תובנות על הפתוגנזה של מחלות ניווניות: התמקדות בתפקוד מיטוכונדריאלי ולחץ חמצוני חלק 2

מספר שינויים פוסט-תרגום גם מסדירים את הדינמיקה של המיטוכונדריה. זרחון Drp1 יכול לעורר ביקוע או היתוך בהתאם לאתר הזרחון [100,101].

עם ההתפתחות המתמשכת של מדעי המוח, יותר ויותר מחקרים הראו שיש קשר הדוק בין דינמיקה מיטוכונדריה לזיכרון, שיש לו משמעות חיובית ומתקדמת.

המיטוכונדריה הן איבר חשוב בתאים, עם שני תפקידים עיקריים: האחד הוא לספק אנרגיה לתאים, והשני הוא לווסת התפתחות התאים ופעילויות החיים. תפקוד המיטוכונדריה אינו קשור רק לבריאות התא אלא גם קשור קשר הדוק לבריאות הפיזית של גוף האדם. הזיכרון האנושי הוא אחד מהם.

מחקרים מצאו כי במוח האנושי התרחשו שינויים רבים בדינמיקה של המיטוכונדריה, כגון צפיפות מיטוכונדריה מוגברת, נדידת מיטוכונדריה והתחדשות מיטוכונדריה. שינויים אלו אינם קשורים רק לבריאות הנוירונים במוח אלא גם קשורים קשר הדוק לשיפור הזיכרון המוחי.

באופן ספציפי, דינמיקה מיטוכונדריה יכולה לקדם העברת מידע בין נוירונים במוח, ובכך לקדם את היווצרות, איחוד וחידוש של זיכרון ולמידה. בנוסף, ספורט אתגרי וסוגים אחרים של ספורט יכולים לקדם את העלייה בצפיפות המיטוכונדריה, ובכך לשפר את הזיכרון והיכולת הקוגניטיבית של המוח.

לכן, עלינו להשתתף באופן פעיל בחלק מהפעילויות המועילות לבריאות הגופנית, כגון פעילות גופנית, כושר, פיתוח הרגלי אכילה טובים וכו', כדי לקדם את התפתחות הדינמיקה של המיטוכונדריה ולשפר את הזיכרון והיכולת הקוגניטיבית. יחד עם זאת, עלינו לשים לב גם למנוחה, להפחית מתח, לשמור על בריאות תקינה ובכך לטפל באופן אקטיבי בחיים העתידיים.

לסיכום, יש קשר הדוק בין דינמיקה מיטוכונדריה לזיכרון. אורח חיים פעיל והרגלים בריאים מועילים לפיתוח הדינמיקה של המיטוכונדריה, ובכך משפרים את הזיכרון והיכולת הקוגניטיבית של המוח. ניתן לראות שאנו צריכים לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון של-Cistanche יש השפעות נוגדות חמצון, אנטי דלקתיות ואנטי-אייג'ינג, שיכולות לסייע בהפחתת תגובות חמצון ודלקתיות במוח, ובכך להגן על בריאות המוח. מערכת העצבים. בנוסף, Cistanche יכול גם לקדם צמיחה ותיקון של תאי עצב, ובכך לשפר את הקישוריות והתפקוד של רשתות עצביות. השפעות אלו יכולות לסייע בשיפור הזיכרון, יכולת הלמידה ומהירות החשיבה, ויכולות גם למנוע את התרחשותם של הפרעות בתפקוד קוגניטיבי ומחלות ניווניות.

לחץ על דע דרכים לשיפור תפקוד המוח

זרחון של MFF מגביר את גיוס Drp1, ובעקבותיו את הביקוע המיטוכונדריאלי [102], בעוד ש-ubiquitination של Mfn1 acetylated מקדם את השפלה הפרוטאזומלית שלו [103]; זרחון של Mfn1 על ידי ERK מעכב היתוך מיטוכונדריאלי, מקדם אפופטוזיס [104].

מצבי תזונה ספציפיים גם מסדירים בעקיפין את האיזון בין שני התהליכים הללו. בעוד שהרעב מוביל למיטוכונדריה מתמזגות ומוארכות, סביבה עשירה בחומרי תזונה מלווה במיטוכונדריה מקוטעת [105,106].

