文摘
免费radical-mediated破坏大分子和由此产生的氧化修饰不同的细胞组件是衰老的一个常见特性,这个过程变得更加明显与年龄有关的疾病,包括阿尔茨海默病(AD)。特别是,蛋白质是特别敏感的氧化应激损伤和这些不可逆转的修改导致蛋白质结构和功能的改变。为了维持细胞内稳态,这些氧化/受损蛋白质必须被删除,以防止他们有毒的积累。人们普遍认为“异常”蛋白质的积累与年龄相关的结果损害发生的增加和减少降解系统的效率。最重要的一个细胞的蛋白水解系统负责清除氧化蛋白质在细胞溶质和细胞核是蛋白酶体系统。几项研究已经证明了障碍的蛋白酶体广告因此建议之间的直接联系氧化/错误折叠蛋白质的积累和减少这个间隙系统。综述讨论了蛋白酶体系统的损伤由于氧化应激以及这如何有助于广告神经病理学。进一步,我们重点关注的一个关键组成部分的氧化修饰ubiquitin-proteasome通路,UCHL1,导致活动的障碍。
1。介绍
生理衰老过程和与年龄相关的疾病其中具有许多共同的特征是氧化损伤的累积,受损的线粒体活动,减少间隙系统的效率。特别是,减少活动的“质量管理体系”(PQC),包括ubiquitin-proteasome系统,自噬,和其他细胞内蛋白水解酶,导致氧化/展开蛋白质的积累可能导致神经元的损失。存款的聚合、错误折叠和氧化蛋白质积累通常在细胞和组织的寿命和巨大的增长在神经退行性疾病1]。不溶性聚合物可以形成肽链之间由于共价交叉连接,如淀粉样蛋白——的情况下β肽(β在阿尔茨海默病(AD),α-核蛋白在帕金森病(PD),杭丁顿蛋白在亨廷顿病(HD),并在肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS) SOD1。
氧化改性蛋白质的代表之一,其易感性增加聚合的主要原因。事实上,蛋白质对氧化应激敏感化学修改,发生一些结构性变化并不总是正确被蛋白酶体,从而生成蛋白质功能受损。之间的平衡功能蛋白,存在于年轻/健康细胞,破坏或改变蛋白质,存在在更高浓度岁/病变细胞,主要取决于他们的修改和营业额2]。人们普遍认为“异常”蛋白质的积累与年龄相关的结果损害发生的增加和减少降解系统的效率。清除氧化改性蛋白质通过蛋白酶体系统最常发生的。蛋白酶体是主要途径去除老化和受损的蛋白质,和完整的蛋白酶体功能是至关重要的维持细胞内稳态在氧化应激条件下(3]。蛋白酶体功能不同的细胞类型的与年龄相关的损伤和器官已被广泛证明(4]。蛋白酶体活性的下降会因此会随着年龄的增长促进氧化蛋白质的积累。蛋白酶体和其他细胞内蛋白水解活性降低机械在神经退行性疾病的发展也有重大影响(4,5]。
这张照片是什么如果氧化应激指标PQC的成员?大量研究表明,氧化应激可以目标蛋白酶体和损害的能力正确地降低氧化蛋白质(了6])。此外,ubiquitin-immunopositive包涵体通常发现在神经退行性疾病病人的大脑可能由于受损的蛋白酶体活性(4]。如果从一边低水平的ROS能够激活诱导蛋白酶体亚基的表达,增加ROS浓度容易发生氧化的修改(蛋白酶体亚基7),最终导致蛋白酶体功能受损。此外,非降解性蛋白质聚合和交联蛋白能够绑定到蛋白酶体,这使得其他蛋白质错误折叠和受损的降解效率较低。
有趣的是,最近的研究提出了蛋白酶体激活自噬的损伤,这可能是一种代偿机制允许消除ubiquitin-proteasome系统(UPS)基板(8,9]。事实上,与雷帕霉素治疗的细胞和老鼠,诱导自噬,能够防止细胞死亡引起的蛋白酶体抑制(10),防止遗传蛋白酶体活性的损失果蝇(8]。然而,蛋白酶体之间的相互作用和自噬的确切机制仍不清楚。在拟议机制的激活内质网(ER)压力,由于错误折叠蛋白质的积累导致的感应展开的蛋白质反应(UPR),是一个有趣的候选人。这些不同的机制可能不是相互排斥的,也可能是不同的重要性在不同的细胞类型或不同跨度为蛋白酶体抑制后(11]。
在本文中,我们关注的障碍蛋白酶体系统由于氧化应激和如何损伤导致神经退化。我们建议减少蛋白质周转的选择性氧化损伤可能是由于成员的蛋白酶体系统,一旦氧化应激的目标不能履行其保护作用,导致细胞内蛋白质体内平衡的失调。这些事件之间复杂的相互作用,在细胞蛋白质和大脑中的氧化还原内稳态设计新颖的治疗至关重要,可能妨碍发展的广告和其他神经退行性疾病。广告是一个障碍,会导致认知、行为和内存赤字。广告的特点是积累的β成老年斑和神经原纤维缠结过度磷酸化τ为顺向神经元损失选择学习和记忆相关的脑区。一个β从淀粉样蛋白裂解-β蛋白质前体(应用程序)和由一组多肽39-43残留物,产生一系列的神经毒性效应被认为是重要的病理学的发展。
