חלבון פריון: המולקולה של צורות ופנים רבים חלק 1

תקציר: חלבון פריון סלולרי (PrPC) הוא חלבון מעוגן גליקוזילפוספאטידילינוזיטול (GPI) המצוי בשפע בקרום החיצוני של נוירונים. בשל מאפיינים מבניים (ליבה מובנית גמישה בטילנד), PrPC מקיים אינטראקציה עם מגוון רחב של שותפים.

בשנים האחרונות, מחקרים רבים הראו כי לחלבוני הפריון הסלולריים יש קשר חשוב עם פיתוח ותחזוקה של זיכרון בעלי חיים.

פריון סלולרי (נגיף הרפס סימפלקס, HSV) הוא וירוס הקיים באופן נרחב באוכלוסיית האדם ונחשב לאחד הפתוגנים החשובים ביותר של מחלות נוירולוגיות ומחלות עור. HSV-1 ו-HSV-2 הם שני סוגי הנגיפים הנפוצים ביותר בבני אדם.

מחקר שנערך לאחרונה הראה שחלבון ויראלי HSV-1 יכול לקדם את הפיתוח והתחזוקה של זיכרון בבני אדם ובעלי חיים. התוצאות של מחקר זה הראו שזיהום HSV-1 מתרחש בעיקר בשלבים מוקדמים מאוד של חיי האדם, וחלבונים ויראליים מצטברים במערכת העצבים האנושית ומווסתים את שחרור הנוירוטרנסמיטורים וההעברה הסינפטית. השפעות רגולטוריות אלו עוזרות לשפר את תפקוד הזיכרון במוח ולשפר את הקוגניציה המרחבית ואת הקשב.

בנוסף, לחלבון ויראלי HSV-1 יש גם קשר מסוים עם התגובה החיסונית והתגובה האנטי-ויראלית של הגוף. מחקרים הראו שהשפעת החלבון הנגיפי HSV-1 מפעילה את התגובה החיסונית של הגוף ופועלת באופן פעיל על "תאי T זיכרון" בגוף, ובכך מחזקת את ההגנה האנטי-ויראלית של הגוף. לגילוי זה יש משמעות מרחיקת לכת לחקר הקשר בין HSV-1 לחסינות של בעלי חיים.

בקיצור, הקשר בין חלבון נגיף הפריון הסלולרי לזיכרון מספק מרחב מחקר רחב למחקר עתידי בנושא זיכרון, תפקוד מערכת העצבים ותגובה חיסונית, וצפוי למלא תפקיד חשוב במניעה וטיפול במחלות קשורות. ניתן לראות שאנו צריכים לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון ש-Cistanche יכולה לווסת גם את איזון הנוירוטרנסמיטורים, כמו הגברת רמות האצטילכולין וגורמי גדילה, החשובים מאוד לזיכרון וללמידה. בנוסף, Cistanche יכול גם לשפר את זרימת הדם ולקדם את אספקת החמצן, מה שיכול להבטיח שהמוח מקבל מספיק תזונה ואנרגיה, ובכך לשפר את החיוניות והסיבולת של המוח.

לחץ על יודע תוספי מזון כדי לשפר את הזיכרון

למרות ש-PrPC הוצע להיות מעורב בתפקודים פיזיולוגיים רבים, רק הומאוסטזיס מיאלינצית עצב היקפי אושר כפונקציה בתום לב עד כה.

התקפלות שגויה של PrPC גורמת למחלות פריונים ו-PrPChas הוכחו כמתווכים נוירו-רעילות הנגרמת על ידי אוליגומרים במחלת אלצהיימר ופרקינסון, כמו גם הגנה עצבית באיסכמיה.

עם מחשוף פרוטאוליטי, PrPC הופך לצורות משוחררות ומחויבות של PrP שיכולות, בהתאם למאפיינים המבניים הכלולים של PrPC, להציג תכונות הגנה או רעילות.