3.4. אוטופגיה

אוטופגיה היא שלב חיוני נוסף בשמירה על האיזון בין סינתזת חלבון ופינוי, ביוגנזה של אברון ופירוק, ובכך לקדם בריאות תאית [107]. בהתבסס על האופן שבו מועבר המטען המיועד לפירוק טוליזוזומים, ניתן לסווג אוטופגיה ל-[107,108]:

- Macroautophagy, שבה האוטופאגוזום, שלפוחית ​​כפולת קרום, נוצר ומתמזג עם ליזוזומים שלאחריו התוכן שלהם מתפורר על ידי ההידרולאזות החומציות של הליזוזומים;

- מיקרואוטופגיה, תהליך שבמהלכו ליזוזומים עוטפים תרכובות ציטוזוליות שונות אשר מתפוררות לאחר אינבולוציה של הממברנה [109];

- אוטופגיה מתווכת צ'פרונים, תהליך שבמהלכו נקשרים צ'פרונים לחלבונים פגומים ולקולטנים על גבי הממברנה הליזוזומלית, ולאחר מכן טרנסלוקציה של החלבון לליזוזום לצורך פירוק [110].

אוטופגיה למיטוכונדריה פגומה ידועה גם בשם מיטופאגיה. התחלת מיטופאגיה Stepin הראשונה היא היווצרות של קרום בידוד, האוטופגוזום, שלדעתו נובע מ-MAMs, ממברנות של ER, או ממברנת פלזמה [111,112], ולאחר מכן הפעלה של קומפלקס טרום-התחלה, המכיל ULK1 (Unc{{ 4}}כמו kinase1, Atg 13 ו-101 (חלבונים הקשורים לאוטופגיה), ו-FIP200 (שותף לאינטראקציה של משפחת הידבקות מוקדית 200) [113] הקומפלקס שלפני ההתחלה מגייס phosphatidylinositide class III 3-kinase (PI3K). beclin1, Atg 14, autophagy ומווסת beclin 1 (AMBRA1), וכן חלבון כלי דם מיון 34 ו-15 (Vps 34 ו-15) לייצור פוספטידילינוזיטול3-פוספט (PI3P).

Pi3P ידוע גם בתור מתחם החניכה [114]. לאחר ההפעלה, שני הקומפלקסים עוברים לאתר הגרעין של הפגופור [108]. PI3P מזוהה ומקיימת אינטראקציה עם חלבונים אחרים הממוקמים ב-IM, כגון חלבון חוזר של WD המקיים אינטראקציה עם phosphoinositide (WIPI) וחלבונים המכילים תחום FYVE [115] ומוביל לסדרה של צימודים של Atgs על הפגופור, שהגיעו לשיא בביקוע של פרו-LC3 (שרשרת קלה 3) על ידי Atg4 ל-LC3-I, שעבר טרנספורמציה נוספת על ידי phosphatidylethanolamine toLC3-II, והובילה להתארכות וסגירה של ממברנת הבידוד [116,117].

מאמינים שהם ממלאים תפקידים דומים עם LC3 בהרחבת אוטופגוזום [118].

חלבון האיתות mTOR (מטרה יונקת של rapamycin) מווסת בעוצמה את האוטופגיה. עיכוב של mTOR, כפי שמתרחש ברעב, גורם לדה-פוספורילציה ומפעיל את Atg13, מה שמצית את תהליך המיטופגיה [119].

כאשר גורמי גדילה וחומרי תזונה סלולריים נמצאים בשפע, mTOR מזרחן Atg 13, ומונע את התקשרותו ל-ULK1 וגיוס FIP200 [107]. היתוך של אוטופגוזומים לליזוזומים מתווכת על ידי Rab7 ו-LAMP-2, חלבון טרנסממברני ליזוזומלי [120,121]. לאחר היתוך, ליזוזומלנזימים, בעיקר קתפסינים, מפרקים את התוכן האוטופגוזומלי [122].

במיטופאגיה שאינה מתווכת קולטן, תהליך השראת המיטופגיה מפעיל PTEN-induced kinase 1 (PINK1), אשר מצטבר על ה-OMM ומגייס וזרחן פרקין [123,124]. פרקין מצטבר על ה-OMM ומאחסן OMMproteins בכל מקום, מה שמוביל לפעילות מוגברת של PINK1 ועוד גיוס פרקין [113].

בין החלבונים המופיעים בכל מקום על ידי פרקין נמצאים תעלות אניון תלויות מתח 1(VDAC1), Mfn1 ו-Mfn2, וכן TOM20 (טרנסלוקאז של קרום המיטוכונדריאלי החיצוני 20), השולטים בהיתוך מיטוכונדריאלי.

Ubiquitination של Mfn1/2 יחסום את תהליך המיזוג ויאפשר בידוד של המיטוכונדריה הקטנה והפגועה [125].

החלבונים שנמצאים בכל מקום מגייסים חלבונים מתאמים אוטופגיה, כגון OPTN (אופטינורין), NBR1 (שכן BRCA1), TAX1BP1 (חלבון מחייב מס-1), NDP52 (נקודה גרעינית חלבון52), או סקוסטוזום-1, המקיימים אינטראקציה עם חלבונים אוטופגוזומים כמו GABARAP או LC3 דרך אזורי אינטראקציה LC3 (LIR) כדי לתווך היווצרות אוטופגוזום והיתוך עם ליזוזומים [126,127]. איור 2 מציג באופן סכמטי את תהליך המיטופגיה.

