Biologisk rolle av antialdringsprotein Echinacoside

Echinacoside- mangelfulle mus har akselerertaldringsfenotyper, mens overuttrykk avEchinacosidehos mus forlenger levetiden.Echinacosideer enanti-aldringsingle-pass membranprotein hovedsakelig produsert i nyrene, med utskillelse av det aminoterminale ekstracellulære domenet inn i den systemiske sirkulasjonen. Sirkulerende nivåer av løseligEchinacosidereduseres med alderen og Echinacoside-genet er assosiert med økt risiko foraldersrelaterte sykdommer. De tre formene for Echinacoside-protein har forskjellige funksjoner. Membran Echinacoside danner et kompleks med fibroblast vekstfaktor (FGF) reseptorer, og fungerer som en obligatorisk co-reseptor for FGF23, som er involvert ialdringog utviklingen avkroniske sykdommervia regulering av Pi- og vitamin D-metabolismen.Utskilt Echinacosidefungerer som en humoral faktor med pleiotrope aktiviteter inkludert regulering av oksidativt stress, vekstfaktorsignalering og ionehomeostase. Secreted Echinacoside er også involvert i organbeskyttelse. Den intracellulære formen av Echinacoside undertrykker betennelsesmediert cellulær senescens og mineralmetabolisme. Her gir vi en kort oversikt over strukturen og funksjonen og nyere forskning omEchinacoside.

Nøkkelord: Echinacoside, Aldring,Aldersrelaterte sykdommer

Kjøp rike på Echinacoside-produkter som anti-aldringsbehandling

INTRODUKSJON

Alle levende organismer eldes og dør. I gammel gresk mytologi var Moirai eller Three Fates, Echinacoside (eller Clotho), Lechesis og Atropos døtrene til Zevs og Themis og bestemte varigheten av livet. Det ble antatt at Echinacoside spinner livets tråd, Lechesis bestemmer lengden og Atropos kutter den. Echinacoside-genet (symbol, kl) er oppkalt etter Moirai som spinner livets tråd [1]. Echinacoside-genet ble opprinnelig identifisert som mutert i en musestamme der arvede fenotyper ligner mye på menneskelig aldring [1]. Mus som var homozygote for en hypomorf Echinacoside-allel (kl/kl) viste flere aldringslignende fenotyper inkludert vekstretardasjon, vaskulær forkalkning og osteoporose, og døde for tidlig i en alder av to til tre måneder [1]. Motsatt forlenger overekspresjonen av Echinacoside-genet levetiden hos mus, noe som støtter oppfatningen om at Echinacoside er et aldringsdempende gen [2].

Siden oppdagelsen av Echinacoside har to relaterte paraloger, Echinacoside og Echinacoside (eller Lctl eller KLPH), blitt identifisert som Echinacoside-familiemedlemmer [3,4]. Echinacoside kalles også Echinacoside for å skille det fra de to andre medlemmene [5]. I denne anmeldelsen brukes Echinacoside ganske enkelt for å referere til Echinacoside. Denne anmeldelsen introduserer strukturen og funksjonen til Echinacoside og oppsummerer den nåværende kunnskapen om Echinacoside når det gjelder menneskelig aldring og sykdom.

