Makroautofagi og mitofagi ved nevrodegenerative lidelser: Fokus på terapeutiske intervensjoner del 2

3.1.2. Mitofagi i AD

Akkumulering av skadede mitokondrier er et kjennetegn på AD. Mitokondriell dysfunksjon og de tilhørende bioenergetiske underskuddene og oksidativt stress bidrar til en aggregering og hyperfosforylering av tau [154,155], som igjen er mediatorer av mitokondrielle defekter [156].

Mitokondrier anses å være energifabrikkene i cellene, og skadede mitokondrier kan forårsake en rekke helseproblemer, inkludert hukommelsestap. Men det er også positive sider. Så lenge vi tar de riktige tiltakene, kan vi effektivt forbedre tilstanden til mitokondrier og forbedre hukommelsen vår.

Hovedfunksjonen til mitokondrier er å produsere energi, som kan dekke cellenes ulike behov. Men i noen tilfeller kan mitokondrier bli skadet, noe som resulterer i redusert energiproduksjon, noe som kan føre til helseproblemer som hukommelsestap. I tillegg kan mitokondrier også forårsake betennelse, noe som ytterligere påvirker fysisk helse.

Men i sammenheng med utviklingen av moderne medisin kan vi bruke noen metoder for å hjelpe mitokondrier med å gjenopprette helsen. For eksempel kan aerob trening, et balansert kosthold og fysisk trening fremme helsen til mitokondrier, og dermed forbedre hukommelsen vår. I tillegg har noen naturlige matvarer som naturlige urter og nøtter også gode mitokondrielle reparasjons- og beskyttelseseffekter, for å opprettholde kroppens normale tilstand.

Kort sagt, selv om mitokondriell skade kan forårsake helseproblemer, bør vi fortsette å aktivt utforske ulike måter å søke etter måter å forbedre mitokondriell helse for å bedre opprettholde fysisk helse og intelligens. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen betydelig fordi Cistanche er et tradisjonelt kinesisk medisinsk materiale med mange unike effekter, hvorav en er å forbedre hukommelsen. Effekten av Cistanche kommer fra de ulike aktive ingrediensene den inneholder, inkludert garvesyre, polysakkarider, flavonoidglykosider osv. Disse ingrediensene kan fremme hjernens helse på ulike måter.

Klikk på Kjenn korttidsminne hvordan du kan forbedre

Følgelig var A-peptider ikke toksiske for celler uten funksjonelle mitokondrier (mitokondrielle DNA-utarmede celler) [157]. Eksponering av primære kortikale nevroner for A 1-42-peptider induserer åpningen av mitokondriell membranovergangspore [156].

Videre induserer samtidig eksponering av kortikale nevroner med A- og NMDA-mediert aktivering av NMDAR mitokondriell depolarisering og økt mitokondriell kalsiumretensjon [158]. I tillegg viste synaptiske terminaler utsatt for A-aggregater mitokondriell dysfunksjon, høyere nivåer av oksidativt stress og svekket glutamat- og glukosetransport [159].

Videre viste prøver fra hjernevevet til tau-mutante mus mitokondrielle luftveisdefekter og høyere produksjon av ROS [160]. Akkumulering av et N-terminalt tau-fragment var assosiert med redusert mitokondriell cytokrom c-oksidaseaktivitet i humane AD-hjerner [161].

Dessuten aktiverer uttømmingen av ATP forårsaket av mitokondrielle defekter AMPK og følgelig autofagi [162], og kobler mitokondriell funksjon med autofagiregulering.

Clearance av usunne mitokondrier ved mitofagi er kompromittert i AD, selv om mekanismen ikke er fullstendig karakterisert. Tidligere studier med post-mortemhippocampale vev fra AD-pasienter og AD iPSC-avledede nevroner viste lavere nivåer av mitofagi-relaterte proteiner, lavere nivåer av PINK1 og BNIP3L/NIX, og inaktivering av mitofagi-initieringsproteiner, som fosfo-ULK1 [163].