איור 2. תרשים סכמטי של מיטופאגיה. תהליך השראת המיטופגיה מפעיל את PINK1, אשר מצטבר על ה-OMM ומגייס וזרחן פרקין.

האחרונים נמצאים בכל מקום בחלבוני OMM, כגון מיטופוסינים 1 ו-2 (Mfn), תעלות אניון תלויות מתח 1 (VDAC1), ו-TOM20 (טרנסלוקאז של קרום המיטוכונדריאלי החיצוני 20).

היווצרות אוטופאגוזום מתחילה בהפעלה של קומפלקס טרום-התחלה, המכיל ULK1 (Unc-51-כמו קינאז 1), Atg 13 ו-101 (חלבונים הקשורים לאוטופגיה) ו-FIP200 (שותף 200 של משפחת הידבקות מוקדית קינאז), וממשיך עם גיוס של Class III phosphatidylinositide 3-kinase (PI3K), beclin1, Atg 14,AMBA1 (אוטופגיה ומווסת beclin 1), ו-Vps 34 ו-15 (מיון חלבון כלי דם), וכתוצאה מכך לייצור של phosphatidylinositol {{17} פוספט (PI3P).

החלבונים שנמצאים בכל מקום מגייסים חלבונים מתאמים ל-autophagy, כגון גן BRCA1 שכן (NBR1), אופטינורין (OPTN), חלבון מחייב Tax-1 (TAX1BP1), חלבון נקודה גרעינית 52 (NDP52), או סקוסטוזום-1, אשר אינטראקציה עם חלבונים אוטופגוזומים כמו GABARAP או LC3 כדי לתווך היווצרות אוטופגוזומים. היתוך של האוטופגוזום עם ליזוזומים מתווכת על ידי LC3, Rab7, LRRK2 ו-LAMP-2 (ראה טקסט).

עם זאת, קיימים גם מסלולים בלתי תלויים בפארקין של מיטופאגיה [113], כגון מיטופאגיה בתיווך קולטן. החלבונים הנחקרים ביותר המעורבים במיטופגיה המתווכת קולטן הם AMBRA1, FUNDC1 (חלבון המכיל תחום FUN14), NIX (Nip3-likeprotein) ו-BNIP3, הממוקמים על ה-OMM, כמו גם קרדיוליפין ופרוביטין 2 (PHB2). ) על ה-IMM [113].

קולטנים אלו יכולים להיקשר ל-LC3 באופן בלתי תלוי בפארקין [128] ולעורר מיטופאגיה. ניתן להפעיל את השעתוק שלהם בתנאים שונים. לדוגמה, שעתוק של BNIP3 ו-NIX מופעלים על ידי היפוקסיה באמצעות היפוקסיה-induciblefactor 1 alpha (HIF1) [129], אשר לאחר זרחון יש זיקה גבוהה מקשר לLC3 [130]. דה-פוספורילציה של FUNDC1 על ידי היפוקסיה מקלה על הקישור שלו ל-LC3 [131].

בשנים האחרונות, חוקרים הראו שניתן להוציא מיטוכונדריה מתאי ולהיקלט על ידי אנדוציטוזיס או פגוציטוזיס על ידי תאים שכנים, שם הם עוברים בסופו של דבר מיטופאגיה, תופעה המכונה מיטופאגיה טרנס-תאית [113,132].

סביר להניח שהעברת מיטוכונדריה חזרה לתא סומה מאורקסונים של דנדריטים תהיה לא חיובית מבחינה אנרגטית, וזו הסיבה שנוירונים משחררים אסינפזות של מיטוכונדריה כדי להתפרק על ידי תאי גליה [133].

בתורם, תאי גליה יכולים להעביר מיטוכונדריה לנוירונים ולהגן על האחרונים מפני היפוקסיה וכשל אנרגטי [134]. המסלולים המדויקים להעברת מיטוכונדריה עדיין נחקרים, אבל כמה מחקרים הציעו תפקיד חשוב לחלבון המחבר את המיטוכונדריה לחלבונים מוטוריים ציטו-שלד, כלומר MIRO1 [135] בעוד שאחרים הראו מעורבות של GFAP אסטרוציטי (חלבון חומצי גליאלי) ו-UCP2 עצבי (ניתוק חלבון 2). ) [136]. דרך נוספת להיפטר ממיטוכונדריה פגומה זוהתה בשנת 1992 [137] ושמה מיטופטוזיס.

זה מאפשר לתאים לפרק את המיטוכונדריה מבלי לפתוח את ה-MPTP ולהצית אפופטוזיס [113]. מיטופטוזיס מופעל ככל הנראה על ידי דה-פולריזציה של הממברנה המיטוכונדריאלית, נזק ל-DNA המיטוכונדריאלי (mtDNA) ו-ROS [113].