Ubiquitin-Proteasome系统。在细胞内蛋白质的错误折叠和聚集,PQC系统采用三个主要的并行策略来维持体内平衡的蛋白质。错误折叠的蛋白质可能是复合恢复正常蛋白质的构象。不同的分子伴侣’,如热休克蛋白(休克),蛋白质重折叠中发挥重要作用。另外,如果不能复合蛋白质,它是针对UPS或自噬降解(图程序1)[12]。
UPS位于细胞质和细胞核,它负责超过70 - 80%的细胞内蛋白质的降解。UPS的降解和去除蛋白质受损蛋白质错误折叠/参与许多细胞过程,如信号转导、细胞周期调控和细胞死亡,最终,调节基因转录13,14]。
大部分的蛋白质针对蛋白酶体降解由泛素共价修改,通常在polyubiquitin链。泛素是一个8.5 kDa蛋白由76个氨基酸组成的。泛素蛋白是转录UBB,泛素C(哥伦比亚大学),RPS27A,和UBCEP2基因。然而,只有前两个基因编码一个polyubiquitin参与UPS的信号级联的前兆。另一种基因编码泛素融合核糖体蛋白(15]。泛素可以形成polyubiquitin连锁店7点在靶蛋白赖氨酸残留物:Lys-6, Lys-11, Lys-27, Lys-29, Lys-33 Lys-48,赖氨酸- 63。连续附件这些链形成的单体由isopeptide键,最频繁Lys-48的侧链之间形成一个泛素羧基的c端g - 76邻近的泛素。附件的Lys-48 polyubiquitin赖氨酸残基在蛋白质链导致至少10倍增加其降解率(16]。Polyubiquitin链与联系涉及赖氨酸残基上泛素除了Lys-48发现扮演不同的角色。泛素通过组建isopeptide共轭键之间氨基酸组赖氨酸残基的衬底和c端羧酸盐(17]。首先,需要激活泛素E1 ATP-dependent反应酶,导致高能硫酯键E1活性位点之间的半胱氨酸和泛素羧基的蛋白质。然后,E2 (ubiquitin-conjugating酶)收到泛素E1和形式与泛素类似的硫酯中间。E3泛素连接酶)结合E2和衬底和转移衬底的泛素18]。UPS的E3连接酶是一个关键酶级联,对底物专一性是至关重要的。E3选择基质发挥了至关重要的作用,和调节其催化活性或衬底UPS信号通路的交互属性是很重要的。E3连接酶酶可以分为两类:那些是同源E6-AP羧基末端(HECT)和基因环连接。两类不同不仅在他们的结构,而且在催化ubiquitinylation的最后一步。的HECT连接接受E2的泛素激活酶的半胱氨酸残基活性域,然后将其传输到衬底,而环连接作为脚手架蛋白通过结合E2接合酶和底物19]。盒和富亮氨酸重复蛋白2 (FBL2)是另一个组件的自洽场(Skp1-Cullin1-F-box蛋白质)E3泛素连接酶复杂,被发现在AD患者的大脑(减少20.]。有趣的是,渡边组证明FBL2应用代谢的影响与应用程序交互调节应用ubiquitinylation。详细FBL2-mediated ubiquitinylation应用抑制它的内吞作用[21]。
在某些情况下,第四个ubiquitinylation酶,称为泛素链延长因子E4,是必要的,E1, E2和E3酶,延长polyubiquitin链(22]。这种级联导致ubiquitinylation目标蛋白质。polyubiquitin链至少四个泛素根是必要的有效的蛋白酶体的基质(易位23]。Monoubiquitinylation与蛋白质降解无关,但与内吞作用,蛋白质排序、DNA损伤反应,表观遗传学(24- - - - - -26]。
Ubiquitinylation是一个可逆的转译后的修改和蛋白酶的家庭,deubiquitinylating酶(配音),可以将泛素从基质,从而调节Ubiquitinylation过程和回收泛素。泛素的回收对大脑至关重要,一个固定数量的泛素。配音是非常具体的,分为5个亚科:泛素羧基末端水解酶(排序),ubiquitin-specific蛋白酶(USP),卵巢肿瘤——(OTU)像蛋白酶,JAB1或然数/ Mov34 metalloproteases (JAMM /或然数),和疾病Machado-Jakob蛋白酶27]。衬底的状态ubiquitinylation取决于ubiquitinylating之间的平衡和deubiquitinylating酶作用于蛋白质。因此,细胞发达一个高度动态的策略基于一个接通/停电类型的机制,及时响应细胞蛋白质水解的UPS的要求。Ubiquitinylated基质与Lys-48-linked泛素链足够长度的目标是26 s蛋白酶体降解。
