Protein Prion: Phân tử có nhiều hình dạng và khuôn mặt Phần 1

Tóm tắt: Protein prion tế bào (PrPC) là một protein gắn chặt với glycosylphosphatidylinositol (GPI) được tìm thấy nhiều nhất ở màng ngoài của tế bào thần kinh. Do đặc điểm cấu trúc (lõi có cấu trúc tailand linh hoạt), PrPC tương tác với nhiều đối tác.

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng protein prion của tế bào có mối quan hệ quan trọng với sự phát triển và duy trì trí nhớ của động vật.

Prion tế bào (virus Herpes simplex, HSV) là một loại virus hiện diện rộng rãi trong quần thể người và được coi là một trong những mầm bệnh quan trọng nhất của các bệnh về thần kinh và bệnh ngoài da. HSV-1 và HSV-2 là hai loại vi rút phổ biến nhất ở người.

Một nghiên cứu gần đây cho thấy protein virut HSV-1 có thể thúc đẩy sự phát triển và duy trì trí nhớ ở người và động vật. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy nhiễm HSV{1}} chủ yếu xảy ra ở giai đoạn đầu đời của con người và các protein vi rút tích tụ trong hệ thần kinh của con người và điều chỉnh việc giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh và truyền dẫn khớp thần kinh. Những tác dụng điều chỉnh này giúp tăng cường chức năng trí nhớ của não và cải thiện nhận thức và sự chú ý về không gian.

Ngoài ra, protein virut HSV-1 cũng có mối liên hệ nhất định với phản ứng miễn dịch và phản ứng kháng virus của cơ thể. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tác động của protein virut HSV-1 sẽ kích hoạt phản ứng miễn dịch của cơ thể và tác động tích cực lên "tế bào T trí nhớ" trong cơ thể, từ đó tăng cường khả năng phòng vệ chống vi-rút của cơ thể. Khám phá này có ý nghĩa sâu rộng trong việc khám phá mối quan hệ giữa HSV-1 và khả năng miễn dịch của động vật.

Nói tóm lại, mối quan hệ giữa protein của virus prion tế bào và trí nhớ mang lại không gian nghiên cứu rộng rãi cho nghiên cứu trong tương lai về trí nhớ, chức năng hệ thần kinh và phản ứng miễn dịch, đồng thời được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phòng ngừa và điều trị các bệnh liên quan. Có thể thấy rằng chúng ta cần cải thiện trí nhớ và Cistanche có thể cải thiện trí nhớ đáng kể vì Cistanche còn có thể điều chỉnh sự cân bằng của các chất dẫn truyền thần kinh, chẳng hạn như tăng mức độ acetylcholine và các yếu tố tăng trưởng rất quan trọng đối với trí nhớ và học tập. Ngoài ra, Cistanche cũng có thể cải thiện lưu lượng máu và thúc đẩy việc cung cấp oxy, điều này có thể đảm bảo rằng não có đủ dinh dưỡng và năng lượng, từ đó cải thiện sức sống và sức bền của não.

Bấm biết bổ sung để cải thiện trí nhớ

Mặc dù PrPC đã được đề xuất có liên quan đến nhiều chức năng sinh lý, nhưng cho đến nay, chỉ có sự cân bằng nội môi trong quá trình myelin hóa dây thần kinh ngoại biên mới được xác nhận là một chức năng thực sự.

Việc gấp sai PrPC gây ra các bệnh prion và PrPC đã được chứng minh là làm trung gian điều hòa độc tính thần kinh do oligome giàu gây ra ở bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson cũng như bảo vệ thần kinh trong bệnh thiếu máu cục bộ.

Sau khi phân tách protein, PrPC được chuyển thành các dạng PrP được giải phóng và gắn vào, tùy thuộc vào đặc điểm cấu trúc chứa đựng của PrPC, có thể biểu hiện các đặc tính bảo vệ hoặc độc hại.

Trong bài đánh giá này, chúng tôi sẽ phác thảo các đặc tính của protein prion và mảnh prionprotein cũng như tổng quan về sự tham gia của chúng với các đối tác tương tác và các con đường truyền tín hiệu trong quá trình myel hóa, bảo vệ thần kinh và các bệnh thoái hóa thần kinh.

Từ khóa: protein prion; mảnh protein prion; bảo vệ thần kinh; myelin hóa; đột quỵ do thiếu máu cục bộ; bệnh thoái hóa thần kinh.

1. Giới thiệu

Protein Prion (PrP) là một glycoprotein phổ biến có tính bảo tồn cao. Nó tồn tại ở hai dạng; đồng dạng bình thường hoặc tế bào, PrPC, và đồng dạng truyền nhiễm liên quan đến bệnh PrP, PrPSc.

Vai trò bệnh lý của PrPSc đã được nghiên cứu rộng rãi trong bệnh priondisease và đã được xem xét trong một số bài báo [1–3]. PrPC được biểu hiện ở nhiều cơ quan và mô khác nhau với mức độ biểu hiện cao ở hệ thần kinh trung ương và ngoại biên.

Nó hiện diện nhiều trên bề mặt tế bào của tế bào thần kinh [4–6] và tham gia vào nhiều cơ chế sinh lý. Chức năng của protein vẫn chưa được làm rõ; tuy nhiên, các nghiên cứu chuyên sâu liên kết PrPC với cân bằng nội môi myelin [7], bảo vệ thần kinh [8,9], nhịp sinh học [10,11], cân bằng nội môi ion kim loại [12,13], cân bằng nội môi ty thể [14] và truyền tín hiệu giữa các tế bào [6,15] ,16].

Trong tế bào thần kinh, PrPC hiện diện trong các khoang trước khớp thần kinh và sau khớp thần kinh của các đầu sợi trục nơi nó tham gia vào quá trình vận chuyển sợi trục xuôi và ngược [17–20]. PrPC được phân cắt ở màng tế bào bởi các protease, hình thành các dạng được giải phóng và gắn kết.

Trong những năm gần đây, prionprotein và các dạng giải phóng protein prion đã nhận được sự chú ý liên quan đến khả năng bảo vệ thần kinh trong các bệnh thoái hóa thần kinh.

Trong bài tổng quan này, chúng tôi trình bày các dạng giải phóng protein prion và protein prion, tóm tắt sự liên quan của chúng trong quá trình myelin hóa, bảo vệ thần kinh và các bệnh thoái hóa thần kinh, đồng thời thảo luận về những khám phá gần đây nhất trong lĩnh vực này.

2. Protein Prion

PrPC của con người trưởng thành bao gồm miền đầu N không có cấu trúc linh hoạt (dư lượng axit amin 23–120) và miền đầu C có cấu trúc (dư lượng axit amin 121–231).

Nó được neo vào màng tế bào bằng neo glycosylphosphatidylinositol (GPI) [21,22]. Miền đầu N linh hoạt chứa vùng octarepeat trong khi miền có cấu trúc bao gồm ba chuỗi xoắn, hai tờ, một liên kết disulfide kết nối cystein 179 và 214, và hai N-glycan trên các gốc axit amin 181 và 197 [23,24] (Hình 1).

PrPC có thể chuyển đổi thành PrPSc đồng phân giàu tờ, có xu hướng tự chuyển đổi và kết tụ thành các tập hợp không hòa tan [22,25,26]. Sự tích tụ bất thường của protein bệnh lý trong não có thể gây ra sự phát triển của bệnh não xốp truyền nhiễm (TSE), còn được gọi là bệnh prion.

Các bệnh do Prion bao gồm bệnh Creutzfeldt–Jakob (CJD), hội chứng Gerstmann–Sträussler–Scheinker (GSS), chứng mất ngủ gia đình gây tử vong (FFI) và kuru ở người, bệnh não xốp dạng xốp ở bò, bệnh phế quản ở dê và cừu và bệnh suy mòn mãn tính ở cổ tử cung.

Tất cả các bệnh prion đều là những rối loạn thoái hóa thần kinh gây tử vong. Các đặc điểm lâm sàng và bệnh lý thần kinh của bệnh prion ở người tương tự như bệnh Alzheimer (AD) như mất trí nhớ nhanh và mất chức năng não cũng như chứng mất trí nhớ, biến dạng xốp của não, thay đổi tính cách và khó vận động [15,27] .

Mặc dù bệnh prion xảy ra do sự tích tụ các chất tổng hợp PrPSc độc hại trong não, nhưng cơ chế chuyển đổi PrPC thành PrPSc và sự phát triển của bệnh prion vẫn chưa được biết rõ.

Ngoài vai trò là chất nền cho sự phát triển của các bệnh prion, PrPC còn có thể đóng vai trò là thụ thể cho các oligome amyloid- (A ) gây độc tế bào [20,28] và các tập hợp protein tau hòa tan độc hại trong AD và các bệnh tau khác [29,30].

Ngoài ra còn có các nghiên cứu đối lập về sự gắn kết PrPC của các oligome -synuclein ( -syn) trong bệnh Parkinson (PD) và các bệnh lý hạt nhân khác, mở ra cuộc tranh luận về vai trò của PrPC trong độc tính của -synuclein [30–33].

3. Các mảnh protein Prion

PrPC có thể trải qua bốn lần phân tách sau dịch mã, tạo thành các đoạn PrP (Hình 1). Sự phân cắt và phân tách xảy ra trong miền đầu cuối N không có cấu trúc trong khi sự phân tách -phân cắt và sự bong tróc PrP xảy ra trong miền đầu cuối C có cấu trúc.

Ngoài các phân tách được đề cập, PrPC đã được phân cắt trong điều kiện thí nghiệm với phospholipase C, phân cắt PrPC trong neo GPI [34,35]. Vị trí phân cắt, chiều dài của mảnh và sự gắn kết màng cho phép các mảnh tham gia vào nhiều cơ chế khác nhau.

3.1. -Sự phân tách

Sự phân tách -là sự phân tách được nghiên cứu nhiều nhất của PrPC. Nó xảy ra trong các điều kiện sinh lý ở vùng kỵ nước trung tâm của PrPC trưởng thành (dư lượng axit amin 105–120 trong trình tự con người 111/112) [36–38] (Hình 1).

Sự phân tách giải phóng một đoạn N1 ~11 kDa trong khi phần C1 ~18 kDa vẫn được gắn vào màng tế bào bởi GPIanchor [36,39]. Hiện tại, không có enzyme duy nhất chịu trách nhiệm cho sự phân tách [24,40].

Mặc dù các vị trí phân cắt đã được xác định liên quan đến các loài, nhưng khả năng chịu đựng sự biến đổi trình tự ở khu vực này miễn là tính kỵ nước của nó vẫn được bảo tồn [38].

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phân tách trong não người, mô hình chuột và nuôi cấy tế bào thần kinh xảy ra với sự hiện diện của enzyme ADAM10 và ADAM17 [41–43]. ADAM10 góp phần tạo ra N1 cấu thành trong khi ADAM17 chủ yếu tham gia vào quá trình hình thành N1 khi được kích thích [44 ,45]. ADAM8 cũng đã được chứng minh là có khả năng phân tách PrPC để tạo thành N1 và C1 trong cơ [46].

Vai trò của ADAM8, ADAM10 và ADAM17 trong quá trình phân tách cũng đã được hỗ trợ trong một nghiên cứu lý sinh [47]. Đoạn N1 có độ ổn định tương đối thấp; tuy nhiên, nó đã được phát hiện có trong dịch cơ thể, chất đồng nhất mô hoặc chất nổi trên bề mặt nuôi cấy tế bào [39,48,49].

Sự phân cắt ban đầu được cho là diễn ra trong các khoang nội bào có tính axit [50,51] nhưng các nghiên cứu sau đó đã chứng minh rằng sự phân tách xảy ra trong quá trình vận chuyển PrPC mụn nước dọc theo con đường bài tiết [52,53].

Sự phân tách sử dụng PrPC làm chất nền, dẫn đến việc giảm bề mặt tế bào. Vì PrPC cũng là chất nền để sao chép prion và là chất trung gian chính gây ra độc tính trong các bệnh prion, AD và các bệnh thoái hóa thần kinh khác, nên sự phân tách có tác dụng sinh học tích cực.

Phần đầu N linh hoạt của PrPC rất cần thiết cho sự tương tác của protein với các đối tác liên kết điều chỉnh sự hấp thu PrPC trong quá trình vận chuyển [54,55]. ThiếuN1, C1 tạo thành phức hợp trên màng tế bào [56] và ổn định và bền bỉ hơn ở bề mặt tế bào so với PrPC [50].

Mảnh C1 có thể được cắt ở bề mặt tế bào và giải phóng vào không gian ngoại bào [57]. Người ta thấy C1 có tác dụng ức chế sự sao chép prion ở chuột [58,59]trong khi đoạn N1 có tác dụng bảo vệ thần kinh [60,61]; sự vắng mặt của sự phân tách sẽ gây độc cho cả tế bào và chuột [47,62].

3.2. -Sự phân tách

Sự phân tách diễn ra ở cuối vùng lặp octapeptide N-terminal của vị trí phân tách. Sự phân tách chủ yếu được quan sát thấy trong điều kiện bệnh lý và tương tự như sự phân tách. Nó dường như hành động bảo vệ.

Nó diễn ra xung quanh gốc axit amin 90, tạo thành đoạn N2 (~9 kDa) và đoạn C2 (~20 kDa) [36,37,48,63](Hình 1). Sự phân tách PrPC được trung gian bởi các loại oxy phản ứng (ROS) [37,63–66].

Bằng cách loại bỏ ROS, sự phân tách sẽ bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa [65]. Ngoài ROS, sự phân tách được gây ra bởi calpains [67], protease lysosomal [68,69], hoặc thậm chí ADAM8 [47].

Proteinase K cắt lõi kháng protease của PrPSc (PrP27–30) gần vị trí 90, tạo ra một đoạn có chiều dài tương tự C2. Tương tự như mảnh C1, mảnh C2 cũng có thể bị tách ra khỏi bề mặt tế bào [70].

Sự hình thành của một đoạn như vậy chỉ ra rằng protease tham gia vào quá trình phân tách cũng có thể liên quan đến nỗ lực của tế bào nhằm phá vỡ PrPSc [71,72].

3.3. -Sự phân tách

Sự phân cắt protease được phát hiện gần đây nhất của PrPC là sự phân cắt. Vị trí phân cắt trong PrPC vẫn được xác định nhưng kích thước của đoạn N3 được giải phóng (~20 kDa) và đoạn C3 gắn với GPI (~5 kDa) cho thấy rằng sự phân cắt protein xảy ra ở vùng giữa các gốc axit amin 170 và 200 [73, 74] (Hình 1).

Các nghiên cứu chỉ ra rằng sự phân tách xảy ra muộn trong con đường bài tiết trên protein không được glycosyl hóa với sự có mặt của các thành viên thuộc họ metallicoprotease ma trận (MMP) [73].

Lý do sự phân tách chỉ xảy ra trên PrPC không được glycosyl hóa được đề xuất là do sự cản trở không gian của protease bởi glycans ở gần vị trí phân cắt được đề xuất [40,75].

Sự phân tách đã được tìm thấy tồn tại ở các loài, mô và mô hình nuôi cấy tế bào khác nhau. Việc xác định vai trò của nó đòi hỏi phải nghiên cứu thêm mặc dù dấu hiệu cho thấy số lượng mảnh C3 tăng lên trong não CJD có thể dẫn đến ý nghĩa gây bệnh [73].

3.4. Loại bỏ protein Prion

Ngoài ra còn có một sự phân cắt quan trọng của PrP ở gần đầu C. Sự phân cắt đưa PrP vào không gian ngoại bào, để lại một lượng nhỏ dư lượng axit amin trên bề mặt tế bào.

Sự phân tách đã được mô tả trong nghiên cứu ban đầu [35,39,76,77] nhưng đã nhận được nhiều sự chú ý hơn trong những năm gần đây do có liên quan đến việc thải ra PrP trong các bệnh [40,63,78–83].

Tương tự như sự phân cắt, sự bong tróc PrP xảy ra với sự có mặt của các enzym thuộc họ ADAM. Các thí nghiệm in vitro và in vivo cho thấy rằng ADAM9 và ADAM10 tham gia vào quá trình phân tách và loại bỏ PrP [47,84–86] trong đó ADAM10 là shedase chính cho PrP và ADAM9 là bộ điều biến hoạt động của ADAM10 [24 .Shed PrP lần đầu tiên được xác định ở chuột đồng.

Trong não chuột đồng bị nhiễm prion, shePrP chiếm khoảng 15% số phân tử PrPSc [76]. Một phân tích sâu hơn cho thấy rằng ADAM10 đã phân tách PrP giữa Gly228 và Arg229 và hình thành PrP loại bỏ và chấm dứt ở Gly228 [84].

Một phân tích khám phá đặc điểm vị trí phân cắt của ADAM10 đã tiết lộ rằng sự phân cắt không được tạo ra bởi một trình tự duy nhất [87].

Do đó, ADAM10protease có thể tạo ra các biến thể của PrP bị loại bỏ tùy thuộc vào trình tự và cấu trúc protein. Jansen và đồng nghiệp đã mô tả sự tồn tại của các dạng PrP không được kiểm soát kết thúc bằng Tyr225 và Tyr226 ở những bệnh nhân mắc bệnh prion [88].

Tác giả đã mô tả hai bệnh nhân mắc bệnh prion mang đột biến dừng ở vị trí Y226X và Q227X và biểu hiện các dạng tương ứng. Sử dụng kháng thể đơn dòng V5B2 [89] liên kết đặc hiệu với đoạn PrP kết thúc bằng Tyr226, chúng tôi đồng thời mô tả sự tồn tại của một dạng PrP tự do có tên PrP226* [90–94].

Sự phân bố PrP226* trong não người có liên quan đến sự phân bố PrPSc [90,94]. Do sự tồn tại của nhiều dạng phân hủy, chúng tôi đã đưa ra giả thuyết rằng vị trí phân giải protein trong trình tự của con người không chỉ nằm giữa các gốc axit amin 228 và 229 mà nằm ở gần đầu C [95] (Hình 1).

Gần đây, Linsenmeier và cộng sự. đã công bố một nghiên cứu toàn diện về cơ chế kích thích sự phân giải protein PrPC [81]. Bằng cách sử dụng mô hình động vật và đối chứng, họ đã chỉ ra rằng sự thải ra PrP có tương quan nghịch với chuyển đổi prion và sự thải ra PrP hiện diện rất nhiều trong các mảng amyloid.

Họ cũng nghiên cứu ảnh hưởng của sự gắn kết của kháng thể hướng PrP với PrPC đến xu hướng rụng lông. Sự liên kết của toàn bộ kháng thể kháng PrP với miền có cấu trúc đầu C của PrPC hoặc các dẫn xuất kháng thể chuỗi đơn, hướng tới các epitop lặp đi lặp lại trong vùng octarepeat của miền đầu N kích thích sự bong ra, khi sự liên kết của toàn bộ kháng thể kháng PrP với octarepeat vùng của miền đầu cuối N đã khóa cấu trúc miền đầu cuối N và gợi lên sự phân cụm bề mặt PrPC, nhập bào và thoái hóa trong lysosome [81].

4. Protein Prion và quá trình myel hóa

PrPC được biểu hiện nhiều ở hệ thần kinh trung ương (CNS) và hệ thần kinh ngoại biên [4,5]. Các nghiên cứu về não linh trưởng, não loài gặm nhấm và chuột biến đổi gen cho thấy rằng nó được làm giàu dọc theo các sợi trục và ở các đầu tận cùng trước khớp thần kinh, nơi nó tham gia vào quá trình vận chuyển sợi trục xuôi và ngược [4,17,18,96–98].

Việc xóa vùng phân cắt PrPC cho thấy sự mất myelin nghiêm trọng ở cả tủy sống và chất trắng tiểu não in vivo [99,100] Sau đó, người ta đã xác nhận rằng PrPC sợi trục và sự phân cắt của nó là cần thiết cho quá trình tiền myelin hóa trong hệ thần kinh ngoại biên [101].

Sử dụng mô hình chuột đồng loại bỏ PrP, Kuffer et al. đã phát hiện ra rằng PrPC sợi trục thúc đẩy quá trình duy trì myelin trong quá trình chuyển hóa thông qua liên kết với thụ thể kết hợp G-protein Adgrg6 trên các tế bào Schwann có đuôi linh hoạt ở đầu N [7].

Họ cũng xác nhận rằng những con chuột thiếu PrPC đã phát triển bệnh lý thần kinh mất myelin mãn tính, điều này cho thấy cân bằng nội môi myelin hóa trong hệ thần kinh ngoại biên là một chức năng sinh lý thực sự của PrPC [7].

Việc duy trì myelin được phát hiện là được điều chỉnh thông qua việc liên kết một đoạn PrPC được giải phóng ở đầu N (có lẽ là N1 hoặc loại bỏ PrP) với Adgrg6 trên các tế bào Schwann.

Sự tương tác đã kích hoạt Adgrg6, tăng mức độ cAMP trong tế bào và kích hoạt tầng phân bổ tín hiệu thúc đẩy quá trình myel hóa [7]. Sự điều chỉnh duy trì myelin ngoại vi của PrPC đã được xác nhận ở năm chủng mô hình chuột bị loại bỏ PrP khác nhau đã phát triển bệnh lý thần kinh ngoại biên khởi phát muộn [101–103].

Gần đây, đã có một nỗ lực phát triển một phương pháp điều trị các bệnh mất myelin ngoại biên dựa trên sự liên kết giữa miền đầu N của PrPC và Adgrg6 [104]. Trong nghiên cứu này, họ đã chế tạo một phân tử bám dính miễn dịch bao gồm hai miền đầu N linh hoạt của PrPC được liên kết với đoạn kết tinh (Fc) của globulin miễn dịch G1 (FT2Fc) [104].

Phân tử này cho thấy các đặc tính dược động học thuận lợi và cho thấy tiềm năng trong ống nghiệm nhưng không có tác dụng chữa bệnh đối với các dấu hiệu phân tử ban đầu của sự khử myelin ở chuột bị loại bỏ PrP [104].

PrPC cũng đã được nghiên cứu liên quan đến sự phát triển và tái tạo myelin ngoại vi sau chấn thương thần kinh [105]. Vì PrP được phát hiện là không thể thiếu trong cơ chế này, nên có thể cho rằng PrP không có vai trò chính trong quá trình sửa chữa dây thần kinh ngoại biên hoặc sự vắng mặt của nó có thể được bù đắp bằng các phối tử khác [105].

Quá trình myelin hóa và các vai trò sinh lý khác của PrPC đã được nghiên cứu chuyên sâu trên các mô hình động vật có biểu hiện gen PrP bị loại bỏ hoặc bị loại bỏ.

Các nghiên cứu đã cho thấy những tác động tiêu cực hạn chế ở chuột [102,106–109], gia súc [110] và dê [68,111,112] trong khi các nghiên cứu trên chuột hoặc dê bị loại bỏ PrP cho thấy những khiếm khuyết trong hệ thần kinh và độ nhạy cảm với stress oxy hóa [6,101,111,113]. Một số mẫu chuột loại bỏ PrP đã được tạo với nền hỗn hợp [106,109,114–116].

Vì các nghiên cứu không thể tái tạo được giữa các mô hình, điều này có thể đặt ra câu hỏi liệu có bất kỳ kiểu hình quan sát được nào thực sự là do tính đa hình trong các gen xung quanh Prnp hay do sự vắng mặt của PrPC. Để tránh vấn đề này, nên lặp lại các thí nghiệm chính bằng cách sử dụng chuột PrPknockout đồng sinh.

Mặc dù vai trò của PrPC trong hệ thần kinh trung ương cần phải được làm rõ, nhưng các mảnh vỡ do PrPC và PrPC giải phóng là không thể thiếu trong cân bằng nội môi myelin thần kinh ngoại biên nhưng chúng có thể không thể thiếu trong quá trình phục hồi thần kinh.

For more information:1950477648nn@gamil.com