חיווט מחדש של חילוף החומרים של גלוקוז ושומנים המושרה על ידי רצפטור 17 מצמד חלבון G מאפשר את המעבר של אבות אוליגודנדרוציטים לתאי מיאלינציה

4. דיון

בשנים האחרונות, מספר מחקרים הדגישו את הרלוונטיות של GPR17 בהתמיינות OL, תוך אימות קולטן זה לא רק כסמן של חלון זמן התבגרות מדויק (כלומר, ה-O4ועודשלב ביניים לפני OL), אך מוכיח כי הוא פועל גם כרגולטור מפתח של בידול OPC[12,19]. במיוחד, במהלך הבידול הפיזיולוגי,לאחר שלבי ביניים של OPC, יש להשתיק את GPR17 כדי לאפשר התבגרות סופנית של התאים, אירוע שככל הנראה מתרחש גם באמצעות הורדת ויסות/הפנמה של קומפלקסים של קולטני ממברנה וגם דיכוי גרעיני של שעתוק גנים gpr17 [37,40]. השתקת GPR17 פגומה, כלומר, כל מצב המוביל לביטוי חריג מתמשך של GPR17 (כגון אלו שנצפו במספר מצבים ניווניים הקשורים לדמיאלינציה), חוסם תאים בשלבים לא בשלים ותורם לפגמים ב-remyelinization [15,41]. זה הוביל להשערה שהשתקת GPR17 בזמן פועלת כ"אות ירוק" לקידום מיאלינציה יעילה על ידי העדפת תהליכים מטבוליים וביוכימיים הדרושים להבשלת תאים [13]. עם זאת, האופי וההמשך המדויק של האירועים שהופעלו על ידי השתקת GPR17 עדיין לא ידועים. כאן, טיפלנו בפער הזה על ידי, ראשית, ביצוע ניתוח טראנסקריפטומי שלם על OPCs בתנאים רגילים ולאחר חיקוי הורדת ויסות GPR17 על ידי טכנולוגיית siRNA, ולאחר מכן ניתוח של מערך הנתונים של גנים המבוטאים בצורה דיפרנציאלית על ידי גישות מבוססות מסלול ואונטולוגיה. ניתוח ראשוני זה הציע שינויים בדרכים ובתהליכים ביולוגיים שונים הידועים בחשיבותם בהבשלה של OLs, כולל מסלולי האיתות mTOR ו-Wnt, שיפוץ שלד ציטוניים וויסות אנרגיה ומטבוליזם OPC.

לחץ כאן כדי לקבל CISTANCHE עבור מחלות נוירודגנרטיביות

ניתוח מטבולומי ממוקד במהלך התמיינות OPC ובעקבות השתקת GPR17 אפשרו לנו לקבל תובנות לגבי הקשר האפשרי בין ביטוי GPR17 למטבוליזם של OPC. ב-OPCs מוקדם, כאשר ביטוי GPR17 עדיין נמוך מבחינה פיזיולוגית, התאים הציגו רמות גבוהות של מטבוליטים השייכים למחזור קרבס, שהיו הרבה פחות בשפע במועדים מאוחרים יותר, מה שמצביע על צריכתם לייצור מטבוליטים מרכזיים אחרים. זה עולה בקנה אחד עם נתוני ספרות המראים ש-OPCs פעילים יותר מבחינה מטבולית מ-OLs וכי ייצור ATP ב-OPC של מכרסמים תלוי בעיקר בזרחן חמצוני.7]. בשלבי ביניים (מ-DID 1 עד DID 3), הפרה-OLs הראו וויסות עלייה ניכר של מולקולות המעורבות בסינתזה של חומצות שומן וכולסטרול, כמו אצטיל-CoA (המייצג את המבשר של כולסטרול וחומצות שומן) ומלוניל-CoA (a תווך ספציפי של סינתזת חומצות שומן). שינויים אלו עולים בקנה אחד באופן מושלם עם התזמון של ביטוי GPR17 ב-OPCs, שהוא נמוך מאוד ביום 0, כאשר OPCs מעוררים לצאת ממחזור התא ולהתחיל התמיינות, ומגיע בהדרגה לביטוי המקסימלי שלו ב-DID 3, כאשר טרום -OLs כבר הורידו מטבוליטים המעורבים במחזור התא והם מעלים ויסות מולקולות הקשורות לסינתזה של חומצות שומן. בעולם, נתונים אלו מצביעים על כך שכאשר GPR17 מגיע לביטוי המקסימלי שלו, טרום-OLs משתמשים בעיקר בגלוקוז ובחומצות אמינו כדי לקיים ביוסינתזה של כולסטרול וחומצות שומן. יש לציין, ידוע שלמרות גליקוליזה אירובית המייצר ATP ביעילות נמוכה מזו של זרחון חמצוני, הוא מייצר את מבשרי שרשרת הפחמן הנחוצים לתמיכה ביוסינתזה של חלבון ושומנים לייצור מיאלין [42], מגביל את הייצור של ROS, ומקדם את הייצור של שומנים ארוכי חיים הנדרשים על ידי OL מיאלין [7]. כמו כן, ראינו ירידה ברמות של AMP ו-ADP מהיום 0 ל-DID 5 ועלייה חולפת של ATP בין DID 1 ל-3. נתונים אלה תואמים באופן מלא לביטוי GPR17 ותפקידו המאוחד בוויסות (בהתאם עם אחרים GPCRs) הייצור התוך תאי של AMP מחזורי (cAMP) מ-ATP במהלך התמיינות OL [13,43,44]. כאשר ביטוי GPR17 מתחיל לעלות (DID 1 עד 3), ליגנדים אנדוגניים מקדמים עלייה הדרגתית של הפעילות של חלבון ה-Gi המזוהה עם הקולטן, אשר בתורו מפחית את הייצור של cAMP [12], ובכך מביא לעלייה ברמות התוך-תאיות של ATP (כאן פועל כמצע של אדניליל ציקלאז לסינתזת cAMP), במקביל לרמות המוגברות של מטבוליטים ביו-סינתזה של שומנים (אצטיל-CoA ו-malonylCoA). נתונים אלה גם עולים בקנה אחד עם התפיסה שחילוף חומרים אנבוליים (כגון סינתזת שומנים) מתרחש בדרך כלל במצב אנרגיה נוח.

