文摘
磷脂酶一2(中国人民解放军2s)代表lipid-modifying酶的最大的组织之一。多年来,取得了重大进展了解他们的潜在的生理和病理功能。根据他们的要求激活钙,解放军2年代分为钙依赖和独立。本文主要集中在大脑calcium-independent解放军2(iPLA2)的机制和影响神经功能和调节突触可塑性。iPLA将特别关注2γ同种型及其突触谷氨酸受体的调节作用。特别是,本文论述了大脑iPLA的可能性2γ缺陷可能会破坏正常的突触操作,可能导致一些脑部疾病的病因学。在这方面,提出了新的数据表明iPLA2γ缺陷突出AMPA受体不稳定和τ磷酸化,这表明这个iPLA2同种型应考虑作为一个潜在的目标治疗Tau-related紊乱。
1。介绍
神经系统是由集成神经电路都需要不断适应稳定他们的活动的扰动,改变,例如,神经兴奋性。现象符合这个定义包括固有神经元活动性质的依赖性活动的监管1,2),预处理和突触后的兴奋性突触可塑性形式,如突触缩放调整所有神经元的兴奋性突触向上或向下朝着正确的方向稳定射击(3,4];在神经兴奋和抑制网络的平衡(5,6];补偿突触数量的变化(7];同位语的突触前和突触后元素(4)和化生的机制,调整长期突触变化操作(8,9]。一般来说,相信最后的神经电路的改进依赖于稳定的功能适当的连接和消除不恰当的。
当突触形成的分子机制都进行了广泛的研究,很少有人了解的分子机制,负责稳定突触连接。在最近几年,然而,它提出了AMPA亚型谷氨酸受体的水平发现在神经元连接可能是一个关键组件的稳定控制突触前输入和突触后脊柱形态发生(见[10])。在本文中,我们将重点放在一个特定的计划的可能性2同种型可以与AMPA受体交互属性突触稳定作出贡献。我们将在这条线,表明iPLA呈现一些新的信息2γ不足可能会破坏正常的海马记忆形成和稳定机制导致阿尔茨海默病病理。
2。iPLA2亚型,长期势差,稳定性和内存
磷脂酶一2(中国人民解放军2s)构成一个庞大而多样化的组酶具有广泛的生物功能,从膜合成和营业额的生成信号分子。到目前为止,超过20个亚型的解放军2具有多样化的特征,包括钙需求和亚细胞定位,已确定。基于核苷酸序列以及其他属性,解放军2年代分为15组(I-XV) (11,12]。发布的几种类型的小计划2(~ 14 kDa)要求最优毫克分子数量的钙激活。这些酶在历史上被称为分泌形式的解放军2(或没有2)。其余的组织更大的蛋白质,在细胞内的隔间本地化,则依赖于钙或者独立。
第一个细胞内解放军2克隆是一种蛋白质85 kda,归类为解放军第四组2(13,14]。这种酶,现在被指定为胞质解放军2α(cPLA2α),细胞外信号的影响下可能诱发钙动员和磷酸化反应(13]。另一组中国人民解放军2第六(集团),不需要钙变化活动,已克隆(15- - - - - -17]。这个计划2同种型已被指定为calcium-independent解放军2(iPLA2)(表1)[14,18),根据大量的生化证据可能占大多数人民解放军2在静止的条件下活动。而cPLA2和解放军2一般被认为是优先参与AA释放,新兴证据表明iPLA2活动可以有助于二十二碳六烯酸(DHA)释放脑磷脂。药物,iPLA2活动明显减少bromoenol内酯(贝尔),自杀衬底,不是解放军的有效抑制剂2或cPLA2在类似的浓度15,19]。几个有趣的评论都被认为是解放军的生理和病理功能2酶(19- - - - - -30.]。在本文中,我们描述新的iPLA和独特的功能角色2在大脑谷氨酸受体的调节功能,神经可塑性和神经退化过程。
