پروتئین پریون: مولکول بسیاری از اشکال و چهره قسمت 1

چکیده: پروتئین پریون سلولی (PrPC) یک پروتئین لنگردار با گلیکوزیل فسفاتیدیل (GPI) است که به وفور در غشای بیرونی نورون ها یافت می شود. به دلیل ویژگی های ساختاری (یک هسته منعطف و ساختار یافته)، PrPC با طیف وسیعی از شرکا تعامل دارد.

در سال‌های اخیر، بسیاری از مطالعات نشان داده‌اند که پروتئین‌های پریون سلولی ارتباط مهمی با توسعه و حفظ حافظه حیوانات دارند.

پریون سلولی (ویروس هرپس سیمپلکس، HSV) ویروسی است که به طور گسترده در جمعیت انسانی وجود دارد و یکی از مهم ترین پاتوژن های بیماری های عصبی و بیماری های پوستی به شمار می رود. HSV-1 و HSV-2 دو نوع ویروس رایج در انسان هستند.

یک مطالعه اخیر نشان داد که پروتئین ویروسی HSV{0}} می‌تواند باعث توسعه و حفظ حافظه در انسان و حیوانات شود. نتایج این مطالعه نشان داد که عفونت HSV{1}} عمدتاً در مراحل اولیه زندگی انسان رخ می‌دهد و پروتئین‌های ویروسی در سیستم عصبی انسان تجمع می‌یابند و آزادسازی انتقال‌دهنده‌های عصبی و انتقال سیناپسی را تنظیم می‌کنند. این اثرات تنظیمی به تقویت عملکرد حافظه مغز و بهبود شناخت و توجه فضایی کمک می کند.

علاوه بر این، پروتئین ویروسی HSV{0}} نیز رابطه خاصی با پاسخ ایمنی بدن و پاسخ ضد ویروسی دارد. مطالعات نشان داده است که تأثیر پروتئین ویروسی HSV{1}} پاسخ ایمنی بدن را فعال می کند و به طور فعال بر روی "سلول های T حافظه" در بدن عمل می کند و در نتیجه دفاع ضد ویروسی بدن را تقویت می کند. این کشف اهمیت گسترده ای برای بررسی رابطه بین HSV-1 و ایمنی حیوانات دارد.

به طور خلاصه، رابطه بین پروتئین ویروس پریون سلولی و حافظه فضای تحقیقاتی گسترده ای را برای تحقیقات آینده در مورد حافظه، عملکرد سیستم عصبی و پاسخ ایمنی فراهم می کند و انتظار می رود که نقش مهمی در پیشگیری و درمان بیماری های مرتبط ایفا کند. مشاهده می شود که ما نیاز به بهبود حافظه داریم و سیستانچ می تواند حافظه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد زیرا سیستانچ می تواند تعادل انتقال دهنده های عصبی مانند افزایش سطح استیل کولین و فاکتورهای رشد را که برای حافظه و یادگیری بسیار مهم هستند، تنظیم کند. علاوه بر این، سیستانچ همچنین می تواند جریان خون را بهبود بخشد و اکسیژن رسانی را بهبود بخشد، که می تواند اطمینان حاصل کند که مغز تغذیه و انرژی کافی را دریافت می کند و در نتیجه نشاط و استقامت مغز را بهبود می بخشد.

برای بهبود حافظه بر روی مکمل های بدانید کلیک کنید

اگرچه پیشنهاد شده است که PrPC در بسیاری از عملکردهای فیزیولوژیکی دخیل باشد، تنها هموستاز میلیناسیون اعصاب محیطی به عنوان یک عملکرد واقعی تا کنون تایید شده است.

تا زدن نادرست PrPC باعث بیماری های پریون می شود و نشان داده شده است که PrPChas باعث ایجاد سمیت عصبی ناشی از الیگومر غنی در بیماری آلزایمر و پارکینسون و همچنین محافظت عصبی در ایسکمی می شود.

پس از برش پروتئولیتیک، PrPC به اشکال آزاد شده و متصل به PrP تبدیل می‌شود که بسته به ویژگی‌های ساختاری PrPC، می‌تواند خواص محافظتی یا سمی را نشان دهد.

