Greiningarmöguleikar amyloidogenic próteina Part 1

Ágrip:

Taugahrörnunarsjúkdómar eru mjög algengur flokkur sjúkdóma, þar sem meinafræðilegir sjúkdómar byrja áður en skýr einkenni koma fram. Þessi staðreynd hefur hvatt vísindamenn til að leita að lífmerkjum sem gætu aðstoðað snemma meðferð.

Þessar nú ólæknandi meinafræði deila tilvist afbrigðilegra efnasamtaka sem kallast amyloids í taugakerfinu, sem eru samsett úr sérstökum próteinum.

Í þessari umfjöllun ræðum við hvernig hægt væri að nýta þessi prótein, sköpulag þeirra og breytingar sem lífmerki í greiningarskyni.

Prótein er eitt af mikilvægu efnum til að viðhalda góðri heilsu og það hefur einnig mikilvæg áhrif á minni. Prótein er samsett úr amínósýrum sem eru hráefni heilafrumna og taugaboðefna. Þess vegna er próteinneysla nátengd minni.

Í fyrsta lagi er prótein nauðsynlegt efni fyrir líkamann til að byggja upp og gera við vefi. Heilafrumur eru ríkar af ensímum og eftirlitsefnum, sem þurfa prótein sem hluti til að starfa eðlilega. Of lágt próteininnihald í líkamanum veldur því að heilafrumur virka ekki eðlilega og hefur þannig áhrif á minnið. Þess vegna gegnir það mikilvægu hlutverki að viðhalda fullnægjandi próteininntöku í heilaþroska og viðhaldi minni.

Í öðru lagi hefur prótein þau áhrif að auka virkni heilafrumna. Mannslíkaminn þarf mikið magn af taugaboðefnum í heila til að viðhalda eðlilegri starfsemi eins og hugsun, minni og hegðun. Taugaboðefni í heila eru mynduð úr amínósýrum í líkamanum og uppspretta þessara amínósýra er prótein. Þess vegna getur val á matvælum sem eru rík af hágæða próteini aukið nýmyndun taugaboðefna í heila, þar með aukið heilafrumuvirkni og hjálpað til við að bæta minni.

Að auki hjálpar prótein einnig að viðhalda stöðugleika líkamans og koma í veg fyrir sveiflur í blóðsykri. Lágur blóðsykur getur valdið einkennum eins og athyglisbrest, svima og þreytu í líkamanum, sem hafa oft áhrif á minnisgetu. Með því að viðhalda hóflegri inntöku próteina er hægt að forðast sveiflur í blóðsykri á áhrifaríkan hátt, sem hjálpar til við að viðhalda stöðugleika líkamans og bæta minni.

Í stuttu máli, prótein er nátengt minni. Hófleg inntaka af próteini getur viðhaldið stöðugleika líkamans, aukið virkni heilafrumna og þannig bætt minni. Við ættum að reyna að borða meiri hágæða próteinríkan mat eins og fisk, kjöt, baunir og mjólkurvörur og forðast að fjarlægja prótein algjörlega úr fæðunni. Þetta mun hjálpa okkur að vera heilbrigð, bæta minni okkar og njóta betra lífs. Það má sjá að við þurfum að bæta minni okkar og Cistanche getur bætt minnið verulega því Cistanche er hefðbundið kínverskt lyf með mörg einstök áhrif, ein þeirra er að bæta minni. Virkni Cistanche kemur frá hinum ýmsu virku innihaldsefnum sem það inniheldur, þar á meðal tannínsýru, fjölsykrur, flavonoid glýkósíð o.fl., sem geta stuðlað að heilsu heilans á margan hátt.

Smelltu á vita 10 leiðir til að bæta minni

Við leggjum áherslu á prótein sem tengjast algengustu taugahrörnunarsjúkdómum, þar á meðal Alzheimers og Parkinsons sjúkdómum, amyotrophic lateral sclerosis og frontotemporal dementia.

Við lýsum einnig núverandi áskorunum við uppgötvun, nýjustu tækni með greiningarmöguleika, og mögulegri framtíðarþróun í greiningu.

Lykilorð: taugahrörnunarsjúkdómar; lífmerki; amyloid; fáliður; breyting eftir þýðingar.