לאחר השתקת GPR17, תוצאות מהניתוח המטבולומי שלנו מרמזות על חיווט מחדש נרחב של חילוף החומרים של OPC. ראינו שינויים בשפע של חומרי ביניים של מחזור קרבס, כגון פומארט, מאלאט וציטראט (המצע ההתחלתי לסינתזה של שומנים וכולסטרול) ושל מטבוליטים אחרים המתוארים בספרות בשל תפקידם הקריטי בהישרדות ובידול OL. , כמו גם בסינתזת מיאלין, כגון קריאטין, טאורין ולקטאט [39,45,46]. למרות שהשינויים הללו היו בעלי פוטנציאל עניין מעניינים, החלטנו למקד את הניתוחים שלנו בתפקיד של לקטט, בהתבסס על קודמיםנתונים המעורבים אותו במטבוליזם תאי OL, בידול ומיאלינציה [4,47], כמו גם בתקשורת עם נוירונים סמוכים וגליה [48]. ניתוח של ריבוי לקטט תוך תאי במהלך התמיינות פיזיולוגית של OPC הראה קינטיקה בעקבות זו של GPR17 (רמות גבוהות בשלבי ביניים, רמות נמוכות בשלבים ראשוניים וסופיים), בעוד שלאחר השתקת GPR17, רמות הלקטט ירדו בטרם עת, והגיעו למינימום בשלבי ביניים. הקשר בין ביטוי GPR17 ושפע לקטט נצפה בעבר במחקרים אחרונים, שבהם נמצאה עלייה בגליקוליזה וייצור לקטט, משנית לשינוי בציר cAMP-PKA-PDK1, ב-OLs שמקורם בחיות נוק-אאוט מסוג GPR17 [49]. לפי זה, ניתוח המיקרו-מערך שלנו על OPCs מושתקים17-הדגים את הוויסות העל של הגנים הקשורים לגליקוליזה ולייצור לקטט (PFK, PDK1, LDH); עם זאת, מצד שני, הנתונים המטבוליים שלנו הראו ירידה ברמות תוך-תאיות לקטט. כדי לשפוך אור על התוצאות המנוגדות לכאורה הללו, הערכנו את שחרור המטבוליט הזה במדיה התרבותית. רמות לקטט מוגברות נמצאו באותם זמנים שבהם נמצאו ריכוזי לקטט מופחתים בציטופלזמה של התאים, דבר המצביע על שחרור של מטבוליט זה באופן חוץ-תאי, וכי GPR17 ב-OLs יכול למלא תפקיד חשוב בהובלת מטבוליטי אנרגיה לתאי עצב. השערה זו מאוששת על ידי ממצא עדכני שמראה כי בעכברי נוקאאוט GPR17, רמות הלקטאט מוגברות בסביבת הנוירונים ההיפותלמוס יכולים לווסת את הפעילות הנוירונית באמצעות הפעלה של מסלולי AKT ו-STAT3 [49]. בהתבסס על ראיות אלו, אנו משערים שמנגנון דומה יכול לחול על טאורין וקריאטין, אשר ידועים כמווסתים באופן חיובי את תהליך המיאלינציה [45,46], ואשר הרמות התוך-תאיות שלהם אכן מופחתות ב-GPR17-OPC מושתקים. יש לציין, הוכח כי נוירונים אינם מבטאים את האנזימים האחראים לסינתזה של המטבוליטים הללו, מה שמרמז שהם יכולים לנבוע רק מתאי גליה שכנים [50,51]. 

