plis pwosesis nan APP ak akimilasyon nan A. (6) Fizyon andozom an reta ak (7) lizozom pou degrade sa yo. Gen kèk A total ki ka rezistan nan dijesyon, epi ak dezòd endosome, A ka akimile nan sitosol la.

Rab5 ki mare nan manbràn se yon faktè kle nan pwomouvwa dirèkteman Mon1-Ccz1-depandan aktivasyon Rab7 ak Rab7-fizyon manbràn depandan [23]. Mon1-Ccz1 se yon faktè GEF-konplèks echanj nukleotid guanin heterodimeric ki aktive Rab5. Mon1-deplasman medyatè Rab5 GEF la lakòz deplasman Rab5 pa Rab7. C-Vps konplèks aji kòm yon GEF pou Rab7 ak ankouraje Rab7 tranzisyon soti nan GDP-bound nan eta a GTP-bound pou deklanchman Rab7. Jèn ki asosye ak rezistans radyasyon iltravyolèt (UVRAG) stimul deklanchman Rab7 pa entèraksyon UVRAG-C-Vps atravè echanj GDP/GTP nan Rab7 [24]. Yon lòt pwen regilasyon nan pwosesis otofajik la se fizyon omotipik ak vakuol protein-sorting (HOPS) konplèks ki aktive ledven vacuolar Ypt-Rab GTPase pandan fizyon manbràn [25]. Youn nan 6 sou-inite konplèks HOPS la se konplèks klas C vacuolar protein sorting (C-Vps) ki genyen Vps11, Vps16, Vps18, ak Vps33. Rab7 an reta vesik endocytic imedyatman fusion ak lizozom pou degradasyon kago (figi 2).

Chanjman nan trafik endosomal Rab 5 ak Rab 7 nan modèl sourit ak nan AD

Nan modèl sourit AD ki gen mitasyon nan pwoteyin precurseur amiloyid (APP) oswa presenilin ki pwodui A, chemen endosome-autophagosome-lyzosome parèt disregulated an pati akòz pwoblèm asidifikasyon lizozom ki pa aktive ase proteaz ak lipas [26]. Nan modèl sourit nan AD, gwo kò perinuclear ki gen yon etikèt agregate ak makè otofagosom LC3 colocalized ak Rab7 ak konpozan endosomal ak lizozomal an reta. Sa a ta ka akòz echèk regilasyon pwoteksyon oswa andikap patolojik. Nan newòn ki te kiltive nan sourit 3xTg-AD atravè laj la, nou te jwenn vesikulèr A total pou ogmante 30-50 fwa ak laj, pi enpòtan nan Rab5-endosome bonè ak mitokondri ki make, men tou nan Rab{{9} }ki make endosomes an reta ak otofagosòm [27]. Akimilasyon ki sanble ak boul nèj A 42 ak A 45 sijere ke ansyen newòn yo pa t kapab konplete degradasyon otofaj nan total sa yo ki pi long nan A . Nou ipotèz ke pwodiksyon enèji ki gen pwoblèm nan newòn fin vye granmoun limite kapasite enèjik pou fini otofaji. Konpare ak nivo nan jèn ipokanp ak cortical, nan ipokanp sourit APP/PS1 ki gen 7-12-mwa, nivo Rab7 te diminye ansanm ak rediksyon nan Beclin1 ak Rubicon activateur ak yon ogmantasyon nan inibitè Rubicon [28]. Nan ipokanp ki pi piti a ak tout laj nan cortical a, Beclin1 aktive Rab7, pandan y ap Rubicon inibit aktivasyon Rab7 atravè repwesyon sou entèraksyon pwoteyin jèn ki asosye ak rezistans radyasyon UV (UVRAG)-vacuolar protein sorting gene (Vps). Defisi Rab7 nan ledven ak mouch fwi lakòz yon akimilasyon masiv nan otofagosòm [29]. Rab7 knockdown tou inaktive mTORC1 / S6K1, ak lokalizasyon an nan mTOR nan endosomes an reta [30]. Enteresan, anpèchman nan lòt etap nan trafik endocytic pa chanje aktivite a nan mTORC1 sijere ke endosomes an reta entak yo enpòtan anpil pou mTORC1 siyal nan otofaji. Sa a se yon rezon enpòtan poukisa vize mTOR pa ka ralanti aje oswa AD.