1. Þörfin fyrir nýjar greiningaraðferðir fyrir taugahrörnun

Taugahrörnunarsjúkdómar eru banvænir og ólæknandi sjúkdómar, sem einkennast af sífellt tapi taugafrumna á sérstökum svæðum taugakerfisins. Þeir eru mjög ólíkur hópur meinafræði, þar á meðal Alzheimerssjúkdóm (AD), Parkinsonsveiki (PD), frontotemporal dementia (FTD) og amyotrophic lateral sclerosis (ALS).

Eins og er, um allan heim, þjást meira en 50 milljónir manna af ýmsum gerðum taugahrörnunar [1]. Klínískt ferli taugahrörnunarsjúkdóma spannar venjulega nokkur ár og leiðir til versnandi skerðingar á minni, skilningi og hreyfingum í mismunandi mæli, allt eftir tilteknu meinafræði [2] . Núverandi lyfjameðferð beinist að því að draga úr þessum einkennum [3].

Ennfremur er taugasálfræðilegt mat enn talið mikilvægt við greiningu á taugahrörnun í tengslum við heilabilun [4]. Hins vegar koma lykil sameindakerfi sjúkdómsins fram áður en einhver marktæk einkenni koma fram.

Þróun nákvæmra greiningaraðferða myndi auðvelda tímanlega meðferðaraðgerðir til að endurheimta taugalífeðlisfræði áður en óafturkræfur skaði verður.

Það myndi einnig stuðla að stofnun nýrra lækningalyfja og endurmat á núverandi lyfjum sem gætu orðið skilvirkari ef þau eru gefin á fyrri stigum. Þrátt fyrir brýna þörf fyrir greiningaraðferðir fyrir taugahrörnun er þróun þeirra enn mikil áskorun, vegna takmarkaðs aðgengis heilans til líkamlegrar skoðunar og flókins klínískra prófa sem byggjast á vitrænum hæfileikum [2].

Nýlegar tækniframfarir hafa gert kleift að lýsa nýjum ferlum, lífsameindum og mannvirkjum í taugakerfinu og öðrum svæðum líkamans sem gætu nýst sem sjúkdómsmerki taugahrörnunar [5,6].

Þrátt fyrir að mismunandi taugahrörnunarsjúkdómar hafi nokkrar aðskildar svipgerðir, deila þeir einnig nokkrum lykilsameindaeinkennum. Sérstaklega, í mörgum af þessum kvillum, ganga sérstakt prótein og peptíð, sem venjulega væru leysanleg, í gegnum sjálfsamsetningarferli sem leiðir til myndunar stórra fibrillar efnasamtaka, sem kallast amyloids [7,8].

Þetta ferli felur einnig í sér myndun smærri oligomerísk milliefni, sem eru mjög eitruð og eru nú talin helstu þátttakendur í sjúkdómsferlinu [8]. Amyloid samloðun er einnig tengd öðrum samloðunarferlum, svo sem myndun þéttiefna [9]. Hins vegar verður þetta ekki í brennidepli í þessari endurskoðun.

Hér lýsum við nokkrum af þekktustu amyloidogenic próteinum og greiningu mikilvægi þeirra.

Við leggjum áherslu á amyloid-beta (A) og tau fyrir AD, -synuclein (-syn) fyrir PD, sameinað í sarkmein (FUS), og TAR DNA-bindandi prótein 43 (TDP-43) fyrir ALS og FTD. Við ræðum einnig nýjustu framfarir í greiningaraðferðum til að fylgjast með samsöfnun þessara próteina.

2. Amyloid Aggregation sem hugsanleg uppspretta lífmerkja

Amyloids eru óleysanleg fibrillar sameindir auðguð í krossbyggingu og hefur myndun þeirra verið mikið einkennd in vitro [7,8].

Amyloid samsöfnun samanstendur af flóknu neti kjarnamyndunarviðburða. Upphaflega víxlverkast leysanleg einliða prótein og mynda fáliður með frumkjarna. Aðalkjarnamyndun getur einnig komið af stað með tilvist annarra lífsameinda, svo sem önnur prótein [10], kjarnsýrur [11,12,] og himna [13].

Óligómer breytast síðan í hærra stigs einingar og að lokum í amyloid fibrils. Þegar mikilvægur styrkur fibrils hefur myndast, hvatar yfirborð þessara fibrils myndun viðbótar fáliða með aukakjarna [7,8]. Fibrils lengjast einnig með því að bæta einliðum við í endum þeirra og sundrast [7,8]. Amyloid fibrils eru afar stöðugar próteintegundir vegna ríkulegs þverblaðainnihalds [8,14-16].