המנגנונים המדויקים של מיטופטוזיס דורשים מחקר נוסף, אך תוארו מספר מצבים, כגון נפיחות ופיצול של cristae ואחריו שחול ציטופלזמי של שברי cristae באמצעות התפוצצות של ה-OMM [138], או הידרדרות של cristae דרך התלכדות של IMM עם שימור של OMM שלם. [138].

ROS ממלא תפקיד מפתח בוויסות האוטופגיה והמיטופאגיה. מסלול אחד, שהוזכר לעיל, הוא מסלול mTOR. סביבה עשירה בחומצות אמינו מובילה לטרנסלוקציה של קומפלקס mTOR 1 (mTORC1) למשטח הליזוזומלי, שם הוא יוצר אינטראקציה עם Rheband מפעיל את mTOR [139], בעוד שברעב mTOR מתמקם עם LC3 ומתחיל אוטופגיה [140].

בהתחשב בכך שחמצון mTOR מעכב את פעילותו, סביר מאוד ש-ROS מווסת את השלב הזה [141]. יתר על כן, S-nitrosation של IκB kinase ו-JNK1 על ידי תחמוצת החנקן מעכבת את פעילותם, אשר, בתורה, מונעת ביטול mTOR ושחרור של Beclin ממתחם Beclin-Bcl-2 [93,142].

מסלול נוסף הוא קומפלקס beclin-1-class III PI3K, עם סדרה של גורמים משותפים כגון AMBRA1, Bax-אינטראקציה גורם 1 (Bif-1), או Rubicon (RUN domain and cysteine-richdomain-beclin -1-חלבון בעל אינטראקציה) [143]. מווסתים אחרים של אוטופגיה כוללים את הקולטן IP3, AMPK (50-AMP-activated protein kinase) ו-DAPK (Death-associatedprotein kinase) [144,145].

ROS ומיני חנקן תגובתיים גורמים לשינויי חלבון לאחר תרגום, אשר מווסתים גם את הפעילות של גורמי שעתוק. לדוגמה, במסלול Nrf2 (גרעיני-אריתרואיד 2-קשור לגורם 2)/Keap1 (Kelch-like enoyl-CoA hydratase-associatedprotein 1), שינויים של Keap1 מובילים לשחרור Nrf2, הנקשר ל-ARE( אלמנט תגובה נוגד חמצון) ומתעבר לגרעין, שם הוא מפעיל את התעתוק של גנים וחלבונים של אנזימים נוגדי חמצון, כגון p62 או p53.

בעוד ש-p62 מפעיל אוטופאגיה [146,147], p5 מקושר לגנים מעכבי אוטופגיה וגם לגנים מקדמים באמצעות TIGAR (חלבון גידול 53-מושרה גליקוליזה ומווסת אפופטוזיס) ו-DRAM (מאפנן אוטופגיה מווסת נזק), בהתאמה [148,149].

בתורו, הפרעה בוויסות האוטופגיה מובילה לעקה חמצונית מוגברת והצטברות של חלבונים הנמצאים בכל מקום, כשהאחרונים גורמים להפרעה בתפקוד המיטוכונדריאלי ומגביר עוד יותר את יצירת ROS בלולאת הזנה קדימה [93].

4. המוח ולחץ חמצוני

חמצן הוא חיוני לתפקוד תקין תקין, בהיותו מעורב ביצירת ATP [61]. לרוע המזל, בשל מצב ההפחתה המטבולית החד-ערכית של חמצן, כאשר שני האלקטרונים הבודדים של החמצן מסתובבים במקביל, הוא יכול לקבל רק אלקטרון אחד בכל פעם [150], מה שמוביל ליצירת מינים שיש להם אלקטרון אחד לא מזווג שיכול להתקיים בעצמם, הוגדר על ידי האליוול כרדיקלים חופשיים [151].

נגזרות החמצן הן רדיקלים חופשיים, כגון אניון סופראוקסיד (•O2−), רדיקל הידרוקסיל (HO•), רדיקלים הידרופרוקסילרים (HO2•), ורדיקלים פרוקסיל (ROO•), או רדיקלים שאינם רדיקלים שניתן להפוך לרדיקלים, כגון כמי חמצן (H2O2) [61,152].

איתות חיזור נמצא בשימוש נרחב במוח [153], כאשר הוא מעורב בהעברת אותות ותעתוק גנים. לדוגמה, NADPH אוקסידאזים (NOXs) מווסתים פוטנציציה ארוכת טווח בהיפוקמפוס [154], וסופראוקסיד ומי חמצן שמקורו ב-NOX2- מווסתים את צמיחת תאי אבות ההיפוקמפוס במוח הבוגר באמצעות מסלול איתות phosphatidyl inositol 3 kinase (PI3K)/Akt [155].

