Glýoxalasakerfið í aldurstengdum sjúkdómum: Næringarágrip sem aðferð gegn öldrun Hluti 1

Vinsamlegast hafðu sambandoscar.xiao@wecistanche.comfyrir meiri upplýsingar

Ágrip:Glýoxalasakerfið er mikilvægt fyrir afeitrun háþróaðrar glýkunarendaafurða (AGEs). AGEs eru eitruð efnasambönd sem stafa af óensímabreytingu á lífsameindum með sykri eða umbrotsefnum þeirra í gegnum ferli sem kallast glýking. AGE hefur skaðleg áhrif á marga vefi og gegnir sjúkdómsvaldandi hlutverki í framvindu sameinda- og frumuöldrunar. Vegna aldurstengdrar hnignunar á mismunandi aðferðum gegn AGE, þar á meðal afeitrunaraðferðum og próteingreiningargetu, safnast glýkaðar lífsameindir upp við eðlilega öldrun í líkama okkar á vefjaháðan hátt. Skoðuð á þennan hátt eru afeitrunarkerfi gegn AGE lögð til sem lækningaleg markmið til að berjast gegn meinafræðilegri truflun sem tengist AGE uppsöfnun og frumueiturhrifum. Hér tökum við saman núverandi þekkingu sem tengist verndaraðferðum gegn glýkingarálagi, með sérstakri áherslu á glýoxalasakerfið sem aðalaðferðina til að afeitra hvarfgjörn milliefni glýkingar. Í þessari umfjöllun er lögð áhersla á glýoxalasa 1(GLO1), fyrsta ensímið í glýoxalasakerfinu, og hraðatakmarkandi ensím þessa hvataferlis. Þrátt fyrir að GLO1 sé tjáð alls staðar er próteinmagni og virkni stjórnað á vefjaháðan hátt. Við bjóðum upp á samanburðargreiningu á GLO1 próteini í mismunandi vefjum. Niðurstöður okkar gefa til kynna hlutverk glýoxalasakerfisins í samvægi í sjónhimnu augans, mjög súrefnisríkan vef með hraðri próteinveltu. Við lýsum einnig mótun glýoxalasakerfisins sem meðferðarmarkmiði til að seinka þróun aldurstengdra sjúkdóma og tökum saman heimildir sem lýsir núverandi þekkingu um næringarefnasambönd með eiginleika til að móta glýoxalasakerfið.

Leitarorð:blóðsykurstreita; glýoxalasa kerfi; öldrun; eituráhrif á prótein

Vinsamlegast smelltu hér til að vita meira

1. Inngangur: Sykurstress og óholl öldrun

Vaxandi magn rita bendir til þess að uppsöfnun skemmdra próteina sé sérstakt einkenni öldrunar og margra aldurstengdra sjúkdóma, þar á meðal sykursýki af tegund 2, krabbameini, taugahrörnunarsjúkdómum, hjarta- og æðasjúkdómum og augntengdum sjúkdómum [1-7]. Afbrigðileg prótein skerða frumujafnvægi með því að mynda óvirka og eitruð efnasambönd og það leiðir til óvirkjunar á ekki aðeins afbrigðilega próteinið heldur getur það einnig skert virkni annarra nauðsynlegra próteina vegna álags á - eða ófullnægjandi - próteingæðaeftirlitsvélarinnar. í klefanum. Einn áberandi gangur sem leiðir til afbrigðilegra sameinda er breyting með háþróaðri glýkunarendaafurðum (AGE).

Díkarbónýl efnasambönd myndast

frá mismunandi efnaskiptaferlum (Mynd 1) sem fela í sér umbrot sykurs og kolvetna í fæðu til að mynda AGE. Þessi díkarbónýl efnasambönd hafa samskipti við lífsameindir, svo sem prótein, lípíð og kjarnsýrur í óensímabreytingu eftir þýðingu sem kallast glýking. Helstu glýkandi díkarbónýl efnin eru metýlglýoxal (MG), glýoxal eða 3-deoxýglúkósón [8]. Þessum díkarbónýlum er haldið í lágu magni við hómóstatískar aðstæður, en öldrunarferlið eykur þessi glýkandi hvarfefni upp í sjúklegt stig, eykur myndun eitraðra AGE og að lokum skerðir hæfni vefja. Í ljósi þess að myndun AGEs er háð styrk glúkósa, leiðir neysla á háu blóðsykursfæði eða sykursýki til stórkostlegrar kerfislegrar uppsöfnunar AGEs. Þetta tengist beint breyttum efnaskiptum, aukinni bólgu og framgangi alvarlegra sjúkdóma. Hins vegar takmarkar neysla á lágu blóðsykursfæði uppsöfnun AGE og tengist hægari framgangi sumra þessara sjúkdóma [9-13]. Í þessu samhengi leggur blóðsykurshækkun aukið álag á aldurstengda framleiðslu glýkraðra próteina og eykur skaðlegar afleiðingar AGEs útfellinga á líffærastarfsemi.