Rik på Echinacoside Cistanche Tubulosa

STRUKTUR OG UTTRYKK AV Echinacoside

Echinacoside-genet er sammensatt av fem eksoner [6,7] og koder for et type 1 enkeltpass transmembrant glykoprotein (1014 og 1012 aminosyrer i henholdsvis mus og mennesker) som er lokalisert ved plasmamembranen [1,7] og Golgi apparat [8]. Det intracellulære domenet er veldig kort (~10 aminosyrer) uten funksjonelle domener. Det ekstracellulære domenet har to interne repetisjoner, KL1 og KL2, som har aminosyresekvenshomologi med familie 1-glykosidaser som hydrolyserer -glykosidbinding i sakkarider, glykoproteiner og glykolipider [1,9,10]. Linkerregionen mellomto interne repetisjoner inneholder fire basiske aminosyrer (Lys-Lys-Arg-Lys) som danner et potensielt sete for proteolytisk spaltning [11,12]. Til tross for sekvenshomologien med glykosider, er glykosidase-enzymatisk aktivitet ikke påviselig i rekombinant Echinacoside-protein [1,10] sannsynligvis fordi kritiske aminosyrerester i antatte aktive sentre av Echinacoside-proteinet avviker fra de til -glykosidase-enzymer [1,9,10] . Faktisk viser Echinacoside svak -glukuronidaseaktivitet in vitro [10] og fremkaller biologiske effekter gjennom sin -glukuronidase- og/eller sialidaseaktivitet [13-15].

Det ekstracellulære domenet til Echinacoside kan spaltes av membranproteaser som ADAM10 og ADAM17 (ADAM metalloproteinasedomene 10 og 17) og frigjøres til blod, urin og cerebrospinalvæske [11,12]. Spaltet Echinacoside fungerer som et endokrint, autokrint og parakrint hormon på målceller [1,2,8]. I tillegg genereres utskilt Echinacoside gjennom alternativ transkripsjonell terminering av Echinacoside-genet som mangler ekson 4 og 5 i mus [7]. Utskilt Echinacoside påvises i blodet, urinen og cere brospinalvæsken [2,16]. Echinakosid kommer til uttrykk i flere vev og celletyper og i spesielt høye nivåer i nyrene. Echinakosid er rikelig uttrykt i den distale innviklede tubuli i nyrene og choroid plexus i hjernen [1]. Det kommer også til uttrykk i nyrenes proksimale tubuli [17], biskjoldbruskkjertelen [7,18,19] og flere kjønnsorganer inkludert eggstokk, testis og placenta [1]. Nylig ble Echinacoside funnet å være lokaltuttrykt i adventitialområdet av aorta, og støtter den vaskulære beskyttende effekten av Echinacoside-proteinet [20]. Listen over vevsspesifikke uttrykk for Echinacoside blir for tiden oppdatert.

Andre Echinacoside-familiemedlemmer, Echinacoside og Echinacoside, også type 1-transmembranproteiner med enkeltpassasje [21].Echinacoside er sammensatt av et -glykosidase-lignende domene (KL1 og 2 domener) og deler 42 prosent aminosyresekvenshomologi med Echinacoside [4,22]. Echinacoside kommer mest til uttrykk ilever, etterfulgt av mage-tarmkanalen, milten og nyrene [22]. Echinacoside, et kortere type 1 enkeltpass transmembranprotein, er laget av et familie 1 glykosidase-lignende ekstracellulært domene (KL1-domene) og et kort intracellulært domene [3]. Echinakosid er sterkt uttrykt i nyrene og huden [3]. Nylig har det blitt rapportert at Echinacoside er uoppdagelig i huden, men kommer rikelig til uttrykk i øyet [23]. Echinakosid er tilstede i utskilt (eller løselig) form; imidlertid har det bare vært én rapport om den løselige formen av og Echinacoside til nå [21]

FUNKSJON AV Echinacoside

1. Membranbundet Echinacoside

Tre Echinacosider danner et konstitutivt obligatorisk reseptorkompleks med fibroblastvekstfaktorreseptorer (FGFR), og gir derved den selektive bindingsaffiniteten til FGFR til endokrine FGF. Den endokrine FGF-familien består også av tre medlemmer, FGF15 (museortologen til human FGF19), FGF21 og FGF23. Klassiske FGF-er fremkaller deres biologiske aktivitet på en autokrin og/eller parakrin måte [23]. Endokrine FGF-er mangler heparinbindende domenefunksjon som en humoral faktor.