באופן דומה, ל-H2O2 שמקורו ב-NOX יש תפקידים מועילים בהתחדשות אקסונלית ומציאת נתיב אקסונלי במהלך חיווט של המוח המתפתח [156,157]. כתוצאה מהיפוקסיה, איתות המושרה על ידי סופראוקסיד שמקורו במיטוכונדריה מוביל לתגובות אדפטיביות [158].

כדי לאזן את ההשפעות המזיקות האפשריות של עודף רדיקלים חופשיים, למערכות הביולוגיות יש סדרה של הגנות נוגדות חמצון, הניתנות לחלוקה לאנזימטיונים (סופראוקסיד דיסמוטאזות, קטלאז, גלוטתיון פרוקסידאזות, גלוטתיון טרנספראזות, תיורדוקסינים ופרוקסירדוקסין) והגנה לא אנזימטית, כגון ויטמינים A, C, E, בטא-קרוטן או גלוטתיון [159].

בכל פעם שקצב ייצור הרדיקלים החופשיים עולה על יכולת המערכת הביולוגית לנטרל אותם, נוצר עקה חמצונית.

4.1. פגיעות המוח ללחץ חמצוני

מערכת העצבים רגישה מאוד ללחץ חמצוני, בשל שורה של סיבות [153,160-162]:- פוטנציאל פעולה גורם לזרימת סידן ומעלה את ריכוז הסידן התוך תאי מכ-0.001 מיקרומטר לערך 100 מיקרון [ 163].

High intracellularCa2+ מפעיל את nNOS (סינתזת תחמוצת החנקן העצבית) ומוביל להיווצרות NO (תחמוצת חנקן) [164], אשר נקשר לציטוכרום c אוקסידאז ומעכב נשימה מיטוכונדריאלית [165]. מיטוכונדריה מנסות לחסן סידן תוך תאי, אך עומס הסידן שלאחר מכן גורם לפתיחה ממושכת של ה-MPTP ומעכב יצירת ATP, מה שגורם לאפופטוזיס [166].

למוח יש דרישות אנרגיה גבוהות מאוד כדי לשמור על שיפועים יוניים ולתמוך בהעברה סינפטית [19] והוא מסתמך בעיקר על מיטוכונדריה סינפטית ליצירת האנרגיה הנדרשת [167]. לדוגמה, שחרור שלפוחית ​​נוירוטרנסמיטר דורש 1.64 × 105 ATP/s/שלפוחית ​​[19].

- למוח יש הגנה נוגדת חמצון נמוכה. לתאים עצביים יש פי 50 פחות קטלאסתאן הפטוציטים [168], בעוד שהגלוטתיון הציטוסולי נמוך בכ-50% בנוירונים בהשוואה לתאים אחרים [153], וזה עשוי להפחית את פעילות הפרוקסרידוקסין [169].- Microglia, תאי החיסון של המוח, הם מופעל על ידי H2O2 [170] ומייצר סופראוקסיד באמצעות איזופורמים של NADPH אוקסידאז, הדרושים להרג חיידקים [171].

- המטבוליזם של נוירוטרנסמיטורים, כגון חילוף החומרים של דופמין באמצעות מונואמימינאוקסידאזות, מייצר ROS [153,172].- נוירוטרנסמיטורים, כגון דופמין, סרוטונין או אדרנלין, יכולים לחמצן אוטומטית וליצור סופראוקסיד [173,174].

- המוח מועשר במתכות מעבר פעילות חיזור, כגון Cu+ או Fe2+ [175]. Ironis הוא זרז בתגובת פנטון היוצרת רדיקלי הידרוקסיל, וגם מזרז יצירת רדיקלים של ספרוקסיל ואלקוקסיל, ובכך תורם לפרופטוזה, צורה של מוות של תאים התלויה בחמצן שומנים ו-Fe2+ [176]. Cu+ הוא גורם משותף ל-Cu/ZnSOD והוא חשוב לאיתות תאים [177,178] אך משפר את תגובת פנטון מזורזת נחושת [175].

- המוח עשיר במיוחד בכולסטרול, שעשוי לעבור חמצון אוטומטי [179]ותאי המוח הם בעלי יחס נפח ממברנה/ציטופלזמה גבוה יותר, הממברנות התאיות עשירות בחומצות שומן רב בלתי רוויות (PUFA), הרגישות מאוד לחמצן דרך חופשית. התקפה רדיקלית [153].- התפתחות המוח והפלסטיות מסתמכים על RNA לא מקודדים (ארוכים שאינם מקודדים RNA ומיקרו-RNA) [180], אך למולקולות אלו אין היסטונים מגנים והן מתחמצנות בקלות [181]. RNA שליח מחומצן גורם לחלבונים קטומים ומוטטים, הנוטים להתקפל שגוי [182].