היכולת של OLs לייבא לקטט או לשחרר אותו חוץ-תאי מתווכת על ידי טרנספורטר מונוקרבוקסילאט 1 (MCT1), האחראי על ההובלה הפסיבית של לקטט ומימן לכיוון הציטופלזמה או הסביבה החוץ-תאית בתגובה לריכוזיו בשני התאים [47,52]. למרות תצפיות in vivo המצביעות על כך שהמחסור ב-MCT1 ב-OLs ובאבותיהם בתקופה המוקדמת שלאחר הלידה ובבגרות המוקדמת אינו משפיע על המיאלינציה, אולי בשל זמינותם של חומרי ביניים אנרגטיים אחרים כגון גלוקוז, במהלך הבגרות, אובדן של MCT1. מוביל לאקסונופתיה והיפו-מיאלינציה, המדגים את התפקיד החיוני שממלאות חומצות מונו-קרבוקסיליות בהומאוסטזיס האנרגטי של OLs [53]. במחקר שלנו, העלייה בלקטאט החוץ-תאי שנצפתה לאחר השתקת GPR17 הייתה קשורה להתבגרות מואצת, מה שהעלה את האפשרות שלקטט ששוחרר על ידי OLs בוגרים יכול להיקלט על ידי OLs לא בשלים כדי לשפר את הבשלתם בצורה אוטוקרינית. כדי להעריך השערה זו, חסמנו את שחרור הלקטט על ידי חשיפת OPC17-משתקים למעכב MCT1 סלקטיבי. הפחתת זרימת הלקטט אכן הובילה לירידה בהבשלה של OPC, מה שמרמז כי הורדת ויסות GPR17 יכולה לטפח את שחרור הלקטט באופן חוץ-תאי, ובכך להפיץ את תהליך ההבשלה לתאים סמוכים. בהתאם לכך, מחקרים עדכניים הראו כי לקטט יכול לקדם ישירות את קצב מחזור התאים ואת ההתמיינות של OPCs [39]. 