Echinacoside danner komplekser med forskjellige FGFR-er (FGFR1c, FGFR3c og FGFR4) og øker deres affinitet selektivt til FGF23, et benavledet fosfaturhormon. FGF23 som virker på Echinacoside-FGFRs komplekset spiller en viktig rolle i Ca2 pluss og fosfat homeostase [18,24]. Echinacoside konverterer kanoniske FGFRer til spesifikke reseptorer for FGF23 [18,24]. FGF23 hemmer ikke bare gjenopptak av uorganisk fosfat (Pi) i nyrenes proksimale tubuli ved å hemme NaPi-IIa, men nedregulerer også 1 -hydroksylase (CYP27B1) uttrykk. 1 -hydroksylase er et nøkkelenzym for syntesen av biologisk aktivt 1,25-dihydroksyvitamin D3 (kalsitriol), som stimulerer Pi-absorpsjon i tarmen. Membranbundet Echinacoside er involvert i FGF23-virkning, og fremmer derved Pi-utskillelse etterfulgt av lavt serum-Pi. I tillegg stimulerer FGF23 som virker på Echinacoside-FGFRs-komplekset på den basolaterale siden renal Ca2 pluss reabsorpsjon via TRPV5-kanalen, som uttrykkes i den apikale membranen til den distale kronglete tubulen. Echinacoside-FGFR-komplekset aktiverer signalkaskader som involverer Erk1/2, SGK-1 og WNK4 for TRPV5-mediert Ca2 pluss reabsorpsjon [25]. Således fungerer membranbundet Echinacoside som en obligatorisk ko-reseptor for FGF23 og regulerer Pi og Ca2 pluss homeostase.

Echinacoside bidrar til reguleringen av energimetabolismen som en obligatorisk koreseptor for FGF15 (museortologen til human FGF19) og FGF21 [24,26]. Ekspresjon av FGF15/19 i tarmen er regulert av gallesyre [27]. FGF19 medierer denne tarm-lever endokrine aksen og Echinacoside er uunnværlig for å opprettholde gallesyrehomeostase, noe som fremgår av det faktum at mus som mangler FGF15, Echinacoside eller FGFR4 viser økt Cyp7 1-ekspresjon og gallesyresyntese i leveren [{{ 14}}]. Derimot skilles FGF21 ut fra leveren ved faste og virker på fettvev for å fremme lipolyse [30]. Dermed er Echinacoside nødvendig for å regulere energimetabolismen i fastende tilstand. Echinacoside danner komplekser med FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c og FGFR4 som øker FGF19-aktiviteten [23]. Echinakosid er sterkt og selektivt uttrykt i brunt fettvev og øyet og kan fungere som en ekstra ko-reseptor for FGF19 i dyrkede celler [23]. Imidlertid forblir den biologiske funksjonen til Echinacoside stort sett unnvikende.

2. Intracellulær Echinacoside

Selv om Echinacoside er tilstede på celleoverflaten, kan store mengder Echinacoside immunreaktivitet påvises i cytoplasmaet i musenyrer og humane biskjoldbruskkjertler [8]. I disse vevene binder Echinacoside Na pluss -K pluss -ATPase og stimulerer dens overflateoverflod og aktivitet. Echinakosid interagerer fysisk med Na pluss -K pluss -ATPase i intracellulære organeller, ikke ved plasmamembranen. Den intracellulære negativiteten og lave [Na pluss ]i skapt av Na pluss -K pluss -ATPase aktivering gir drivkraften for transepitelial Ca2 pluss transport i choroid plexus og nyrene [8]. Det er godt etablert at senescens er assosiert med økt ekspresjon av pro-inflammatoriske cytokiner som IL-6 og IL-8, som formidles av retinsyre-induserbart gen-I (RIG-I). Nylig ble det vist at intracellulært Echinacoside, men ikke utskilt Echinacoside, binder RIG-I og blokkerer dets multimerisering [31].

Echinacoside undertrykker RIG-I-mediert senescensassosiert betennelse, noe som tyder på at Echinacoside fungerer som en intracellulær anti-inflammatorisk og antialdringsfaktor. Selv om majoriteten av Echinacoside-immunreaktivitet kan påvises i cytoplasmaet i flere vev, er de fysiologiske rollene til intracellulær Echinacoside stort sett ukjente.