در این بررسی، ویژگی‌های پروتئین پریون و قطعه پریونپروتئین و همچنین مشارکت آن‌ها با شرکای متقابل و مسیرهای سیگنال در میلین، محافظت عصبی و بیماری‌های عصبی را بررسی می‌کنیم.

کلمات کلیدی: پروتئین پریون; قطعات پروتئین پریون؛ محافظت عصبی؛ میلیناسیون؛ سکته مغزی ایسکمیک؛ بیماری نورودژنراتیو.

1. مقدمه

پروتئین پریون (PrP) یک گلیکوپروتئین بسیار حفاظت شده در همه جا است. به دو صورت وجود دارد؛ ایزوفرم طبیعی یا سلولی، PrPC، و ایزوفرم عفونی مرتبط با بیماری اسکرپی PrP، PrPSc.

نقش پاتولوژیک PrPSc به طور گسترده در پریوندیاز مورد مطالعه قرار گرفته است و در چندین مقاله بررسی شده است [1-3]. PrPC در اندام‌ها و بافت‌های مختلف با سطح بیان بالا در سیستم‌های عصبی مرکزی و محیطی بیان می‌شود.

این به وفور در سطح سلولی نورون ها وجود دارد [4-6] و در بسیاری از مکانیسم های فیزیولوژیکی نقش دارد. عملکرد پروتئین باید روشن شود. با این وجود، مطالعات فشرده PrPC را به هموستاز میلین [7]، محافظت عصبی [8،9]، ریتم شبانه روزی [10،11]، هموستاز یون فلزی [12،13]، هموستاز میتوکندری [14] و سیگنال دهی بین سلولی [6،15] مرتبط می کند. ، 16].

در نورون‌ها، PrPC در بخش‌های پیش‌سیناپسی و پس سیناپسی پایانه‌های آکسون وجود دارد، جایی که در حمل‌ونقل آکسونی انتروگراد و رتروگراد دخیل است [17-20]. PrPC توسط پروتئازها در غشای سلولی شکافته می شود و اشکال آزاد شده و متصل را تشکیل می دهد.

در سال های اخیر، پریون پروتئین و فرم های آزاد شده از پروتئین پریون در ارتباط با محافظت عصبی در بیماری های نورودژنراتیو مورد توجه قرار گرفته اند.

در این بررسی، ما فرم‌های آزاد شده پروتئین پریون و پروتئین پریون را ارائه می‌کنیم، نقش آن‌ها را در بیماری‌های میلین، محافظت عصبی و بیماری‌های نورودژنراتیو خلاصه می‌کنیم و جدیدترین اکتشافات در این زمینه را مورد بحث قرار می‌دهیم.

2. پروتئین پریون

PrPC انسان بالغ از یک دامنه N ترمینال بدون ساختار انعطاف پذیر (باقی مانده اسید آمینه 23-120) و یک دامنه ترمینال C ساختار یافته (باقی مانده اسید آمینه 121-231) تشکیل شده است.

به غشای سلولی با یک لنگر گلیکوزیل فسفاتیدیل (GPI) متصل می شود [21،22]. دامنه N ترمینال انعطاف پذیر شامل یک ناحیه هشت تکرار است در حالی که دامنه ساختاری شامل سه مارپیچ، دو ورقه، یک پیوند دی سولفیدی است که سیستئین ها را به هم متصل می کند. و دو N-گلیکان روی بقایای اسید آمینه 181 و 197 [23،24] (شکل 1).

PrPC می تواند به یک ایزوفرم غنی از ورقه PrPSc تبدیل شود که مستعد تبدیل خودکار کاتالیزوری و تجمع به سنگدانه های نامحلول است [22،25،26]. تجمع غیرطبیعی پروتئین پاتولوژیک در مغز می تواند باعث ایجاد آنسفالوپاتی های اسفنجی شکل قابل انتقال (TSEs) شود که به عنوان بیماری های پریون نیز شناخته می شود.

بیماری های پریون شامل بیماری کروتسفلد-جاکوب (CJD)، سندرم گرستمن-استراسلر-شینکر (GSS)، بی خوابی فامیلی کشنده (FFI) و کورو در انسان، انسفالوپاتی اسفنجی شکل گاوی در گاو، خراشیدگی در بزها و گوسفندها و بیماری فاسد شدن مزمن در انسان است.