在中国人民解放军2酶,第四组(cPLA2)和组六世(iPLA2)家庭代表胞内酶和脂肪酶的催化丝氨酸共识主题。各种各样的研究,包括基因打靶,表明第四组一个cPLA2(cPLA2α),这是由calcium-dependent膜易位和增殖蛋白激酶(MAPK)磷酸化的依赖,对stimulus-dependent至关重要类二十烷酸生物合成(31日,32]。另一方面,集团VI一个iPLA2(iPLA2β)和第六组BiPLA2(iPLA2γ磷脂酶)亚型主要展览活动,而其他iPLA2亚型δ,ε,ξ,η显示甘油三酯脂肪酶和transacylase活动(见表1)[33,34]。这个家庭的成员共享一个蛋白质域在patatin最初发现,马铃薯块茎的最丰富的蛋白质。Patatin(也称为iPLA2α)是一种脂质水解酶与一个不寻常的折叠拓扑不同于古典脂酶。催化二分体(Ser-Asp)而非催化三分子(Ser-His-Asp)是古典脂酶和不包含盖子域通常所需界面激活(35]。催化二分体位于守恒的催化域和patatin / iPLA2显示40%的同源性α。催化中心附近,有一个守恒的核苷酸结合主题。iPLA-type酶(即。,iPLA2β和iPLA2γ)通常拥有一个长n端结构域,它可能参与蛋白质的相互作用,不同的翻译,膜生成。像许多蛋白质包含uptake-targeting Ser-Lys-Leu (SKL)序列,人们已经发现,iPLA2g与过氧化物酶病膜(紧密相关36]。lipase-type酶(即。,iPLA2亚型δ,ε,ξ和η)缺乏n端结构域和被认为行为主要在甘油三酯或其他中性脂质在脂滴37]。很少有人了解大脑发育iPLA的表情2在大脑中。在鼠标,iPLA的表情2酶已经被报道在矢状的部分在一天胚胎14.5 [38]。在这个阶段,最强的表情出现在大脑的翼板发展与著名的后脑中脑的表达式也在一个类似的地区。IPLA2年代似乎也表示在发展中间脑和前脑的端脑。原位杂交的研究显示,在几个阶段的人类胚胎和胎儿发育早期,iPLA2年代显示一个动态表达式模式表达式的位置和表达细胞的分化状态。总之,iPLA2s表示前脑、中脑前可检测在后脑。在整个大脑发育,iPLA2年代主要表达在增殖区,说明这些酶对神经元早期发育很重要38]。两组六世的精确的表达模式一个iPLA2(iPLA2β)和第六组BiPLA2(iPLA2γ)酶仍不清楚,未来的研究将是一个重要的优先权iPLA的精确识别2亚型负责大脑的发展和稳定。
第六组一个iPLA2β,最广泛研究iPLA2同种型,涉及多种细胞活动,例如磷脂改造(18,39],类二十烷酸的形成[40),细胞生长41,42,细胞凋亡43,激活门店渠道和容性钙流入(44]。破坏iPLA2β基因导致精子运动性(45),减轻胰岛素分泌(46,47与铁dyshomeostasis[],和神经障碍48]。第六组BiPLA2γ是一种膜结合iPLA2酶具有独特的特性,如利用生产不同大小不同的翻译起始位点的酶与不同的亚细胞的本地化(36,49- - - - - -53)和磷脂sn-1 / sn-2位置特异性、选择性,不同基质中(54]。iPLA2γ氨基端地区有一个线粒体定位信号和过氧化物酶病糖基附近的定位信号和88 - kda全长63 kda iPLA翻译产品2γ分别优先分布在线粒体和过氧化物酶体(49- - - - - -51]。在大脑中,iPLA2构成了主要的磷脂酶活性在静止条件下(55,56]。逆转录-聚合酶链反应试验表明,老鼠大脑,既定的mrna表达至少3 calcium-independent解放军2亚型,iPLA2β,iPLA2γ和cPLA2γ(16,57,58]。中国人民解放军这些亚型具有不同的敏感性2抑制剂,包括不同的对映体抑制剂;詹金斯et al。59)建立了贝尔的(S)对映体选择性地降低iPLA2β活动,而其iPLA (R)对映体块2γ同种型更有效率。
尽管iPLA是知之甚少2在神经元功能,越来越多的证据表明他们的参与海马突触(LTP)的兴奋性长期电位化(55,60]。海马LTP,首先描述了幸福,四个1973年,通常被视为功能性突触模型适应(即。可塑性)可能参与某种形式的学习和记忆(61年- - - - - -63年]。中国人民解放军2活动增加膜的准备后齿状回LTP感应在麻醉大鼠64年];它提出了中国人民解放军2可以通过提升参与海马LTP表达式的生产花生四烯酸(AA)在glutamatergic逆行可能增加发射机释放突触(65年,66年]。解放军假设便利化的发射机释放2年代发生在LTP iPLA钢筋的事实2活动所需的膜融合过程中起着重要的作用胞外分泌[21,67年]。