26 s蛋白酶体是由一个20多岁的催化核心和两个19监管限制的两端20年代核心。20年代蛋白酶体包含四个叠环,形成一个筒状的一部分和一个中央腔(28]。这些叠环包括两个非催化外环α形环和两个催化内圈β形环。三个蛋白水解活动局限于β形环包括chymotrypsin-like caspase-like和trypsin-like蛋白酶活动(19]。十九年代上限包含至少18单元,与基地由六个atp酶发挥chaperone-like活动和盖子组成的八子单元识别polyubiquitin信号。19 s蛋白酶体结合,展开ubiquitinylated蛋白质和打开的入口门20 s蛋白酶体允许蛋白质在中央腔(19]。
蛋白质氧化诱导一些可逆或不可逆的病变,包括氨基酸改性、分裂,或聚合,导致增加易感性的修改对蛋白质水解蛋白质29日,30.]。有人建议,蛋白质的氧化导致接触的疏水表面通过半个部分展开有针对性的蛋白酶体(31日- - - - - -33]。而26 s蛋白酶体降解polyubiquitinylated蛋白质,20年代蛋白酶体本身似乎足以降低nonubiquitinylated氧化改性蛋白质ATP-independent地;然而,确切的机制尚不清楚13,18,19]。
Deubiquitinylating酶:UCHL1。配音处理函数的泛素前体和泛素加合物(34]。配音属于蛋白酶总科,约100名成员表达在人类35,36]。排序类的配音由四个蛋白(Bap1, UCHL1、UCHL3 UCHL5),都有一个守恒的催化域(UCH-domain)约230个氨基酸组成的35,36]。泛素carboxyterminal水解酶L1 (UCHL1)是一种酸性蛋白质由9个外显子编码223个氨基酸(37]。UCHL1催化领域的一个循环定位活性部位,这限制了泛素的大小加合物可以由它处理小肽(38]。UCHL1提出功能主要通过维护一个稳定池monoubiquitin用于ubiquitinylation反应,显示在图1(27,35]。新翻译泛素含有甘氨酸残基氨基酸后,终端,用于isopeptide债券形成。UCHL1可以断开这些额外的氨基酸以公开的最后甘氨酸泛素结合。UCHL1还可以帮助保持monoubiquitin池通过逆转意外修改时可以形成泛素激活(39]。由于其特异性,UCHL1不移除泛素的蛋白质。正是由于这种选择性提供了药物发现工作的独特优势。UCHL1也参与cotranslational处理proubiquitin和核糖体蛋白翻译成泛素融合(37]。此外,UCHL1可以形成二聚体的形式似乎充当另一个酶活性在UCHL1,泛素连接酶活性(40]。二聚的形式,UCHL1连接酶活性产生赖氨酸- 63与泛素链基板。与公认ubiquitinylation通路E1, E2和E3连接,UCHL1不需要ATP作为连接酶的一个显著特点。有趣的是,当他们通过赖氨酸- 63 polyubiquitinylated泛素、基质逃离UPS-dependent蛋白质降解导致他们的稳定。双重功能的添加和删除monoubiquitin使UCHL1有别于其他配音和UPS功能使其成为一个特殊目标的(41]。
UCHL1中最丰富的蛋白质在大脑达到总量的1 - 2%溶菌产物和调节大脑蛋白质的时机和ubiquitinylation的模式(37]。也是一个主要的酶发挥作用在维持神经元的游离泛素水平(20.,21]。UCHL1也出现在周围神经系统,如背根神经节和三叉神经节神经元(36]。UCHL1参与突触活动和减少UCHL1功能与神经退行性疾病(36,42]。UCHL1也是研究由于其与各种恶性肿瘤,包括结肠癌、乳腺癌、前列腺癌和肺癌43]。的UCHL1基因被称为PARK5,它的变异与帕金森病(42];的确I93M突变显示严重减少水解酶活性和较低的E3活动,虽然S18Y突变体有更大的水解酶活动但低于WT (E3活动37,44]。此外,删除一个活性位点残基的UCHL1基因与细长的轴突萎缩,导致氧化损伤大脑的升高(45]。
UCHL1容易受到氧化损伤,当这种情况发生时,有异常的功能类似于突变UCHL1 [46,47]。此外,异常UCHL1能够与Lamp2a交互,Hsc70,一半寿命从而抑制伴侣蛋白介导的自噬(CMA)依赖退化和CMA的积累引起基质(例如,α-核蛋白)[48,49]。