בסקירה זו, נתאר את המאפיינים של חלבון פריון ומקטע פריון חלבון וכן נסקור את המעורבות שלהם עם שותפים באינטראקציה ומסלולי אותות במיאלינציה, הגנה עצבית ומחלות ניווניות.

מילות מפתח: חלבון פריון; שברי חלבון פריון; הגנה עצבית; מיאלינציה; שבץ איסכמי; מחלה ניוונית עצבית.

1. הקדמה

חלבון פריון (PrP) הוא גליקופרוטאין שמור מאוד בכל מקום. הוא קיים בשתי צורות; האיזופורם הנורמאלי או הסלולרי, PrPC, וה-Isoformor Scrapie הזיהומי הקשור למחלה PrP, PrPSc.

התפקיד הפתולוגי של PrPSc נחקר בהרחבה במחלת פריונד ונסקר במספר מאמרים [1-3]. PrPC מתבטא במגוון של איברים ורקמות שונות עם רמות ביטוי גבוהות במערכת העצבים המרכזית וההיקפית.

הוא קיים בשפע על פני התא של נוירונים [4-6] ומעורב במנגנונים פיזיולוגיים רבים. תפקידו של החלבון נותר לבירור; עם זאת, מחקרים אינטנסיביים קושרים את PrPC להומאוסטזיס מיאלין [7], הגנה עצבית [8,9], המקצב הצירקדי [10,11], הומאוסטזיס של יוני מתכת [12,13], הומאוסטזיס מיטוכונדריאלי [14] ואיתות בין תאי [6,15] ,16].

בנוירונים, PrPC קיים בתאים הפרה-סינפטיים והפוסט-סינפטיים של מסופי האקסון, שם הוא מעורב בהובלה אקסונלית אנטרוגרדית ורטרוגרדית [17-20]. PrPC מבוקע בממברנת התא על ידי פרוטאזות, ויוצרים צורות משוחררות ומצורפות.

בשנים האחרונות, צורות המשוחררות חלבון פריון וחלבון פריון קיבלו תשומת לב בקורלציה עם הגנה עצבית במחלות נוירודגנרטיביות.

בסקירה זו, אנו מציגים צורות משוחררות של חלבון פריון וחלבון פריון, מסכמים את מעורבותם במיאלינציה, הגנה עצבית ומחלות ניווניות עצביות, ודנים בתגליות האחרונות בתחום זה.

2. חלבון פריון

PrPC אנושי בוגר מורכב מתחום גמיש ללא מבנה N-טרמינלי (שיירי חומצות אמינו 23-120) ותחום C-טרמינלי מובנה (שיירי חומצות אמינו 121-231).

הוא מעוגן לממברנת התא עם עוגן glycosylphosphatidylinositol (GPI) [21,22]. תחום ה-N-termine הגמיש מכיל אזור octarepeat ואילו ה-structureddomin מורכב משלושה סלילים, שני גיליונות, קשר דיסולפיד המחבר ציסטאין 179 ו-2149 ושני N-glycans על שיירי חומצות אמינו 181 ו-197 [23,24] (איור 1).

PrPC יכול להפוך ל-PrPSc עשיר ב-sheet isoform, אשר נוטה להמרה אוטוקטליטית וצבירה לצברים בלתי מסיסים [22,25,26]. הצטברות לא תקינה של החלבון הפתולוגי במוח עלולה לגרום להתפתחות של אנצפלופתיות ספוגיות מועברות (TSEs), הידוע גם בשם מחלות פריון.

מחלות פריון כוללות מחלת קרויצפלד-יעקב (CJD), תסמונת גרסטמן-שטראוסלר-שיינקר (GSS), נדודי שינה קטלניים (FFI) ו-kuru בבני אדם, אנצפלופתיה ספוגית של בקר בבקר, סקראפ בעיזים וכבשים ומחלת דלדול כרוני בצוואר.