认为iPLA2活动可能促进LTP表达增加与谷氨酸释放,然而,许多报告表明突触,至少在海马CA1区,不依赖于发射机释放的变化,而是由upregulation突触后反应由alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic酸AMPA受体在glutamatergic突触(68年,69年]。一些变化已经在LTP突触后网站报道,包括更快的受体离子通道动力学(70年,71年),重新分配现有的在突触后受体密度(72年),并插入新的在突触受体(73年,74年]。与这些观察结果一致,我们最近表明,预处理与iPLA海马片2抑制剂贝尔完全废除AMPA受体易位在CA1海马LTP(突触膜和表达75年]。有趣的是,LTP和AMPA受体易位显示enantio-selective iPLA障碍2γ拦截器(R)贝尔iPLA但不是2β抑制剂(S)贝尔,这表明iPLA2γ代表了同种型管理海马突触稳定性至关重要。iPLA2γ信使rna和蛋白质丰富的内质网(ER)高尔基器在几个细胞类型(57),他们可能对于不同的细胞内走私途径,如逆行运动从高尔基氏复合体,运输材料从trans-Golgi网络质膜,膜或回收,通过内吞作用的受体通路(21]。特别是,Pechoux et al。76年)报道,iPLA2抑制减缓运输——酪蛋白从内质网到高尔基体的和trans-Golgi网络质膜,表明iPLA2可以参与膜贩运事件导致牛奶蛋白质的分泌。自AMPA受体贩卖ER-Golgi复杂的突触后膜非常参与LTP (77年),iPLA2γ同种型可能适合促进AMPA受体从细胞内池在LTP突触膜易位。
动物实验显示,解放军2抑制导致突触可塑性损伤和减少记忆任务的性能。例如,以前解放军的颅内注射2抑制剂到小鸡中间内侧hyperstriatum ventrale限制被动回避任务的学习(78年),而在大鼠腹腔内注射阻碍在莫里斯水迷宫空间学习(79年]。同样,intracerebroventricular或特定iPLA intrahippocampal注入2抑制剂削弱空间工作记忆在啮齿动物80年]。此外,收购试验中降压抑制性回避在老鼠被证明是与iPLA增加2在海马活动,而双边注入iPLA2抑制剂地区培训前背侧海马的CA1阻碍了短期和长期记忆(81年]。在修改协议开发测试内存检索,同一组最近显示,注射的双重cPLA2和iPLA2抑制剂棕榈酰trifluoromethylketone地区老鼠背侧海马的CA1前性能测试受损降压训练行为抑制性回避任务(82年]。重要的是,记忆检索解放军后重新复苏2活动,表明这些解放军2年代确实是内存稳定所必需的。因此,完整iPLA2活动似乎是适当的内存收购以及检索的关键。然而,iPLA的身份2亚型参与记忆获取和检索仍有待确定。
3所示。iPLA2和神经细胞死亡机制
最近,来自研究的证据表明iPLA nonneuronal细胞2酶对细胞死亡可能有不同的影响。首先,本构iPLA2自iPLA活动可能导致细胞死亡2β过度放大thapsigargin-induced细胞凋亡在INS-1胰岛瘤细胞(83年)和加速U937细胞死亡后长期接触过氧化氢(84年]。iPLA2已被证明星形胶质细胞的氧化损伤中发挥关键作用85年],封锁了贝尔抑制了低聚物的淀粉样蛋白-β(一个β1-42)诱导的线粒体膜电位损失和这些细胞活性氧产量(86年]。此外,iPLA2抑制减少梗塞的大小由全球缺血(87年]。另一方面,iPLA2活动也已被证明能够防止细胞死亡,iPLA的抑制2强调了oxidant-induced细胞死亡在肾近端小管细胞和星形胶质细胞88年,89年]。同样,iPLA2对神经元活动也可能有害或有益的影响。例如,急性iPLA抑制2活动外消旋贝尔被发现在organotypic海马神经保护片接触oxygen-glucose剥夺(90年]。相比之下,不成熟的文化主要皮质神经元接触几天贝尔显示细胞生存能力下降和神经炎的增长91年,92年]。此外,iPLA2β基因敲除小鼠表现出异常的运动行为可能与液泡的外观和ubiquitin-positive轴突肿胀(球状体)的多个脑区93年,94年),这表明iPLA2β功能障碍会导致轴突萎缩症。