4.2. מקורות של רדיקלים חופשיים

עודף רדיקלים חופשיים יכול להיווצר ממקורות רבים.

4.2.1. מיטוכונדריה ולחץ חמצוני

מיטוכונדריה נחשבת באופן מסורתי כמקורות העיקריים של ROS. לפחות 10 מקורות פוטנציאליים לייצור ROS זוהו [183] ​​אך קומפלקסים I (NADH dehydrogenase) ו-III (ubiquinone cytochrome c reductase) של ETC [184] הם החשובים ביותר.

העברת אלקטרונים לקואנזים Q או יוביקינון על ידי קומפלקסים I ו-II מביאה לאינוביקווינול (אוביקינון מופחת, QH2), אשר ישקם קו-אנזים Q באמצעות אניון semiquinone (•Q−), תוצר ביניים לא יציב שיכול להעביר אלקטרונים לחמצן מולקולרי, וכתוצאה מכך היווצרות סופראוקסיד [60]. בהיותה תגובה לא אנזימטית, חילוף חומרים גבוה יותר מוביל לייצור מוגבר של סופראוקסיד [185].

סופראוקסיד הוא מאוד לא יציב והוא הופך על ידי סופראוקסיד המיטוכונדריאלי דיסמוטאז 2 (SOD2, מנגן SOD) וה-SOD1 הציטוסולית (נחושת-אבץ SOD) למי חמצן היציב יותר (H2O2).

האחרון יכול לצאת מה-IMM דרך תעלות אקוופורין ולהתפזר דרך ה-OMMinto הציטופלזמה, שם הוא משמש לאיתות חיזור, או מופחת עוד יותר ל-water bycatalase, glutathione peroxidases ו-peroxiredoxins [186-189]. רכיבים מיטוכונדריים אחרים התורמים להיווצרות ROS כוללים מונואמין אוקסידאז, גליצרול פוספטדהידרוגנאז, -קטוגלוטרט דהידרוגנאז ו-p66shc [60,183,190].

ייצור ROS מיטוכונדריאלי כפוף לווריאציות הנגרמות על ידי גורמים מטבוליים. לדוגמה, היחס NADH/NAD+ משפיע על קצב יצירת ה-ROS, אשר עולה באופן ליניארי ביותר עם הפחתת NADH [191]. רמות הסוקסינאט יכולות לנוע אפילו בתנאים נורמליים בין 0.3 ל-1 מ"מ [192], כאשר ריכוזי סוקסינאט מוגברים מאוד מגבירים את ייצור ROS המיטוכונדריאלי [183,193].

קצב ייצור ROS מושפע גם מפוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית [183]. זרחון מיטוכונדריאלי פעיל של ADP או ספיגת סידן מיטוכונדריאלית מקטין את פוטנציאל הממברנה, מה שמשפיע על פוטנציאל החיזור של ה-ETC ומפחית את ייצור ROS [194]. חוסר חמצן או איסכמיה מגבירים באופן משמעותי את יצירת ROS המיטוכונדריאלי [195], אם כי ייתכן שהשפעה זו אינה מיוחסת למיטוכונדריה כשלעצמה, אלא למסלול איתות המופעל על ידי היפוקסיה [196].

4.2.2. NADPH Oxidase כמקור של ROS

NADPH אוקסידאז (NOX) תואר לראשונה בפגוציטים [197], לאחר מכן זוהו שבעה גנים של NOX: NOX 1-5 ו-DUOX 1 ו-2 [198]. המוח מבטא בעיקר את NOX2, כמו גם את NOX4, שניהם מתוארים בקורטקס וב-CA1 hippocampalareas [199].

לקומפלקס האנזים NOX2 יש ציטוכרום b558 הקשור לממברנה, חלבונים מספר ציטוסוליים וחלבון Rac G. לאחר זרחון של הציטוזולים חלבונים והפעלה של Rac, האנזים עובר מעבר לממברנה ויוצר אקטיבNOX2 עם ציטוכרום b558 [200]. יתר על כן, NOX2 מעביר פרוטונים על פני הממברנה ומוביל ליצירת סופראוקסיד [198].

NOX4 מייצר בעיקר H2O2, המשמש כשליח שני להתרבות והתמיינות תאים [201].

NOX תואר בנוירונים, אסטרוציטים ומיקרוגליה [202], בעוד שברמת התא, איזופורמי NOX מתמקמים לרשת האנדופלזמית, לגרעין, לממברנת הפלזמה ולמיטוכונדריה [203,204]. ה-ROS שנוצר על ידי NOX מופעל יכול לעשות דה-פולריזציה של הממברנה המיטוכונדריאלית ויחד עם סידן יכול להוביל לפתיחת ה-MPTP [205] וכן להפעיל פוספוליפאז C עם שינויים הבאים במבנה הממברנה [198].