همه بیماری های پریون، اختلالات عصبی کشنده نادر هستند. ویژگی‌های بالینی و نوروپاتولوژیک بیماری‌های پریون در انسان مشابه بیماری آلزایمر (AD) مانند از دست دادن سریع حافظه و از دست دادن عملکرد مغز و همچنین زوال عقل، تغییر شکل اسفنجی شکل مغز، تغییرات شخصیتی و مشکلات حرکتی است [15،27] .

اگرچه بیماری های پریون به دلیل تجمع توده های سمی PrPSc در مغز رخ می دهد، مکانیسمی که اساس تبدیل PrPC به PrPSc و ایجاد بیماری پریون را تشکیل می دهد ناشناخته باقی مانده است.

PrPC علاوه بر اینکه بستری برای توسعه بیماری‌های پریون است، می‌تواند به عنوان گیرنده‌ای برای الیگومرهای آمیلوئید (A) سیتوتوکسیک [20،28] و توده‌های محلول سمی پروتئین تاو در AD و سایر تائوپاتی‌ها عمل کند [29،30].

همچنین مطالعات مخالفی در مورد اتصال PrPC الیگومرهای -synuclein (-syn) در بیماری پارکینسون (PD) و سایر سینوکلینوپاتی‌ها وجود دارد که بحث را در مورد نقش PrPC در سمیت -synuclein باز می‌کند [30-33].

3. قطعات پروتئین پریون

PrPC می تواند تحت چهار شکاف پس از ترجمه قرار گیرد و قطعات PrP را تشکیل می دهد (شکل 1). شکاف و برش در دامنه ترمینال N بدون ساختار رخ می دهد در حالی که برش و ریزش PrP در دامنه C ترمینال ساخت یافته رخ می دهد.

جدای از شکاف های ذکر شده، PrPC تحت شرایط آزمایشی با فسفولیپاز C، که PrPC را در لنگر GPI شکاف داد [34،35]. محل برش، طول قطعه و اتصال غشا به قطعات اجازه می دهد تا در مکانیسم های مختلف شرکت کنند.

3.1. -برق

برش -Cleavage مطالعه شده ترین برش PrPC است. تحت شرایط فیزیولوژیکی در ناحیه مرکزی آبگریز PrPC بالغ (بقایای اسید آمینه 105-120 در توالی انسانی 111/112) رخ می دهد [36-38] (شکل 1).

برش یک قطعه ~11 کیلو دالتون N1 آزاد می کند در حالی که قسمت ~ 18 کیلو دالتون C1 توسط GPIanchor به غشای سلولی متصل می ماند [36،39]. در حال حاضر، هیچ آنزیمی منحصر به فرد مسئول شکاف وجود ندارد [24،40].

اگرچه مکان‌های برش در مورد گونه‌ها مشخص شده‌اند، اما تا زمانی که آبگریزی آن حفظ شود، شکاف به تغییرات توالی در این منطقه متحمل است [38].

مطالعات نشان داده‌اند که شکاف در مغز انسان، مدل‌های موش و کشت‌های عصبی در حضور آنزیم‌های ADAM10 و ADAM17 رخ می‌دهد [41-43]. ، 45]. همچنین نشان داده شده است که ADAM8 PrPC را برای تشکیل N1 و C1 در عضلات می شکافد [46].

نقش ADAM8، ADAM10 و ADAM17 در برش نیز در یک مطالعه بیوفیزیکی حمایت شده است [47]. قطعه N1 پایداری نسبتاً کمی دارد. با این وجود، مشخص شد که در مایعات بدن، هموژنات بافتی یا رویی کشت سلولی وجود دارد [39،48،49].

در ابتدا تصور بر این بود که این شکاف در محفظه‌های آندوزومی اسیدی صورت می‌گیرد [50،51] اما مطالعات بعدی نشان داد که شکاف در طول قاچاق تاولی PrPC در امتداد مسیر ترشحی رخ می‌دهد [52،53].