而iPLA报道的影响2对细胞生存能力主要是归因于iPLA2β,iPLA的参与2γ同种型明显要少得多。一个以前的报告表明,iPLA2γ本地化在线粒体催化AA介导线粒体通透性转换的解放,细胞凋亡的关键控制点(95年]。另一方面,iPLA2γ表达式可能起到cytoprotective作用在complement-mediated肾小球上皮细胞损伤(96年]。此外,最近的研究结果显示,本构iPLA从我们的实验室2γ活动可能代表一个重要的神经系统限制大脑excitotoxic损害的能力。特别是,我们表明,iPLA2γenantio-specific抑制剂的抑制(R)贝尔使培养的海马片更容易AMPA-mediated会(97年]。Overactivation N-methyl-D-aspartic酸(NMDA)或AMPA受体导致大量钙离子进入细胞,导致许多酶的激活,包括atp酶、脂酶、蛋白酶、内切酶,反过来,消耗能量商店或损伤细胞膜,细胞结构或核组件,分别。会被报道为多种神经病理障碍,包括缺血性中风、癫痫、肌萎缩性脊髓侧索硬化症,阿尔茨海默病(AD) [98年,99年]。
有趣的是,iPLA2γinhibition-induced增强AMPA-mediated毒性与AMPA受体的选择性磷酸化和upregulation GluR1但不是GluR2子单元在突触膜分数(97年,98年,One hundred.]。在海马体,AMPA受体通常形式形成包含2份每个GluR1 GluR2子单元。现在公认的是,GluR2单元呈现AMPA受体的存在不透水钙。因此,它的存在与否起着至关重要的作用在决定细胞钙稳态和敏感性会(101年,102年]。因此,iPLA2γ抑制,通过促进表面表达的GluR1 GluR2子单元(反映在GluR1 / GluR2比率上升膜分数),可能会加剧excitotoxic细胞死亡的增加形成GluR2-lacking AMPA受体,使不良Ca2 +在长期的AMPA受体激活涌入。符合这种可能性,更大的细胞死亡iPLA后观察2γ阻碍抑制GluR1/3-specific AMPA受体拮抗剂(97年]。如何抑制iPLA2γ在突触膜影响AMPA受体亚型的表达仍然是一个悬而未决的问题。正如前面提到的,这可能是结果的影响通过胞内脂肪酶蛋白质运输分泌通路(76年]。还有其他情况下GluR1子单元中有选择地调节海马神经元,神经元活动后抑制等引起的长期封锁AMPA受体(103年)或肿瘤坏死因子-α受体激活(104年]。在后一种情况下,它被建议upregulation GluR1 homomeric受体可能产生的储备池non-GluR2-containing AMPA受体位于膜附近。独立的确切机制,这些观察提高本构iPLA的可能性2γ活动可能是一个至关重要的机制来维持突触稳定性和构成的分子装置,防止神经功能。
4所示。iPLA2功能障碍和神经退行性疾病
如前所述,cPLA2和解放军2一般被认为是优先参与AA释放;证据表明iPLA2活动可以有助于二十二碳六烯酸(DHA)释放脑磷脂(105年]。大脑iPLA的第一个建议2活动可能是至关重要的DHA释放来自Strokin等的研究。106年DHA)表明,外消旋贝尔抑制星形胶质细胞释放。小干扰rna沉默后,使用程序,同一组表明,DHA从星形磷脂释放主要是依赖iPLA2γ活动(107年]。DHA是一种最丰富的ω- 3多不饱和脂肪酸(PUFA)存在于哺乳动物大脑的磷脂108年),被公认为是重要的神经膜和大脑功能完整的维护(109年]。在膳食摄入DHA缺乏与低性能相关的学习任务在啮齿动物110年- - - - - -112年]。另一方面,DHA膳食补充了降低风险的发展广告(113年- - - - - -115年],发挥神经保护行动在老鼠模型中提出的许多方面帕金森病(116年),而高脂肪消费结合低摄入ω- 3 PUFA提升广告神经病理学(117年]。