2。在阿尔茨海默病Ubiquitin-Proteasome减值准备系统
第一个观察关于增加泛素积累在特定结构描述人类大脑广告显示大约30年前。事实上,泛素被发现共价与非功能性测试和SP的不溶性物质50- - - - - -52),因此建议在趋向下降的系统没有正常工作。然而,异常聚集的泛素的存在并不是与后续相关蛋白水解步骤(51]。具体地说,一个β抑制chymotrypsin-like活动但是没有影响的蛋白水解活性蛋白酶胰凝乳蛋白酶,暗示β不与蛋白酶体亚基的活性部位(53]。减少chymotrypsin-like和peptidyl-glutamyl peptide-hydrolysing活动被发现在大脑广告(54]。
的角色β肽在这些过程进一步调查哦,et al .,谁表明,增加了β水平平行chymotrypsin-like活动下降26 s蛋白酶体皮质和海马体的Tg2576老鼠,好广告特征的动物模型,无所不在地表达了瑞典突变淀粉样前体蛋白(APPswe) [55]。这些研究结果还证实在B103细胞,鼠神经母细胞瘤细胞系,aβ治疗导致蛋白酶体活性的抑制(55),尽管参与蛋白酶体诱导的抑制机制β尚不清楚。
因为由影响β可以依赖其聚合状态,Cecarini和他的同事们分析了nonfibrillar的影响,低聚物的,和纤维形式的吗β蛋白酶体的活动在孤立的20 s蛋白酶体和SH-SY5Y细胞(56]。他们发现显著减少只有chymotrypsin-like活动孤立20 s蛋白酶体准备处理β、独立的聚合状态肽(56]。相反,这些调查显示一般减少蛋白酶体功能特别是在治疗低聚物的SH-SY5Y细胞和纤维状的形式(56]。事实上,这些分析与比较,获得使用纯化水解酶,测试活动都显著降低。显著减少蛋白酶体功能也证实了增强泛素蛋白轭合物的水平。这些结果同意拟议的毒性作用β,可能是独立的聚合状态。
,一方面,β可以直接负责的蛋白酶体损伤正如上面提到的,另一方面,其他成员的障碍属于UPS也可以支持吗β积累。鉴于这些发现β是一个恶性循环的一部分,它的积累促进蛋白酶体损伤负责进一步的积累β——。
有趣的是,罗森等人报道,在E3泛素连接酶的过度帕金,发现人类大脑广告减少,大大降低了细胞内的水平β-42年在神经元57]。这种效应被蛋白酶体抑制[废除57]。此外,这些研究人员报道,细胞内β-42积累细胞生存能力和蛋白酶体活性下降,而帕金逆转都影响(57]。帕金进一步强调的重要性,在后续研究中,帕金在APP / PS1的超表达转基因小鼠恢复活动依赖性突触可塑性和救助行为异常(58]。
同样,泛素连接酶HRD1,通常促进应用ubiquitinylation和退化导致生成减少β,被发现在广告大脑受损59]。事实上,抑制HRD1诱导应用的积累和增加产量β体外,导致细胞凋亡(59]。此外,张等人发现抑制UCHL1显著增加β分泌酶1 (BACE1)蛋白水平在体外(60]。BACE1半衰期减少细胞内overexpressing UCHL1和减少应用c端片段C99和β水平观察(60]。
综上所述,UPS的成员不同的损伤26 s蛋白酶体本身,如帕金,HRD1, UCHL1,可能影响应用程序处理和一个β生产。
2.1。氧化损伤UPS
UPS的障碍因素的广告,增加氧化/ nitrosative压力水平提出了可能的诱发效应(61年]。的确,广告与损失相关联的氧化蛋白质水平的20 s蛋白酶体的活动,如上所述,代表了主要的酶氧化降解的蛋白质(54,62年- - - - - -64年]。有趣的是,戴维斯和Grune组的研究显示,适度氧化蛋白质优先识别和由蛋白酶体降解;然而,严重氧化蛋白质不容易降解,相反,抑制蛋白酶体(3,65年]。进一步的研究表明,长时间氧化蛋白质抗降解20年代水解酶(66年,67年]。因此,重载undegradable基质的UPS,突变,或氧化损伤可能导致异常蛋白质的积累和选择性的神经元变性。
在这种背景下的巴特菲尔德集团(46,68年)和其他(69年]表明UCLH1氧化修改广告,建立氧化应激的影响之间的联系对蛋白和蛋白酶体功能障碍。同样,斋藤等人表明HRD1蛋白质insolubilized由氧化应激而不是其他AD-related分子和压力,如淀粉样蛋白-βτ,ER应激。此外,这些作者提出修改的可能性HRD1 4-hydroxy-2-nonenal, HRD1蛋白质溶解度下降导致的累积HRD1到aggresome [70年]。此外,氧化应激的标识修改71似乎是构成热休克同源的折叠和降解机械之间的基本联系,一旦受氧化损伤成为细胞生存能力的关键(71年]。