برش از PrPC به عنوان یک بستر استفاده می کند که منجر به کاهش سطح سلول می شود. از آنجایی که PrPC همچنین بستری برای تکثیر پریون و واسطه‌ای کلیدی برای سمیت در بیماری‌های پریون، AD و سایر بیماری‌های عصبی است، برش یک اثر بیولوژیکی مثبت دارد.

بخش N-ترمینال انعطاف پذیر PrPC برای تعامل پروتئین با شرکای اتصال که جذب PrPC را در قاچاق تنظیم می کنند ضروری است [54،55]. فاقد N1، C1 کمپلکس هایی را روی غشای سلولی تشکیل می دهد [56] و در سطح سلول از PrPC پایدارتر و پایدارتر است [50].

قطعه C1 را می توان در سطح سلول شکافت و به فضای خارج سلولی رها کرد [57]. مشخص شد که C1 از تکثیر پریون در موش ها جلوگیری می کند [58،59] در حالی که قطعه N1 محافظت کننده عصبی است [60،61]. عدم وجود شکاف هم برای سلول ها و هم برای موش سمی است [47،62].

3.2. -برق

شکاف در انتهای ناحیه تکرار اکتاپپتیدی N-پایانه محل برش صورت می گیرد. شکاف بیشتر در شرایط پاتولوژیک مشاهده می شود و مشابه برش است. به نظر می رسد محافظتی عمل می کند.

در اطراف باقیمانده آمینواسید 90 رخ می دهد و قطعه N2 (~9 کیلو دالتون) و قطعه C2 (~20 کیلو دالتون) را تشکیل می دهد [36،37،48،63] (شکل 1). برش PrPC توسط گونه های فعال اکسیژن (ROS) انجام می شود [37،63-66].

با حذف ROS، شکاف از سلول ها در برابر استرس اکسیداتیو محافظت می کند [65]. جدای از ROS، برش توسط کالپین ها [67]، پروتئازهای لیزوزومی [68،69] یا حتی ADAM8 [47] القا می شود.

پروتئیناز K هسته مقاوم به پروتئاز PrPSc (PrP27-30) را در نزدیکی موقعیت 90 می شکافد و قطعه ای با طولی شبیه به C2 ایجاد می کند. مشابه قطعه C1، قطعه C2 نیز می تواند از سطح سلول جدا شود [70].

تشکیل چنین قطعه ای نشان می دهد که پروتئازهای دخیل در شکاف نیز می توانند در تلاش های سلولی برای شکستن PrPSc نقش داشته باشند [71،72].

3.3. -برق

جدیدترین برش پروتئاز کشف شده PrPC، برش -شکل است. محل برش در PrPC هنوز مشخص نیست، اما اندازه قطعه N3 آزاد شده (~20 کیلو دالتون) و قطعه C3 لنگردار با GPI (~5 کیلو دالتون) نشان می دهد که شکاف پروتئین در ناحیه بین باقی مانده های اسید آمینه 170 و 200 رخ می دهد [73، 74] (شکل 1).

مطالعات نشان می دهد که شکاف در اواخر مسیر ترشحی روی یک پروتئین غیرگلیکوزیله در حضور اعضای خانواده متالوپروتئازهای ماتریکس (MMP) رخ می دهد [73].

دلیل اینکه برش فقط در PrPC غیر گلیکوزیله رخ می دهد به دلیل مانع فضایی پروتئازها توسط گلیکان ها در مجاورت محل برش پیشنهادی است [40،75].

برش در گونه‌ها، بافت‌ها و مدل‌های کشت سلولی مختلف وجود دارد. تعیین نقش آن مستلزم مطالعه بیشتر است، اگرچه نشانه ای از افزایش مقدار قطعه C3 در مغز CJD ممکن است به اهمیت بیماریزای احتمالی منجر شود [73].

3.4. ریزش پروتئین پریون

همچنین یک شکاف مهم PrP در نزدیکی C-پایانه وجود دارد. این شکاف، PrP را به فضای خارج سلولی می ریزد و تعداد کمی باقی مانده اسید آمینه روی سطح سلول باقی می ماند.

شکاف در تحقیقات اولیه [35،39،76،77] توضیح داده شد، اما در سال های اخیر به دلیل دخالت ریختن PrP در بیماری ها [40،63،78-83] توجه بیشتری شده است.

