文摘
本文重点是在广告线粒体功能异常的可能原因,潜在的分子机制的失灵,可能的原因和后果的应用,β、过度磷酸化τ在线粒体和脂质代谢改变的贡献(nonsterol类异戊二烯)病理过程导致的上述特点的形成和积累增加广告。异常蛋白质折叠和展开的蛋白质反应似乎受损的糖基化的结果由于代谢紊乱geranylgeraniol中介新陈代谢。连续的起源和命运的应用,β显然,τ是强调在细胞内贩卖影响不准确的转译后的修改。我们假设应用程序决定了蛋白质的胞内处理错误易位在广告线粒体。同样,没有明显的原因,通过β线粒体和τ是观察。应用针对线粒体块移位酶蛋白质复杂的活动导致可怜的进口蛋白质氧化磷酸化的核心。此外,应用程序,一个β神经原纤维缠结,τ的直接或间接损害线粒体生物化学和生物能疗法,同时伴随着一代的氧化/ nitrosative压力。有限的保护机制是不足以阻止自由radical-mediated病变。最后,观察到神经元损失AD-affected大脑通常由病理细胞凋亡。
1。介绍
阿尔茨海默病(AD)是已知的近120年的进步致命的人类神经退行性疾病的记忆和认知功能下降1]。早发性家族性广告(时尚)占不到5%的情况下与突变应用程序21号染色体上基因或基因编码的组成部分γ分泌酶(presenilin 1, presenilin 2)导致增加了β42/40比,β42是高度fibrillogenic [2- - - - - -4]。零星的、迟发性的广告(SAD)这是一个主要形式(超过95%的病例)病因不明。当一个九人65岁以上的老年痴呆症,近三分之一的人年龄在85岁或以上的疾病(5]。潜在的分子机制引起时尚的特点的形成和悲伤,也就是说,淀粉样蛋白-β(一个β-)含有蛋白质斑块和microtubule-associated tau-containing神经原纤维缠结(非功能性测试),尚未完全阐明。的一个β肽是一个乳沟产品淀粉样前体蛋白(APP)的顺序动作β- - -γ-secretases从c端释放39-43-amino-acid肽(细胞质)的跨膜蛋白6]。终末期细胞内病变的结果在时尚和悲伤的损失的神经元(脑萎缩),受影响最严重地区额叶皮质、海马和杏仁核7]。严重的伤害非常挑剔,局限于神经元的形态学分析如图所示的脑组织切片获得从例尸检诊断广告面临的情况下没有临床或病理神经系统疾病史(8]。大部分的变化特征是线粒体密度明显降低,mtDNA积累和蛋白质在细胞质和液泡与脂褐质一旦参与mitophagy [9]。这些观测显示增加线粒体降解产物通过自噬或搞砸了蛋白水解系统。线粒体异常温和的程度上也被发现在其他类型的细胞(内皮细胞、成纤维细胞)从患者获得广告(10,11]。我们还观察到广泛的时尚和悲伤[自噬在细胞模型中12]。
几十年来,假说的广告(“淀粉样蛋白级联假说”)的细胞外淀粉样蛋白-β斑和细胞内非功能性测试积累在AD发病机制的线索都进行了广泛的研究与冲突的结果。在过去的十年中,然而,一个新的有吸引力的假设来自研究有关线粒体作为维持神经元的功能和生存的关键细胞器。越来越多的证据支持这个想法,线粒体功能失调导致突触的发展异常,神经变性,最终细胞死亡由于无法忍受氧化应激在广告13- - - - - -16]。众多在体外和在活的有机体内实验证实了所谓的“恶性循环假说,”指着线粒体在AD的发病机制的重要性17- - - - - -28]。由于糖酵解能力有限(缺乏救助途径),高度依赖于神经元线粒体功能能量释放,严重影响有限的氧气和葡萄糖供应,使它们特别容易受到能源dyshomeostasis [29日]。此外,线粒体,在神经元产生几乎整个能源,最近被发现的目标应用程序和一个β(15,17,30.- - - - - -35]。应用程序和一个的存在β在线粒体损害后果既成分导致细胞能量内稳态扰动。
2。神经元:细胞极其容易受到能源Dyshomeostasis
兴奋性神经元的基本属性(以及其他可兴奋细胞),因为它包含的主要任务接收、分析和调度电子信号在神经网络或同源效应器。这个函数是通过电流的产生,其中的一些高频率。这些电流引起的离子通量(Na+K+、钙2 +,Cl−通过通道位于质膜)。任何改变在K的浓度+或Na+在额外的或细胞内的等离子体膜,分别激活Na+/ K+atp酶恢复浓度梯度的必不可少的兴奋性,也控制着细胞的体积。对浓度梯度的主动运输完全是依赖ATP送到Na+/ K+atp酶和其他泵(Ca2 +腺苷三磷酸酶,H+腺苷三磷酸酶)。ATP水解导致泵的磷酸化是一个高度保守的天冬氨酸残基及随后的ADP的释放。能源生产和能源消费紧密耦合的神经活动在细胞水平上。Na+/ K+主要耗能酶腺苷三磷酸酶,神经元中表达丰富的细胞色素氧化酶、发电的一个重要的酶机械和glutamatergic受体神经元活动的介质(36]。Na+/ K+大脑中atp酶酶消耗了大量能源(37- - - - - -39]。神经细胞线粒体的高纯度,提供ATP的主要能源供应细胞器,一旦他们提供足够的氧气。线粒体ATP交换通过内膜腺嘌呤核苷酸与胞质ADP移位酶,因此,细胞内线粒体ATP的可用性是至关重要的位置由胞质ADP和加速。来满足能源需求,经常沿着微管网络转移到线粒体ATP更高需求的网站(高浓度的ADP),在那里他们进行融合的过程。线粒体ATP也是不可或缺的能量供体dynamins(动力蛋白,驱动蛋白),负责microtubule-associated的蛋白质分泌囊泡的轴突运输。显然,任何实质性中断的线粒体功能、分布和融合会影响神经元活动的ATP合成缺陷的交付。
