3 autofagie u spinální a bulbární svalové atrofie (SBMA)

existuje nejméně devět neurodegenerativních onemocnění způsobených expanzemi CAG. Tato poly-glutaminová onemocnění zahrnují Huntingtonovu chorobu, několik spinocerebelárních ataxií a spinobulbarovou svalovou atrofii nebo SBMA.121 SBMA je neuromuskulární porucha spojená s X u dospělých způsobená opakováním CAG trinukleotidu v exonu 1 androgenního receptoru (AR), který je aktivován jeho ligand testosteron (nebo dihydrotestosteron).122 zmutované ar chybné složky a agregáty v jádře a cytoplazmě primárně MNs a svalových buněk způsobující mnohočetné narušení buněčné funkce a vedoucí k neurodegeneraci.123 jedna z prvních studií zkoumajících, zda by tyto cytosolické agregáty mohly být odstraněny autofagií, byla publikována v roce 2009 Merrys lab. Použití kultivovaných MNs z transgenního modelu myši SBMA vyjadřujícího mutovaný AR, autoři ukázali, že farmakologická aktivace autofagie zachránila smrt MN vyvolanou toxickými agregáty AR, i když byl mutovaný AR upraven tak, aby sídlil v jádře.Od té doby bylo publikováno 124 dalších zpráv potvrzujících cytoprotektivní roli autofagie v patologii SBMA125, 126 ačkoli mechanismy působení těchto molekul aktivujících autofagii jsou stále nejasné. Podobně bylo prokázáno, že kombinační léčba antiandrogenního bikalutamidu (který podporuje cytoplazmatickou retenci polyQ-AR redukující proto jeho jadernou translokaci)s autofagy induktorem trehalózy snižuje tvorbu depozitů polyQ-AR v kultivovaných MNs in vitro.125 tyto studie prokázaly, že autofagie funguje jako cytoprotektivní cesta k clear ar cytoplazmatických agregátů. Podrobné pochopení základních molekulárních mechanismů a toho, zda je dysfunkční autofagie neschopná vykonávat takovou degradační roli součástí patologie SBMA, bylo ještě třeba zkoumat. Jak bylo popsáno výše, p62 je nejen autofagický receptor, ale také zprostředkovává tvorbu inkluze, zejména pokud autofagie nefunguje správně.68 v roce 2013 studie elegant ukázala, že odstranění p62 v myším modelu SBMA zhoršilo motorickou dysfunkci zvýšením hladin monomerních mutantních ar a mutantních ar proteinových komplexů v důsledku poškození autofagie. Naopak nadměrná exprese p62 je chráněna proti mutantní toxicitě AR indukcí tvorby cytoprotektivních proteinových inkluzí.126 tyto výsledky tedy nejen podpořily pozitivní funkci autofagie při čištění těchto agregátů, ale také naznačily, že inkluzní tvorba mutantního AR může představovat buněčný pokus vyrovnat se s přítomností aberantního receptoru.