一氧化氮-(无)诱导S-nitrosylation蛋白二硫化物异构酶(PDI)提出了一个角色相关的蛋白质错误折叠神经退化(72年]。事实上,S-nitrosylation抑制PDI酶活性,导致polyubiquitinylated蛋白质的积累(72年,73年]。S-nitrosylation也废除PDI-mediated衰减ER应激引起的神经细胞死亡,错误折叠的蛋白质、蛋白酶体抑制(72年]。因此,PDI阻止神经毒性与ER应激和蛋白质错误折叠,但没有街区保护作用在神经退行性疾病通过S-nitrosylation PDI (72年]。
Cecarini等人也表明,尽管缺乏差异的蛋白酶体复杂控制隔绝,MCI,和广告的大脑,一个大的障碍在proteasome-mediated退化观察氧化蛋白质的MCI和广告主题(74年]。海拔的障碍与蛋白酶体氧化修饰蛋白质羰基等4-hydroxynonenal-conjugation, neuroprostane-conjugation [74年]。有趣的是,蛋白酶体复合物的孵化与还原剂完全恢复proteasome-mediated蛋白质降解MCI和广告样本,从而支持氧化应激的作用在促进蛋白酶体失活(74年]。
2.2。突变体泛素UBB+ 1
加上一个β和氧化/ nitrosative压力、泛素的变异形式,源于一个分子的误读泛素基因和称为UBB+ 1,被发现有选择地表达在AD患者的大脑75年),据报道,影响蛋白酶体活动在体外(76年]。
事实上,林和他的同事首次显示,(i) UBB+ 1polyubiquitinylated (UBB+ 1-polyubiquitin);(2)UBB+ 1-polyubiquitin强烈抵抗拆卸和积累在细胞;和(3)UBB+ 1-polyubiquitin抑制蛋白酶体活性,从而提供一个毒性的可能机制76年]。根据这些观察,UBB超表达+ 1在神经母细胞瘤细胞显著诱导核分裂和细胞死亡77年]。
UBB的复杂性+ 1相互作用被发现,一方面说明UBB的感应+ 1导致SH-SY5Y细胞表达蛋白酶体抑制,而另一方面UBB+ 1还诱导热休克蛋白的表达,这赋予随后抵抗tertbutyl hydroperoxide-mediated氧化应激。事实上,这些作者得出的结论是,尽管UBB+ 1这些细胞表达细胞有破坏ubiquitin-proteasome系统,防止氧化应激条件。然而,这两种效应之一是普遍不出现从这项研究,需要进一步的调查78年]。
从机制的角度UBB+ 1全身的神经毒性、ubiquitin-conjugating酶E2-25K / Hip-2,发现调节神经元接触β42在AD患者的大脑,提出了有一个角色76年,79年]。E2-25K / Hip-2似乎函数既是E2 ubiquitin-conjugating酶与其他E2蛋白和作为一个不寻常的泛素连接酶生产diubiquitin和非固定polyubiquitin链没有任何E3连接酶(80年]。E2-25K / Hip-2可以减少蛋白酶体活性(79年]。相反,E2-25K / Hip-2被发现中发挥重要作用β神经毒性的促进polyubiquitinylation UBB+ 1,导致蛋白酶体失活(79年]。
然而,UBB的保护作用+ 1也被报道。通过使用转基因小鼠(APP / PS1 UBB三倍+ 1)通过穿越UBB+ 1和APP / PS1转基因老鼠,范Tijn和他的同事们展示了瞬态和显著下降β沉积和可溶性β在APP / PS1 UBB 1-42水平+ 1转基因小鼠相比,APP / PS1老鼠在6个月大的时候81年]。
2.3。功能障碍的UPS和τ聚合
而一个β主要是发现直接或间接地引发蛋白酶体活性的抑制,可能最调查目标蛋白质的聚合后蛋白酶体抑制广告τ。大脑研究广告表明,磷酸化τ积累了两岸的突触,突触浓缩从而显示这种蛋白质与细胞质(相比82年]。在突触的积累p-tau镜子ubiquitinylated蛋白质的积累在相同的分数,以及积累的水解酶和相关监护人,一致认为τ总量与受损的蛋白水解作用由UPS (82年]。