3所示。应用程序处理和β形成
首先,应用程序是一种跨膜糖蛋白,广泛表达在三个不同的模板合成(APP695 APP751, APP770)导致了可变剪接的成绩单(40,41]。其次,应用多核糖体上合成后,这种蛋白质经历N-glycosylation ER。一旦N-glycosylated,然后运输到高尔基体的应用。高尔基体是第二个主要网站应用的转译后的修改包括O N-glycosylations,磷酸化,磺化42,43]。大量成熟应用蛋白质是存储在高尔基体和trans-Golgi网络(TGN),而大约有10%的应用是单向(顺行)TGN驱动蛋白的运输小泡或在soma沿着微管细长的管状结构,树突和轴突44,45]。第三,应用质膜糖蛋白嵌入式是优先裂解nonamyloidogenic通路;另一种可能是内化通过内吞作用[46]。Endosomic应用蛋白质以及其处理碎片可以回到质膜,可以proteolytically降解溶酶体,或可以从早期内体TGN运输。保留应用程序在内质网/中间舱(ER / IC)消除生产的细胞内β40但没有改变(一种合成fibrillogenic形式β42)[47]。有趣的是,细胞内的生产β从野生型APP695似乎postmitotic神经元的一个独特之处,因为细胞内β没有发现在几个nonneuronal细胞系(48]。是否应用retromer(从早期内体运送至TGN)也通过amyloidogenic裂解途径不明确是由于矛盾的观察(49,50]。在神经元中,APP695主要同种型和可能受到连续的蛋白水解乳沟β- - -γ分泌酶释放一个β。的β分泌酶(BACE1、跨膜天门冬氨酰蛋白酶)启动endoproteolytic裂引起的n端β(β分泌酶裂解应用β周大福作为中间)紧随其后γ分泌酶(种天门冬氨酰蛋白酶presenilin组成的复杂,PS), presenilin enhancer-2 (Pen-2),前咽defective-1 (Aph-1)和nicastrin揭示的糖β(51]。鉴于两种PS (PS1和PS2)和Aph-1 (Aph-1A和Aph-1B)变异存在,处理应用程序的四个不同的人γ分泌酶复合物在不止一个代理β清洁技术基金网站(ε- - - - - -,ζ- - - - - -,γ-)会导致形成的几个β(),β40和一个β42主要的物种。最后,三个产品(酸式焦磷酸钠-形成的β,一个β淀粉样前体蛋白胞内域,上市)。关键神经元α分泌酶(ADAM10)应用在一个劈开β多肽链,α周大福的中间,所以在后续γ分泌酶行动α清洁技术基金,三个不致病的碎片(酸式焦磷酸钠-形成的α、P3片段和上市(图1)。
正如上面提到的,时尚是由突变引起的应用程序和PSEN分别基因位于染色体21日和14日,但广告的发生率也高于继承居多的重复应用轨迹的老年人患有唐氏综合征(称21号染色体三体综合症),指出重要的应用和所扮演的角色β在广告。突变应用附近β分泌酶裂解位点的增加产量β,而附近γ分泌酶裂解位点导致的比例增加β42到一个β40(52]。的ε4载脂蛋白E等位基因是悲伤的主要危险因素。因此,这个特殊的APOE基因多态性存在剂量依赖的相关性的方式增加疾病风险,降低发病的年龄,如订单所示et al。53]。一份APOE4增加广告的风险大约四倍(相比之下,更常见的载脂蛋白eε3 / APOE3ε3基因型),而两份APOE4增加广告的风险大约十二倍。的机制氨基酸APOE3和APOE4的区别会增加广告的风险还有待建立。
广泛的应用和一个β在神经系统带来的假设这两个组件可能发挥生理作用。多一些可能的概念出现了,一些通过实验数据进行验证。应用蛋白质过度导致增强的生存和增长的一些细胞类型(54,55]。此外,分泌形式的应用程序(s:酸式焦磷酸钠α和酸式焦磷酸钠β)凋亡[56),有一个有效的神经保护作用在培养大鼠海马神经元和小叶间隔和人类大脑皮层神经元(57]。和保护神经元对血糖过低的损伤,神经保护被抗体特定地区常见的废除和。因此,年代可能通常玩excitoprotective neuromodulatory角色。因此,促进轴突分支和显示应用程序维护和突触的形成,神经元生存,和神经炎的结果(58- - - - - -60]。应用蛋白质是轴突中高度表达,与细胞外基质相互作用的组件61年- - - - - -64年]。类似于应用,β证明发挥生理作用在突触可塑性的微量肽刺激神经元和增强的释放神经递质(65年,66年]。一切都可以改变,当事情出错。
4所示。扰动的呃