Nedsatt mitofagi ble også beskrevet i APP og tau-overekspresjonsmodeller [164]. Rollen til defekt mitofagi i AD-patogenesen ble ytterligere støttet av en forbedring av hukommelsen i APP/PS1-musemodeller etter korrigering av nevronal mitofagi [163]. Studier med AD-modeller viste tau-innsetting i mitokondriemembranen som opphever Parkin-mediert mitofagi [165].

Videre overuttrykk av Parkin-restaurerte mitofagyin A-behandlede celler og forbedret mitokondriell funksjon [166]. Til tross for en økt translokasjon av Parkin til mitokondriene, viser tilstedeværelsen av ufordøyde mitokondrier i lysosomer en mangelfull lysosomal effektivitet i AD i tidlige stadier [167].

Nivåene av proteiner involvert i mitokondriell fisjon, et trinn som er essensielt for å isolere skadede mitokondrier før det blir oppslukt av autofagosomet, er forhøyet i ADbrains [168].

Konsekvent ble endret mitokondriell morfologi mot fragmentering observert i AD, som forverres når nivåene av A og p-tau øker og disse proteinene samhandler med Drp1 fisjonsrelatert protein [169].

En svekkelse i anterogradbevegelse bidrar til mitokondriell dysfunksjon vist i nevroner fra transgene AD-modeller [170]. Defekt anterograd bevegelse svekker sammensmeltingen av gamle mitokondrier med nydannede organeller i soma, og hemmer dermed deres fusjonsmedierte reparasjon. I tillegg reduserer en defekt retrograd bevegelse beskrevet i AD [129] fjerningen av defekte mitokondrier i soma ved autofagi.

De reduserte nivåene av SIRT1 beskrevet i AD kompromitterer også aktiveringen av autofagiproteiner, stabilisering av PINK1-inmitokondrier og reguleringen av mitofagireseptorene Nix/BNIP3L og LC3 [171].

Dessuten er mitokondrielle SIRT3-nivåer redusert i AD, noe som resulterer i lavere FOXO3-mediert aktivering av p62 [172]. Reduserte intracellulære nivåer av NAD+ ble rapportert i AD [173], og uttømming av NAD+-nivåer kunne også redusere sirtuins aktivitet.

Dermed kan reduserte nivåer og aktivitet av SIRT kompromittere mitofagi, noe som fører til akkumulering av skadede mitokondrier i AD.

3.2. Parkinsons sykdom

PD er en nevrodegenerativ sykdom som skyldes degenerativt tap av dopaminerge nevroner i substantia nigra pars compacta (SNpc), som fører til dopaminmangel [174].

Postural ustabilitet, bradykinesi og gangart er de typiske trekk ved sykdommen, ofte ledsaget av hyposmi og markerte gastrointestinale komplikasjoner i form av gastroparese og forstoppelse [175].

Det histopatologiske kjennetegnet ved PD er tilstedeværelsen av fibrillære aggregater referert til som Lewy-legemer (LBs), der -synuclein(aSyn) er en hovedbestanddel [176]. aSyn er et naturlig utfoldet protein med mange tilskrevet funksjoner i nevronal utvikling og synaptisk signalering [177].

Noen studier indikerer imidlertid at mangelen på villtype (WT) aSyn ikke er relevant for basal nevronalfunksjon [178], noe som tyder på at et tap av funksjon av aSyn ikke forårsaker PD. Til tross for intens debatt er aSyn-oligomerer giftige for nevronceller [179].

3.2.1. Autofagi i PD

Autofagi ble først assosiert med PD da Anglade og kolleger fant at døden til dopaminerge nevroner i SNpc i post-mortem hjerner til PD-pasienter var assosiert med autofagisk deregulering [180].