כל מחלות הפריון הן נדירות הפרעות נוירודגנרטיביות קטלניות. המאפיינים הקליניים והנוירו-פתולוגיים של מחלות פריון בבני אדם דומות לאלו של מחלת אלצהיימר (AD) כגון אובדן זיכרון מהיר ואובדן תפקוד מוחי וכן דמנציה, דפורמציה ספוגית של המוח, שינויים באישיות וקשיי תנועה [15,27] .

למרות שמחלות פריון מתרחשות עקב הצטברות של אגרגטים של PrPSc רעילים במוח, המנגנון שעומד בבסיס ההמרה של PrPC ל-PrPSc והתפתחות מחלת הפריון נותר לא ידוע.

מלבד היותו מצע להתפתחות מחלות פריון, PrPC יכול לשמש כקולטן לאוליגומרים ציטוטוקסיים עמילואיד (A) [20,28] ואגרגטים מסיסים רעילים של חלבון טאו ב-AD ובטאאופתיות אחרות [29,30].

ישנם גם מחקרים מנוגדים על הקישור ל-PrPC של אוליגומרים -synuclein (-syn) במחלת פרקינסון (PD) וסינוקליינופתיות אחרות, מה שפותח את הוויכוח על תפקידו של PrPC ברעילות של -synuclein [30-33].

3. שברי חלבון פריון

PrPC יכול לעבור ארבעה פיצולים פוסט-טרמינליים, ויוצרים שברי PrP (איור 1). ה-cleavage ו-cleavage מתרחשים בתוך תחום ה-N-טרמינלי הבלתי מובנה בעוד שה-cleavage ו-PrP נשירה מתרחשים בתוך תחום C-terminal המובנה.

מלבד המחשופים שהוזכרו, PrPC נבקע בתנאים ניסיוניים עם פוספוליפאז C, אשר בקע PrPC בתוך עוגן GPI [34,35]. אתר המחשוף, אורך השבר וחיבור הממברנה מאפשרים לשברים לקחת חלק במנגנונים שונים.

3.1. -מַחשׂוֹף

המחשוף הוא המחשוף הנחקר ביותר של PrPC. זה מתרחש בתנאים פיזיולוגיים באזור ההידרופובי המרכזי של PrPC בוגר (שיירי חומצות אמינו 105-120 ברצף אנושי 111/112) [36-38] (איור 1).

המחשוף משחרר שבר של ~11 kDa N1 ואילו החלק של ~18 kDa C1 נשאר מחובר לממברנת התא על ידי ה-GPIanchor [36,39]. לעת עתה, אין אנזים ייחודי שאחראי ל--cleavage [24,40].

למרות שאתרי ביקוע נקבעו לגבי מינים, ה--cleavage istolerant לשונות רצף באזור זה כל עוד ההידרופוביות שלו נשארת שמורה [38].

מחקרים הראו ש--ביקוע במוח האנושי, במודלים של עכברים ובתרבויות עצביות מתרחש בנוכחות האנזימים ADAM10 ו-ADAM17 [41-43]. ADAM10 תורם לייצור N1 מכונן בעוד ADAM17 משתתף בעיקר ביצירת N1 עם גירוי [44 ,45]. הוכח גם כי ADAM8 חותך PrPC ליצירת N1 ו-C1 בשרירים [46].

התפקיד של ADAM8, ADAM10 ו-ADAM17 ב--cleavage נתמך גם במחקר ביו-פיזי [47]. לשבר N1 יציבות נמוכה יחסית; אף על פי כן, נמצא שהוא קיים בנוזלי גוף, הומוגנטים של רקמות או סופרנטנטים של תרבית תאים [39,48,49].

בתחילה חשבו שהפיצול מתרחש בתאים אנדוזומליים חומציים [50,51] אך מחקרים מאוחרים יותר הוכיחו כי המחשוף מתרחש במהלך הסחר השלפוחית ​​של PrPC לאורך מסלול ההפרשה [52,53].