Chaperonem asistovaná selektivní autofagie nebo CASA je méně studovaný Typ autofagie, který byl silně spojen s patofyziologií SBMA. Kolem roku 2000 bylo zjištěno, že proteinová rodina vaku (Bcl-2-asociovaný athanogen), HSC/HSP70 co-chaperony, jsou modulátory proteostázy. Rodina proteinů lidského vaku obsahuje šest členů, jmenovitě BAG1-6,127,128, které interagují s Bcl-2 za účelem potlačení apoptózy, 129, ale jsou také zapojeny do jiných buněčných procesů, jako je skládání bílkovin, stresová reakce a autofagie. Kromě BAG5 Všichni členové proteinů vaku fyzicky interagují s HSP70 prostřednictvím své domény vaku a všichni mají doménu podobnou ubikvitinu, přes kterou váží ubikvitinovaný náklad, aby se zaměřili na jeho degradaci. Dva proteiny vaku, které byly dosud studovány a spojené s neurodegenerativními chorobami, jsou BAG1 a BAG3. Robustní práce Od Christian Behls group ukázala, že zatímco BAG1 se podílí na odstraňování polyubikvitinovaných proteinů proteazomálním systémem, BAG3 je spojen s autofagickým receptorem p62 a podílí se na obratu polyubikvitinovaných proteinů autofagií, čímž objevuje cestu pro selektivní autofagii, která je zprostředkována tímto multifunkčním Hsp70 co-chaperonem.130 zjistili také, že za buněčného stresu, stárnutí a neurodegenerativních podmínek se poměr BAG3: BAG1 zvyšuje v neuronech a myším mozku, což zvyšuje aktivitu autofagie.131 ukázalo se, že tento systém založený na chaperonech k degradaci buněčných složek je zvláště důležitý pro udržení homeostázy ve svalových buňkách, což jsou cíle spinálních MNs. Na rozdíl od autofagie zprostředkované chaperonem (CMA), která je indukována stresem, CASA funguje za normálních podmínek. Zapojení BAG3 a jeho přidružených chaperonů do patologie MND, zejména SBMA a ALS, a přeslechy této degradační sítě s autofagií byly rozsáhle studovány polettiho skupinou. V roce 2015 se objevila jeho skupinaregulace autofagických genů (Beclin-1, Atg10, p62 / SQSTM1, LC3) a gen kódující BAG3 co-Chaperon malý tepelný šokový protein Hspb8 ve svalu symptomatických SBMA myší. BAG3 a další interaktory HSPB8 (HSPB2 a HSPB3) byly také upregulovány na úrovni mRNA a bílkovin.69 dříve prokázali, že HSPB8 je klíčovým proteinem podílejícím se na autofagickém odstranění nejen polyQ-AR, ale také mutovaných als-vázaných proteinů SOD1 a TDP-43 a že jeho exprese byla vysoce zvýšena po zablokování ubichitinového proteazomového systému, aby se usnadnila autofagie clearance těchto proagregačních proteinů.46,132,133 dále ukázali, že BAG3:Poměr BAG1 byl zvýšen ve svalu SBMA, což naznačuje, že mutant polyQ-AR indukuje silnou autofagickou odpověď ve svalových buňkách a že autofagie je hlavní degradační cestou pro nesprávně složený AR přes proteazom.132 dospěli k závěru, že hladiny strojů pro kontrolu kvality proteinů na bázi hspb8 mohou být použity jako biomarkery specifické pro svaly k posouzení progrese SBMA a/nebo odpovědi na farmakologickou léčbu. Navíc nedávno prokázali, že aktivace obou cest společně, CASA a autofagie,nadměrnou expresí BAG3 a HSPB8 v kombinaci s léčbou trehalózou vede k úplné clearance agregátů polyQ-AR v buňkách kosterního svalstva, 134 tak otevírá slibný kombinovaný přístup k léčbě pacientů s SBMA.

chaperonová síť, která má na starosti kontrolu skládání a obratu proteinů, zahrnuje více než 180 chaperonů a spoluregulátorů. Hladiny více z nich jsou indukovány stresovými stavy, zejména proteotoxicitou, a regulace chaperonu HSPB8 se specificky spojila s MND. Bylo prokázáno, že akumulace nesprávně složených proteinů v ALS a SBMA MNs a svalu indukuje transkripci HSPB8 jako pokus těchto buněk omezit tvorbu proteinových agregátů. Je zajímavé, že HSPB8 je vysoce exprimován v MNs (ve srovnání s jinými buňkami míchy) a kosterním svalstvem, jeho hladiny se snižují s věkem46 a mutace v HSPB8 způsobují onemocnění typu Charcot-Marie-Tooth 2L, dědičnou distální motorickou neuropatii typu II nebo distální myopatii.135-137 HSPB8 také usnadňuje aktivitu autofagie vazbou BAG3, který funguje jako dynein vázající protein lešení.138 bylo navrženo, že komplex HSPB8-BAG3-HSP70 je transportován přes dynein přes mikrotubuly do centra organizace mikrotubulů (MTOC), kde jsou nesprávně složené proteiny pohlceny do vznikajících AP, aby byly degradovány autofagií.139,140 velký pokrok byl učiněn v charakterizaci proteinových komplexů BAG1 a BAG3, které se podílejí na proteazomální a autofagické degradaci nesprávně složených proteinů.138 při pohledu do budoucna bude zapotřebí podrobné pochopení molekulárního mechanismu, který řídí de novo syntézu BAG1, BAG3 a HSPB8, jakož i podněty, které řídí přeslechy mezi degradací BAG1-proteazomu a BAG3-autofagie při stresu proteostázy.