4.2.3. מונואמין אוקסידאז כמקור ל-ROS

המונואמין אוקסידאזים (MAO A ו-B) הם פלבו-אנזימים הממוקמים על ה-OMM אשר מפרגנים נוירוטרנסמיטורים אמינים, כגון סרוטונין, אפינפרין ודופמין [206].

MAO-A מתבטא בנוירונים, בעוד MAO A ו-B ניתן למצוא בתאי גליה [198]. הם משתמשים ב-FAD לפירוק מונואמינים, תהליך שבמהלכו מיוצרים אלדהידים, בעוד H2O2 נובע ממחזור FAD-FADH2 [198].

4.2.4. פרוקסיסומים וייצור ROS

למרות שהתהליך הפרוקסיסומלי העיקרי המוביל ליצירת H2O2 הוא - חמצון של חומצות שומן חופשיות [60], מספר אנזימים פרוקסיזומליים אחרים, כגון קסנטינאוקסידאז, D-aspartate oxidase, acyl CoA oxidases, D-amino oxidase, urate oxidase, או L - -הידרוקסי אוקסידאז, יכול לייצר מגוון של ROS, כגון סופראוקסיד, מי חמצן, תחמוצת חנקן או רדיקלים הידרוקסיל [207].

4.2.5. מקורות אקסוגניים של ROS

בנוסף למקורות המרובים של ROS אנדוגני, ROS אקסוגני יכול להגביר מתח חמצוני. המקורות הנפוצים ביותר הם זיהום מים ואוויר, חשיפה לאור אולטרה סגול, אלכוהול ועשן טבק, חומרי הדברה, ממיסים תעשייתיים, תזונה לא בריאה (עם בשר מעושן, דיאטה עתירת שומן), חשיפה למתכות כבדות או מתכות מעבר (Fe, Cr, Co, Cu ,Hg, Pb, As), כמו גם תרופות מסוימות, כגון Doxorubicin, Bleomycin, Metronidazole, או אפילו Paracetamol [60].

4.3. יעדי ROS

הרדיקלים החופשיים בעלי תגובתיות גבוהה פוגעים בחלבונים, ליפידים וחומצות גרעין [152].

4.3.1. חלבונים ו-ROS

חלבונים יכולים להתחמצן על ידי רדיקלים, כגון סופראוקסיד, רדיקל הידרוקסיל, פרוקסיל, הידרופרוקסיל או רדיקלים של אלקוקסיל, כמו גם על ידי מינים לא רדיקליים או חמצן בודד [208].

חמצון של חומצות אמינו כגון ליזין, ארגינין, פרולין או ת'רונין מוביל לנגזרות קרבוניל, המשמשות כסמנים של עקה חמצונית [209]. מתיונין וציסטאין, כחומצות אמינו המכילות גופרית, רגישים מאוד לחמצון, מה שמוביל לדיסולפידים ומתיונין גופרתיק [210].

חמצון חלבון מוביל להצטלבות חלבון-חלבון, שינוי תפקוד, אובדן פעילות אנזימטית ושינויים פונקציונליים של חלבוני קולטן ותחבורה [211].

יתר על כן, מי חמצן ורדיקלי הידרוקסיל מעכבים את ספיגת הגלוטמט על ידי אסטרוציטים, מה שמגביר את האקסיטוטוקסיות [212]. כתוצאה מכך, יש לנקות את החלבונים שהשתנו, או על ידי מסלול האוטופגיה-ליזוזום או על ידי מערכת תאוביקוויטין-פרוטאזום [213,214].

המערכת Ubiquitin-Proteasomal (UPS), מסלול הפירוק העיקרי של חלבונים מקופלים שגויים בכל מקום ומולקולות איתות קצרות מועד, מכילה תת-יחידה 19S וליבה 20S פעילה קטליטית [215]. המכסה הרגולטורית עם חלבוני המלווה פותח את חלבון המטרה, מסיר את תג האוביקוויטין בתהליך תלוי-ATP, שלאחריו חלבון המטרה מוזן לליבה הקטלטית ומתפרק על ידי האנזימים הפרוטאזומליים.

תחת לחץ חמור, ה-UPS מוצף, ומסלול האוטופגיה-ליזוזום מפצה על הנזק המוגבר לחלבונים [107]. סדרה של קולטני אוטופאגיה, כגון p62, NDP52 או NBR1 מזהה את Ubiquitinmoiety וחלבונים מתויגים מטרה לאוטופאגוזום על ידי קשירה ל-Atg8/LC3 [216,217].