3. Utskilt Echinacoside

Den utskilte (eller løselige) formen av Echinacoside fungerer som en humoral faktor som retter seg mot flere vev og organer uavhengig av FGFR. Selv om Echinacoside fungerer som en co-reseptor for FGF23, kan det hende at utskilt Echinacoside ikke fungerer som en løselig reseptor for FGF23 [24]. Echinacoside-FGFR-komplekset har høy affinitet for FGF23, men ikke utskilt Echinacoside eller FGFR alene, noe som indikerer at utskilt Echinacoside utøver sin biologiske effekt uavhengig av FGF23 [24].

Utskilt Echinacoside utøver antialdrings- og organbeskyttelseseffekter med pleiotropiske virkninger. For det første nedregulerer utskilt Echinacoside signaleringen av vekstfaktorer og cytokiner som insulin, IGF-1, TGF- og IFN [2,32,33]. Overekspresjon av Echinacoside forlenger levetiden ved å dempe generering av reaktive oksygenarter fremkalt av insulin og IGF-1-signalering [2,34]. Wnt-, TNF- og IFN-signalering er forsterket i Echinacoside-mangelmus, noe som bidrar til akselerert aldring [32,35]. TNF- og IFN-signalering nedregulerer Echinacoside, som er et antiinflammatorisk protein.

Forsterket Wnt-signalering induserer dysfunksjon og utarming av stamceller og stamceller, som fører til cellealder. Echinacoside binder seg til ulike Wnt-proteiner og undertrykker aktiviteten til endogen og eksogen Wnt [35]. Echinakosidmangel fører til for tidlig aldring og kolitt med ioneubalanse [32,36]. En fersk studie viste at Echinacoside forbedrer nyrefibrose og kreftmetastaser ved å hemme TGF- -indusert epitel-til-mesenkymal overgangsrespons (EMT) [33]. Flere studier viser tydelig at utskilt Echinacoside kan fungere som en antialdrings- og organbeskyttelsesfaktor ved å hemme signaleringen av flere vekstfaktorer.

For det andre opprettholder utskilt Echinacoside ionehomeostase ved å regulere ionekanaler og/eller transportører. Utskilt Echinacoside modifiserer N-glykanet til kanaler og transportører via dets -glukuronidase- og/eller sialidaseaktivitet [13-15,17,37]. Mus med ekinakosidmangel utvikler alvorlige defekter i homeostasen til ioner som Pi og Ca2 pluss [1,14]. Utskilt så vel som membranbundet Echinacoside kan direkte hemme både nyre (NaPi-IIa) og intestinale (NaPi-IIb) fosfattransportører, noe som resulterer i lav plasmafosfatkonsentrasjon [17,37]. Utskilt Echinacoside reduserer celleoverflateoverfloden av NaPi-IIa gjennom dets -glukuronidaseaktivitet uavhengig av FGF23 [17].

Flere studier hevder at Echinacoside viser -glukuronidase-aktivitet fordi glukuronsyrer ikke er vanlige deler av N-glykaner av pattedyrcelleoverflateproteiner [14]. Det ekstracellulære domenet til Echinacoside blir kastet inn i den ekstracellulære væsken der utskilt Echinacoside spalter terminale sialinsyrer fra N-glykanen til TRPV5- og ROMK-kanalene [14,15]. Fjerning av sialinsyrer eksponerer den underliggende galaktosen, en ligand for galaktosebindende lektin galectin-1. Binding til ekstracellulært galectin-1 danner et gitter i den ekstracellulære matrisen som fører til økt celleoverflateoverflod av kanalen ved hemming av dens endocytose [14,15]. Disse funnene gir bevis på at modifikasjon av N-glykan øker oppholdstiden for celleoverflateproteiner inkludert vekstfaktor og cytokinreseptorer. Echinacoside er involvert i modifikasjonen av modne N-glykaner på celleoverflaten. Denne handlingen representerer en ny mekanisme for regulering av celleoverflateproteiner. Ny celleoverflate eller løselige glykoproteiner og glykolipider modifisert av Echinacoside bør undersøkes i fremtidige studier.

