Macroautofagia și mitofagia în tulburările neurodegenerative: Focus pe intervențiile terapeutice partea 2

3.1.2. Mitofagia în AD

Acumularea de mitocondrii deteriorate este un semn distinctiv al AD. Disfuncția mitocondrială și deficitele bioenergetice asociate și stresul oxidativ contribuie la agregarea A și hiperfosforilarea tau [154,155], care, la rândul lor, sunt mediatori ai defectelor mitocondriale [156].

Mitocondriile sunt considerate a fi fabricile de energie din interiorul celulelor, iar mitocondriile deteriorate pot cauza o serie de probleme de sănătate, inclusiv pierderea memoriei. Dar există și aspecte pozitive. Atâta timp cât luăm măsurile potrivite, putem îmbunătăți în mod eficient starea mitocondriilor și ne putem îmbunătăți memoria.

Funcția principală a mitocondriilor este de a produce energie, care poate satisface diferitele nevoi ale celulelor. Dar, în unele cazuri, mitocondriile pot fi deteriorate, ducând la o producție redusă de energie, ceea ce poate duce la probleme de sănătate, cum ar fi pierderea memoriei. În plus, mitocondriile pot provoca și inflamații, afectând și mai mult sănătatea fizică.

Cu toate acestea, în contextul dezvoltării medicinei moderne, putem folosi unele metode pentru a ajuta mitocondriile să-și restabilească sănătatea. De exemplu, exercițiile aerobice, o dietă echilibrată și exercițiile fizice pot promova sănătatea mitocondriilor, îmbunătățind astfel memoria noastră. În plus, unele alimente naturale precum ierburile naturale și nucile au și efecte bune de reparare și protecție mitocondrială, pentru a menține starea normală a organismului.

Pe scurt, deși leziunile mitocondriale pot cauza probleme de sănătate, ar trebui să continuăm să explorăm în mod activ diverse modalități de a căuta modalități de a ne îmbunătăți sănătatea mitocondrială pentru a menține mai bine sănătatea fizică și inteligența. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria, iar Cistanche poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece Cistanche este un material medicinal tradițional chinezesc cu multe efecte unice, dintre care unul este îmbunătățirea memoriei. Efectul Cistanche provine din diferitele ingrediente active pe care le conține, inclusiv acid tanic, polizaharide, glicozide flavonoide etc. Aceste ingrediente pot promova sănătatea creierului în diferite moduri.

Faceți clic pe Cunoașteți memoria pe termen scurt cum să vă îmbunătățiți

În consecință, peptidele A nu au fost toxice pentru celulele fără mitocondrii funcționale (celule epuizate de ADN mitocondrial) [157]. Expunerea neuronilor primari corticali la peptidele A 1-42 induce deschiderea porului de tranziție al membranei mitocondriale [156].

În plus, co-expunerea neuronilor corticali cu activarea NMDAR mediată de A și NMDA induce în continuare depolarizarea mitocondrială și creșterea retenției mitocondriale de calciu [158]. În plus, terminalele sinaptice expuse agregatelor A au prezentat disfuncție mitocondrială, niveluri mai ridicate de stres oxidativ și transport afectat de glutamat și glucoză [159].

În plus, probele din țesutul cerebral al șoarecilor mutanți tau au prezentat defecte respiratorii mitocondriale și o producție mai mare de ROS [160]. Acumularea unui fragment tau N-terminal a fost asociată cu o activitate redusă a citocromului c oxidazei mitocondriale în creierul AD uman [161].

Mai mult, epuizarea în ATP cauzată de defecte mitocondriale activează AMPK și, în consecință, autofagia [162], legând funcția mitocondrială cu reglarea autofagiei.

Eliminarea mitocondriilor nesănătoase de către mitofagie este compromisă în AD, deși mecanismul nu este pe deplin caracterizat. Studiile anterioare care au folosit țesuturi post-mortemhipocampale de la pacienții cu AD și neuronii derivați de AD iPSC au arătat niveluri mai scăzute de proteine ​​legate de mitofagie, niveluri mai scăzute de PINK1 și BNIP3L/NIX și inactivarea proteinelor de inițiere a mitofagiei, cum ar fi fosfo-ULK1 [163].