张等人在2005年首次报道,τ,磷酸化和nonphosphorylated 26 s蛋白酶体降解的一个泛素- - - ATP-dependent方式,表明缺陷的UPS将推动τ积累(83年]。
与上述协议,克里普斯等人报道,可溶性配对螺旋细丝(公积金)的tau蛋白质ubiquitinylated microtubule-binding域(在残留赖氨酸- 254,赖氨酸- 311和赖氨酸- 353),这表明ubiquitinylation PHF-tau可能是早期病理事件和ubiquitinylation可以发挥监管作用,调节微管过程中广告的完整性(84年]。通过使用串联质谱,同一组强调PHF-tau修改由三个polyubiquitin Lys-6联系,Lys-11, Lys-48 [84年]。其中,Lys-48-linked polyubiquitinylation polyubiquitinylation的主要形式是与未成年人的泛素链Lys-6和Lys-11 [84年]。因为修改Lys-48-linked polyubiquitin链是已知的作为基本手段的目标蛋白质降解的ubiquitin-proteasome系统、UPS的失败可能在τ积累在广告中发挥作用84年]。
PHF-tau的作用进一步凸显了Gillardon et al .,谁提出降低肽酶活动中观察到大脑提取广告并不20 s蛋白酶体的固有属性,但是这可能是造成内源性抑制蛋白质或基质的存在,例如,PHF-tau [85年]。实际上,这些调查人员发现,蛋白酶体活性增加净化后从广告的大脑85年),而胞质蛋白的存在,在净化过程中被删除,导致蛋白酶体抑制(85年]。
据报道,最近,HRD1泛素连接酶,以前忙应用降解[59),也被确定为消极的广告(τ磷酸化的监管者,86年]。事实上,沈等人报道,HRD1与τ,促进退化脱去磷酸和磷酸化通过26 s蛋白酶体(τ86年]。
proteasome-mediated退化τ蛋白是一个有趣的方面发现hyperphosphorylationτ减少其识别的蛋白酶体(87年),因此质疑的蛋白酶体负责τ退化形式:经典的ATP / ubiquitin-dependent 26 s蛋白酶体途径和/或20 s蛋白酶体途径不需要泛素或ATP吗?事实上,Poppek集团报道,ATP / ubiquitin-independent 20 s蛋白酶体降解τ在体外(87年),而证据还存在,在一定条件下,τ蛋白polyubiquitinylated和定向到26 s蛋白酶体83年,84年,88年,89年]。从这样的明显冲突的报道,Grune和他的同事们在体外的正常营业额τ蛋白被蛋白酶体催化ATP / ubiquitin-independent地,20 s蛋白酶体是正常τ营业额比更重要的是26 s蛋白酶体(90年]。这个解释似乎是合理的,因为τ蛋白主要是展开的,因此,不应该要求展开ATP退化(之前90年]。相反的,在其他情况下,包括某些压力情况下,ATP /泛素途径和26 s蛋白酶体可能是更重要的90年]。
2.4。ATP和聚合的蛋白质的作用
因为ATP代表UPS的基本驱动力活动线粒体损伤和蛋白酶体之间的联系活动也被评估。黄等人在2013年证明了大脑皮层神经元处理抑制剂不同元素的电子传递链显示减少ubiquitinylated蛋白质和E1活动以及calpain-mediated拆卸的26 s蛋白酶体91年]。Calpain激活促进了microtubule-associated蛋白τ的乳沟,导致其积累(91年]。此外,所有这些变化平行增加20 s蛋白酶体水平和活动(91年]。20年代的上升水解酶,它似乎降解蛋白质在一个不受监管,实现能源独立的方式,在短期内可能进行的营业额随机展开氧化蛋白(91年]。然而,如果慢性,这个过程可能会导致神经退化,调节蛋白质泛素/蛋白酶体降解途径对神经元生存至关重要(91年]。
尽管polyubiquitin聚集在大脑的广告,很明显识别的蛋白质存在于结构研究仍然是难以捉摸的,这在我们实验室正在进行。实际上,只有几个例子摆脱文学旨在加强受损UPS的作用反应广告病理学的发展。
βWnt信号通路的一员,连环蛋白是一种多功能蛋白,参与cadherin-mediated细胞粘附和Wnt目标基因的转录激活参与开发(92年]。在缺乏Wnt配体,β连环蛋白磷酸化,并针对multiubiquitinylationβ-Trcp E3连接酶随后迅速26 s蛋白酶体降解机械(92年]。有趣的是Ghanevati和米勒表明,抑制神经细胞的蛋白酶体机械文化导致了进步的磷的积累β连环蛋白蛋白质和分散,形成点状的细胞质内含物,最终合并成一个大胞质aggresome [92年]。