两个iPLA2活动和DHA水平已报告在AD患者的血浆(减少118年,119年]。低iPLA2在广告的大脑活动也被报告(120年,121年]。是否iPLA下降2γ广告活动是一个因素病理还有待建立。许多神经生物学的研究已经证明,DHA可能作用在不同的细胞通路,以抵消几个分子的表现广告。例如,有强烈迹象表明,DHA在大脑中释放可能减少氧化应激(122年,123年和glutamate-induced毒性124年]。在这条线,DHA-induced减少excitotoxic损伤海马可能依赖的内化AMPA受体(125年]。DHA的潜在能力,以减少半胱天冬酶激活(114年,115年),一个β肽积累,τhyperphosphorylation [126年,127年)也强烈支持这一概念,DHA缺乏,由于iPLA2不足,可以代表一个前兆事件可以启动细胞病理学表现的广告。
通常,τ主要本地化神经元轴突,它调节微管的稳定性和组装128年,129年]。这样做,τ生成部分稳定,但仍动态,在微管对轴突生长和有效的轴突运输很重要130年]。除了绑定微管,但并不是所有的研究提供证据表明,τ可以相互作用,直接或间接,肌动蛋白和肌动蛋白聚合以及影响肌动蛋白丝之间的相互作用与微管(131年,132年]。此外,τ似乎与质膜和几位参与信号转导蛋白133年- - - - - -141年]。从病理学的角度来看,τ障碍(即生化所产生的缺陷。,aberrant phosphorylation, truncation, and glycosylation) has been proposed to be an important factor contributing to the initiation and development of several neuropathological conditions such as AD [142年- - - - - -147年]。正如上面所讨论的,iPLA低2广告活动中观察到大脑和iPLA2考虑我们的假设γ是一个重要因素控制AMPA-mediated毒性在海马体中,我们预期在iPLA缺陷吗2γ活动可以有助于增强τ磷酸化。在这里,我们提出的第一个实验证据τ选择性抑制iPLA后变得过度磷酸化2γ。我们首先检查τ磷酸化水平Ser199残渣后治疗海马切片R-BEL和S-BEL iPLA优先块2γ或iPLA2β分别为(见化学结构;图1(一))。在最初的实验中,我们观察到海马组织强烈并始终沾抗体识别磷酸化Ser199抗原决定基62 kDa的τ同种型(图1 (b)前面板)。如图1,染色过度磷酸化τ同种型iPLA后增加2γ由R-BEL抑制。当水平染色的结果归一化Tau-5(承认τ独立磷酸化抗体),看来R-BEL高浓度的磷酸化τ浓度测试,极大的增加%在片preincubated 3人力资源控制权值。然而,同样的分析表明,磷酸化的τSer199没有被暴露在iPLA改变2β抑制剂S-BEL。值得注意的是水平的Tau-5海马切片的免疫反应性没有显著改变了治疗与R -或S-BEL,表明iPLA2γinhibition-induced增加Ser199磷酸化不依赖于τ合成和/或降解。De-Paula和合作者最近显示,注射的双重cPLA2和iPLA2抑制剂甲基arachidonyl fluorophosphonate (MAFP)诱导τ磷酸化Ser214 [148年]。与我们的结果,然而,他们报告说,τhyperphosphorylation与减少总τ的水平(149年),这表明两cPLA抑制2和iPLA2可能会影响一些Tau蛋白的生化方面。因此,最近的实验结果提供证据表明cPLA2和iPLA2活动可以扮演不同的角色在脊髓损伤(150年]。我们最近测试的影响R-BEL-mediated iPLA2γ抑制τ亚细胞定位在CA1锥体细胞。使用organotypic海马切片培养转基因小鼠表达人类τ,我们观察到具体iPLA治疗2γ抑制剂(R)贝尔12 h导致增加在τ磷酸化Thr231网站。高分辨率成像显示,过度磷酸化τ主要是局部海马锥体神经元的胞体和树突(见图2)。
(一)