在健康细胞包括神经元,是一项基本细胞器的蛋白质质量控制分泌通路,从而防止蛋白质异常折叠和聚合(67年]。大量的证据显示ER在应用成熟和处理的重要性。关于应用细胞内处理,分泌酶(α- - -β-)已确定在一起γ分泌酶是存在于mitochondria-associated膜(MAM)小班48,68年]。这种独特的细胞内lipid-raft-like结构参与胆固醇和磷脂代谢,Ca2 +线粒体动力学和变得显著增强新陈代谢,在广告69年]。老妈负责之间的通信ER和线粒体钙的有效转移2 +从ER线粒体代谢功能和支持细胞生存能力(70年]。分子之间的桥梁ER肌醇1 4 5-triphosphate受体(IP3R)和压敏电阻器在线粒体外膜离子通道通过胞质女伴一起glucose-regulated蛋白75 (GRP75)(图2)。此外,dynamin-related GTPase mitofusin 2()中进行Mfn2蛋白质位于ER混合在线粒体中进行Mfn2 Mfn1或紧固连接。ER和之间的距离控制的线粒体phosphofurin酸性集群分类蛋白2 (PACS-2)的ER和dynamin-related GTPase蛋白1 (Drp1)是至关重要的细胞生存,要么太长(Ca的缺乏2 +通量(Ca)或太短距离2 +过载)可能会导致细胞凋亡71年]。另外,受损的线粒体生物能疗法与细胞ATP水平降低刺激自噬。ER-mediated自噬的分子机制是准确受到Beclin 1以及ER膜结合蛋白伯灵顿抑制剂1 (BI-1)。两个蛋白能够促进自噬通过IP3R-dependent机制(72年]。
5。应用程序处理和ER应激反应
应用程序处理的本质是由膜的组成,与胆固醇丰富脂质筏amyloidogenic乳沟的网站73年]。因此,可以预见,应用建立的至少部分的命运表示的脂质筏和可能的访问权β——与α分泌酶。无论乳沟的类型,有一个ER低估了生化一步可能带来的破坏性结果。显然的有效性ER坐落N-glycosylation使应用分子折叠。如果错误折叠/ malfolded蛋白(s)的积累,复杂的级联反应称为展开的蛋白质反应(UPR)触发与所谓的内质网应激反应(人)。今天,人们普遍认为,在UPR ER传感器、蛋白激酶R - (PKR)像ER激酶(活跃),激活蛋白激酶6 (ATF6), inositol-requiring酶1α(IRE1α),是摆脱GRP78 /毕普蛋白质镇压,以后成为激活。没有进入单个传感器动作的细节,很多反应发生在基因和细胞质与mrna编码蛋白质的选择性降解(s)异常折叠和抑制蛋白质的翻译,除了基因重要UPR氧化还原体内平衡,能量代谢,蛋白质折叠67年]。一方面,活跃磷酸化真核2α(eIF2启动因素α)停止入口methionyl-tRNA核糖体;另一方面,它允许翻译激活转录因子4 (ATF4)基因。IRE1α设置可变剪接的Xbox结合蛋白1 (XBP1)记录导致的激活转录因子容易刺激ER /高尔基生物起源和形成的蛋白质参与endoplasmic-reticulum-associated蛋白质降解称为ERAD (Erdj4,,RAMP-4 EDEM PDI-P5, HEDJ;,(67年])。最后,ATF6是高尔基氏复合体通过激活蛋白水解乳沟,把核合作与upregulation XBP1的陪伴和ERAD-related基因(43]。原则上,UPR激活恢复ER内稳态和停止积累形成的异常蛋白(s)但如果ER应激的强度是难以忍受的(这意味着它无法补偿的UPR)有一个路径激活细胞凋亡。其他航线最核心作用是由主要proapoptotic转录因子C / EBP同源蛋白质切/增长153 GADD153逮捕和DNA损伤诱导基因。它会使凋亡蛋白bcl - 2和移植proapoptotic伯灵顿和贝克74年]。切/ GADD153导致过度生产活性氧(ROS)内,随后减少谷胱甘肽(GSH)和Ca的损耗2 +通过IP流量从ER细胞质3R (75年]。一个至今未解决的问题是应用,GRP78的生理重要性/毕普交互披露在共同沉淀研究由山本et al。76年]。大部分应用程序相关的GRP78 /毕普不成熟的蛋白质。鉴于GRP78 /毕普表达水平下降的脑组织样品从时尚获得病人证明了片等。77年),几个不同的场景是有可能的。首先,绑定GRP78 /毕普显示ER积累的成熟应用。其次,应用互动GRP78 /毕普是明显的迹象UPR GRP78 /毕普的差别进一步验证了对这些时尚的病人。最后,保留应用程序在ER最有可能amyloidogenic应用程序处理的结果,因此它可能发生在老妈,胆固醇浓缩领域。ER-mitochondria交叉点因此特别感兴趣的破译ER放置应用程序之间的联系处理,UPR和产生的细胞反应,如自噬,细胞凋亡和炎症反应(图中观察到的广告2)。
6。病理学的τ蛋白
Microtubule-associated tau蛋白控制装配和阻止微管切断。细胞骨架微管网络基本组成部分的胞内运输的分泌囊泡和细胞器(如。线粒体)。糖原合成酶激酶3β- (GSK-3β-)目标hyperphosphorylationτ导致这种蛋白质分离的微管。因此,微管变得支离破碎,microtubule-dependent交通系统失败。此外,过度磷酸化τ(P-tau)容易形成低聚物和有毒的细丝,称为非功能性测试或tauopathy [78年]。据报道各种τ矫形器的存在,指向不同的tauopathies堂吉诃德的能力79年,80年]。有趣的是,细胞内τ夹杂物广告定义为疾病的临床症状观察当tauopathy丰富与细胞内β存款在大脑皮层51,81年,82年]。丰富的人一个β斑块,但没有或只有少数神经元损伤,没有广告。临床病理的相关性研究已经生成的关键假设关于疾病的病理生理学,通过建立这样一个事实:有一个“正常”的老化和AD痴呆之间的连续体,淀粉样斑块形成主要发生认知障碍的发病之前,虽然神经原纤维缠结,神经元的损失,尤其是突触损失并行的发展认知能力下降(83年]。