Striatal-enriched蛋白质酪氨酸磷酸酶61 (STEP61),这brain-specific家庭的唯一对碘氧基苯甲醚磷酸酯酶表达的皮层,定位到突触后终端和内质网(93年]。STEP61 associates的NMDA受体(NMDAR)复杂,减少NMDAR活动,反对LTP的感应93年)与有害对认知功能的影响。Kurup岁和他的同事们证明STEP61水平升高在转基因AD模型小鼠(Tg2576)和广告的大脑和一个β能充分提高STEP61水平(93年]。在老鼠大脑和STEP61增加β治疗细胞被发现,因此建议UPS的抑制(93年]。上述证据突显出有缺陷的UPS活动也涉及蛋白质的积累,其激活持续时间,从而导致广告认知功能障碍。
研究已经证明,蛋白酶体抑制也可能发生在正常老化(94年,95年],它明确地表示为广告发展的一个主要危险因素。因此,蛋白酶体功能障碍以及其他未知的机制可能导致蛋白质聚集在整个一生。图片,分析四个分子伴侣’(Grp78、Grp94 PDI和calnexin)显示明显减少老年大鼠海马相比,年轻的控制(96年]。此外,ubiquitinylated蛋白质的水平增加(96年]。因此,与年龄相关的伴侣蛋白表达下降,加上年龄相关蛋白酶体活性下降(94年,97年),可能会占ubiquitinylated蛋白质含量增加。事实上,老年大鼠可能更倾向于形成蛋白质总量,进而扰乱细胞功能和提供其他蛋白质的聚合的成核点。这个场景中,与环境、遗传和其他未知因素,可以使发展与年龄相关的神经退行性疾病,如广告。
2.5。氧化修饰UCHL1在阿尔茨海默病
蛋白质ubiquitinylation可以受调制的酶水平或活动deubiquitinylating UCHL1等酶。这是一个重要的机制来调节多种细胞过程,包括突触功能,蛋白质降解,和神经细胞凋亡98年]。因此,功能障碍UCHL1已经直接与神经退行性疾病,如广告。特别感兴趣的是发现UCHL1参与,维护ubiquitinylation / deubiquitinylation机械,在记忆形成。特别是第一UCHL1进行研究海兔,一个模型系统用于调查神经活动与学习有关。进一步的研究证实UCHL1在突触功能的相关性99年,One hundred.]。
基因敲除小鼠的UCHL1从突触终端显示降低乙酰胆碱释放,这可能是由于摄动ubiquitin-dependent途径由于减少泛素回收。这减少内容发布伴随着阻碍了突触可塑性,神经终端收回,轴突退化(One hundred.]。符合这些发现,张等人表明,细长的轴突萎缩症(gad)突变的老鼠,它代表了UCHL1基因编码中删除,显示大脑轴突退化(101年]。这些数据表明,UCHL1的低表达可能部分负责认知障碍和阿兹海默症病理生理学。巩固这些结果和UCHL1参与广告,小张和同事管理UCHL1颅内注射的UCHL1-expressing rAAV转基因小鼠的海马。增加酶的表达减少β生产、抑制神经炎的斑块形成和改善记忆缺陷(101年]。第二项研究广告的双转基因小鼠模型进一步支持了这一证据。这些老鼠显示认知缺陷,如抑制LTP和UCHL1的蛋白质水平显著减少海马(102年]。转导海马片UCHL1融合的领域HIV-transactivator蛋白质(乙)明显恢复β全身抑制LTP和重建正常的排序活动,基底神经传递,突触可塑性和提高联想记忆在APP / PS1老鼠102年]。有趣的是,外生UCHL1改善β-amyloid-induced突触和记忆障碍小鼠模型在一个广告。UCHL1很重要在突触,表明UCHL1活动增加可以抵消某些症状的广告。
此外,巴特菲尔德集团的数据显示,UCHL1减少活动是由于特定的氧化修饰,可以阻止其正常的功能。事实上增加氧化改性UCHL1 AD病人的大脑中被发现,相比正常的大脑(46,103年]。蛋白质组学分析表明,UCHL1氧化损伤的一个主要目标是在额叶皮层的广告主题46),由羰基形成广泛的修改,氧化蛋氨酸和半胱氨酸氧化(69年]。此外,在AD患者的神经原纤维缠结HNE沉积蛋白质改性,脂质过氧化的产物,据报道(104年]。支持这一观点,在体外数据显示,添加HNE诱导HNE修改重组UCHL1 [105年]。UCHL1免疫染色显示一位著名的协会之间的酶和神经原纤维缠结和可溶性UCHL1蛋白质水平成反比的缠结在广告的大脑69年]。可能由于其封存在神经原纤维缠结,可溶性UCHL1水平下降在后期广告的大脑37]。在继承了广告,UCHL1氧化损坏(106年]。