Mynd 1. Skýringarmynd af myndun -díkarbónýls og afeitrunarleiðum gegn AGE-afleiddum skaða við öldrun. Myndun mjög hvarfgjarnra -díkarbónýla eins og metýlglýoxal(MG) er með óensímu niðurbroti á glýkólýsandi milliefni, þar með talið díhýdroxýasetónfosfat og glýseraldehýð 3-fosfat og aðrar uppsprettur, þar á meðal amínósýrur og fituefnaskipti. Til að koma í veg fyrir skemmdir á AGE er glýoxalasakerfið aðalaðferðin sem takmarkar myndun AGEs og breytir háum hvarfgjarnum lífsameindum, eins og MG, í minna hvarfgjarnar lífsameindir (D-laktat). Þetta ferli felur í sér raðvirkni tveggja ensíma GLO1 og GLO2 og minnkaðs forms glútaþíons (GSH). Aðrir afeitrunaraðferðir fela í sér virkni DJ-1, aldehýð dehýdrógenasa (ALDH), Aldo-ketó redúktasa (AKR) og asetóasetat niðurbrotsensím. Þegar þau hafa myndast er hægt að hreinsa AGEs með tveimur próteingreiningarleiðum: ubiquitin-proteasome (UPS) kerfinu og autophagy. Þessar verndaraðferðir (auðkenndar með grænu) minnka við öldrun og stuðla að upphafi aldurstengdra sjúkdóma eins og taugahrörnun, augnsjúkdóma (AMD, drer, DR), nýrnakvilla, efnaskiptaheilkenni og krabbamein. GLO1: glýoxalasi 1; GLO2: glýoxalasi 2; GSH: glútaþíon.

Cistanche getur gegn öldrun

Óhófleg blóðsykurstreita stuðlar að óleysni próteina, losar um boðefnaskil og leiðir til gæðaeftirlits á próteinum. AGEs-afleiddar breytingar á boðferlum próteómstruflana í lífeðlisfræði vefja (MAP/ERK, JAK-STAT og PI3K-AKT brautir) sem leiða til kjarnaflutnings á umritunarþáttum sem taka þátt í mörgum frumustarfsemi, þar með talið bólgu, frumudauða, ER streitu. , sjálfsáhrif, oxunarálag, starfsemi hvatbera osfrv. (skoðað í [2,14]). Glýkrað prótein geta einnig ofmetið eða takmarkað virkni próteingreiningargetu. Þessar breytingar stuðla að lokum að upphafi margra aldurstengdra kvilla.

Margar rannsóknir hafa sýnt fram á að myndun MG og MG-afleiddra AGEs er mikilvægur þáttur í meingerð sykursýki og fylgikvilla hennar, svo sem sjónukvilla, nýrnakvilla og taugakvilla [15-19]. Díkarbónýl streita er einnig miðill offitu og hjarta- og æðasjúkdóma [20,21]. MG getur stuðlað að æðakölkun með nokkrum aðferðum, þar á meðal uppsöfnun MG-afleiddra AGEs í æðakölkun [22] og MG-framkallaða lágþéttni lípóprótein glýkeringu [23]. Tengsl milli MG og háþrýstings hafa einnig komið fram í nokkrum rannsóknum sem sýna aukið magn MG í ósæð og nýrnavef [24,25]. Nokkrar rannsóknir hafa einnig staðfest að uppsöfnun AGEs tengist mörgum taugahrörnunarsjúkdómum og hefur þannig áhrif á heilastarfsemi eins og Alzheimerssjúkdóm, Parkinsonsveiki og geðklofa [26-28]. Eitt besta dæmið um tengslin milli AGE uppsöfnunar og öldrunartengdra afleiðinga á sér stað í augnvef sem leiðir til augnvefssjúkdóma af völdum glýkingar, svo sem drer, aldurstengd augnbotnshrörnun (AMD) og sjónukvilla af völdum sykursýki (DR)[{ {15}}]. Varðandi drer, leiðandi orsök blindu um allan heim, verða linsukristallar smám saman gulbrúnar litarefni með aldrinum vegna uppsöfnunar aukaafurða AGEs [31]. Auk linsunnar eykst AGE í sjónhimnu með aldri og sykursýki, sérstaklega í ytri sjónhimnu. AMD er helsta orsök blindu hjá eldri einstaklingum í þróuðum ríkjum. Hærra AGE gildi finnast hjá AMD sjúklingum samanborið við viðmiðunarþega sem og í AMD músalíkönum [32-36]. DR einkennist af uppsöfnun AGEs í sjónhimnu, sem veldur skemmdum á smáæðum [37].örmögnuð hreinsuð flavonoid hluti 1000 mg notarÞessar meinafræðilegu breytingar leiða til óafturkræfra skemmda á blóð- og sjónhimnuþröskuldi og macular bjúg, sem að lokum leiðir til sjónskerðingar. Í stuttu máli safnast AGEs upp um allan líkamann við öldrun, sérstaklega hjá sykursjúkum. Þetta kemur í veg fyrir jafnvægi lífvera og stuðlar að upphafi og framvindu fjölda aldurstengdra sjúkdóma.