因此,错误折叠的蛋白质和后代有毒细丝的中间体为广告的表现至关重要,作为fibrillogenic应用出现疾病的处理是不够的。尽管tauopathy的分子机制并不完全破译,最近的报告表明ER应激为起点(84年,85年]。这个想法是由高浓度的人证实,UPR P-tau和GSK-3标记在一起β在大脑受广告影响86年]。因此,一方面,UPR强烈的发生率与非功能性测试的存在;另一方面,聚合与合成UPR P-tau诱发人队。一些证据证实了UPR激活附近非功能性测试的开始形成和指向功能畸形tau蛋白质和UPR之间的联系。的在体外实验2磷酸酶抑制剂或磷酸化激活了增强P-tau形成神经元与福利水平的增加,eIF2αXBP1成绩单,UPR[明显标记87年]。此外,发现GRP78 /毕普鼓励τ通过促进底物磷酸化GSK-3捕获β(88年]。GSK-3β似乎发挥双重作用;第一这个激酶保护神经元细胞凋亡P-tau积累强大的分子信号触发UPR后续自噬。第二,UPR GSK-3β通过溶酶体的降解活性GSK-3活动β(P-Ser9-GSK-3β)。总之,人,UPR是重要的分子机器用于防止细胞被tauopathy可行性。
7所示。氧化应激在急诊室
囊和管ER描绘新合成的蛋白质进行成熟的隔间原生状态。本机状态显示正确折叠,功能完整的蛋白质。重要的反应无支链的多肽链的蛋白质折叠包括氨基酸氧化和糖基化。因此,氧化还原ER是转移到氧化状态的动态平衡,促进相邻半胱氨酸之间的二硫键的形成。含巯基的氧化组应二硫键是由ER氧化酶1α(ERO1α)。接下来,二硫键可以受到转译后的修改,二硫交换由蛋白二硫化物异构酶(PDI)。PDI能够正确mispaired硫醇残留物通过催化断裂和形成正确的二硫键。这些酶是蛋白质折叠的根本。氧化允许扭曲的蛋白质,其次是N-glycosylation和/或C -和O-mannosylation。在真核生物蛋白质N-glycosylation是一个复杂的过程分为几个步骤。首先,有一个“呼吁”航母脂质(polyisoprenyl磷酸盐dolichyl磷酸盐等),膜脂质函数称为糖基转运蛋白。在哺乳动物细胞中,限制的基质多萜醇生物合成是geranylgeraniol (GGOH)甲羟戊酸途径。多萜醇,最长的脂肪分子合成在动物细胞中,有21页α异戊二烯饱和单位(人私下偷偷收藏盒式- 105),为他们的识别的关键酶(糖基转移酶)glucosylate dolichyl磷酸盐(89年]。一旦dolichyl一磷酸(Dol-P)形成的膜,前体低聚糖捐赠(相关3男人。9GLCNAc2-P-P-dolichol)蛋白质N-glycosylation可以合成腔内ER的传单。首先,三个糖中间体生产(Man-P-Dol, Glc-P-Dol GlcNAc-P-P-Dol,男人5GlcNAc-P-P-Dol)细胞质ER的传单。接下来,酶flippases调解transbilayer运动上述中间体管腔侧ER转换相关的地方3男人。9GlcNAc2-P-P-Dol可以完成。、相关3男人。9GlcNAc2-P-P-Dol也用于生物合成glycosylphosphatidylinositol (GPI)锚。
综上所述,lipid-mediated糖基化起着至关重要的作用在适当的蛋白质折叠和胞内易位N-linked糖蛋白(90年]。同样,重要的是对蛋白质O, C-mannosylation GPI锚定。此外,Dol-P ER的可用性的病原因素醣脂类中间体的生产和N-glycosylation。
8。ER应激和凋亡
结果表明:在人ER居民proapoptotic半胱氨酸蛋白酶被称为半胱天冬酶(caspase-12在老鼠,人类caspase-4)通过乳沟被激活。结果半胱天冬酶级联通过caspase-9开始反过来刺激效应caspase-3 [91年,92年]。中央ER在细胞程序性死亡过程中所扮演的角色是通过活跃分支ATF4诱发切/ GADD153的表达,同时压制凋亡蛋白bcl - 2家族和打乱ER膜伯灵顿和贝克蛋白质进入线粒体外膜。因此,毛孔形成泄漏的组件apoptosome从线粒体膜间隙93年]。ERS-induced凋亡的另一个重要机制是由Ca2 +端依赖ERO1α知识产权3R通路,ERO1α与知识产权3R Ca2 +射流从ER通过老妈线粒体75年,94年]。因此,Ca2 +流入促进细胞色素从线粒体释放;此外,细胞色素可以绑定到ER IP3R和复杂的放大了凋亡信号前馈方式(95年]。最后但并非最不重要,ERS-associated凋亡项目是由c-Jun n端激酶(物)作为IRE1的效果α包裹着TNF-receptor-associated因子2 (TRAF2)激活apoptosis-signal-regulating激酶1 (ASK1) [96年,97年]。
什么人开车会导致神经元凋亡的死亡?实际上,许多报告显示,应用程序和一个β以及过度磷酸化τ阻止线粒体运输,导致受损的能量储存和氧化应激98年- - - - - -101年]。事实上,应用,积累β线粒体导致减少活动,非功能性测试的一些酶参与底物氧化(三羧酸循环),电子传递链(等)和ATP合酶,以及严重减少进口nuclear-encoded蛋白(26,27,102年- - - - - -104年]。一个可能会问如果有任何额外的ER和线粒体除了老妈之间的联系可能占凋亡信号。虽然不是直接,ER大大加剧了线粒体的氧化应激AD-affected科目。