众所周知,氧化应激导致蛋白质改性,从而导致蛋白质功能改变。减少功能的水平UCHL1被推测为AD的发病机制。根据这些证据,水解酶活性HNE-modified UCHL1减少到约40 - 80%的nonmodified UCHL1和修改的程度呈负相关(46,69年]。从我们的实验室最近的一项研究发现UCHL1氧化损伤的目标也在唐氏综合症(DS)的大脑47]。DS广告提出了许多常见的特性,如早期的沉积β斑块,40岁以上的发展广告痴呆(107年]。类似于广告,发现UCHL1酶活性下降约30%相比,DS大脑控制(47]。这两个事件,UCHL1氧化和减少活动,可以在DS相关主题类似于广告。此外,在DS科目UCHL1损伤是一个痴呆的早期临床表现之前事件发生,从而导致神经退行性现象。
总体综述讨论这些结果表明,在不同的动物模型和人类标本异常UCHL1活动是由氧化引起的修改,从而可能会导致功能障碍的神经ubiquitinylation / deubiquitinylation机械,导致突触和神经变性恶化在广告(图1)。此外,过度UCHL1延迟广告发展在小鼠模型,和UCHL1UCHL1过表达基因疗法,在大脑中潜在的可能是一种有前途的治疗疾病修饰策略广告。
3所示。结论
蛋白质间隙之间的紧密联系网络功能障碍和神经退化机制是有据可查的。潜在的有毒的氧化和聚合蛋白损害神经细胞一旦这些被剥夺的cytoprotective PQC的功能。在这个场景中,一个关键的角色是由氧化应激,导致氧化/错误折叠蛋白质的积累。PQC的成员,与此同时,氧化应激目标蛋白酶体单元和UCHL1等,从而导致其降低移除损坏的/不正常的蛋白质的能力。综上所述,这些研究结果突出感应/保护蛋白质降解系统可能代表一个有效的治疗策略,广告,以及其他神经退行性疾病。
缩写
| 广告: | 阿尔茨海默病 |
| 应用: | 淀粉样蛋白-β蛋白质前体 |
| 一个β: | 淀粉样蛋白-β(一个β-)肽 |
| ATP: | 三磷酸腺苷 |
| BACE1: | β分泌酶1 |
| DS: | 唐氏综合症 |
| 配音: | Deubiquitinylating酶 |
| E2: | Ubiquitin-conjugating酶 |
| E3: | 泛素连接酶 |
| 呃: | 内质网 |
| FBL2: | 盒和富亮氨酸重复蛋白2 |
| HECT: | E6-AP羧基末端 |
| HNE: | 4-Hydroxynonenal |
| HRD1: | ERAD-associated E3泛素蛋白连接酶 |
| LTP: | 长期势差现象 |
| 利斯河: | 赖氨酸 |
| MCI: | 轻度认知障碍 |
| 非功能性测试: | 神经原纤维缠结 |
| 没有: | 一氧化氮 |
| OTU: | 卵巢肿瘤蛋白酶 |
| PDI: | 蛋白二硫化物异构酶 |
| PGJ2: | 前列腺素J2 |
| 公积金: | 成对的螺旋丝 |
| PQC: | 蛋白质质量控制系统 |
| PS1: | Presenilin 1 |
| ROS: | 活性氧 |
| 自洽场: | Skp1-Cullin1-F-box蛋白质 |
| SP: | 老年斑 |
| STEP61: | 61年Striatal-enriched蛋白质酪氨酸磷酸酶 |
| SUMO-1: | 小ubiquitin-like修饰蛋白质1 |
| UBB+ 1: | Ubiquitin-B+ 1 |
| 排序: | 泛素羧基末端水解酶 |
| UCHL1: | 泛素carboxyterminal水解酶L1 |
| UPS: | Ubiquitin-proteasome系统 |
| UPR: | 展开的蛋白质反应 |
| 早餐: | Ubiquitin-specific蛋白酶。 |
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利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
承认
这部分工作是支持由国家卫生研究院(研究所)授予(NS094891) d·艾伦·巴特菲尔德。