המחשוף משתמש ב-PrPC כמצע, מה שמוביל להפחתה של פני התא. מכיוון ש-PrPC הוא גם מצע לשכפול פריונים ומתווך מפתח של רעילות במחלות פריון, AD ומחלות ניווניות אחרות, למחשוף יש השפעה ביולוגית חיובית.

החלק ה-N-טרמינלי הגמיש של PrPC חיוני לאינטראקציה של החלבון עם השותפים הקושרים המווסתים את ספיגת PrPC בסחר [54,55]. בהיעדר N1, C1 יוצר קומפלקסים על קרום התא [56] והוא יציב ומתמשך יותר על פני התא מאשר PrPC [50].

ניתן לבקע שבר C1 על פני התא ולשחרר אותו לחלל החוץ תאי [57]. נמצא כי C1 מעכב את שכפול הפריון בעכברים [58,59] בעוד שקטע N1 מגן על עצבים [60,61]; היעדר המחשוף רעיל הן לתאים והן לעכברים [47,62].

3.2. -מַחשׂוֹף

ה-cleavage מתרחש בסוף אזור החוזר של octapeptide N-terminalof site-cleavage. המחשוף נצפה בעיקר בתנאים פתולוגיים והוא דומה למחשוף. נראה שהוא פועל בהגנה.

זה מתרחש סביב שייר חומצה אמינית 90, ויוצר את הפרגמנט N2 (~9 kDa) ואת הפרגמנט C2 (~20 kDa) [36,37,48,63] (איור 1). הפיצול של PrPC מתווך על ידי מיני חמצן תגובתיים (ROS) [37,63-66].

על ידי הסרת ROS, המחשוף מגן על התאים מפני עקה חמצונית [65]. מלבד ROS, המחשוף מושרה על ידי calpains [67], פרוטאזות ליזוזומליות [68,69], או אפילו ADAM8 [47].

Proteinase K מבקע את הליבה העמידה לפרוטאזות של PrPSc (PrP27-30) ליד מיקום 90, ויוצר שבר באורך דומה ל-C2. בדומה לפרגמנט C1, גם פרגמנט C2 יכול להיפלט ממשטח התא [70].

היווצרותו של שבר כזה מצביעה על כך שפרוטאזות המעורבות ב--cleavage עשויות להיות מעורבות גם בניסיונות התא לפרק PrPSc [71,72].

3.3. -מַחשׂוֹף

מחשוף הפרוטאזות שהתגלה לאחרונה של PrPC הוא המחשוף. עדיין לא ניתן לקבוע את אתר הביקוע ב-PrPC, אך הגדלים של הפרגמנט המשוחרר N3 (~20 kDa) והפרגמנט המעוגן ב-GPI (~5 kDa) מצביעים על כך שפיצול חלבון מתרחש באזור שבין שיירי חומצות אמינו 170 ו-200 [73, 74] (איור 1).

מחקרים מצביעים על כך שהפיצול מתרחש מאוחר במסלול ההפרשה על חלבון לא מסולק בנוכחות חברים ממשפחת המטריקס מטלופרוטאז (MMP) [73].

הסיבה לכך שה--cleavage מתרחש רק ב-PrPC לא-גליקוזילאט נובעת מההפרעה הסטרית של פרוטאזות על ידי גליקנים בקרבת אתר המחשוף המוצע [40,75].

נמצא שהמחשוף קיים במינים שונים, ברקמות ובמודלים שונים של תרבית תאים. קביעת תפקידו דורשת מחקר נוסף, אם כי אינדיקציה לכמויות מוגברות של מקטע C3 במוח CJD עשויה להוביל למשמעות פתוגנית אפשרית [73].

3.4. נשירה של חלבון פריון

יש גם מחשוף חשוב של PrP בסמיכות ל-C-terminus. המחשוף משליך PrP לחלל החוץ-תאי, ומשאיר מספר קטן של שאריות חומצות אמינו על פני התא.

המחשוף תואר במחקר מוקדם [35,39,76,77] אך זכה לתשומת לב רבה יותר בשנים האחרונות בשל מעורבותו של PrP נשפך במחלות [40,63,78-83].