مشابه برش، ریزش PrP در حضور آنزیم هایی از خانواده ADAM رخ می دهد. آزمایش‌های in vitro و in vivo نشان می‌دهند که ADAM9 و ADAM10 در فرآیند برش و ریزش PrP [47،84-{5}}] درگیر هستند، جایی که ADAM10 ریزش اولیه برای PrP است و ADAM9 تعدیل‌کننده فعالیت ADAM10 است [24]. Shed PrP ابتدا در همستر تعیین شد.

در مغز آلوده به پریون همسترها، shedPrP تقریباً 15 درصد از مولکول‌های PrPSc را نشان می‌دهد [76]. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که ADAM10 PrP را بین Gly228 و Arg229 شکافت و PrP ریخته شده را تشکیل داد که در Gly228 خاتمه یافت [84].

تجزیه و تحلیلی که نمایه محل برش ADAM10 را بررسی می کند نشان داد که برش توسط یک توالی منحصر به فرد القا نمی شود [87].

در نتیجه، پروتئاز ADAM10 می‌تواند بسته به توالی و ترکیب پروتئین، انواعی از PrP را تولید کند. یانسن و همکارانش وجود اشکال PrP بدون لنگر را که به Tyr225 و Tyr226 ختم می‌شوند در بیماران مبتلا به بیماری پریون توصیف کردند [88].

نویسندگان دو بیمار مبتلا به بیماری پریون را که دارای جهش توقف در موقعیت های Y226X و Q227X بودند و اشکال مربوطه را بیان می کردند، مشخص کردند. با استفاده از یک آنتی بادی مونوکلونال V5B2 [89] که به طور خاص به قطعه ای از PrP که به Tyr226 ختم می شود متصل می شود، ما به طور همزمان وجود یک شکل آزاد از PrP به نام PrP226* [90-94] را توصیف کردیم.

توزیع PrP226* در مغز انسان با توزیع PrPSc مرتبط است [90،94]. با توجه به وجود بیش از یک شکل ریزش، ما فرض کردیم که محل پروتئولیتیک در توالی انسانی به طور انحصاری بین باقی مانده‌های اسید آمینه 228 و 229 قرار ندارد، اما در مجاورت C-پایانه [95] قرار دارد (شکل 1).

اخیراً لینسنمایر و همکاران. یک مطالعه جامع در مورد مکانیسم تحریک ریزش پروتئولیتیک PrPC منتشر کرد [81]. با استفاده از مدل‌های حیوانی و کنترل، آنها نشان دادند که ریزش PrP با تبدیل پریون همبستگی منفی دارد و PrP ریخته‌شده به وفور در پلاک‌های آمیلوئید وجود دارد.

آنها همچنین تأثیر اتصال آنتی بادی های هدایت شده توسط PrP به PrPC را بر تمایل به ریزش مطالعه کردند. اتصال کل آنتی بادی های ضد PrP به دامنه ساختار یافته C ترمینال PrPC یا مشتقات آنتی بادی تک زنجیره ای، که به سمت اپی توپ های تکراری در ناحیه هشت تکرار دامنه N ترمینال هدایت می شود، ریزش را تحریک می کند، زمانی که اتصال کل آنتی بادی های ضد PrP به octarepeat است. ناحیه N ترمینال، ساختار دامنه N ترمینال را قفل کرده و باعث خوشه‌بندی سطح PrPC، اندوسیتوز و تخریب در لیزوزوم‌ها می‌شود [81].

4. پروتئین پریون و میلین

PrPC به وفور در سیستم عصبی مرکزی (CNS) و سیستم عصبی محیطی بیان می شود [4،5]. مطالعات بر روی مغز پستانداران، مغز جوندگان و موش های تراریخته نشان داد که در امتداد آکسون ها و در پایانه های پیش سیناپسی که در حمل و نقل آکسونی قدامی و رتروگراد درگیر است، غنی شده است [4،17،18،96-98].

حذف ها در ناحیه برش PrPC دمیلیناسیون شدید را در نخاع و ماده سفید مخچه در داخل بدن نشان دادند [99,100] بعداً تأیید شد که PrPC آکسونی و شکاف آن برای پیش میلیناسیون در سیستم عصبی محیطی ضروری هستند [101].