Það eru mörg kerfi til að afeitra AGE. Þar á meðal eru glýoxalasakerfið, best einkennandi aðferðin til að hindra myndun AGEs og eina af leiðunum sem geta afeitrað milliefni glýkingar. Hins vegar minnkar getu gegn AGEs með aldri sem leiðir til hraðari uppsöfnunar AGEs í „venjulegum eldri vefjum. Þrátt fyrir að það séu mismunandi varnaraðferðir til að takmarka uppsöfnun AGEs í vefjum, er enn ekki verið að nýta þróun þeirra til að koma í veg fyrir uppsöfnun AGEs og tengdra meinafræði [38]. Í næsta kafla tökum við saman núverandi bókmenntir um afeitrunaraðferðir með áherslu á glýoxalasakerfið til að draga úr uppsöfnun þessara eitruðu aukaafurða í frumum og vefjum. Að lokum ræðum við gagnsemi næringaraðgerða til að efla glýoxalasakerfið sem aðferð gegn öldrun.

2. Afeitrunaraðferðir gegn blóðsykurstreitu: Aðalhlutverk glýoxalasakerfisins

Greint hefur verið frá mörgum afeitrunaraðferðum gegn uppsöfnun AGE. Mynd 1 er skýringarmynd yfir -díkarbónýl myndunina og mismunandi afeitrunarleiðir gegn skaða af völdum AGEs í öldrun. Helstu leiðir AGEs nýmyndunar fela í sér hvarf hvarfgjarnra díkarbónýla sem eru aðallega fengnar úr glúkósaefnaskiptum við aðal amín (N-enda eða lýsín hliðarkeðju) eða gúanidínhóp arginín hliðarkeðjunnar [39]. Myndun mjög hvarfgjarnra -díkarbónýla, eins og MG, er í gegnum umbrot glýkólýtískra milliefna, eins og díhýdroxýasetónfosfats og glýseraldehýðs 3-fosfats, og annarra uppspretta, þar á meðal amínósýru- og fituefnaskipti.

AGEs eru óafturkræf og, þegar þau hafa myndast, er aðeins hægt að útrýma þeim með próteólýtískum leiðum [5,9,40,41]. Lagt er til að tveir helstu próteingreiningargetu stuðli að úthreinsun AGEs: ubiquitin-proteasome kerfið (UPS) og autophagic lysosomal proteolytic system (ALPS) [5,9,40,41] (Mynd 1). UPS starfar aðallega á leysanlegum misbrotnum próteinum. Í UPS eru hvarfefni þekkt og merkt með ubiquitin og beint að próteasóminu til niðurbrots. ALPS samanstendur af því að miða farm að leysihólfi fyrir niðurbrot. Sjálfvirkur farmur getur verið margvíslegur, þar á meðal óleysanleg prótein, próteinkenndur fyllingur og jafnvel heil frumulíffæri. Báðar próteingreiningarleiðirnar eru virka samvinnuþýðar og vaxandi bókmenntir styðja víxlræðu milli leiðanna tveggja með gagnkvæmum beinum og óbeinum samskiptum[42-46]. Þessi víxltalning tryggir öryggisafritunarkerfi og, ef um er að ræða skort á annarri leiðinni, hefur hin próteinleysandi leiðin tilhneigingu til að bæta upp til að viðhalda réttu og virku próteómi [47].