Deteriorarea mitofagiei a fost descrisă și în modelele de supraexpresie APP și tau [164]. Rolul mitofagiei defectuoase în patogeneza AD a fost susținut în continuare de o îmbunătățire a memoriei în modelele de șoarece APP/PS1 după corectarea mitofagiei neuronale [163]. Studiile cu modele AD au arătat inserția tau în membrana mitocondrială abrogând mitofagia mediată de Parkin [165].

În plus, supraexprimarea celulelor tratate cu mitofagiină A restaurată cu Parkin și funcția mitocondrială ameliorată [166]. În ciuda unei translocări crescute a Parkinei în mitocondrii, prezența mitocondriilor nedigerate în lizozomi demonstrează o eficiență lizozomală deficitară în AD în stadiile incipiente [167].

Nivelurile de proteine ​​implicate în fisiunea mitocondrială, un pas care este esențial pentru izolarea mitocondriilor deteriorate înainte de înghițirea acesteia de către autofagozom, sunt crescute în creierul AD [168].

În mod constant, morfologia mitocondrială alterată spre fragmentare a fost observată în AD, care este agravată atunci când nivelurile de A și p-tau cresc și aceste proteine ​​interacționează cu proteina legată de fisiunea Drp1 [169].

O afectare a mișcării anterograde contribuie la disfuncția mitocondrială afișată în neuronii din modelele transgenice AD ​​[170]. Mișcarea anterogradă defectuoasă afectează fuziunea mitocondriilor vechi cu organitele nou formate din soma, inhibând astfel repararea lor mediată de fuziune. În plus, o mișcare retrogradă defectuoasă descrisă în AD [129] reduce îndepărtarea mitocondriilor defecte din soma prin autofagie.

Nivelurile reduse de SIRT1 descrise în AD compromit, de asemenea, activarea proteinelor autofagie, stabilizarea inmitocondriilor PINK1 și reglarea receptorilor de mitofagie Nix/BNIP3L și LC3 [171].

În plus, nivelurile mitocondriale SIRT3 sunt scăzute în AD, rezultând o activare mai mică a p62 mediată de FOXO [172]. Niveluri intracelulare reduse de NAD+ au fost raportate în AD [173], iar epuizarea nivelurilor NAD+ ar putea, de asemenea, diminua activitatea sirtuinelor.

Astfel, nivelurile și activitatea reduse ale SIRT pot compromite mitofagia, ducând la acumularea de mitocondrii deteriorate în AD.

3.2. Boala Parkinson

PD este o boală neurodegenerativă care rezultă din pierderea degenerativă a neuronilor dopaminergici din substanța nigra pars compacta (SNpc), ducând la deficit de dopamină [174].

Instabilitatea posturală, bradikinezia și mersul sunt trăsăturile tipice ale bolii, adesea însoțite de hiposmie și complicații gastrointestinale marcate sub formă de gastropareză și constipație [175].

Caracteristica histopatologică a PD este prezența agregatelor fibrilare denumite corpi Lewy (LB), în care -sinucleina (aSyn) este un constituent major [176]. aSyn este o proteină desfășurată nativ cu multe funcții atribuite în dezvoltarea neuronală și semnalizarea sinaptică [177].

Cu toate acestea, unele studii indică faptul că lipsa aSyn de tip sălbatic (WT) nu este relevantă pentru funcția neuronală bazală [178], sugerând că o pierdere a funcției aSyn nu cauzează PD. În ciuda dezbaterii intense, oligomerii aSyn sunt toxici pentru celulele neuronale [179].

3.2.1. Autofagia în PD

Autofagia a fost asociată pentru prima dată cu PD atunci când Anglade și colegii au descoperit că moartea neuronilor dopaminergici din SNpc în creierul post-mortem al pacienților cu PD a fost asociată cu dereglarea autofagică [180].

Monomeric aSyn este o proteină cu durată scurtă de viață și, prin urmare, nivelurile sale fiziologice sunt menținute în principal de sistemul ubiquitin-proteazom (UPS) [181]. Cu toate acestea, în cazul supraîncărcării intracelulare aSyn, clearance-ul nativeaSyn de către UPS devine deficitar, transferând astfel eliminarea monomerilor aSyn către calea autofagozom-lizozomală (ALP) [182].

Interesant, un studiu care a folosit șoareci injectați cu adenovirus uman aSyn în substanța neagră a demonstrat că multe proteine ​​autofagice sunt reglate în sus în faza inițială a bolii, sugerând o creștere a inautofagiei în această etapă [183]. Cu toate acestea, studiile post-mortem indică o creștere a nivelurilor de LC3 II și o scădere a catepsinei D, indicând o funcție afectată în calea ALP [121].