کوفر و همکاران با استفاده از یک مدل موشهای همزوژنیک PrP-ناک اوت. کشف کرد که PrPC آکسونی از طریق اتصال به گیرنده چسبنده با پروتئین G Adgrg6 روی سلول‌های شوان با یک دم انعطاف‌پذیر N-ترمینال، حفظ میلین را در ترانس افزایش می‌دهد [7].

آنها همچنین تأیید کردند که موش‌های فاقد PrPC دچار نوروپاتی دمیلینه‌کننده مزمن شده‌اند که نشان می‌دهد هموستاز میلیناسیون در سیستم عصبی محیطی یک عملکرد فیزیولوژیکی درستکار PrPC است [7].

مشخص شد که نگهداری میلین از طریق اتصال یک قطعه N-ترمینال آزاد شده از PrPC (احتمالاً N1 یا PrP ریخته شده) به Adgrg6 روی سلول های شوان تنظیم می شود.

این تعامل Adgrg6 را فعال کرد، سطوح سلولی cAMP را افزایش داد و باعث ایجاد آبشار سیگنالینگ شد که میلیناسیون را تقویت کرد [7]. تنظیم حفظ میلین محیطی توسط PrPC در پنج گونه مختلف موش مدل PrP-ناکاوت تایید شد که نوروپاتی محیطی دیررس را ایجاد کردند [101-103].

اخیراً، تلاشی برای ایجاد درمانی برای بیماری‌های دمیلینه محیطی بر اساس اتصال بین دامنه N ترمینال PrPC و Adgrg6 انجام شد [104]. در این مطالعه، آنها یک مولکول ایمونوآدهزین متشکل از دو حوزه N ترمینال انعطاف پذیر PrPC متصل به قطعه قابل تبلور (Fc) ایمونوگلوبولین G1 (FT2Fc) ساختند [104].

این مولکول خواص فارماکوکینتیک مطلوبی را نشان داد و پتانسیل را در شرایط آزمایشگاهی نشان داد، اما نتوانست اثر درمانی بر روی علائم مولکولی اولیه دمیلیناسیون در موش‌های PrP-knockout داشته باشد [104].

PrPC همچنین در ارتباط با توسعه میلین محیطی و بازسازی پس از آسیب های عصبی مورد مطالعه قرار گرفت [105]. از آنجایی که PrP در این مکانیسم غیرقابل استفاده است، می‌توان فرض کرد که PrP هیچ نقش عمده‌ای در فرآیند ترمیم عصب محیطی ندارد یا عدم وجود آن ممکن است توسط لیگاندهای دیگر جبران شود [105].

میلین و سایر نقش های فیزیولوژیکی PrPC به طور فشرده بر روی مدل های حیوانی با بیان ژن PrP حذف شده یا کوبیده شده مورد مطالعه قرار گرفته است.

مطالعات اثرات منفی محدودی را در موش‌ها [102،106-109]، گاو [110] و بزها [68،111،112] نشان داده‌اند، در حالی که مطالعات روی موش‌ها یا بزها دارای نقص در سیستم عصبی و حساسیت به استرس اکسیداتیو [6،111،31] بود. چندین مدل موش ناک اوت PrP با پس‌زمینه مختلط تولید شدند [106,109,114-116].

از آنجایی که مطالعات در بین مدل‌ها قابل تکرار نیستند، ممکن است این سوال مطرح شود که آیا فنوتیپ‌های مشاهده‌شده در واقع به دلیل چندشکلی در ژن‌های طرفین Prnp یا نتیجه عدم وجود PrPC هستند. برای اجتناب از این موضوع، توصیه می‌شود آزمایش‌های کلیدی را با استفاده از موش‌های PrPknockout هم‌زوژن تکرار کنید.

اگرچه نقش PrPC در CNS نیاز به روشن شدن دارد، قطعات PrPC و PrPC آزاد شده در هموستاز میلین اعصاب محیطی ضروری هستند اما ممکن است در بازیابی عصب ضروری باشند.

For more information:1950477648nn@gamil.com