Aldurstengdar breytingar á hraða niðurbrots próteina voru skráðar fyrir marga vefi fyrir meira en 3 áratugum, jafnvel áður en sameindaeinkenni próteinagreiningarferla var skilgreind [48]. Nú á dögum er hnignun sameinda og frumna á tveimur helstu próteinleysandi leiðum með aldri betur skilin og það er munur á lækkunarstigum á milli UPS og lysosomal kerfisins. Margar skýrslur hafa sýnt vefjaháða lækkun á UPS, en sjálfsátsfækkun virðist vera almenn (endurskoðuð í [49-51). Varðandi sjálfsát, þá ganga bæði ljósósómal og sjálfsátahólf undir sláandi breytingar. Breytingar sem stuðla að bilun á sjálfsát eru meðal annars minnkun á leysisstöðugleika, hýdrólasavirkni, uppsöfnun ómeltanlegra efna (lípófussíns) í lýsósínholinu, óvirkt sýrustig leysis, minnkað umritunarstig sjálfsátatengdra próteina, minnkuð stöðugleiki fylgismiðils sjálfsátsviðtakinn LAMP2A í leysihimnu og minnkuð tengsl hreyfipróteina í sjálfsátahólfunum ([49,51,52]). Öfugt við sjálfsát, er nú viðurkennt að breytingar á próteasóm próteolitískum hæfileikum með aldri virðast vera meira eigindlegar en megindlegar.oteflavonoidBreytingar á samsetningu hvatavirkni próteasómkjarna og mótandi undireininga, minnkuð tjáning próteasóms, sem og breytingar á oxunarástandi próteasóma undireininga og próteasómhvarfefna, stuðla að aldurstengdri hömlun á UPS getu (endurskoðað í [53) ,54). Í sumum tilfellum gæti bara verið ófullnægjandi getu próteingreiningarkerfanna til að höndla til að hlaða. Því miður minnkar virkni þessara tveggja aðferða með aldri, sem leiðir til ófullnægjandi getu til að þekkja og fjarlægja skemmd prótein og þar af leiðandi uppsöfnun próteins og óstarfhæfra frumulíffæra innan frumunnar [55,56]. Nettó AGE stig eru ákvörðuð af jafnvægi á hraða nýmyndunar eða myndunar og hraða brottnáms. Tafarlausa afleiðing minnkandi próteinagreiningargetu er uppsöfnun langlífra próteina í öldruðum lífverum, sem margar þeirra safna skaða af völdum glýkingar í amínósýruröðum sínum. Uppsöfnun AGEs á sér stað á aldurstengdan og háðan hátt ([4,9]) og nýleg próteingreining í öldrunarrannsóknum hefur leitt í ljós að AGE líffræði inniheldur auðgað efnaskiptaferil sem tengist aldurstengdum próteómum [57].

Þrátt fyrir að UPS og ALPS lækki með aldrinum eru mismunandi verndarleiðir sem geta dregið úr myndun AGE. Í þessari umfjöllun einbeitum við okkur að þessum verndaraðferðum sem takmarka lífveru AGEs, með sérstakri áherslu á glýoxalasakerfið, aðalleiðina til að afeitra hvarfgjörn díkarbónýl [58]. Í þessum hluta munum við lýsa glýoxalasakerfinu í smáatriðum. Við lýsum einnig í stuttu máli öðrum aðferðum við afeitrun AGEs: Parkinson-tengd prótein DJ-1, aldehýð dehýdrógenasa (ALDH), Aldo-ketó redúktasa (AKR) og niðurbrot asetóasetats.

2.1.Glyoxalase System: Helsta afeitrunarleiðin fyrir hvarfdíkarbónýl

Miklar bókmenntir styðja glýoxalasakerfið sem helstu afeitrunarleiðina fyrir hvarfgjörn díkarbónýl í umfrymi allra spendýrafrumna [58]. Glýoxalasakerfið er best einkennandi leiðin fyrir umbrot MG. Gen fyrir glýoxalasa eru þróunarlega varðveitt og dreift víða í ýmsum lífkerfum, svo sem mönnum, plöntum, ger, bakteríum, sveppum og frumdýrum. Tilvist í mörgum mismunandi flokkum bendir á mikilvægi glýoxalasa ensíma í lífeðlisfræðilegri starfsemi líffræðilegs lífs. Samanlögð virkni glýoxalasa 1 og 2(GLO1, GLO2) hvatar umbreytingu hvarfgjarnra, asýklískra -oxóaldehýða í samsvarandi -hýdroxýsýrur [58]. Þessi viðbrögð krefjast einnig hvata GSH. Í upphafsskrefinu breytir GLO1 hvarfefni sínu, hemítíóasetali, sem myndast við sjálfsprottið hvarf aldehýðsins af díkarbónýl MG og GSH, í SD-laktóýlglú hásæti. Síðan vatnsrýrir GLO2 SD-lactoylglu tathione í D-laktat og umbreytir GSH (Mynd 1).puritans c-vítamínVirkni GLO1 er í beinu hlutfalli við GSH styrk. GLO1 virknin minnkar þegar GSH er fjarlægt, svo sem við oxunarálag þegar GSH er breytt í GSSG [59].

MG myndast við glýkólýsu og glúkógenmyndun með niðurbroti díhýdroxýasetónfosfats og glýseraldehýðs 3-fosfats, sem og með niðurbroti þreóníns, oxun ketónlíkama og niðurbroti glýkraðra próteina. Önnur hvarfefni, þar á meðal glýoxal, fenýlglýoxal og hýdroxýpýrú aldehýð, eru einnig umbrotin í gegnum þessa leið [60]. GLO1, hraðatakmarkandi ensímið í glýoxalasakerfinu, hvatar aðal afeitrunarþrepið [61], þannig að breytingin á GLO1 próteini tekur þátt í mörgum meinafræðilegum ferlum í öldrun, svo sem í sykursýki, taugahrörnunarsjúkdómum, krabbameini og augntengdum sjúkdómar [20.