שינויי הביטוי שנצפו לאחר השתקת GPR17 הצביעו גם על קשר פוטנציאלי בין ביטוי GPR17 והפעלה של מסלולים סינתטיים של שומנים וכולסטרול. בין השינויים הרלוונטיים ביותר, מצאנו ביטוי מוגבר של LXR וגני המטרה שלו, SREBP1c, ABCG1 ו-ABCA1. היכולת של LXR כדי לקדם התמיינות תאים ב-OLs הוכח in vivo בעקבות דה-מיאלינציה המושרה על ידי ליסוליציטין: LXR הפעלה הן על ידי אגוניסטים טבעיים (כלומר, אוקסיסטרולים) והן על ידי אגוניסטים סינתטיים קידמה remyelination של אזורים המושפעים מפציעה demyelinating [54]. אוקסיסטרולים הם גם מולקולות פרו-דלקתיות המסוגלות להפעיל מספר קולטנים צמודים לחלבון G, כולל GPR17 [55], שהיכולת שלו להגיב לאותות חירום הקשורים ללחץ חמצוני, דלקת עצבית וניוון עצבי ידועה ברבים. שינויי ביטוי של גורמי התעתוק שתוארו לעיל נחוצים גם לארגון מחדש של חילוף החומרים השומנים המתרחש במהלך הבשלת OLs [56], מה שמאפשר לתאים אלה להגביר את הסינתזה שלכיתות שומנים ספציפיות ולשנות בהדרגה את הרכב קרום הפלזמה שלהם [2]. שינוי זה מאפיין את המעבר מ-OPCs ל-OLs בוגר; לדוגמה, הוכח שחלק מהגליקוספינגוליפידים הספציפיים למיאלין מתחילים להיווצר בסמוך להתמיינות סופנית ונשמרים ב-OLs בוגרים המיאליניים [57]. הנתונים הליפידומיים שלנו מצביעים על כך שביטוי GPR17 עשוי להשפיע ישירות על שפע השומנים הספציפיים למיאלין, כגון סרמידים וספינגומיאלינים. האיזון הנכון בין סינתזה ופירוק של ספינגוליפידים הוכח כבעל תפקיד קריטי בשמירה על שלמות המיאלין [58,59]. יתרה מכך, גילינו כי נפילה של GPR17 ב-DID 5 הובילה לירידה ברמות של מספר diacyl-PCs ו-diacyl-Pes, שהם המינים העיקריים המיוצגים בממברנת המיאלין כפי שדווח בספרות [60–62]. הממצא כי שומנים אלו עשויים למלא תפקיד בייצוב קו תקופת הפתיחה של המיאלין [61] תומך עוד יותר בתפקיד המפתח של GPR17 כשחקן מפתח בקביעת הרכב המיאלין ותפקודו. למרות ירידה ברמות של diacyl-PCs ו- diacyl-PEs, מצאנו גם רמות מוגברות של מספר פלזמלוגנים (כלומר, acyl-alkyl-PC) עם דלדול GPR17 ב-DID5. פלזמלוגנים אלה שמקורם ב-PC הוצעו כסוכני הגנה במיאלין מכיוון שהם מונעים חמצון שומנים בקרום על ידי מיני חמצן תגובתיים [63,64]. השפעות ההגנה של פלסמלוגנים יוחסו לאטום המימן הסמוך לקשר האתר ויניל. ואכן, אטום מימן זה יכול להיות רגיש יותר לחמצון בהתייחס לקישור האסטר הקיים בדיאציל-PC ודיאציל-PE.63,64]. יתר על כן, מיאלין פלזמולוגנים משתתפים ביצירת ממברנה ו/או בתחזוקה [65,66]. בהתבסס על התוצאות שלנו, אנו מסיקים ש-GPR17 חשוב גם בוויסות האיזון בין diacyl-PC ו-diacyl-PE והפלזמלוגנים שלהם בהתאמה כדי להבטיח את המבנה והתפקוד האופטימליים של המיאלין. עם זאת, יש לקחת בחשבון שהפלזמלוגנים עשויים להיות מוגברים ללא GPR17 כמנגנון הגנה לאור תפקידם נוגד החמצון. שינוי בשומני המיאלין תואר גם בחולדות סוכרתיות [62], העומד בבסיס הקשר בין מטבוליזם של גלוקוז למיאלינציה. דווח כי מחלות המאופיינות בחוסר ויסות של חילוף החומרים של שומנים או גלוקוז (כלומר, דיסליפידמיה וסוכרת) קשורות לסיכון גבוה יותר לטרשת נפוצה.67,68], למרות שהמנגנונים הפתוגנטיים המדויקים המקשרים את הפרעות בתפקוד המטבולי הללו לטרשת נפוצה עדיין מתווכחים במידה רבה. יתרה מכך, ניתוח המסה הספקטרומטרי גילה שפע מוגבר של פוספוליפידים והפחתה בתכולת הספינגוליפידים בחומר הלבן הרגיל (NAWM) של נבדקים עם טרשת נפוצה פעילה [69], מה שמצביע על כך ששינויים מטבוליים ספציפיים עשויים להופיע לפני הופעת נגעים דה-מיילינציה. יש לציין, במחקר קודם, הראינו שה-NAWM של חולי טרשת נפוצה מציגה את השפע הגבוה ביותר של תאים המבטאים GPR17- בהשוואה לנגעי טרשת נפוצה ול-WM של נבדקים בריאים [20].