Monomerisk aSyn er et kortvarig protein og dermed opprettholdes dets fysiologiske nivåer hovedsakelig av ubiquitin-proteasomsystemet (UPS) [181]. Imidlertid, i tilfelle av aSyn intracellulær overbelastning, blir clearance av nativeaSyn av UPS mangelfull, og dermed flyttes elimineringen av aSyn-monomerer til autofagosomal-lysosomal pathway (ALP) [182].

Interessant nok viste en studie med mus injisert med humant aSyn adenovirus i substantia nigra at mange autofagiske proteiner er oppregulert i den innledende fasen av sykdommen, noe som tyder på en økende inautofagi i dette stadiet [183]. Imidlertid indikerer post-mortem-studier en økning i nivåene av LC3 II og en reduksjon i cathepsin D, noe som peker på en svekket funksjon i ALPpathway [121].

Dessuten viser histologiske funn at LC3 II ofte er lokalisert innenfor aSyn-inneslutninger [184], noe som ikke bare innebærer en defekt autofagisk prosess, men også at makroautofagi er ansvarlig for clearance av aSyn-aggregater [185].

CMA er sterkt svekket ved PD, da redusert ekspresjon av LAMP2a og Hsc70 er observert i post-mortem hjernen til PD-pasienter [121,186]. Interessant nok ble de gjenværende LAMP2a-positive vesiklene samlokalisert med en. Disse observasjonene stemmer overens med det faktum at aSyn bærer et KFERQ-lignende pentapeptid, 95VKKDQ99, med en sterk spesifisitet til lysosomale vesikler [187,188].

I aSyn-oligomerer er dette pentapeptidet fortsatt tilgjengelig og lar aggregater binde seg til de lysosomale reseptorene, og blokkerer importen av aSyn til lysosomet, noe som delvis forklarer defektene observert i CMA til nevronceller i PD [185]. Ytterligere studier har vist at post-translasjonelle modifikasjoner i aSyn også hindrer CMA-veien og bidrar til generell cellulær toksisitet [189].

Faktisk ser det ut til at spesifikk hemming av CMA oppnådd ved nedregulering av LAMP2a er ansvarlig for økte nivåer av naturlig aSyn i rottekortikale nevroner [190]. I tillegg fører reduksjonen i LAMP2a-uttrykk i det nigrostriatale kretsløpet til rotter til dopaminergisk celledød, ledsaget av en økning i aSyn-proteinnivåer og en økning i LC3-uttrykk [191].

Derfor ser CMA ut til å være en ekstremt relevant vei for nedbrytningen av WT aSyn. Glucocerebrosidase (GBA) er et lysosomalt protein som er ansvarlig for spaltningen av glucocerebrosid og glucosyl sfingosin i lumen av disse vesiklene.

GBA-mangel fører til substratakkumulering i lysosomet, med skadelige effekter i endolysosomalbanen. Interessant nok er heterozygote mutasjoner i GBA-lokuset ansett som en stor risikofaktor for utvikling av PD [192]. Homozygote GBA-mutante individer utvikler Gauchers sykdom, som et resultat av at en stor del utvikler parkinsonisme [193].

En kobling mellom GBA- og aSyn-patologier ble funnet hos pasienter med Lewy Body-lidelser, et spekter av sykdommer med alternative former for Parkinsonisme. Hos disse pasientene var tilstedeværelsen av aSyn-inneslutninger sterkt korrelert med tilstedeværelsen av mutant GBA i SNpc av post-mortem hjerner [194].

Bemerkelsesverdig nok, i dopaminerge nevroner avledet fra iPSC fra heterozygote GBA PD-pasienter, som viser redusert aktivitet av GBA, ble det funnet en økning i antall og forstørrelse av lysosomer [195], ledsaget av økte nivåer av aSyn-oligomerer i PD-avledede nevroner, sammenlignet med kontrollceller .