FOXO3 (קופסת המזלג O3) הוא גורם שעתוק המופעל על ידי עקה חמצונית, המווסת את השעתוק של גנים המעורבים בפירוק חלבון פרוטאזומלי כמו גם אוטופגי [218]. בנוסף, פרקין, ליגאזות יוביקוויטין ו-CHIP (C-terminus של Hsc70-האינטראקציה חלבון) תורמים לפירוק פרוטאזומלי וגם אוטופגוזומלי של חלבונים [107,219].

הרמות היחסיות בין BAG (Bcl-2 המשויך טרנסגן) 1 ל-BAG3, חלבוני צ'פרון משותפים, מכוונות את מסלול פירוק החלבון התאי לעבר פרוטאזומלי או פגוזומלי [220].

4.3.2. ליפידים ו-ROS

רדיקלים חופשיים או מינים חמצוניים שאינם רדיקליים תוקפים את הקשרים הכפולים CC של שומנים, וזו הסיבה שחומצות שומן רב בלתי רוויות פגיעות מאוד להתקף חמצוני [221].

בשלב הראשוני, רדיקל חופשי יוצר אינטראקציה עם קבוצת מתילן בחומצת השומן ויוצר רדיקל שומני על ידי ניתוק אטום מימן [222]. יתר על כן, רדיקלי השומנים מגיבים עם O2 מולקולרי ליצירת רדיקלי פרוקסיל (ROO•) [223], אשר יוזמים שרשרת של תגובות מתמשכות מעצמן המעצימות את התהליך.

כתוצאה מכך נוצרים פרוקסידים מחזוריים והידרופרוקסידים, שעלולים להתפרק עוד יותר לאלדהידים, כשהתוצרים הסופיים הם מלונדאלדהיד (MDA), הידרוקסינוןנל (HNE) ואקרוליין [224].

התהליך מסתיים או באמצעות אינטראקציה של רדיקלים שומנים עם פרוקסידים שומנים, וכתוצאה מכך מינים יציבים שאינם מגיבים [221], או באמצעות התערבות של נוגדי חמצון אנדוגניים או אקסוגניים (ויטמינים C ו-E) [222,225].

בריכוזים נמוכים, 4-HNE ממלא תפקידים הומאוסטטיים חשובים בכך שהוא פועל כמולקולת איתות ומווסת את ביטוי הגנים על ידי גרימת שינויי חלבון לאחר תרגום.

היעדים הנפוצים ביותר הם שאריות תיול [225]. על ידי אינטראקציה עם ציסטאין תיולים ב- Keap1, 4-HNE מוביל לשחרור Nrf2, אשר לאחר טרנסלוקציה לגרעין מפעיל את הביטוי של גנים ARE כגון גלוטתיון-S-טרנספראז, קינון רדוקטאז תלוי NADPH, או heme oxygenase{ {7}} [226]. יעד נוסף של 4-HNEis NF-κB, גורם שעתוק לציטוקינים פרו-דלקתיים, נשמר בדרך כלל בשקט על ידי קישור ל-IκB (מעכב kappa B).

תחת לחץ תאי, IκB kinase מזרחן את IκB ומקל על שחרור NF-κB, גורם שעתוק שמתווך את השעתוק של חלבוני Bcl-2 אנטי-אפופטוטיים וציטוקינים דלקתיים, כגון אינטרלוקין-6 (IL-6) .

4-HNE מעכב IκB קינאז, ובכך מונע זרחון IκB וטרנסלוקציה גרעינית של NF-κB [227]. עם זאת, כתוצאה מחמצן שומנים בממברנה, הממברנה משנה את החדירות, מגבירה את קשיחותו, ואף עלולה לאבד את שלמותה [228] .

בנוסף, מוצרי חמצון שומנים מעורבים בנתיבי איתות מורכבים. הצטברות תוך-תאית של 4-HNE יכולה להוביל לאפופטוזיס גם דרך המסלול הפנימי וגם החוץ [225]. 4-HNE מגביר את הביטוי של p53, ואחריו הפעלה של p21,JNK, Bax ו-caspase 3 [229], מה שמוביל לאפופטוזיס בתיווך קספאז.

בנוסף, 4-HNE יוזם את הקישור של החלבון Daxx הקשור למוות למשטח התוך תאי של Fas [230], ובכך הוא מעורב באפנון של המסלול החיצוני של אפופטוזיס דרך חלבוני האיתות במורד הזרם ASK1 ו-JNK [225].

יתרה מכך, רמות גבוהות של HNE יכולות ליצור מצומדים עם JNK, האחראים על שינוי היסטון ומקל על טרנסלוקציה גרעינית [231], או יכולות להפעיל את JNK באמצעות הפעלת SPKK1 (מופעל על ידי סטרס פרוטינקינאז קינאז-1) [232]. באופן דומה, HNE יכול להפעיל ERK באמצעות הפעלה של MEK1/2 ו- p38MAPK (חלבון קינאז מופעל מיטוגן) [233,234].

For more information:1950477648nn@gmail.com