9。应用程序异常处理和贩运的ER病理学的广告
从形态学的角度来看,神经元细胞是高度专业化的,soma,神经突树突,是相当不同的结构。这些隔间所需的蛋白质通过微管蛋白一旦适当的排序(即信号。,一个PP trafficking from ER to plasma membrane is associated with several posttranslational modifications with oxidation and N-glycosylation). Additionally, the Golgi apparatus follows ER in subsequent APP adjustment (O- and N-glycosylation, phosphorylation, and sulphonation) [42]。任何不准确的变更应用分子是有潜在危险的,蛋白质最终命运错过了导致其保留在急诊室或trans-Golgi网络(TGN)。此外,其他不寻常的设置应用程序可能是这个大的蛋白质几乎没有信号序列隐藏当应用程序被正确折叠。细胞转染的应用,这种蛋白质进入我外套蛋白复合物(COPI)囊泡和经历逆行运输从cis高尔基氏复合体结束回到ER (76年]。这样的反应引起的应用积累tubulocisternal ER系统异常的细胞内蛋白质的易位。有趣的是,这个问题是否应用受到逆行运输连续fibrillogenic处理因为UPR及其交互GRP78 /毕普并不清楚,随着观测不一致(77年]。尽管如此,积累ER中的蛋白质错误折叠/ malfolded显示混乱的转译后的变化过程。正如预期的那样,异常模式的吸积的蛋白质信号人队和UPR紧随其后的脆弱性增加凋亡细胞死亡。腐烂之前,然而,应用蛋白质含量在ER减轻凭借乳沟β- - -γ分泌酶(105年,106年]。这个劈理(酸式焦磷酸钠的产物β,一个β和上市片段)都明显影响神经元生存最有可能通过外来形式的应用基质。
10。应用程序,β,非功能性测试线粒体标记为有针对性的广告
线粒体的进口β40和一个β42肽通过移位酶汤姆复杂被预培养分离线粒体的抗体对汤姆提出蛋白质(TOM20、TOM40 TOM70) (107年]。无论是与拮抗剂VDAC抑制抗体还是抑制线粒体渗透性转换孔注射(MPTP药物)或线粒体膜电位的下降(MMP)吸收的影响β(17]。关于应用程序,优雅的研究由Anandatheerthavarada和他的同事们(30.]表明,c端截断应用(缺乏β)在胆碱能目标线粒体,gaba ergic、多巴胺能神经元和glutamatergic广告大脑堵塞线粒体蛋白质TOM40 / TIM22移位酶复杂。提出移位酶的闭塞是紧随其后的是削弱了进口nuclear-encoded蛋白质能源体内平衡至关重要。线粒体应用蛋白质跨膜取向表明北半球2终端内部接触移位酶,而COOH-terminal面临细胞质的一面。NH2终点站线粒体信号序列。令人吃惊的是,线粒体应用分子nonglycosylated引起猜测,蛋白质分子到达线粒体没有实现分子成熟度(31日]。nonglycosylated应用物种的积累在大脑线粒体进口渠道的广告是直接关系到减少线粒体细胞色素功能验证的下降氧化酶活动复杂(IV)和高浓度的H2O2。此外,在广告的大脑,线粒体nonglycosylated积累应用以及相应的减少了等离子体膜相关应用。这表明大脑广告应用处理和走私严重影响了不完整的N-glycosylation,随之而来的ER蛋白质积累和神秘的线粒体靶向协助伴护蛋白质信号。了多方面的证据表明,没有完全形成蛋白质磷酸化和绑定到胞质运动所需的蛋白质从ER线粒体(108年- - - - - -110年]。此外,人队和UPR在广告似乎无能和低效的消除malfolded蛋白质。除了应用程序也是一个β经常被报道占据线粒体虽然它的起源和线粒体靶向机制大多仍未知的(除了参与蛋白质的移位酶汤姆复杂)。线粒体的可能性β生成必须排除,因为膜取向的逮捕程序不允许访问γ分泌酶(γ分泌酶活动由独立研究发现线粒体)[111年]。也许,一个β物种来自应用程序之前易位(呃?),所以一个β独立于应用程序可能是运送到线粒体。总的来说,观察显示线粒体存在应用程序,一个β异常的配置中,τ指向的异常蛋白质折叠的ER和高尔基体。Nonglycosylated分子应用表明缺陷的糖核心转移dolichyl磷酸(s)和O -和N-glycosylations等进一步的修改。可以承认缺乏糖基残留带来病理处理和交易应用程序及其碎片。事实上,多萜醇衍生物,polyprenols混合物(无环类异戊二烯醇)称为Ropren (Solagran有限,墨尔本,澳大利亚)商业上用于治疗肝脏疾病,进行治疗的广告在2005年和2006年进行的两个独立的试验有前景的结果(http://www.asx.com.au/asxpdf/20071119/pdf/315x5nh4hm8wv7.pdf,http://www.asx.com.au/asxpdf/20070221/pdf/3111ztwcbqzkk9.pdf]。迫切需要进一步的研究来测试如何重要的糖基化过程是在AD的发病机制。多萜醇得到从geranylgeraniol (GGOH),后者是甲羟戊酸途径的中间。GGOH多萜醇是一种常见的基质和泛醌合成、蛋白质prenylation也是必要的。作为GGOH和金合欢醇(呸)从事蛋白质prenylation更多的关注应该被放置在这些化合物在AD发病机制的重要性。观察证明线粒体relocalization没有转译后的修改的其他蛋白质似乎指向增加线粒体靶向分子不成熟导致线粒体功能障碍的疾病进展和加速度(34,112年- - - - - -114年]。