Dessuten førte GBA-nedskjæring i rottestriatum til en akkumulering av oligomer aSyn, innledet av en forstyrrelse i den autofagiske banen. Beclin-1 kan formidle effekten av GBA siden aktiviteten nedreguleres ved en reduksjon i GBA-aktivitet, med en samtidig reduksjon i LC3 II [196].

Leucinrik gjentatt kinase 2 (LRRK2) er knyttet til en form for autosomal dominant form for PD, og ​​er også en viktig risikofaktor for idiopatisk PD. Bortsett fra mange cellulære funksjoner, har LRRK2 en fremtredende rolle i autofagi, og er involvert i flere forskjellige faser av prosessen [197].

En studie med en aldersavhengig LRRK2 knock-in musemodell viste at midthjerneneuroner hadde et høyere antall LAMP2a-positive vesikler sammenlignet med WTmice [197], noe som tyder på en oppbygging av lysosomale vesikler. Denne økningen var assosiert med dårligere CMA-effektivitet siden clearance av lysosomalspesifikke substrater med et KFERQ-motiv var lavere på LRRK2-knock-in-midthjerneceller.

Dette samsvarer med bevis som viser at LRRK2 regulerer aktiviteten til en undergruppe av Rab GTPaser, som er ansvarlige for membranmobilisering, vesikkelmontering og transport [198,199]. G2019S er den vanligste mutasjonen i LRRK2-assosiert PD, og mutert LRRK2 antas å stoppe den autofagiske prosessen.

For eksempel presenterte differensierte SH-SY5Y-nevronceller som uttrykker denne mutante formen av LRRK2 mye mindre neuritter og en avvikende akkumulering av LC3-vesikler [200]. I mus som bærer mutant G2019S LRRK2, var det dessuten en økning av tidlige og sene autofagiske vesikler, med skadelig effekt på antall nevroner som bærer tyrosinhydroksylase (TH) og på cortex neuronalmorfologi [201].

Disse observasjonene kan bekreftes av det faktum at LRRK2-aktivitet antas å påvirke makroautofagi via Beclin-1 i en mTOR-uavhengig vei [202]. Siden høyere ekspresjon av naturlig aSyn anses som en risikofaktor for utvikling av idiopatisk PD [203 ], makroautofagi antar en avgjørende rolle i opprettholdelsen av enhver cellulær overflod.

Interessant nok viser funn at uttrykket av mutantformer av aSyn eller overekspresjon av WT aSyn blokkerer autofagi [204], som gir en sentral rolle i denne prosessen i sykdomsprogresjon. For å bekrefte disse observasjonene fant Vogiatzi og medarbeidere at WT aSyn økte 1.5- til 3.8- ganger i PC12-celler etter administrering av 3-metyladenin (3-MA), en makroautofagi-hemmer [190].

I tillegg gir disseeding av aSyn-fibriller opphav til nedbrytningsresistente aSyn-inneslutninger, med et negativt utfall i makroautofagi. Celler som huser aSyn-aggregater viser en autofagosomoppbygging [205], som kan forklares med det faktum at aSyn-inneslutninger fremmer mislokalisering av mATG9, et protein som letter membrantrafikk for fagophoreformasjon [204].

Nylig ble det observert at A30P aSyn-ekspresjon i dopaminerge nevronale primærkulturer i mellomhjernen stopper den autofagiske fluksen, observert ved en reduksjon av inautophagosom-assosiert LC3-protein med en samtidig økning i SQSTM1/p62-nivåer [206].

Videre, i mononukleære celler i perifert blod avledet fra PD-pasienter, ble autofagiske proteiner som ULK1 og Beclin1 funnet å være dysregulerte, og korrelerte med en akkumulering [207]. Den selvfornyende naturen til autofagi er avgjørende for PD-patofysiologi, og manglende evne til å resirkulere feilfoldet eller aggregerte proteiner har en dyp effekt på nevronalceller [61].