Þvert á móti breytast fáliður hratt í hærri röð amyloid aggregates (Mynd 1). Tímabundið eðli fáliða gerir þær erfitt að einangra og einkenna þær á byggingarstigi.

Aðeins nýlega, þökk sé nýjum aðferðum eins og samsameinda flúrljómun og rafeindasmásjárskoðun [14,17,18], hefur verið sýnt fram á að fáliður eru mjög ólíkar í eðlisefnafræðilegum eiginleikum og byggingu, með mismunandi aukabyggingarinnihaldi [16,19,20] .

Óligómerur eru eitraðar með fjölmörgum aðferðum, þar með talið afbrigðilegum vatnsfælnum milliverkunum. Sýnt hefur verið fram á að í vefjum og einangruðum frumum geta fáliður haft áhrif á gegndræpi himna og jónajafnvægi og framkallað oxunarálag [16,21-23].

Óligomer-framkallaðar sindurefna geta síðan kallað fram misfellingu próteina, truflun á starfsemi hvatbera og að lokum frumudauða [24]. Oligomers af A og -syn hafa einnig verið tengd við taugabólgu [22] og taugamótunartapi [25,26].

Nokkrir þættir geta haft áhrif á myndun amyloid fibrils og oligomers. Þetta felur í sér erfðafræðilegar stökkbreytingar, frumustreitu og tilvist eða fjarveru tiltekinna lífsameinda.

Ennfremur eru amyloids mikið breytt eftir þýðingu in vivo [27-29] og post-translational modifications (PTMs) breyta verulega myndun og eiturverkun amyloid fibrils in vitro [27-31].

3. Amyloidogenic prótein sem taka þátt í taugahrörnun

Í samhengi við taugahrörnun er hægt að skipta sjúkdómsmerkjum í taugasálfræðileg, taugamyndandi, erfðafræðileg, c og lífefnafræðileg merki [2]. Sérstaklega eru lífefnamerki (eða lífmerki) mælanlegar sameindir í líkama okkar (td prótein, kjarnsýrur, umbrotsefni), sem tilkynna um stig sjúkdóms [32].

Amyloidogenic prótein eru efnileg lífmerki þar sem þau upplýsa um lífefnafræðilega uppsetningu truflunar á taugakerfinu [2]. Hér að neðan leggjum við áherslu á viðeigandi amyloidogenic prótein og meinafræðilegar breytingar þeirra sem geta þjónað sem lífmerki fyrir taugahrörnunarsjúkdóma.

3.1. A og Tau í AD

AD er algengasta form heilabilunar. Einkennandi meinsemdir í AD heila eru utanfrumu senile plaques sem samanstanda af amyloid sameindum af A og innanfrumu taugatrefjaflækjum (NFTs) sem myndast af pöruðum helical amyloid þráðum (PHFs) af offosfórýleruðu tau (p-tau) próteini [2,27].

A er stutt peptíð sem myndast við klofnun stærri forvera yfirhimnu, sem kallast amyloid forveraprótein (APP), við raðskiptingu - og -secretasa og losað í utanfrumurýmið [2,33].

Þetta ferli getur myndað A ísóform af mismunandi lengd (tafla 1), sem hafa mismunandi stig eiturverkana í tengslum við AD [34]. Algengustu A ísóformin eru 40- og 42-leifar, almennt nefnd A 40 og A 42, í sömu röð. A 40 er algengasta afbrigðið í skellum (~80% til 90%) og er einnig til staðar í heila heilbrigðs fólks.

A 42 hefur mun meiri tilhneigingu til að safnast saman og aukning á A 42/A 40 hlutföllum tengist AD og öðrum tegundum heilabilunar [30,34] (tafla 2). Fyrir utan klofnun hafa erfðabreytingar (A692G, E693Q í APP geninu [35,36], Tafla 2) og mörg önnur PTM af A verið tengd við AD, þar á meðal oxun, fosfórun, glýkósýleringu andhverfingu [30].

Rannsóknir sýna tilvik asetýleringar (td Lys16 og Lys28), fosfórýleringar (td Ser8 og Ser26), nítrunar (td Tyr10), pýróglútamats (td Glu3 og Glu11), myndbrots (td Asp1 og Asp7) og kynþáttamyndunar (td. , Asp1, Asp23 ogSer26) í tengslum við sjúkdóm [30,37-39] (tafla 1).