11。线粒体氧化应激在广告的大脑
正常生理功能的应用程序被认为是参与突触之间的稳定接触点和维持线粒体功能(60,115年]。线粒体功能障碍往往是观察不管实验模型用于研究广告(8,29日,116年- - - - - -119年]。它包括缺陷在氧化磷酸化,ATP下降,膜电位下降,增加活性氧的生产/ RNS和扰动在线粒体融合与分裂15,30.,31日,115年,120年- - - - - -122年]。过度磷酸化τ也报道损害线粒体功能(123年]。使用蛋白质组学方法,并观察呼吸能力最强的缺陷主要是在配合物我,四世和ATP合酶(复杂V)蛋白质和活动水平(124年]。虽然应用程序,β和过度磷酸化τ线粒体进口nuclear-encoded蛋白质的有效抑制剂,显然每一个导致的病理代谢在不同的方式伤害。从广告的大脑在新鲜分离线粒体,应用抑制线粒体细胞色素的进口氧化酶(COX)第四单元和Vb [31日]。考克斯ROS增加生产的障碍(不完整的氧分子还原),减少了能量储备,和干扰能量代谢。因此,在广告的病人,考克斯被发现在大脑和血小板不足119年,125年,126年]。类似于应用,β被发现在转基因小鼠线粒体和细胞和人类的广告模式(17,19,33,103年,127年- - - - - -130年]。目前尚不清楚观察到线粒体毒性是由于应用程序或β或非功能性测试积累。无论如何,观察到一些规律对受影响最严重的呼吸链的组成部分。NADH-ubiquinone氧化还原酶(复杂的)活动是尽力减少了过度磷酸化τ,而细胞色素减少活动氧化酶(IV)复杂,导致线粒体功能障碍中观察到β和应用积累14,15,31日,32,34]。与此同时,增加抗氧化酶的活性锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)和过氧化氢酶(CAT)是在高浓度的自由基反应包括超氧化物阴离子自由基(),hydroperoxyl激进()、氢氧自由基()和一氧化氮自由基()[15]。符合观察慢性呼吸链的功能障碍和线粒体氧化应激,τ病理有报告显示他们的贡献在广告131年]。在任何情况下,自由基,覆盖抗氧化防御与各种各样的有机反应组件先进导致脂质过氧化脂质氧化终端产品(ALE),交联的蛋白质、亚硝基化蛋白质和DNA的突变。线粒体环状DNA (mtDNA) ~ 16 kbp没有损伤的累积修复系统的意义。有37个基因位于mtDNA与编码蛋白质亚基的复杂我(7),复杂的二世(1),和复杂的四(3)但不复杂的三世。有趣的是,广告(应用程序,一个标志β和非功能性测试)主要影响成员的电子传递链(配合物我和IV)完全依赖线粒体预定的子单元。也许这不是简单的巧合,但抑制进口的作用nuclear-encoded子单元的线粒体复合体I和IV给解释应用或毒性β或非功能性测试线粒体。还有其他发现线粒体受到广告的影响,如丙酮酸脱氢酶的活性降低(PDH)和氧化戊二酸脱氢酶(OGDH) [104年,132年]。抑制OGDH,三羧酸循环的酶,最小化NADH池和电子等所需数量和线粒体膜电位()来创建和维护质子梯度的ATP合成。也有证据为可溶性低聚物的直接抑制作用β败坏物种(β绑定酒精脱氢酶)和内部膜还有D (CypD)导致线粒体膜透性增加注射(MPTP药物),会使ROS生产、突触损失,减少线粒体呼吸的活动,最后细胞死亡(129年,132年- - - - - -134年]。CypD淘汰赛阻止线粒体和神经元扰动,改善线粒体功能在阿尔茨海默病小鼠模型128年,135年]。必须强调,氧化/ nitrosative压力影响线粒体的聚变和裂变过程。融合,加速由小型gtpase mitofusins (Mfn1 /进行Mfn2),改善线粒体呼吸和ATP生产的效率。线粒体动力学严重不平衡在广告情况下支持裂变,通过裂变的高表达蛋白质DLP1 (dynamin-like蛋白1)与nitrosative耸动的压力β(136年,137年]。总的来说,这些观察结果表明,有毒的细胞内胞外聚合物的低聚物不同行动发现在大脑淀粉样斑块的广告138年)(图3)。
12。在线粒体Proteostasis