Reglugerð GLO1 tjáningar og virkni er flókin og enn ekki vel skilin (Mynd 2). GLO1 stýriröðin inniheldur málmsvörun frumefni (MRE), insúlín-svörun frumefni (IRE), snemma gena 2-þætti ísóform (E2F) og virkjandi aukaefni-bindandi prótein 2 (AP{{10 }} ), og andoxunarefni-viðbragðsþáttur (ARE). Virkni IRE og MRE var staðfest í greiningarprófum þar sem insúlín- og sinkklóríðmeðferð olli aukinni umritunarsvörun 62]. Svipuð starfræn starfsemi sást fyrir E2F og AP-2 [63,64]. ARE staðsett í exon 1 í Glo1 þjónar til að tengja Glo1 við kjarnaþætti rauðkorna 2-tengda þáttur 2(NRF2) streitusvarandi umritunarkerfi [65]. Nokkur gen sem tengjast MG umbrotum og vörn gegn oxunarálagi eru undir stjórn NRF 2-ARE ferilsins [66]. NRF2 er flókið með KEAP1, hvarfefnis millistykki fyrir cullin-3-háð E2 ubiquitin ligasa flókið, sem stýrir NRF2 fyrir niðurbrot af 26S próteasóminu við lífeðlisfræðilegar aðstæður. Oxunarálag leiðir til óstöðugleika þessarar flóknar, sem veldur flutningi NRF2 í kjarnann og hrindir af stað uppstjórnun andoxunargena [67,68]. Binding NRF2 við Glo1-ARE eykur grunn- og framkallanlega tjáningu GLO1.[65]. NRF2 og andoxunarsvörun er einnig uppstýrt þegar MG veldur dimmerization KEAP sem losar Nrf2 [69].

Nokkrar rannsóknir sýna að NRF2 eykur GLO1 virkni og dregur úr innanfrumu MG streitu; þannig, mótun GLO1 með NRF2 örvum leiddi til lækkunar á MG og MG-afleiddum próteinadducts í bæði frumum og vefjum [70-73]. Þar að auki minnkaði lifrar-, heila-, hjarta-, nýrna- og lungna-Glo mRNA og prótein í NRF2 knockout músum [65]. Alls benda þessar skýrslur til þess að GLO1 sé niðurstreymismarkmið þar sem NRF2/KEAP1 ferillinn sinnir verndandi hlutverkum sínum með því að minnka MG og díkarbónýl streitu. Hins vegar dregur bólguvirkjun NF-kB (kjarnaþáttar kB) með NRF2 úr tjáningu Glol [74]. Glóðartjáning er einnig neikvæð stjórnað af HIFl (súrefnis-framkallanlegur þáttur l) við súrefnisskort, mikilvægur lífeðlisfræðilegur drifkraftur díkarbónýl streitu [75].

Samhliða umritunarstjórnun er einnig stjórnun á GLO1 próteini eftir þýðingu (Mynd 2). GLO1 er asetýlerað af umfrymissirtuin -2[76,77], og tjáning þess getur minnkað með virkjun RAGE (viðtaka fyrir háþróaða glýkingarendaafurðir); Hins vegar eru þessir aðferðir ekki greinilega skildir [78].sistancheNýleg rannsókn sýndi að hægt er að breyta GLO1 próteini með fosfórun á threonine 107 (T107) og nítrósýleringu cysteins 139 [79]. Í þessari rannsókn var greint frá fosfórýleringu T107 með kalmodulínháðum kínasa II delta í GLO1 próteininu sem nákvæman búnað sem stjórnar glýoxalasakerfinu. Sérstaklega hefur fosfórun GLO1 við T107 áhrif á hreyfivirkni MG afeitrunar og niðurbrotshraða próteasóma. Þannig er breytt staða þess tengd þróun aldurstengdra sjúkdóma [79].

Mynd 2. Aðgerðir glýoxalasa 1(GLO1) reglugerðar. GLO1 virkni er hægt að stjórna með mörgum aðferðum, þar á meðal umritunarstjórnun og breytingar eftir þýðingu. Glo1 hvatarinn inniheldur ýmsa stjórnunarþætti, svo sem andoxunarsvörun (ARE), málmsvörun (MRE), og insúlínsvörun (IRE) frumefni og bindistaði fyrir AP-2 og E2F. Við venjulegar aðstæður, kjarnaþættir erythroid 2-tengdur þáttur 2 (NRF2) er samsettur með KEAP1, hvarfefnisaðlögunarpróteini fyrir cullin-3-háð E2 ubiquitin ligasa flókið, sem stýrir NRF2 fyrir niðurbrot með ubiquitin-proteasome system (UPS). Oxunarálag leiðir til óstöðugleika hins flókna NRF2-KEAP1, sem veldur því að NRF2 losnar sem er flutt yfir í kjarnann sem hrindir af stað uppstjórnun mismunandi andoxunargena. Binding NRF2 við Glo1-ARE eykur tjáningu GLO1. Við súrefnisskortsaðstæður er ljóma tjáning öfugt stjórnað af súrefnisskorti-framkallandi þætti 1 (HIFlx). Mismunandi breytingar eftir þýðingu á umfrymi geta haft áhrif á GLO1 stöðugleika.