drtivá většina studií zaměřených na roli autofagie v patologii SBMA se shoduje na její neuroprotektivní funkci jako mechanismu čištění proteinových agregátů; byla však také zveřejněna některá data, která naznačují, že autofagie by mohla mít škodlivou funkci alespoň tehdy, když jiné mechanismy kontroly proteostázy nefungují správně. Studie ukázala, že kosterní svalstvo od pacientů s SBMA nebo myších modelů (ar113q knock-in myši) vykazovalo aktivovanou UPR zprostředkovanou CHOP a že delece CHOP zhoršila fenotyp onemocnění aktivací autofagie, což v tomto případě naznačuje škodlivou funkci autofagie. Tento nález byl validován u Beclin-1 haploinsufficient SBMA myší, kde došlo ke snížení svalové ztráty a prodloužení životnosti ve srovnání s SBMA myší s normálními hladinami Beclin-1.141 autoři dále ukázali, že indukce autofagie způsobená nedostatkem CHOP zhoršila svalovou atrofii a dospěla k závěru, že autofagie je aberantně upregulována v kosterním svalu SBMA přispívajícím k patologii. Souhra mezi UPR a autofagií zajišťující proteinovou homeostázu je však složitá. Je možné, že pokud je UPR přirozenou reakcí kosterního svalu SBMA na zvládnutí stresu proteostázy indukovaného polyQ-AR, zablokování této odpovědi by také mohlo změnit normální funkci autofagie v buňkách a zhoršit degeneraci. V roce 2014 stejná skupina popsala, že TFEB jaderná lokalizace a TFEB-cílové geny byly upregulovány v kosterním svalu z tohoto modelu myši SBMA a buněk pacienta.142 dále ukázaly, že tyto buňky vykazovaly zvýšenou autofagickou odpověď po stimulaci ve srovnání s buňkami divokého typu, zatímco jaderná lokalizace transkripčního antagonisty TFEB ZKSCAN3 byla ve srovnání se zdravými kontrolami snížena.142 je zajímavé, že skupina La Spadas našla různé výsledky týkající se role TFEB v patologii SBMA. Pomocí buněk podobných motorickým neuronům a jiného modelu myši SBMA (YAC AR100) ukázali, že AR divokého typu interaguje s TFEB působícím jako koaktivátor, zatímco mutovaná AR interferuje s jeho transaktivací. V důsledku toho polyQ-AR snižuje obrat dlouhodobých proteinů a zhoršuje autofagický tok.143 dále prokázali, že nadměrná exprese TFEB obnovila defekt autofagického toku v MNs odvozeném od iPSC od pacientů s SBMA a navrhla TFEB a sloučeniny, které upřednostňují fúzi autofagozom-lysozom jako potenciální kandidátské cíle pro snahy o vývoj terapie. Tyto studie navrhující opačné scénáře pro aktivitu TFEB a osy lysozom-autofagie v patogenezi SBMA, odhaluje, že role autofagy v patologii SBMA je stále diskutována. Je skutečně možné, že autofagická odpověď na mutaci v AR se liší mezi kosterním svalem a neuronálními buňkami. Bylo by proto zajímavé odhalit, zda je autofagie diferencovaně aktivní a vykonává odlišné funkce mezi těmito dvěma buněčnými typy a dokonce ve stejném svalovém typu v různých stádiích onemocnění. V tomto ohledu skupina Maria Pennutos nedávno hlásila glykolyticko-oxidační metabolický přepínač ve svalových vláknech postižených SBMA během časných fází onemocnění, doprovázený zvýšením aktivity mTOR. V pozdějších stádiích však zjistili zvýšenou expresi TFEB a autofagii a inaktivaci mTOR.144 podobná pozorování u jiných neurodegenerativních onemocnění ukazují, že buněčný typ a závislost na stadiu onemocnění jsou opakujícím se tématem, které je třeba vzít v úvahu při hodnocení autofagie příspěvek k určité patologii.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.