线粒体蛋白质周转授予非功能蛋白质的组织良好的替换操作。第一个任务是获得通过蛋白水解降解与当地线粒体内膜和基质蛋白的蛋白酶(139年)通过ubiquitin-proteasome系统或外膜蛋白(140年]。第二个任务是满足intramitochondrial蛋白质合成但几乎1500个不同nuclear-encoded蛋白质必须导入完整的线粒体蛋白质组,进口能力是基本功能的细胞器。在极端情况下观察到的细胞损伤在神经退行性疾病,受损的线粒体与电化学势的扩展损失由自噬被称为选择性移除mitophagy [112年]。应用程序和β积累也与改变线粒体动力学作为聚变裂变利用线粒体和神经元的合成功能障碍(137年]。广告展示了选择性神经元蛋白水解机制间隙线粒体的氧化和nitrosatively修改蛋白质。胰岛素降解酶(IDE)防止有毒的不溶性纤维的形成β,因为它劈开β聚合前(141年- - - - - -143年]。一本小说zinc-metallopeptidase Presequence蛋白酶(预科),成员pitrilysin oligopeptidase家庭,要么降低intramitochondrially存储β40或者一个β42蛋白质。这蛋白酶似乎是高度敏感的氧化应激,如二硫桥之间形成两个半胱氨酸残基近端块其催化活性(144年- - - - - -149年]。另一个线粒体丝氨酸蛋白酶HtrA2 / Omi占据膜间隙可以移位酶切割应用锁在蛋白质的复杂(121年]。即使它很确定HtrA2 / Omi释放到胞质放大凋亡通过抗凋亡蛋白的降解和半胱天冬酶激活(150年- - - - - -152年),也涉及蛋白水解删除malfolded应用在ER (151年]。从基因敲除小鼠的研究,很明显,HtrA2 / Omi扮演了一个重要的屏蔽作用小鼠缺乏这种蛋白酶表现出神经退行性表型与减肥和过早死亡153年]。综上所述,了解清除多余的蛋白质的机制包括应用,β,τ是至关重要的,试图摆脱他们从线粒体。一些希望与目前不确定调节器的应用相关的蛋白水解活性。HtrA2 /尾身茂,例如激活PTEN-induced假定的激酶1 (PINK1)在磷酸化Ser142残渣(154年]。另外,必须穿上mitophagy口音的线粒体功能失调和mitochondriogenesis。
13。衰老与广告
最常见的神经退行性疾病是由阿尔茨海默病,表现为记忆力下降,认知能力下降,和进行性痴呆,这往往是致命的老年人超过65岁。这是排名第四大死因在现代社会平均寿命大大增加在过去的二十年。95%的广告病例诊断在老年人,有人可能会认为一个衰老和疾病的发病之间存在因果关系。当然,许多相似性变老和受影响的广告可以上市。从历史上看,老化的自由基理论哈曼(155年]建议衰老的“副作用”活性氧形成线粒体呼吸链。显然,自由基,通常由不完整减少氧气分子在线粒体复合体I和第三等,能够破坏DNA, RNA和蛋白质。他们损害线粒体的能量储存,导致操作失败与进步的细胞生存能力下降。几乎相同的条件陪广告和疾病的发病机制是一个显式的一步。mtDNA剥夺修复机制,ROS-induced DNA链断裂倾向于积累随着年龄或广告。因此,mtDNA是一个脆弱的ROS的目标,但反过来,ROS生成由于突变mtDNA,不是令人信服地证实了156年]。此外,证据表明,突变mtDNA加速老化的进展还质疑基于研究的结果进行转基因小鼠模型(157年]。尽管一些作者显示自由基理论和观察之间的矛盾,累积评估科学报告指出抗氧化防御系统是重要的因素在防止早衰158年]。其他线粒体组件重要的功能随着年龄的阻碍:腺嘌呤核苷酸移位酶(ANT)、一氧化氮合酶(NOS)和肉碱酰基转移酶(CT) (159年- - - - - -161年]。实际上,NOS活性升高广告报道从研究疾病的细胞模型上执行15]。我们不能找到任何信息CT活动广告,而蚂蚁活动明显抑制了β或过度磷酸化τ,这种效应被mersalyl逆转,硫醇的可逆的烷化剂组(162年]。线粒体功能障碍,转基因小鼠模型中观察到的广告和衰老,演示了更高的控制能量代谢和细胞凋亡的基因的活动。综上所述,生理衰老和广告与广谱线粒体功能障碍,但线粒体衰退的基础是不同的。更多的生理老化之间的差异和广告被发现对人队和UPR在细胞proteostasis发挥重要作用。多萜醇被选为标志,因为老龄化逐步增加多萜醇水平观察在衰老的大脑163年]。相比之下,泛醌浓度也是合成与老化而geranylgeraniol减少胆固醇和dolichyl磷酸浓度保持不变的。在广告,减少水平的多萜醇被观察和水平的提高辅酶q和磷酸dolichyl脑胆固醇没有任何变化。广告不能被视为过早老化的结果。磷酸多萜醇的下降和增强dolichyl集中指向干扰糖基化的ER患病的大脑,虽然泛醌的增加表明努力保护大脑免受氧化应激引起的脂质过氧化作用[164年,165年]。
14。针对广告ER应激治疗
作为广告的人是公认的因素,药物,干扰人理论上有很大的治疗潜力。有几种化合物分为直接与组件的交互的类人(salubrinal毕普诱导物X (BIX)水杨酰胺类似物,类黄酮,胍那苄,和STF083010),化学说法(4-phenylbutyric酸(PBA) tauroursodeoxycholic酸(TUDCA)和三甲胺氧化物(TMAO)),抑制蛋白质降解的化学物质(Eeyarestatin, MG132, Bortezomib)与抗氧化活性的化合物(药物不良反应、dibenzoylmethane衍生品和n -乙酰半胱氨酸(NAC)),和药物控制钙信号(丹曲林和咔唑衍生品)166年]。他们可能通过诱导瞬态翻译逮捕,upregulation伴护蛋白质,增强降解ER-associated错误折叠的蛋白质。新疗法发展的基本方法是选择合适的分子靶点。