2.2. Aðrar afeitrunaraðferðir sem hugsanleg öryggisafritunarkerfi til að bæta upp skort á glýoxalasavirkni

Þó að aðalaðferðin til að afeitra hvarfgjörn díkarbónýl í glýoxalasakerfinu eru aðrar leiðir sem geta afeitrað díkarbónýl sem myndast við sykurefnaskipti. Þar á meðal eru ALDH, AKR, Parkinson-tengd prótein DJ-1 og hreinsun með asetóasetati til að mynda 3-hýdroxýhexan-2,5-díón (3-HHD )[80]. Lífeðlisfræðilegt mikilvægi þessara kerfa er enn óljóst og það hefur verið spurt hvort þessi ensím skipti sköpum fyrir afeitrun AGEs í vefjum vegna mikillar virkni glýoxalasakerfisins eða ekki. Þeir virðast vera hluti af varakerfi sem starfa án glýoxalasavirkni þó að ekki sé hægt að afsanna vefjaháð hlutverki þessara leiða.

DJ-1, einnig þekkt sem Parkinsonsveiki prótein 7(PARK7), gegnir mikilvægu hlutverki í Parkinsonsveiki (PD). Sýnt hefur verið fram á að skortur á starfhæfu DJ-1 próteini veldur sjálfhverf víkjandi PD [81,82]. Tilkynnt var að DJ-1 hefði tvær mismunandi virkni: (1) glýoxalasavirkni in vitro, umbreytir MG í laktat og kemur í veg fyrir MG-framkallaða vefjaskemmdir í Caenorhabditis elegans [83], og (2) deglýkasavirkni in vitro, sem dregur úr MG aukaafurðir á fyrstu stigum [84]. Nýlega hafa aðrar rannsóknir einnig sýnt að DJ-1 gegnir mikilvægu hlutverki í DNA deglycasa [85-87].hvað er cistancheAfeitrunargeta DJ-1 í fjarveru glútaþíons (GSH) gerir þetta að valkost við glýoxalasakerfið, sem krefst nærveru GSH. Hins vegar sáu Pfaff et al., sem notuðu bæði DJ-1 niðursveiflur í Drosophila frumum og DJ-1 rothögg í allri lífverunni, engan mun á uppsöfnun MG próteinadducts [88].

AKR eru ofurfjölskylda próteina sem geta dregið úr aldehýðum og ketónum í frumalkóhól og aukaalkóhól. AKR umbrotnar MG í hýdroxýasetón eða laktaldehýð. Sumar rannsóknir sýndu að erfðabreytt tjáning Aldo-keto redúktasa bæði manna og músa í trefjafrumum nagdýra verndar gegn skaða af völdum MG, sem bendir til þess að AKRs geti tekið þátt í MG afeitrun og minnkun á AGEs stigum [89-91]. Mikil AKR1B3 virkni greindist í Glo1 knockout mús Schwann frumum sem og aukin tjáning við útsetningu fyrir MG, sem bendir til þess að það gæti verið uppbótarbúnaður framkallaður af skorti á glýoxalasa kerfinu eða of mikilli glýkingarálagi [92]. Athyglisvert er að skortur á AKR1B3 leiddi til hærra magns MG og AGE í hjörtum sykursjúkra músa [91].

LED eru annar hópur -díkarbónýl umbrotsensíma sem oxa MG í pýruvat. ALDH tjáning var aukin í músum Schwann villigerð frumum við MG meðferð [92]. Í sebrafiskalíkani sýndi glo1 knockout fiskur að framkölluð ALDH virkni bætir upp skort á GLO1 [93]. Hins vegar, að minnsta kosti hjá músum, eru uppbótaraðferðirnar vefjaháðar, þar sem aukin tjáning AKRs og ALDHs sást í lifrarvef en aðeins AKR var tilkynnt í nýrum í Glo1 knockout músum [94]. Í rannsóknum á mönnum jókst 3-DG umbrotsefnið framleitt af aldehýð dehýdrógenasa 1A1(ALDH1A1) virkni í plasma og rauðkornum sykursjúkra [92]. Nýlega var einnig sýnt fram á að ketónlíkamasetóasetat dró úr styrk MG með óensímhvarfi við sykursýki og ketósu í mataræði [95,96]. Þeir komust að því að þessi efnaskiptaleið felur í sér aldólhvarf án ensíma milli MG og ketónlíkamans asetóasetats, sem leiðir til 3-hýdroxýhexan-2,5-díóns, sem er til staðar í blóði af insúlínsveltum sjúklingum. Aðrar leiðir sem gætu bætt upp fyrir skort á glýoxalasakerfinu gætu hugsanlega myndað eitraðar sameindir eins og y-diketón, sem tengjast útlægri axonal hrörnun og eistnaskaða [97,98].