Derfor tyder studier på at nedsatt autofagi kan være den etiologiske faktoren i PD-patogenesen. For eksempel induserer spesifikk ablasjon av ATG7, essensielt for autophagosomeelongation i dopaminerge nevroner fra gamle mus, karakteristiske PD-trekk, som motorisk skrøpelighet, tap av TH-positive nevroner og aSyn-avsetning [208].

Videre fører ATG7-utarming til tilstedeværelsen av p62-inneholdende aSyn-inneslutninger i SNpc dopaminerge nevroner og en robust økning i polyubiquitinerte substrater [209]. Selv om defektene i autofagi er tverrgående til PD-modeller, må forholdet til årsakssammenheng undersøkes nærmere.

3.2.2. Mitofagi i PD

Mitokondrier spiller en sentral rolle i PD-patogenesen [210]. Mitokondriell svikt, inkludert redusert kompleks I-aktivitet, godt beskrevet i post-mortem hjerner hos idiopatiske PD-pasienter [211 212], sammen med økt oksidativt stress i nigrostriatale nevroner [213] og lavere mitokondriell kapasitet til å bufre Ca2+ [214] , er velkjente trekk ved PD nevrodegenerativ prosess, som fremhever den overordnede viktigheten av å fjerne skadede mitokondrier i syke nevroner. aSyn-oligomerer har blitt beskrevet for å indusere mitokondriell skade.

Faktisk er både WT og mutant aSyn importert til mitokondriene i cellelinjer [215], dyrkede dopaminerge nevroner og PD-pasienters hjerner [216]. A53T aSyn har imidlertid raskere akkumuleringshastigheter i mitokondriene, noe som svekker aktiviteten til kompleks I og forårsaker forverret ROS-produksjon [217]. Videre viste en studie med dopaminerge neuronale kulturer at aSyn-aggregater som beholder pSer129 aSyn binder seg fortrinnsvis til mitokondrier i stedet for WT aSyn, noe som fører til nedsatt oksidativ fosforylering [218].

Faktisk stimulerer mutant aSyn mitokondriell fragmentering og fremmer tilstedeværelsen av kardiolipin på overflaten av mitokondrier [219]. Kardiolipin er et faresignal fremkalt av mitokondrier som kobles til LC3 for å starte mitofagi [220].

Bemerkelsesverdig nok kan aSyn binde seg til kardiolipin, og dermed konkurrere med LC3 og stoppe mitofagi [219]. Det dynamiske samspillet mellom Parkin og PINK1 muliggjør korrekt identifikasjon av skadede mitokondrier.

Påfallende nok er mutasjoner i Parkin- og PINK1-gener ansvarlige for tidlig debuterende autosomale recessive former for PD [221]. Patologisk bevis ble funnet i hjernen til disse PD-pasientene, for eksempel en redusert populasjon av nevroner i SNpc og fibrillær gliose [222]. Ved PD oppregulerer Parkin-aktiviteten Drp1-funksjonen for å fremme mitokondriell fisjon og nedregulerer funksjonen til Mfn1/2 for å forhindre fusjon, noe som resulterer i mindre mitokondrier som er lettere å oppsluke i fagoforer [223].

Interessant nok klarer ikke mutantformer av Parkin å lokalisere seg i mitokondriene etter en depolariserende fornærmelse, noe som fører til hemming av mitofagi [224]. Dessuten hemmer proteiner lokalisert ved OMM som regulerer apoptotiske hendelser, slik som Bcl-XL og Mcl -1, Parkin-rekruttering til mitokondrier, blokkerer mitofagi [225].

I tillegg reduseres p62-positive mitokondrier som er utsatt for selektiv nedbrytning i celler som uttrykker mutant Parkin [226], noe som kan skje på grunn av Parkin-sekvestrering i uløselige aggregater [227]. Transgene mus med absentParkin viser en økning i pSer129 aSyn, men ikke i aSyn totale nivåer [228]. Slik ablasjon kan produsere milde nigrostriatale defekter [229], assosiert med endret mitokondriemorfologi [230].