Það er athyglisvert að vitsmunaleg hnignun tengist meira leysanlegum milliformum A frekar en magni amyloidútfellinga [16]. Tau er stórt prótein sem tengist örpíplum sem kemur á stöðugleika í innri pípla [2,40]. Í heila manna er tau til sem sex mismunandi ísóform sem bera annað hvort þrjár eða fjórar örpíplabindandi endurtekningar (R). Þessi ísóform eru kölluð 3R og 4R, í sömu röð.

Það hefur komið í ljós að tilvist annað hvort 3R eða 4R eða bæði 3R og 4R amyloids er sjúkdómssértæk. Sem dæmi, í AD, ALS, FT, D og Parkinsonsheilsu, eru bæði 3R og 4R amyloids til staðar, en í corticobasal hrörnun og Pick's sjúkdómi finnast aðeins 4R og 3R amyloids, í sömu röð, [41,42]. Tau gangast undir PTM, sérstaklega fosfórýleringu [40].

Sjúkleg offosfórun dregur úr tau sækni í örpíplum og veldur því að þau losna frá örpíplum, sem leiðir til myndunar PHF og NFTs [2].

Hingað til hafa 85 hugsanlegir fosfórunarstaðir tau verið auðkenndir [40]. Ennfremur leiddu sameinda- og frumurannsóknir í ljós að asetýlering (td Lys174, Lys274 og Lys280), oxun (td Cys322), nítrun (td Tyr29), glýsun (td Lys87, Lys132 og Lys150), stytting (td við Asp13 og Asp421 og Glu391) og ubiquitination (td Lys48 og Lys63) hafa einnig áhrif á tau samloðun [27] (tafla 1).

3.2. -Syn í PD

Ólíkt AD hefur PD fyrst og fremst áhrif á hreyfikerfið, sem veldur skjálfta, stífni, hægslætti og óstöðugleika í líkamsstöðu [2]. Sjúklega einkenni PD er tilvik frumufrumusamsetninga amyloids, þekkt sem Lewy bodies (LBs) og Lewy neurites (LNs). LBs og LNs samanstanda af amyloid sameindum, þar sem aðalhluti þeirra er -syn [43].

-Syn inniheldur 140 leifar með jákvætt hlaðið N-endasvæði, miðsvæði sem ekki er amyloid-þáttur (NAC) sem er samloðun, n,n og neikvætt hlaðið C-endasvæði [44,45].

Tví- eða þreföldun á -syn litningasvæðinu (4q21-23) og stökkbreytingar, þar á meðal A53T, G51D, H50Q, E46K og A30P í -syn röðinni, eru tengdar PD [46-48] sem byrjar snemma [46-48] (tafla 2 ). -Syn tilheyrir próteinfjölskyldu sem inniheldur einnig - og -synuklein með 55%–62% líkingu. -Synúkleín hefur minni tilhneigingu til að safnast saman og hefur verið uppgötvað til að bæla söfnun -syn sem náttúrulegur hemill á meðan oxað -synúkleín getur komið af stað -syn samloðun [49,50].

Nokkrar PTM eru þekktar fyrir að hafa áhrif á samsöfnun -syn, tengjast PD [28,] og hafa greiningarmöguleika [51] (tafla 1).

Þetta felur í sér N-enda asetýleringu, nokkrar styttingar á N-endanum (td -syn7-140, 14-140, 40-140 og 72–140 sem finnast in vitro, 5–140 og 68 –140 finnast in vivo og nokkrir í báðum) og C-enda (td -syn1-115, 1-119, 1-122, 1-124, 1-125, {{ 19}},1-133 og 1-135), fosfórun á Ser87 og Ser129, oxun á Met1, Met5, Met116 og Met127, súmólýtun á Lys96 og Lys102, nítrun á Tyr39, Tyr125 og Tyr133, og úbíquitinering á Lys96 og Lys102. , Lys10, Lys12 Lys21, Lys23, Lys43 og Lys96 [28,52,53] (tafla 1).

3.3. TDP-43 og FUS í ALS og FTD

ALS og FTD eru taugahrörnunarsjúkdómar með skarast. ALS hefur áhrif á efri og neðri taugafrumur, sem veldur tapi á vöðvastjórnun. FTD er tegund af heilabilun sem tengist hrörnun fram- og fremri tímablaða [54].

Um það bil 97% af ALS og 45% af FTD tilfellum tengjast tilvist efnasamlagna af óbikvitínuðum, offosfórýleruðum og C-endalega styttri TDP -43 í umfrymi tauga- og gliumfrumna [29].