在ER应激信号,其目的是改变ER的表达跟压力分子能够拯救细胞毒性作用的人。最近的努力建立新的有前景的药物对广告指向PBA等化学陪伴,TUDCA或氧化三甲胺(TMAO)。这些物质改善蛋白质折叠和缓解本地蛋白质构象(166年]。这是显示在小鼠模型PBA的广告,TUDCA, TMAO停止β积累和避免树突棘的损失(167年]。一些观察甚至证明改善记忆和认知功能(168年)与改进的细胞生存169年]。Salubrinal ((2 e) 3-phenyl -N- (2,2,2-trichloro-1 [[(8-quinolinylamino) thioxomethyl]氨基)乙基]2-propenamide, Sal)选择性地抑制增长逮捕和DNA损伤诱导基因34 - (GADD34)磷酸酶复杂(GADD34 associates蛋白磷酸酶1 (PP1))和促进在体外eIF-2α亚基的脱磷酸化α和IRE1α/ ASK1 /物信号通路被衣霉素预防人甚至诱导Tm (170年]。在大量的实验中检测Sal在培养细胞和动物模型的广告,这种物质神经元细胞的生存能力和增加β毒性(171年,172年]。4-dihydroxyphenyl BIX (2 - (3) 2-oxoethyl酯硫氰酸)优先诱导毕普mRNA ATF6-dependent地导致减少Tm-induced死亡的神经细胞(173年]。还DBM导数14日至26日(2,2′-dimethoxydibenzoylmethane)被发现神经SH-SY5Y和PC-12细胞减少毕普的表达和排骨174年]。丹曲林,阿诺定受体拮抗剂抑制异常钙释放,抑制磷酸化活跃和eIF2的表情α。它还减少切表达和减毒thapsigargin-induced PC-12细胞凋亡(175年]。神经保护效应类似于丹曲洛林观察([9 - (3-cyanobenzyl) 1, 4-dimethylcarbazole])。这种物质抑制细胞内钙的增加2 +PC-12细胞接受thapsigargin和毕普水平低切(176年]。
上述化合物选择别人的最强有力的ER应激抑制剂和令人信服地保护神经细胞。18 42个不同化合物的被利用在活的有机体内和在体外中枢神经系统疾病模型,事实上,改善细胞或组织生存能力(166年]。因此,大脑是最经常调查机关人的上下文中。从这些实验中,它变得明显,切功能proapoptotic因素。其他特定角色的ER应激分子分子药理干预的目标不太明确,取决于细胞类型和上下文。
很少有低估了调节程序处理,进一步证实了目前AD发病机制的教条。甲羟戊酸途径的调制和胆固醇合成报道刺激nonamyloidogenic应用处理的途径(177年]。另外,胆固醇衍生物27-hydroxycholesterol (27-OHC)显示诱导ER应激的减毒leptin-dependent可行性通过激活插嘴SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞(178年]。不管许多化合物的研究在广告,呼吁新药调制ER应激与治疗效果仍有待揭示。
缩写
| 载脂蛋白e: | 载脂蛋白E |
| : | 分泌形式的应用 |
| 切/ GADD153: | C / EBP同源蛋白质/增长153年逮捕和DNA损伤诱导基因 |
| Drp1: | Dynamin-1-like蛋白质 |
| ERAD: | Endoplasmic-reticulum-associated蛋白质降解 |
| ERO1α: | ER氧化酶1α |
| 人: | 内质网应激 |
| 呸: | 金合欢醇 |
| GGOH: | Geranylgeraniol |
| GRP75: | Glucose-regulated蛋白质75 |
| GRP78 /毕普: | 78 kDa glucose-regulated蛋白质 |
| GSK-3β: | 合酶激酶3β |
| 知识产权3接待员: | 三磷酸肌醇受体 |
| IRE1α: | Inositol-requiring酶1α |
| 老妈: | Mitochondria-associated膜 |
| 地图LC3: | Microtubule-associated蛋白轻链3 |
| 进行Mfn2: | GTPase mitofusin 2 |
| MMP的: | 线粒体膜电位 |
| MPTP: | 线粒体通透性转换孔 |
| 非功能性测试: | 神经原纤维缠结 |
| PACS-2: | Phosphofurin酸性集群分类蛋白2 |
| PDI: | 蛋白二硫化物异构酶 |
| 好处: | 蛋白激酶R - (PKR)像ER激酶 |
| RNS: | 活性氮物种 |
| ROS: | 活性氧 |
| RyR: | 阿诺定受体 |
| 汤姆: | 运输机外膜 |
| 蒂姆: | 运输机内膜 |
| UPR: | 展开的蛋白质反应 |
| VDAC: | 压敏电阻器阴离子通道 |
| XBP-1: | Xbox结合蛋白1。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
承认
这项工作由格兰特没有提供支持。UMO-2011/03 / B / NZ7/0238在波兰国家科学中心。