המחקר שלנו הוא הראשון שהראה את המעורבות של הורדת וויסות GPR17 בחיווט מחדש של חילוף החומרים של OPC במהלך הבידול, אך יש לקחת בחשבון כמה מגבלות/אזהרות. ראשית, במחקר זה, השתמשנו בתרביות ראשוניות, שבהשוואה לשורות תאים יש להן יתרונות וחסרונות. למרות ש-OLs ראשוניים נוטים יותר להגיע לשלב המיאלינציה, לנתונים המתקבלים באמצעות תאים אלה עשויות להיות שונות גבוהה יותר, בשל העובדה ש-OPCs אינם מסונכרנים ולכן הם עוקבים אחר קינטיקה התבגרות שונה במקצת במבחנה בין ניסויים עצמאיים. עם זאת, כדי להתמודד עם בעיה זו, יישמנו שיטת ניתוח המזהה דגימות החורגות בפרופיל המטבולומי שלהן מדגימות אחרות מאותה קבוצה, מה שמאפשר חלוקה מחדש לקבוצה המתאימה. שנית, השתמשנו בגישה מטבולומית ממוקדת שאפשרה לנו לאסוף מספר רמות מטבוליטים ושינויים במסלולים מטבוליים מייצגים. ככזה, ניתוח מטבולומי מקיף לא ממוקד (ללא הגדרה אפריורית של מטבוליטים לזיהוי) יכול להיות אינפורמטיבי נוסף לגבי מטבוליטים אחרים שאינם נחשבים במטבולומיקה הממוקדת שלנו, ובכך ליצור השערות עבודה חדשות בתחום. שלישית, למרות שהמחקר שלנו מייצג התקדמות משמעותית בהבנת תפקידו של GPR17 בהתבגרות של OPC, נותרה עבודה נוספת הכרחית כדי להעריך את הרלוונטיות של השינויים המטבוליים שנגרמו כתוצאה מירידה בוויסות שלו במצבים פתולוגיים. בהקשר זה, מחקרים עתידיים יכוונו להעריך האם ניתן לנצל אפנון GPR17 כדי לשפר את חילוף החומרים של OL במהלך דינמיקה של דה-מיאלינציה/ remylinization במודלים של בעלי חיים של טרשת נפוצהוהאם חוסר ויסות GPR17 עשוי להיות מתאם עם שינויים מטבוליים ספציפיים בנגעי טרשת נפוצה אנושית וב-NAWM.

ביחד, התוצאות שלנו מצביעות על כך שהקולטן GPR17 עשוי לשמש כנקודת ביקורת הכרוכהמעכב מיאלינציה מוקדמת ושומר על תגובתיות התאיםלאותות תאיים ולהדגיש את המעורבות של הורדת הרגולציה של GPR17בתוך התיאום אנרגיהוסידור מחדש של חילוף החומרים של שומניםנדרש עבור התבגרות OPC, מספק רמזים חיוניים עלמטבוליטים ביו-אקטיבייםושומנים מווסתיםעל ידי הקולטן. בהתבסס על הנתונים הקודמים שלנו על שינויים בביטוי GPR17 בפתוגנזה של טרשת נפוצה וכישלון רמיאלינציה, אנו מציעים שתובנות תפקודיות ומכניסטיות אלואתה נותן השראה לגישות תרופתיות וטיפוליות חדשותבשביל הריפוי של מחלות ניווניות. 

הפניות

1. תחת, AM; פפניקולאו, מ.; Rivera, A. Physiology of Oligodendroglia.עו"ד Exp. Med. ביול.2019, 1175, 117–128. [CrossRef] [PubMed] 

2. נוה, ק"א; ורנר, HB מיאלינציה של מערכת העצבים: מנגנונים ותפקודים.אננו. Rev. Cell Dev. ביול.2014, 30, 503–533. [CrossRef] [PubMed]

3. נארין, מ.; Colognato, H. תובנות נוכחיות לגבי חילוף החומרים של אוליגודנדרוציטים וכוחו לפסל את נוף המיאלין.חֲזִית. תָא. Neurosci.2022, 16, 892968. [CrossRef] 

4. Tepavcevic, V. Oligodendroglial Energy Metabolism and (re) Myelination.חַיִים2021, 11, 238. [CrossRef] [PubMed] 

5. ראו, VTS; חאן, ד.; Cui, QL; Fuh, SC; חוסיין, ש.; אלמזן, ג.; Multhaup, G.; הילי, LM; קנדי, TE; Antel, JP פרופילים מטבוליים תלויי גיל ומצב בידול של אוליגודנדרוציטים בתנאים אופטימליים ומתח.PLoS ONE2017, 12, e0182372. [CrossRef] 

6. שוינפלד, ר.; וונג, א.; סילבה, ג'; לי, מ.; איטו, א.; Horiuchi, M.; Itoh, T.; תענוג, ד.; Cortopassi, G. Oligodendroglial התמיינות משרה גנים מיטוכונדריאליים ועיכוב תפקוד המיטוכונדריאלי מדכא התמיינות אוליגודנדרוגלית.מיטוכונדריון2010, 10, 143–150. [CrossRef] 

7. רון, מ.ב; Cui, QL; פאנג, ג'; וואנג, LC; ג'אנג, ג'. חאן, ד.; בדר, מ.; אלמזן, ג.; לודווין, סק; ג'ונס, ר.; et al. אוליגודנדרגליופתיה בטרשת נפוצה: קצב חילוף חומרים גליקוליטי נמוך מקדם את הישרדות האוליגודנדרוציטים.J. Neurosci.2016, 36, 4698–4707. [CrossRef]

תבקש עוד:

דוא"ל:wallence.suen@wecistanche.com

ווטסאפ/טלפון: פלוס 86 15292862950

לִקְנוֹת:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop