Макроаутофагија и митофагија код неуродегенеративних поремећаја: фокус на терапијске интервенције, део 3

3.3. Хантингтонова болест

Хантингтонова болест (ХД) је аутозомно доминантна наследна неуродегенеративна болест, коју карактеришу когнитивна дисфункција, психијатријски поремећаји и поремећаји понашања, невољни моторички покрети, а касније и деменција [248,249].

Хантингтонова болест је генетска болест која често изазива симптоме као што су промене облика тела, поремећаји кретања и когнитивни пад. Због ефеката болести на мозак, проблеми са памћењем често забрињавају пацијенте и њихове породице. Иако је ово изазовно питање, проактивно суочавање и подршка могу помоћи у ублажавању симптома и побољшању квалитета живота.

Прво, важно је напоменути да сама Хантингтонова болест није једини извор проблема са памћењем. Као и код сваке болести, постоји много начина за пацијенте да се боре против болести, као што су контрола исхране, одржавање здравог начина живота и довољно одмора. Иако ове мере не могу да излече болест, оне могу да смање проблеме са памћењем изазване болешћу.

Друго, подршка чланова породице, пријатеља, заједнице и медицинских тимова игра виталну улогу у опоравку памћења Хантингтонових пацијената. Чланови породице могу помоћи пацијентима да запамте време и направе дневне аранжмане, а такође треба да пруже пацијентима довољно разумевања и охрабрења како би пацијенти осетили да нису сами. Медицински тим може пружити стручну помоћ и усвојити неке неуропротективне третмане, укључујући лекове, физикалну терапију итд.

Коначно, став и психолошки квалитет пацијента такође имају директан утицај на опоравак памћења. Пацијенти треба да науче да се активно носе са болешћу. Иако може изгледати тешко, памћење се може обновити континуираним напорима и комуникацијом.

Укратко, Хантингтонова болест има известан утицај на памћење пацијента, али не треба одустати од помоћи и лечења. Уз друштво рођака и пријатеља и подршку медицинског тима, пацијенти могу да преокрену утицај болести на памћење и поврате светлу страну живота кроз активно суочавање и разне начине. Види се да треба побољшати памћење. Цистанцхе може значајно побољшати памћење јер Цистанцхе има антиоксидативне, антиинфламаторне и анти-агинг ефекте, што може помоћи у смањењу оксидације и инфламаторних реакција у мозгу, чиме се штити здравље нервног система. Поред тога, Цистанцхе такође може да подстакне раст и поправку нервних ћелија, чиме се побољшава повезаност и функција неуронских мрежа. Ови ефекти могу помоћи у побољшању памћења, способности учења и брзине размишљања, а такође могу спречити појаву когнитивне дисфункције и неуродегенеративних болести.

Кликните на сазнајте начине за побољшање функције мозга

ХД селективно изазива неуродегенерацију средњих бодљикавих неурона (МСНс) у стриатуму, тачније, у каудату и путамену, са дорзомедијалним у вентролатералном правцу [250].

Касније у току болести, паријетални кортекс је такође у великој мери захваћен, док је описана и неуродегенерација у другим регионима мозга, односно малом мозгу, таламусу и белој материји [251].

Генетски узрок ХД је поновљена мутација експанзије тринуклеотида цитозина, аденина и гуанина (ЦАГ) у кодирајућем региону свеприсутно експримираног ХТТ гена (са 36 ЦАГ понављања као патолошки праг), који кодира абнормално дуг Н-терминал полиглутамин ( ) тракт [252].

Експанзија полиК доводи до мутантне ХТТ (мХТТ) агрегације, што резултира митохондријалном и синаптичком дисфункцијом, измењеним руковањем митохондријалним Ца2+, стресом ендоплазматског ретикулума (ЕР), поремећеном транскрипцијом гена и транслацијом протеина, инхибицијом, путевима уклањања протеина губитак неурона [253]. Абнормално таложење погрешно савијеног мХТТ у језгру (формирајући инклузиона тела) и перинуклеарним/цитоплазматским субћелијским регионима је још једна карактеристика ХД.

Ови агрегати углавном садрже Н-терминалне фрагменте полиК-проширеног ХТТ-а, као што је приказано у неуронским језгрима и дистрофичним неуритима у кортексу и стријатуму пацијената са ХД [254,255].

Ове инклузије су обогаћене убиквитином и убиквитинираним ХТТ, компонентама УПС-а и пратиоцима као што су протеини топлотног шока [254], што одражава генерализовани недостатак деградације мХТТ посредоване УПС-ом.

Заиста, функција УПС-а је смањена у различитим ХД моделима, што се може објаснити секвестрацијом протеазома мХТТ агрегатима [256].

3.3.1. Аутофагија у ХД

У ХТТ протеину су идентификована два наводна КФЕРК мотива циљања на ЦМА: један на аминокиселинама 99–103 (КДРВН), а један на амино киселинама 248–252 (НЕИКВ). Након фосфорилације на Сер16, сам Н-терминус (14-ЛКСФК-18) се сматра трећим мотивом сличним КФЕРК [257].

Док нормални ХТТ разграђује УПС, полиК-ХТТ је мета за ЦМА-деградацију, пошто су пречишћени интактни лизозоми показали мХТТ фрагменте на начин који зависи од ЛАМП2 [257].

Међутим, деградација мХТТ зависна од ЦМА је мање ефикасна. Ово се може објаснити кашњењем транспорта мХТТ ЦМА кроз лизозомалну мембрану посредованом експанзијом полиК, што доводи до акумулације у цитосолу.

Штавише, ЛАМП2А и Хсц70 могу снажно да интерагују са полиК-ХТТ, што доводи до блокаде ЦМА путање саобраћаја [257]. Међутим, експресија мРНА ЛАМП2 је повећана у каудатенуклеусу ХД пацијената, што је у складу са повећаним нивоима ЛАМП2 протеина и истовременом индукцијом ЦМА у ћелијама ХД пацијената и моделима миша [258], што указује на покушај повећања активности овог система.

Заиста, полиК-ХТТ пуне дужине првенствено је усмерен на макроаутофагију, док су Н-терминални фрагменти ХТТ-а селективно циљани на ЦМА [37]. Занимљиво је да су Р6/2 ХД мишеви показали смањену формацију инклузије и побољшане ХД фенотипове након што је Н-терминални мХТТ фрагмент био циљан на ЦМА пут.

Штавише, клиренс фосфорилисаних Н-терминалних фрагмената полиК-ХТТ зависи од ЛАМП2А и Хсц70 протеина [259]. Фибробласти пацијената са ХД, стриаталних Хдхкноцк-ин ћелија и пре-симптоматских ХТТ К111 кноцк-ин мишева показали су повећану ЦМА активност [258].

Ово повећање активности ЦМА није одржано када су остарели мишеви постали симптоматски. Штавише, значајно смањење ЛАМП{0}}А бојења је откривено код старијих ХТТ К111 кноцк-ин мишева [258].

Пошто су ЛАМП-2Локализација и активност ЦМА регулисани саставом липида на лизозомалној мембрани, а измењени метаболизам липида се дешава у ХД [260], модификације у хомеостази липида могу допринети дисфункцији ХД у ЦМА. Дакле, да би се компензовао неисправан рад пут макроаутофагије, ХД неурони би могли да регулишу ЦМА.

Међутим, лизозоми компетентни за ЦМА су мање ефикасни у деградацији супстрата током времена, док полиК-ХТТ омета преузимање ЛАМП-2А и Хсц70 терета и акумулацију липида. Као покушај да се одржи нормална протеостаза, пошто УПС посредована деградација протеина и ЦМА не успе, макроаутофагија може бити појачана у ХД [261].

ПолиК-ХТТ је усмерен на аутофагични клиренс, што указује на селективност макроаутофагије према патогеном ХТТ [262]. Међутим, путеви деградације УПС-а и аутофагије су значајно угрожени код ХД, што резултира акумулацијом агрегата полиК-ХТТ, што на крају доводи до неуронске дисфункције и смрти [263].

Штавише, прогресивни неуспех путева деградације и протеостазе доводе до акумулације оштећених органела као што су митохондрије и ЕР. Занимљиво је да поред агрегата полиК-ХТТ који су супстрат за деградацију посредовану аутофагијом, ХТТ протеин је даље укључен у регулацију пута аутофагије [264], као што је описано у наставку у овом одељку.

Штавише, ХТТ има улогу у аксонском транспорту аутофагозома, као што сугеришу студије снимања живих ћелија у стријаталним неуронима. Након губитка ХТТ и експресије мХТТ, примећено је смањен транспорт аутофагозома и накнадна инхибиција деградације супстрата [265].

Биопсије мозга ХД пацијената су показале значајне абнормалности у одељцима везикуларно-ендоцитног пута, са абнормалном пролиферацијом мултивезикуларних тела, ендозома и лизозома, праћених поремећајем Голгијевог апарата и дезорганизацијом ЕР [266].

Сходно томе, стријатални неурони у мозгу пацијената са ХД обојеним за ХТТ показали су значајно повећање ендосом-лизозомских органела и ХТТ-позитивних тубуловезикуларних структура [255]. Нормални ХТТ делује као протеин скеле за селективну аутофагију, пошто ХТТ може физички да интерагује са п62 да би олакшао. његова повезаност са ЛЦ3-ИИ и убиквитинираним супстратима.

ХТТ се такође може везати за УЛК1, ослобађајући УЛК1 од негативне регулације од стране мТОР-а [267]. Заиста, показало се да УЛК1 има смањену активност у ХД ћелијским и животињским моделима (К175) [268,269].

Штавише, ХТТ може допринети микротубуларном транспорту аутофагозома који је неопходан за фузију аутофагозома и лизозома [265]. Заиста, различити типови ћелија, као што су примарни неурони, стријаталне ћелијске линије, фибробласти и хепатоцити из два ХД модела миша и лимфобласти добијени од ХД пацијената, показали су повећан број аутофагних вакуола без повећане деградације посредоване аутофагијом [260].

Поред тога, два модела ХД мишева, Р6/2 (који експримира ексон 1 хуманог ХТТ гена са ~150 ЦАГ понављања) и ИАЦ128 (трансгени мишеви са вештачким хромозомом квасца (ИАЦ) који експримирају људски ХТТ ген пуне дужине са 128 ЦАГ понављања) мишеви су показали специфично повећани нивои маркера аутофагије п62 и ЛЦ3-ИИ у стријатуму у каснијој доби (18 месеци) [270], што указује на дефицит(е) у деградацији протеина посредованој аутофагијом.

Супротно томе, полиК-ХТТ агрегати могу да секвестрирају мТОР, што доводи до индукције аутофагије [271]. Једно могуће објашњење за ову контрадикцију је значајна промена у препознавању терета макроаутофагије у ХД ћелијама, што резултира формирањем 'празног' аутофагозома [260].

Аутофагозоми имају смањену количину цитосолног терета унутра, вероватно због абнормалне интеракције п62–полиК-ХТТ, што доводи до смањене стопе деградације протеина у ХД узорцима [260], што може довести до озбиљних штетних ефеката на ћелијску хомеостазу и последичног губитка неурона.

Компензаторна активација макроаутофагије као одговор на полиК-ХТТ агрегате може бити важан приступ преживљавању ХД неурона. Органеле се окрећу макроаутофагијом, што захтева препознавање циљаних мембрана од стране машинерије аутофагије.

Пошто полиК-ХТТ може да реагује са различитим мембранама органела [264,271], полиК-ХТТ може да омета препознавање органела коришћењем аутофагних вакуола. У складу са овом хипотезом, ХД ћелије показују акумулацију дефектних митохондрија, што сугерише да компромитовани митохондрији нису ефикасно препознати или обележени до аутофагије.

Штавише, полиубиквитинација је још један начин да се протеински агрегати разграђују макроаутофагијом, а полиК-ХТТ се може везати за полиубиквитиниране протеинске агрегате, што може ограничити њихово препознавање од стране система аутофагије [262].

Неколико студија је открило да ХТТ реагује са протеинима повезаним са аутофагијом индиректно утичући на пут аутофагије. Чишћење полиубиквитинираних инклузија је посредовано селективним рецептором аутофагије, п62, који може постојати у полиубиквитинираним мХТТ агрегатима [272].

Љуска од п62 и ЛЦ3 протеина може да окружи мХТТаггрегате како би промовисала регрутацију у аутофагозоме, док обарање п62 доводи до повећане ћелијске смрти у присуству мХТТ [273]. Нивои експресије п62 су смањени у мозгу модела ХД Р6/1 миша, као резултат смањене синтезе протеина, у раној фази патологије.

Међутим, у касним фазама, п62 се акумулира у стријатумандном хипокампусу [274]. СТХдхК111/К111 стриаталне ћелије, изведене из ХД кноцк-ин мишева, такође су показале повећане нивое п62, као одговор на протеотоксични стрес [275]. Дакле, п62 може да веже мХТТ агрегате и прогресивно се акумулира у ХД мишевима и језгру ћелија пацијента, доприносећи појави ХД симптома.

Раније су Куросава и колеге открили да је смањење п62 у три ХД модела миша (Р6/2, ХД190КГ и ХД120КГ мишеви) побољшало ХД фенотипове и очекивани животни век, показујући смањене нуклеарне инклузије и повећане цитоплазматске инклузије мХТТ [276].

Селективни аутофагијски рецептор НБР1, који секвестрира протеинске агрегате, дели сличну функцију и структуру као п62 и показало се да реагује са п62 [277]. Као што је раније објашњено, мХТТ формира нуклеарне инклузије са п62, што доводи до неуротоксичности.

За разлику од онога што се дешава са п62, НБР1 се не акумулира унутар неуронских језгара или у касној фази ХД код мишева или пацијената [274], што сугерише да НБР1 може преузети нуклеарну акумулацију п62 да би одржао неку основну стопу селективне макроаутофагије.

ФИВЕ протеин (АЛФИ) повезан са адапторним протеином аутофагијом делује као скела за агрегате, п62 и аутофагозом и има централну улогу у аутофагној деградацији мХТТ агрегата [278].

Сходно томе, експресија АЛФИ мРНА је смањена у каудатном језгру ХД пацијената [279]. Аутофагијски адаптер ОПТН такође може деловати као рецептор за аутофагију, који препознаје и промовише аутофагијски клиренс протеинских агрегата [280]. ОПТН омогућава клиренс интрануклеарне мХТТ инклузије путем селективне аутофагије [281].

Интригантно, ОПТН показује образац експресије специфичан за ћелије у стриатуму, који је повезан са обрасцем губитка неурона у овом ХД региону мозга [282]. Штавише, прекомерна експресија ОПТН-а је смањила агрегацију мХТТ преко повећане селективне аутофагије [283]. Толл-интерацтинг протеин (Толлип) је још један селективни протеин карго рецептора аутофагије са функцијом клиренса протеинског агрегата [284].

Студија која користи стабилну ћелијску линију Неуро2а која експримира мХТТ (ХД60К и ХД150К) показала је да се Толлип повезује са мХТТ изведеним Н-терминалним пептидима, стимулишући њихову агрегацију и повећавајући њихов клиренс путем аутофагије, штитећи ћелије од протеотоксичности [285].

Поред тога, стриатум и кортекс из ХД Р6/2 мишева су показали Толлип протеин у нуклеарним инклузијама [286]. Како је процењено, исцрпљивање Толлип-а довело је до смрти ћелија, док је прекомерна експресија Толлип-а повећала клиренс агрегата [284].

Стога, делујући као посредник селективне аутофагије повезане са ХД, Толлип би могао бити добар кандидат за ХД терапијску стратегију. Бецлин 1 је главни регулатор аутофагије, чији се нивои смањују са старењем.

Бецлин 1 се може регрутовати у мХТТ агрегате, смањујући његову активност и даље доприносећи дисфункцији аутофагије код ХД [287]. Студија Ашкеназија и његових колега, користећи ХД-Н171-82К мишеве (који експримирају прву 171 аминокиселину хуманог ХТТ) и примарне фибробласте пацијената са ХД, показала је да мХТТ надмашује атаксин 3 у везивању Бецлин1, избегавајући његову активацију [288 ].

Ово је стријатално-специфичан протеин и Бецлин 1 активатор који регрутује Бецлин 1 даље од Бцл-2, спречавајући његово инхибиторно дејство. Међутим, мХТТ може инхибирати Рхес интеракцију са Бецлин 1, смањујући његову улогу у промовисању аутофагије [289].

Супротно томе, прекомерна експресија Бецлин 1 повећава клиренс агрегата мХТТ и смањује оштећење неурона [287]. Експресија Бецлин-1 у људском мозгу постепено се смањује са годинама [287], као и смањени промет лизозомалног протеина ЛАМП2 [8]. Занимљиво је да фибробласти пацијената са ХД прате исти образац [288].

Међутим, изгледа да се Бецлин{0}}акумулира у полиК-ХТТ инклузије код Р6/2 ХД трансгених мишева и мозгова ХД пацијената [287], што показује оштећење специфично за регион. Ембрионални фибробласти из К111-Хтт кноцк- код ХД мишева су показали повећан број липидних капљица и значајно смањили повезаност липидних капљица са ХДаутофагосомима [260], што може допринети смањеном интрацелуларном складиштењу липида уочено у ХД.

ПолиК-ХТТ агрегати су такође секвестрирали мТОР, што је примећено у ЦОС-7 ћелијама које експримирају мутант (К74) хунтингтин ексон 1, можданом ткиву мишева који експримира мХТТ (К82) и можданом ткиву из каудата и путамена ХД пацијента [271].

Поред тога, активност УЛК1 је такође смањена у мозгу зК175 ХД мишева, пошто су УЛК1 супстрати као што су Бецлин-1 и АТГ14 мање фосфорилисани, заједно са прерасподелом УЛК1 до нерастворљиве фракције где је пронађен агрегирани мХТТ [269]. Штавише, Метзгер и сарадници су показали да је полиморфизам В471А у АТГ7 повезан са ранијим обликом ХД [290].

Као што је раније описано у овом прегледу, ТФЕБ је главни регулаторни фактор транскрипције на путу аутофагија-лизозом (лизозомална биогенеза и аутофагија), за који се показало да је појачано регулисан пролифератором пероксизома активираним рецептор-гама коактиватором (ПГЦ)-1алфа [ 291], члан коактиватора транскрипције који игра централну улогу у регулацији ћелијског енергетског метаболизма, митохондријалне биогенезе и адаптивне термогенезе. Н171-82К ХД трансгени мишеви су показали абнормалну експресију и активност ТФЕБ, што сугерише да је ТФЕБ сигнализација поремећена у ХД [291].

Сходно томе, ТФЕБ може да промовише клиренс полиК-ХТТ [291], што наглашава ТФЕБ као могућу терапијску мету за ХД или друге болести са акумулацијом протеинских агрегата.

Стога је неопходно даље разумети дисфункцију аутофагије у ХД, пошто спречавање акумулације мХТТ и/или побољшање неуронске протеостазе може представљати релевантне терапеутске могућности у ХД.

3.3.2. Митофагија у ХД

Претходне студије су известиле о ултраструктурним дефектима у митохондријама изолованим из постмортем ХД кортикалног ткива и компромитованој оксидативној функцији и синтези АТП-а у пре-симптоматским ХД носиоцима [292], што сугерише да је митохондријална дисфункција рано релевантан патогени механизам.

ХД мутантне ћелије и стријатални и кортикални неурони изоловани од ИАЦ128 трансгених мишева показали су измењену митохондријску биоенергетику, укључујући дисфункцију пируват дехидрогеназе (ПДХ) [293], као и дерегулацију ∆ψм [294], повећану производњу митохондријалног РОС-а [29{5] 4}} унос у изоловане митохондрије од пре-симптоматских Р6/2 и ИАЦ128 можданих мишева [296].

Даље смо показали сличне митохондријалне резултате у ХД хуманим лимфобластима [297]. Дубоке промене у ∆ψ повезане са апоптотичким догађајима и смањеним нивоима АТП-а су такође примећене код симптоматских ХД кибрида (ек-виво периферни модел добијен фузијом ХД људских тромбоцита са рхо0 ћелијама осиромашеним мтДНК) и код ХД хуманих Б. -лимфоцити [298–300].

Сходно томе, у поређењу са ВТ ћелијама, стријаталне СТХдхК111/К111 ћелије су показале значајно смањење ∆ψм након повећања концентрације Ца2+ [301]; у случају примарних стријаталних неурона добијених од ИАЦ128 мишева, смањено ∆ψм и смањено руковање митохондријским Ца2+ се десило због цитосолног Ца2+ преоптерећења након селективне активације Н-метилД-аспартат (НМДА) рецептора [302 ].

Штавише, абнормална митохондријална морфологија и трговина уочени су у узорцима мозга постморталних ХД пацијената и ХД хуманим лимфобластима [303]. Раније смо показали да митохондријални тромбоцити пацијената са ХД показују смањену активност цитрат синтазе код пре-симптоматских и Цк-И код пре-симптоматских и симптоматских ХД носилаца [304].

Овим, изоловане митохондрије мозга из каудатног језгра ХД пацијената [305] и из различитих ХД ћелија (ћелије хуманог неуробластома; СТХдхК111/К111 стријаталне ћелије), животињски модели (Хдх(ЦАГ)150 кноцк-ин миш) показали су ХТТ фрагменте у блиском контакту са митохондријама [304,306], што указује на директан ефекат мХТТ на функцију митохондрија.

Заиста, мХТТ може да изазове директне ефекте физичком интеракцијом са органелом и повезаним протеинима и даље индиректне ефекте на митохондрије и енергетски метаболизам путем дерегулације транскрипције (нпр. ометањем ПГЦ-1алфа транскрипционе активности).

Дакле, абнормални потенцијал митохондријалне мембране (∆ψм), оксидативни стрес, поремећена оксидативна фосфорилација (ОКСПХОС) и губитак митохондријалне динамике, праћен модификацијама митохондријалне морфологије и/или смањеном биогенезом, фаворизују акумулацију у ХДб нормалним хондријама [307А]. елиминација дисфункционалних митохондрија примећена у ХД сугерише оштећење митофагије. Примећено је да су нивои базалне митофагије смањени код мишева ДГ офХД који су укрштени са линијом миша мито-Кеима [308].

Штавише, недавна студија је показала да је митофагија погођена у СТХдхК111/К111 стријаталним ћелијама [309]. Ови аутори су показали да мХТТ утиче на покретање процеса митофагије, као и на регрутовање митофагијских рецептора и његову интеракцију са ЛЦ3-ИИ током митофагије [309].

Као што је раније објашњено, ПИНК1-митофагија посредована Паркином почиње стабилизацијом ПИНК1 на ОММ оштећених митохондрија да би се регрутовао Паркин. У каудатном језгру код пацијената са ХД, експресија ПИНК1 мРНА је значајно смањена [310].

Повећана фрагментација митохондрија [311] и неефикасна инкорпорација митохондрија у аутофагозоме [265] су карактеристике ХД; стога, смањени ПИНК1 може погоршати дисфункционално регрутовање аутофагозома у ХД ћелијама. Сходно томе, ПИНК1 прекомерна експресија у ХД мушицама и ћелије СТХдхК111/К111 су се показале као заштитне у овим моделима [312].

Штавише, јувенилни ХД фибробласти су показали повећане нивое Паркина [313]. Иако постоји одређени недостатак информација у вези са променама у ПИНК1/Паркин-зависној митофагији у ХД, њена активација може представљати занимљив терапијски приступ.

Штавише, мХТТ може да интерагује са Дрп1, што резултира повећаном активношћу Дрп1 ГТПазе и последично повећаном фисијом митохондрија, узрокујући смањену митохондријалну функцију [303]. Недавно су сарадници Аладинанда показали да фибробласти коже малолетних пацијената са ХД имају значајно ниже нивое митохондријалних фузијских и фисионих протеина и смањено гранање у њиматохондријалној мрежи.

Штавише, јувенилни ХД фибробласти су открили већу протеазомску активност, која је била повезана са повишеном експресијом гена и протеина Паркина, као и повећаном протеазомалном деградацијом митохондријалног фузионог протеина Мфн1 у оболелим ћелијама [313].

Ови подаци сугеришу да је експанзија мХТТ повезана са повећаном протеазомалактивношћу и бржим обртом специфичних супстрата убиквитин-протеазомског система ради заштите ћелија, што би могло допринети измењеној динамици митохондрија у раним фазама болести.

For more information:1950477648nn@gmail.com