בדומה ל--cleavage, נשירת PrP מתרחשת בנוכחות אנזימים ממשפחת ADAM. ניסויים במבחנה ו-in vivo מצביעים על כך ש-ADAM9 ו-ADAM10 מעורבים בתהליך המחשוף והשלכת PrP [47,84–86] כאשר ADAM10 הוא ה-shddase העיקרי עבור PrP ו-ADAM9 הוא המאפנן של פעילות ADAM10 [24 ].Shed PrP נקבע לראשונה באוגרים.

במוח הנגוע בפריון של אוגרים, shedPrP ייצג כ-15% ממולקולות PrPSc [76]. ניתוח נוסף הראה ש-ADAM10 בקע את ה-PrP בין Gly228 ל-Arg229 ויצר את ה-PrP שהסתיים ב-Gly228 [84].

ניתוח שחקר את פרופיל אתר הביקוע של ADAM10 גילה שהביקוע אינו מושרה על ידי רצף ייחודי [87].

כתוצאה מכך, הפרוטאז ADAM10 יכול לייצר גרסאות של PrP נשפך בהתאם לרצף החלבון ולקונפורמציה. Jansen ועמיתיו לעבודה תיארו את קיומם של צורות PrP לא מעוגנות המסתיימות ב-Tyr225 וב-Tyr226 בחולים עם מחלת פריון [88].

המחברים אפיינו שני חולים עם מחלת פריון שנשאו מוטציות עצירה בעמדות Y226X ו-Q227X והביעו את הצורות המתאימות. באמצעות נוגדן חד שבטי V5B2 [89] הנקשר באופן ספציפי לפרגמנט של PrP המסתיים ב-Tyr226, תיארנו במקביל את קיומה של צורה חופשית של PrP בשם PrP226* [90-94].

התפלגות PrP226* במוח האנושי קשורה להפצה של PrPSc [90,94]. בשל קיומה של יותר מצורת נשירה אחת, שיערנו שהאתר הפרוטאוליטי ברצף האנושי אינו ממוקם באופן בלעדי בין שיירי חומצות אמינו 228 ו-229, אלא ממוקם בקרבת ה-C-terminus [95] (איור 1).

לאחרונה, Linsenmeier et al. פרסם מחקר מקיף על המנגנון המעורר נשירה פרוטאוליטית של PrPC [81]. באמצעות מודלים של בעלי חיים ובקרות, הם הראו כי נשירת PrP מתאם באופן שלילי עם המרת פריון וכי נשירת PrP קיימת בשפע בפלאקים עמילואידים.

הם גם חקרו את השפעת הקישור של נוגדנים מכווני PrP ל-PrPC על נטיית הנשירה. הקישור של נוגדנים אנטי-PrP שלמים לתחום המובנה ב-C-טרמינלי של PrPC או נגזרות של נוגדנים חד-שרשרתיים, המכוונים לאפיטופים חוזרים ונשנים באזור ה-octarepeat של ה-N-termina-domain גירוי נשירה, כאשר הקישור של נוגדנים אנטי-PrP שלמים ל-octarepeat. האזור של התחום ה-N-טרמינלי נעל את מבנה התחום ה-N-טרמינלי ועורר התקבצות משטח PrPC, אנדוציטוזיס ופירוק בליזוזומים [81].

4. חלבון פריון ומיאלינציה

PrPC מתבטא בשפע במערכת העצבים המרכזית (CNS) ובמערכת העצבים ההיקפית [4,5]. מחקרים במוחות של פרימטים, מוחות מכרסמים ועכברים מהונדסים הראו שהוא מועשר לאורך אקסונים ובטרמינלים פרה-סינפטים שבהם הוא מעורב בהובלה אקסונלית אנטרוגרדית ורטרוגרדית [4,17,18,96-98].