Þrátt fyrir að engin kerfisbundin öldrunargreining sé til á próteinum sem taka þátt í GLO1-óháðum öðrum ferlum, hefur verið greint frá aldurstengdum breytingum á þessum sameindaleikurum. Til dæmis er fylgni á milli D]-1 tjáningarstigs og oxunarálags og mismunandi skýrslur sýndu aukningu á DJ-1 með aldrinum. DJ-1 mRNA og próteinmagn jókst úr 8 til 20 vikna aldri í músum [99] og DJ-1 magn jókst marktækt sem fall af aldri í heila- og mænuvökva [100]. Í augnvef hefur verið sýnt fram á að DJ-1 er tjáð í litarefnisþekju og ljósviðtökum í sjónhimnu og tjáningin aukist í gömlum augum [101]. Það gæti endurspeglað uppbótakerfi vegna minnkunar á virkni glýoxalasakerfisins.

2.3. Vefjaháð virkni glýoxalasakerfisins

Þrátt fyrir að GLO1 sé alls staðar nálægt prótein er magni þessa ensíms stjórnað á vefjaháðan hátt. Til þess að meta hlutverk glýoxalasakerfisins í mismunandi vefjum skoðuðum við tjáningu og virkni GLO1 í vefjum sem ekki eru í augum (lifrar, heila, hjarta og nýrum) og augnvef (sjónu, RPE/bólga og linsu) frá villigerð C57BL/6] mýs. Með því að nota mótefni sem þekkja sérstaklega GLO1, voru Western blotting og ónæmisvefjaefnafræði framkvæmd til að mæla magn próteina. Virkni GLO1 í frumuútdrætti var ákvörðuð með litrófsmælingu sem upphafshraða myndunar SD-laktóýlglútaþíons, eins og áður hefur verið greint frá [30,102]. Þessar niðurstöður eru teknar saman á mynd 3.

Mynd 3. Samanburðargreining á GLO1 próteini og virkni í augn- og augnvefjum. (A) GLO1 virkni var mæld í vefjum sem ekki eru í augum og vefjum í sjónhimnu frá WT músum eins og áður hefur verið lýst [29] og virkni var gefin upp sem prósenta (prósent) samanborið við lifur. (B) Lifur og (C) sjónhimnu dæmigerð Western blot greining á WT og Glow oftjáningu erfðabreyttum músum (Glo1 Tg plús / plús) með því að nota einstofna mótefni (ekki viðskiptalegt) og fjölstofna mótefni fyrir Glol (auglýsing, GeneTex) [36,103,104]. (D) Fulltrúi Western blot greining á útdrætti utan augnvefs (50g) af WT músum með því að nota einstofna mótefni fyrir Glo1 (ekki í viðskiptalegum tilgangi) og (E) próteinmagngreiningu á GLO1 staðlað til að stjórna hleðslu (Ponceau litun). (F) GLO1 virkni var framkvæmd í augnvef (sjónu, RPE/Choroid og Lens) frá WT músum eins og áður hefur verið lýst [29] og virkni var gefin upp sem millieiningar á milligrömm af próteini. Gildi eru meðaltal ± SEM. Sýnistærðin er n=4úr GLO1 próteini og virknigreiningum.