TDP-43 er 414 leifar langt ríbónkjarnaprótein sem getur myndað amyloid-lík aggregatesin vitro og þéttiefni (þ.e. streitukorn) [9] við meinafræðilegar aðstæður. Það er samsett úr N-endasvæði með kjarnastaðsetningarmerki, tveimur RNA-þekkingarmyndum, kjarnaútflutningsmerki og röskuðu C-endasvæði [29].

Greint hefur verið frá því að öll þessi svæði gegni mikilvægu hlutverki í samsöfnun próteins [55-57]. Nokkrar TDP-43 stökkbreytingar hafa verið greindar í bæði sporadískum og ættgengum tilfellum ALS og FTD, þar á meðal G294A, Q331K, M337V [58] og K181E [59] (tafla 2). Eins og með A og -syn, gegna PTM TDP-43 einnig lykilhlutverki í samsöfnun próteins og framvindu sjúkdómsins.

Rétt er að taka fram að styttu 25 kDa og 35 kDa C-endabrotin finnast almennt í meinafræðilegum efnasamböndum hjá ALS sjúklingum [29,31,54]. Ubiquitination er einnig dæmigerð breyting á TDP-43 innifalingum [31]. Að lokum eru afbrigðileg fosfórun, asetýlering og oxun TDP -43 oft tengd við rangstöðu og afbrigðilega samloðun próteinsins [29] (tafla 1).

ALS og FTD eru einnig tengd öðru RNA/DNA-bindandi próteini, FUS. FUS er 526 leifar langt prótein gert af N-enda umritunarvirkjunarléni og C-endasvæði, sem hefur samskipti við umritunarþætti og inniheldur einnig kjarnastaðsetningarmerki [60,61].

Bæði lénin innihalda lágflækjusvæði og gegna hlutverki í myndun þéttiefna og vatnsgella [62]. Meira en 50 stökkbreytingar (td R521C,R521H [63]) á FUS eru tilkynntar í ALS/FTD tilfellum.

Ólíkt TDP-43 er FUS almennt að finna sem prótein í fullri lengd í fyllingum [61]. Fosfórun á sér stað í príónlíkum lénum FUS og hefur verið sýnt fram á að hafa áhrif á fasaaðskilnað þess og samsöfnunarmynstur á meðan stökkbreytingar og PTM (aðallega metýlering og fosfórun) á C-endahluta þess stjórna staðsetningar kjarna/frymis [61,64].

Þrátt fyrir skýrt meinafræðilegt hlutverk FUS eru ALS/FTD svipgerðir sjaldnar tengdar FUS en TDP-43 truflunum [61,65]. Þannig á enn eftir að ákvarða hlutverk FUS sem lífmerkis.

4. Greiningarmöguleikar erfða-, byggingar- og efnafræðilegra eiginleika amyloidogenic próteina

Nokkrar greiningaraðferðir hafa verið notaðar til að mæla ólíffræðileg sýni úr amyloidogenic próteinum og til að ákvarða tengsl þessara próteina og taugahrörnunarsjúkdóma.

Sumar þessara aðferða miða að því að mæla breytingar á tjáningarstigi/styrk amyloidogenic próteina óháð sköpulagi þeirra eða breytingu (tafla 2). Sumar aðrar aðferðir, í staðinn, einbeita sér að því að rannsaka tiltekna burðarvirki (td samanlögð ástand) eða efnafræðilega (þ.e. PTM) eiginleika amyloidogenic próteina (tafla 1).

Allar þessar aðferðir greina mismunandi svæði líkamans. Aðferðir, svo sem aspositron emission tomography (PET), geta rannsakað prótein beint innan miðtaugakerfisins (CNS), til dæmis í heilanum [2,44,66].

Hins vegar er einnig hægt að greina amyloidogenic prótein á öðrum aðgengilegri svæðum líkamans. Í þessum kafla ræðum við niðurstöður sem hafa verið fengnar úr greiningu á bæði heilavef og aðgengilegum líkamsvökva, aðallega með því að nota ónæmismælingar, svo sem ónæmisblettingu og ensímtengd ónæmissogandi próf (ELISA).

Vökvanir sem eru til skoðunar eru meðal annars heila- og mænuvökvi (CSF), sem er í beinni snertingu við utanfrumuhluta heilans og er sem slíkur ákjósanlegur vökvi fyrir mælingar á umbrotum heilans [44].

For more information:1950477648nn@gmail.com