(b)
(一)
(b)
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(e)
(f)
AD发病机制的一个核心假设是生产的细胞毒性β肽会损害神经活动并导致记忆和认知下降(151年]。一些计划2酶可能加剧β细胞毒性,β肽刺激cPLA2α神经元的活动文化(86年)和初级皮层星形胶质细胞(152年];此外,一个β全身的转基因小鼠模型的学习和记忆赤字广告由基因消融cPLA阻止2α活动在大脑152年]。另一方面,它已被证实iPLA2活动是至关重要的维持膜磷脂完整性通过减少过氧化损伤,特别是源于线粒体。在这方面,iPLA2表达阻止线粒体膜电位的损失和变弱细胞色素c的释放以及其他的凋亡蛋白,并最终减少细胞凋亡INS-1细胞暴露于staurosporine [153年]。此外,金赛等。95年,154年报道称,解放军的重要组成部分2兔肾近端小管细胞的线粒体的活动是由iPLA提供的2γ和预防的基底是至关重要的脂质过氧化和维护线粒体的可行性。根据最近的研究,提出一个β全身的神经毒性可能来源于线粒体缺陷。事实上,在体外实验表明,β肽可以通过细胞内化,导入线粒体,最终引起线粒体功能紊乱(155年]。鉴于其定位,因此建议iPLA诱人2γ可能代表一个重要的细胞成分,防止线粒体功能障碍的影响。实验需要确定iPLA2γ过度活动可能对起到保护作用βpeptide-induced线粒体功能紊乱。
从病理学的角度来看,它已经表明,iPLA2海马的活动是调节患有精神分裂症的156年]。这个iPLA的确切含义2发展的障碍schizophrenia-related症状仍然未知。然而,上述预测结果upregulation iPLA2γ活动最终可能导致减少GluR1-containing受体。有趣的是,据报道差别GluR1对这些唤起纹状体hyperdopaminergic活动(157年),一个完善的生物缺陷参与schizophrenia-related症状。iPLA之间的潜在关系2年代和多巴胺能系统强化了iPLA的事实2抑制或击倒在大鼠纹状体,运动皮层和丘脑结果Parkinson-related幽灵的表现(158年),也称依赖多巴胺功能障碍。当然,未来实验需要建立iPLA的潜在作用2在稳定酶介导的反应。
5。结论
在这里,我们有越来越多的证据表明iPLA总结2γ活动的稳定在海马神经元突触AMPA受体属性。首先,它似乎明显的,如果没有适当的iPLA水平2γ活动在海马CA1区突触稳定片的AMPA受体,这是需要长期突触强度的变化(即的表达。LTP),妥协。如前所述,iPLA2γ信使rna和蛋白质丰富的内质网(ER)高尔基器在一些细胞类型,在那里他们将是至关重要的,不同的细胞内的交易途径,如逆行运动从高尔基氏复合体,运输材料从trans-Golgi网络质膜,膜或回收,通过内吞作用的受体通路(21]。自AMPA受体贩卖ER-Golgi复杂的突触后膜非常参与LTP (77年),iPLA2γ同种型可能适合促进AMPA受体从细胞内池在LTP突触膜易位。然而,鉴于其生化性质和定位,未来需要实验来确定iPLA2的影响γLTP可能来源于改变等细胞过程控制突触稳定性监管花生四烯酸的释放,膜融合事件,贩卖受体通路,蛋白激酶活动。除此之外,我们还记录,iPLA2γ缺乏可破坏突触GluR1子单元的AMPA受体hippocampl膜和强调glutamate-induced毒性。在这条线,iPLA2γ零老鼠已经生成(159年,160年),发现展览表型异常,包括改变线粒体形态、功能和脂质成分与海马变性有关。有趣的是,我们这里提供初步证据表明,iPLA2γ活动似乎是重要的稳定τ磷酸化在海马锥体神经元,iPLA的差别表明对这些2活动可能导致tauopathies在广告的发展161年]。一个假定的生化模型,可以解释iPLA的潜在影响2γτ病理学呈现在图3。事实上,考虑到越来越多的证据表明有关iPLA的重要性2γ在生理和病理条件下,针对iPLA2γ活动可能代表一个潜在的新的治疗策略来解决几个突触的神经障碍具有不稳定的特性。