Áður birt gögn bentu til þess að sjónhimnu og lifur sýna hæstu virkni GLO1 ([30]; mynd 3A). Athugaðu að sjónhimnuvirkni var hæsta gildið á meðan lifur, nýru, heili og hjarta voru aðeins 46 prósent, 27 prósent, 22 prósent og 11 prósent af afeitrandi getu sjónhimnu, í sömu röð. Við metum hvort virkni GLO1 hafi fylgni við magn ensímsins með því að meta magn GLO1 próteina með Western blotting. Mótefnið gegn GLO1 var áður staðfest í fyrri skýrslum og notað til greiningar á GLO1 í sjónhimnusýnum [36,103,104]. Sem jákvæð viðmiðun var einnig gerð samanburðargreining á sjónhimnu og lifrarvef frá erfðabreyttum músum sem oftjáðu GLO1 á C57BL/6J (B6) bakgrunni [105]. Til að skoða magn GLO1, notuðum við tvö mismunandi mótefni: fjölstofna kanínumótefni (viðskiptamótefni frá GeneTex) og einstofna músamótefni (óviðskiptamótefni) sem greint var frá í mismunandi dýralíkönum til að rannsaka GLO1 líffræði [103,106]. Okkur tókst að greina GLO1 prótein í lifur og sjónhimnu villtum vefjum með Western blotting og við fundum hæstu tjáningu í erfðabreyttum músum í báðum vefjum (Mynd 3B, C, og viðbótarmynd S1). Tvær bönd voru þekkt fyrir bæði mótefnin. Mismunandi rafhleðslusnið þessara GLO1-jákvæða benda til þess að breytingar eftir umritun gætu verið mikilvægar í hlutverki próteins. Í samræmi við það gaf nýleg rannsókn til kynna að fosfórýlerað GLO1 sé skilvirkara og stöðugra, sem styður þessar breytingar eftir umritun sem nákvæman búnað sem stjórnar GLO1 virkni [79]. Hins vegar eru litlar upplýsingar um hvernig breytingar eftir umritun móta virkni glýoxalasa 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>hjarta (Mynd 3D, E). Þetta staðfestir niðurstöður fyrri rannsóknar[30]. Takmarkaðar upplýsingar eru til um hlutverk GLO1 í augnvef. Eins og áður hefur verið greint frá leiddi ensímprófunin í ljós að GLO1 virkni er ~10 sinnum hærri í sjónhimnu samanborið við linsuna eða RPE/choroid (Mynd 3F, [30]). Oftjáning glýoxalasa I bætir lifun sjónhimnu í sjónhimnu við blóðsykurshækkun [107] og sýnt var að angíótensín viðtakablokki sem endurheimtir GLO1 hjá rottum með sykursýki minnkar háræðar í sjónhimnu [18]. Þar að auki hefur skortur á GLO1 í sebrafiskum áhrif á arkitektúr fullorðinna sjónhimnuæða, þó aukin æðamyndun spíra sést aðeins í glo1-/-offóðruðum sebrafiskum en ekki í venjulegu fóðri [93].

Sjónhimnan er mjög flókinn, mjög kraftmikill vefur með fjölbreyttar frumugerðir (Mynd 4A). Blóðflæði, og þar af leiðandi útsetning fyrir útlendingalyfjum og öðrum streituvaldum, er með því hæsta í líkamanum. Á hverjum morgni losna 10 prósent af ytri ábendingum sjónhimnuljósviðtaka og verður að fjarlægja þau með aðliggjandi litarefnisþekjufrumum í sjónhimnu. Við gerðum ónæmisvefjaefnagreiningu til að lýsa í fyrsta skipti staðbundinn mun á GLO1 í sjónhimnu. GLO1 prótein var til staðar í öllum frumugerðum innan sjónhimnunnar, með miklu magni innan frumulíkama í innra kjarnalagi og ganglion frumulási. Ljósviðtakafrumulíkama í ytra kjarnalaginu hafði lægra magn. Í ljósviðtökum fundust flest GLO1 prótein innan innri og ytri hluta. RPE hafði einnig mikið magn af GLO1 próteini, en æðar og hersla höfðu minna magn af GLO1 próteini (Mynd 4B, C).

Mynd 4. Ónæmisvefjaefnafræði GLO1 í sjónhimnuvef músa. (A) Þverskurðarmynd af frumumynd af sjónhimnu sem sýnir þrjú aðallög hennar sem samanstanda af ganglion frumulaginu (GCL), sem inniheldur sjónhimnu ganglion frumur (RGC), innra kjarnalag (INL), hýsir innri frumur amacrine, tvískauta og láréttra frumur sem og Müller glial frumur, og ytra kjarnalag (ONL), hýsa stangir og keiluljósviðtaka. Skynvefurinn, eða taugasjónahimnan, er tengd við litarefnisþekjuvef (RPE). Rauðar örvar sýndu RPE lagið. (B) Fulltrúi mynd af GLO1 ónæmislitun í sjónhimnusýnum frá WT músum. (C) Meðalstyrkur flúrljómun GLO1 staðlað að gildinu í RPE. Gögnin sem sýnd eru eru meðaltal ± staðalskekkjur meðaltals (SEM). Niðurstöður okkar í sjónhimnu skipta máli vegna þess að sjónhimnan er mjög aðgreindur vefur eftir mítósu, þar sem ekki er hægt að draga úr skemmdum af völdum glýkingar með frumuskiptingu [5,9]. Ennfremur hafa breytingar á GLO1 verið tengdar sjónhimnuskemmdum [108]. Svipuð atburðarás gæti átt sér stað í öðrum vefjum sem samanstanda af frumum með litla endurnýjunargetu, eins og miðtaugakerfið, þar sem langflestar taugafrumurnar eru eftir mítósu. Mat á GLO1 stigum ásamt frumusértækum merkjum gæti gert okkur kleift að meta breytileika milli fruma innan tiltekins vefs. Niðurstöður okkar benda til þess að hátt magn GLO1 próteins í sjónhimnu og virkni gæti gegnt mikilvægu verndarhlutverki gegn AGE-afleiddum skaða með aldri.

Þessi grein er dregin út úr Cells 2021, 10, 1852. https://doi.org/10.3390/cells10081852 https://www.mdpi.com/journal/cells