Disse funnene kan forklares med Parkins evne til å modulere fosforyleringstilstanden til aSyn ved Ser129 [231]. Det ble vist at PINK1-mutantformer assosiert med PD ikke klarer å rekruttere Parkin nøyaktig til mitokondriene, noe som resulterer i dysfunksjonell mitofagi [232]. I tillegg fører PINK1-ablasjon til en økning i antall fragmenterte mitokondrier [233], et vanlig trekk i PD-pasientens dopaminerge nevroner [234].

Selv om antallet dopaminerge nevroner forblir upåvirket av PINK1-utarming, viser striatale nevroner av PINK1−/− mus en redusert kapasitet til å frigjøre dopamin [235] og er mer utsatt for eksogene stressfaktorer som oksidativt stress [236].

Disse observasjonene er ledsaget av lavere respirasjonshastigheter hos mutante dyr og redusert aktivitet av mitokondrielt kompleks I [237], noe som kan forklare bidraget til denne mutasjonen til PD. Overraskende nok induserer ikke Parkin- eller PINK1-utarming alene åpenbar nevronal degenerasjon hos gnagere, noe som tyder på at andre Parkin/ROSA 1-uavhengige mitofagiske prosesser kan finne sted [228].

Relevansen av mitokondriell dysfunksjon og dermed mitofagi understrekes av det faktum at flere mitokondrielle toksiner, inkludert 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) og rotenon, etterligner ofte den molekylære dysfunksjonen i PD og brukes som modeller for idiopatisk PD [238]. Disse toksinene retter seg mot mitokondriene ved å hemme kompleks I, en funksjon som vanligvis observeres i post-mortem hjerner til PD-pasienter [212].

MPTP induserer parkinsonisme ved å fremme dopaminerg nevrodegenerasjon og aSyn-akkumulering [239]. MPTP er en lipofil forbindelse som kan krysse blod-hjerne-barrieren (BBB), og i astrocytter omdannes den til sin ioniske form 1-metyl4-fenylpyridinium (MPP+) [240]. Denne aktive formen (MPP+) tjener som et høyaffinitetssubstrat for dopaminerge transportører for å komme inn i nevronceller [241], hemmer mitokondrielt kompleks I og reduserer følgelig respirasjonshastigheter [239], blant annet cytotoksiske effekter.

Faktisk fremmer MPP+-behandling i primære rotte-dopaminerge nevroner og SH-SY5Y-celler Drp1-avhengig mitokondriell fragmentering [242]. I tillegg, i PC12 dopaminerge differensierte celler, indusert MPP +- mitokondriell skade er ledsaget av en dramatisk reduksjon i aksonale transporthastigheter, etterfulgt av en markert nevrodegenerativ prosess [243].

På samme måte kan rotenon, en annen sterk kompleks I-hemmer, etterligne de fenotypiske kjennetegnene til PD. Når det injiseres i mus, stimulerer rotenon den selektive døden av dopaminerge nevroner sammen med utseendet til aSyn-aggregater og motorisk dysfunksjon [244]. I tillegg forstyrrer rotenonadministrasjon den autofagiske fluksen, fordømt av økningen i LC3 og p62 og reduserte nivåer av LAMP2a, og stopper den selektive nedbrytningen av mitokondrier [244].

Det er verdt å merke seg at rotenon har en alvorlig innvirkning på mikrotubulusnettverket [245], svekker den autofagiske fluksen hos rotter [244] og endrer bevegelseshastighetene til mitokondrier i neuritter av differensierte SH-SY5Y-celler [246]. Siden mitofagi er svært avhengig av mikrotubuli-avhengig transport [247], forventes mitofagi å bli svekket etter rotenoneksponering.

For more information:1950477648nn@gmail.com