מחיקות באזור המחשוף של PrPC הראו דה-מיאלינציה חמורה הן בחוט השדרה והן בחומר הלבן המוחין in vivo [99,100] מאוחר יותר, אושר ש-PrPC האקסונלי והמחשוף שלו נחוצים עבור פרו-מיאלינציה במערכת העצבים ההיקפית [101].

באמצעות מודל עכברים Co-isogenicPrP-knockout, Kuffer et al. גילה ש-PrPC axonal מקדם תחזוקה של מיאלין בטרנס באמצעות קישור לקולטן הצמוד ל-G-חלבון Adgrg6 onSchwann עם זנב גמיש N-terminal [7].

הם גם אישרו כי עכברים חסרי PrPC פיתחו נוירופתיה כרונית דה-מיילינציה, מה שמרמז כי הומאוסטזיס מיאלינציה במערכת העצבים ההיקפית הוא פונקציה פיזיולוגית בתום לב של PrPC [7].

התחזוקה של מיאלין נמצאה מווסתת באמצעות קשירה של מקטע N-terminal-released של PrPC (ככל הנראה N1 או shed PrP) ל-Adgrg6 על תאי Schwann.

האינטראקציה הפעילה את Adgrg6, העלתה את הרמות התאיות של cAMP והפעילה מפל איתות שעודד מיאלינציה [7]. הרגולציה של תחזוקת מיאלין היקפית על ידי PrPC אושרה בחמישה זנים שונים של עכבר PrP-knockout שפיתחו נוירופתיה פריפרית מאוחרת [101-103].

לאחרונה, היה ניסיון לפתח טיפול למחלות דה-מיילינציה היקפיות המבוסס על קישור בין התחום ה-N-טרמינלי של PrPC ו-Adgrg6 [104]. במחקר זה, הם בנו מולקולת אימונו-אדהזין המורכבת משני תחומים N-טרמינליים גמישים של PrPC המקושרים למקטע מתגבש (Fc) של אימונוגלובולין G1 (FT2Fc) [104].

המולקולה הראתה תכונות פרמקוקינטיות חיוביות והראתה פוטנציאל במבחנה אך לא הצליחה להשפיע על הסימנים המולקולריים המוקדמים של דה-מיילינציה בעכברי PrP-knockout [104].

PrPC נחקר גם בקשר לפיתוח מיאלין היקפי והתחדשות לאחר פציעות עצביות [105]. מכיוון ש-PrP נמצא שניתן לבטל במנגנון זה, ניתן להניח כי ל-PrP אין תפקיד מרכזי בתהליך תיקון העצבים ההיקפיים או שהיעדרו עשוי להיות פיצוי על ידי ליגנדים אחרים [105].

מיאלינציה ותפקידים פיזיולוגיים אחרים של PrPC נחקרו באינטנסיביות על מודלים של בעלי חיים עם ביטוי גן PrP מופקע או מופקע.

מחקרים הראו השפעות שליליות מוגבלות בעכברים [102,106-109], בקר [110] ועיזים [68,111,112] בעוד שמחקרים על עכברי PrP-knockout או עיזים הראו פגמים במערכת העצבים ורגישות ללחץ חמצוני [6,101,111,113]. מספר דגמי עכברי PrP-knockout נוצרו עם רקע מעורב [106,109,114-116].

מכיוון שהמחקרים אינם ניתנים לשחזור בין מודלים, הדבר עשוי להעלות את השאלה האם פנוטיפים כלשהם שנצפו נבעו למעשה מפולימורפיזמים בגנים שמצדדים Prnp או כתוצאה מהיעדר PrPC. כדי להימנע מבעיה זו, מומלץ לחזור על ניסויי מפתח באמצעות עכברי PrPknockout קו-איזוגניים.

למרות שיש צורך להבהיר את התפקיד של PrPC במערכת העצבים המרכזית, הפרגמנטים המשוחררים של PrPC ו-PrPC הם הכרחיים בהומאוסטזיס מיאלין של עצב היקפי, אך הם עשויים להיות חיוניים בהתאוששות עצבים.

For more information:1950477648nn@gamil.com