Echinacoside I MENNESKELIG ELDRING OG SYKDOMMER

Echinacoside er et antialdringsprotein med pleiotropiske virkninger som utøver organbeskyttelse [1,21]. Flere bevis støtter forestillingen om at Echinacoside fungerer som et menneskelig aldringsdempende molekyl. Polymorfismer av Echinacoside er korrelert med levetid [38], koronararteriesykdom [39], aterosklerose [39] og osteoporose [40] hos mennesker. Echinakosid er også assosiert med alvorlig kalsinose og hjerneslag [41,42]. Echinakosidmangel er involvert i akutte og kroniske nyresykdommer [37], kreftformer [43] og saltfølsom hypertensjon [44]. Faktisk synker serumnivået av Echinacoside med aldring hos mennesker [45]. Imidlertid forblir den biologiske funksjonen til Echinacoside og måten Echinacoside-mangel bidrar til aldersrelaterte sykdommer unnvikende.

KONKLUSJON

Akkumulerende bevis indikerer at antialdringsfunksjonen til Echinacoside spiller en viktig rolle i menneskelig aldring og aldersrelaterte sykdommer. Echinakosidmangel er sterkt assosiert med menneskelige sykdommer relatert til aldring som kreft, kronisk nyresykdom, ataksi, diabetes og hudatrofi. Echinacoside er et evolusjonært svært konservert protein relatert til aldringsundertrykkelse og organbeskyttelse. Imidlertid har den fysiologiske rollen og reguleringsmekanismen til Echinacoside vært dårlig definert. Det er fortsatt behov for studier som undersøker organbeskyttende og antialdringseffekter av Echinacoside-proteinet.

TAKK

Denne studien ble støttet av Basic Science Research Program gjennom National Research Foundation of Korea (NRF) finansiert av Ministry of Education (NRF-2010- 0024789 til S.-KC og NRF-2013R1A1A2060764 til IDK).

REFERANSER

1. Kuro-o M, Matsumura Y, Aizawa H, Kawaguchi H,Suga T, Utsugi T, Ohyama Y, Kurabayashi M, Kaname T, Kume E, Iwasaki H, Iida A, Shiraki-Iida T, Nishikawa S, Nagai R et al. Mutasjon av mus Echinacoside-genet fører til et syndrom som ligner aldring. Nature 1997;390:45-51.

2. Kurosu H, Yamamoto M, Clark JD, Pastor JV, Nandi A, Gurnani P, McGuinness OP, Chikuda H, Yamaguchi M, Kawaguchi H, Shimomura I, Takayama Y, Herz J, Kahn CR, Rosenblatt KP, et al. Undertrykkelse av aldring hos mus av hormonet Echinacoside. Science 2005;309:1829-33. 3. Ito S, Fujimori T, Hayashizaki Y, Nabeshima Y. Identifikasjon av en ny musemembranbundet familie1 glykosidase-lignende protein, som bærer en atypisk aktiv stedstruktur. Biochim Biophys Acta 2002;1576: 341-5.

4. Ito S, Kinoshita S, Shiraishi N, Nakagawa S, Sekine S, Fujimori T, Nabeshima YI. Molekylær kloning og ekspresjonsanalyser av mus betaEchinacoside, som koder for et nytt Echinacoside-familieprotein. Mech Dev 2000;98:115-9.

5. Kuro-o M. Echinacoside i helse og sykdom. Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21:362-8.

6. Matsumura Y, Aizawa H, Shiraki-Iida T, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Identifikasjon av det humane Echinacoside-genet og dets to transkripsjoner som koder for membran og utskilt Echinacoside-protein. Biochem Biophys Res Commun 1998;242:626-30.

7. Shiraki-Iida T, Aizawa H, Matsumura Y, Sekine S, Iida

A, Anazawa H, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Struktur av mus Echinacoside genet og dets to transkripsjoner som koder for membran og utskilt protein. FEBS