Regilasyon selektif rejyonal nan pwoteyin Rab 5 ak Rab7 ak mRNA nan AD, sijere kontribisyon selektif nan patoloji maladi oswa yon mekanis pwoteksyon ensifizan [31]. A akimile sitou nan Rab7-pozitif endosomes an reta ak vakuol otofajik nan selil newòn [32] nan yon fason ki gen rapò ak laj [27] sa ki lakòz entènalizasyon nan A ak ogmantasyon ki vin apre nan Rab7 deklanche koripsyon newòn [33]. Bloke wout endocytic an reta pa sipresyon Rab7 pwovoke fòmasyon fibril amiloid ki depandan A sou sifas selil la ki lakòz elajisman endozomal [34] ki lakòz resiklaj akselere Rab7 ak trafik andozitik A nan lizozòm pou degradasyon [35]. Anpèchman nan Iysoso mal proteolysis kapab afekte tou transpò retwograd axonal nan òganèl otofaj ki lakòz distwofi axonal tankou AD [36]. Sepandan, entèvansyon pratik pou ankouraje otofaji Rab7-medyatè ka retade oswa ranvèse pwogresyon AD. Egzanp yo enkli yon chanjman soti nan yon eta sedantèr nan fè egzèsis, yon rejim Mediterane, ak enèji-ranfòse konpoze tankou NAD précurseurs pou kreye yon chanjman redox [4] (Seksyon 10). Yon lòt wout se dekouvèt etranj ke nivo guanosine monofosfat reduktaz 1 (NADPH-depandan GMPR1) yo ogmante nan sèvo AD ki ta ka tèt li bese nivo GTP ak ogmante siyal AMP [37]. Tangles neurofibrillary nan tau yo te bese lè aktivite sa a te inibit nan sourit AD.

Avèk pwogresyon soti nan defisyans mantal modere nan AD, tou de ekspresyon endosomal Rab5 ak Rab7 yo te regilasyon nan newòn CA1 ipokanp yo jan yo mezire pa mikroarray transcriptional [31]. Agrandisman endosome Rab5-pozitif yo te asosye ak tach neurofibrillary ak depo amiloid. Faktè nerotwofik tankou faktè kwasans nè (NGF) mare nan reseptè Trk yo epi yo entènalize nan Rab5-endozom pozitif yo kòmanse siyal en [38]. Li enteresan sonje ke, endosome siyal la kenbe kòm endosome Rab5 bonè epi li pa pwogrese nan endosome Rab7 an reta, pandan transpò yo nan axons yo long [39]. Diferans sa a diferansye livrezon siyal reseptè-medyatè soti nan pwosesis endosome nan direksyon otofaji [40]. Apre deklanchman NGF, TrkA rekrite yon Rab5‐GAP pou konvèti GTP‐Rab5 an GDP‐Rab5 byen vit pou kenbe nivo GTP‐Rab5 an chèk, sa ki anpeche konvèsyon Rab5 a Rab7 ki lakòz anpèchman siyal NGF/TrkA ak degradasyon twò bonè.

Fonksyon Rab5 konpwomèt nan premye faz AD [41]. Ipèaktivasyon ki pèsistan Rab5 te pwomote chemen andozitik la nan direksyon endosomes an reta, fizyon lizozom, ak otofaji ki te lakòz degradasyon twò bonè nan siyal faktè nerotwofik ak atrofi newòn. Vps35 ak Vps26, de pwoteyin retromè kle, yo te redwi tou nan sèvo AD [42]. Vps26 mare ak SorLA ki se yon reseptè klasman ki kontwole trafik APP soti nan endosomes nan Golgi la. Yon rediksyon nan pwoteyin retromè Vps mennen nan konplèks Vps-SorLA nòmal ki anpeche trafik APP akimilasyon APP nan endosomes yo kote li sijè a beta-sekretaz. Sepandan, imite fosforilasyon APP nan S655, nan motif basolateral APP 653YTSI656, ka amelyore rekipere APP nan yon pwosesis retromèr ki lakòz diminye vize lizozomal APP, ak diminye pwodiksyon Abeta [43]. Yon ogmantasyon nan tout longè APP ak APP fragman ‐CTF ka, nan vire, elve aktivite Rab5 GTPase pwovoke elajisman nan endosome bonè [44]. Enteresan, atrofi newòn pwovoke pa APP ‐CTF yo ta ka sove pa yon mutan Rab5 dominant-negatif tou de nan vitro [39] ak nan vivo [45].

Rezilta a nèt nan aje se rediksyon an nan endosomes an reta, malfonksyònman endocytic an reta, ak fizyon lizozomal ki gen pwoblèm. Nan AD, andositoz A ogmante nan elaji endosome Rab5 bonè. Wòl Rab7 nan AD se poko klèman klèman kòm tou de regilasyon bonè ak downregulation an reta nan Rab7 yo te obsève ki afekte sante newòn nan tou de direksyon. Kòm mete aksan sou pa Bianchi-Smiraglia et al. [7], GTP selilè total ki mezire nan omojene pa pèmèt evalyasyon GTP gratis ki disponib lokalman pou GTPases Rab yo. Yo poko rapòte mezi GTP gratis, kidonk wòl posib yo nan laj ak andikap ki gen rapò ak AD nan andositoz pa eksplore. Se poutèt sa, li pral enpòtan pou mezire GTP gratis nan selil vivan ak efè varyasyon nan GTP gratis sou andositoz kòm yon fonksyon de laj ak AD modèl.

Mande plis:

Imèl:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel: plis 86 15292862950

SHOP:

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