Mai mult, descoperirile histologice demonstrează că LC3 II este adesea localizat în incluziunile aSyn [184], ceea ce implică nu numai un proces autofagic defect, ci și că macroautofagia este responsabilă pentru clearance-ul agregatelor aSyn [185].

CMA este puternic afectată în PD, deoarece se observă o expresie redusă a LAMP2a și Hsc70 în creierul post-mortem al pacienților cu PD [121,186]. Interesant este că veziculele LAMP2a-pozitive rămase co-localizate cu un. Aceste observații sunt în concordanță cu faptul că aSyn poartă o pentapeptidă asemănătoare KFERQ, 95VKKDQ99, cu o specificitate puternică pentru veziculele lizozomale [187,188].

În oligomerii aSyn, această pentapeptidă este încă disponibilă și permite agregatelor să se lege de receptorii lizozomali, blocând importul aSyn la lizozom, ceea ce explică parțial defectele observate în CMA celulelor neuronale din PD [185]. Studii ulterioare au demonstrat că modificările post-translaționale în aSynal împiedică, de asemenea, calea CMA și contribuie la toxicitatea celulară generală [189].

Într-adevăr, inhibarea specifică a CMA realizată prin reglarea în jos a LAMP2a pare să fie responsabilă pentru nivelurile crescute de aSyn nativ în neuronii corticali de șobolan [190]. În plus, reducerea exprimării LAMP2a în circuitul nigrostriatal al șobolanilor duce la moartea celulelor dopaminergice, însoțită de o creștere a nivelurilor proteinei aSyn și o creștere a expresiei LC3 [191].

Prin urmare, CMA pare a fi o cale extrem de relevantă pentru degradarea WT aSyn. Glucocerebrozidaza (GBA) este o proteină lizozomală responsabilă pentru scindarea glucocerebrozidei și glucozil sfingozinei în lumenul acestor vezicule.

Deficiența GBA duce la acumularea de substrat în lizozom, cu efecte prejudiciabile în calea endolizozomală. Interesant, mutațiile heterozigote în locusul GBA sunt considerate un factor de risc major pentru dezvoltarea PD [192]. Indivizii mutanți homozigoți GBA dezvoltă boala Gaucher, în urma căreia o mare parte dezvoltă parkinsonism [193].

O legătură între patologiile GBA și aSyn a fost găsită la pacienții cu tulburări ale Corpului Lewy, un spectru de boli cu forme alternative de parkinsonism. La acești pacienți, prezența incluziunilor aSyn a fost puternic corelată cu prezența GBA mutantă în SNpc-ul creierului post-mortem [194].

În mod remarcabil, în neuronii dopaminergici derivați din iPSC ai pacienților heterozigoți GBA PD, care prezintă o activitate scăzută a GBA, s-a găsit o creștere a numărului și mărirea lizozomilor [195], însoțită de niveluri crescute de oligomeri aSyn în neuronii derivați din PD, în comparație cu celulele de control. .

Mai mult, distrugerea GBA în striatul șobolanului a condus la o acumulare de aSyn oligomeric, precedată de o întrerupere a căii autofagice. Beclin-1 ar putea media efectele GBA, deoarece activitatea sa este reglată în jos la o scădere a activității GBA, cu o reducere concomitentă a LC3 II [196].

Kinaza repetată 2 bogată în leucină (LRRK2) este legată de o formă de formă autosomal dominantă a PD, fiind, de asemenea, un factor de risc major pentru PD idiopatică. Pe lângă multe funcții celulare, LRRK2 are un rol proeminent în autofagie, fiind implicat în mai multe faze distincte ale procesului [197].

Un studiu care a utilizat un model de șoarece LRRK2 knock-in dependent de vârstă a arătat că neuronii mezencefal au avut un număr mai mare de vezicule pozitive pentru LAMP2a în comparație cu șoarecii WT [197], sugerând o acumulare de vezicule lizozomale. Această creștere a fost asociată cu o eficiență mai slabă a CMA, deoarece clearance-ul substraturilor specifice lizozomiale cu un motiv KFERQ a fost mai scăzut pe celulele LRRK2 din mijlocul creierului.

Acest lucru este în concordanță cu dovezile care demonstrează că LRRK2 reglează activitatea unui subset de GTPaze Rab, care sunt responsabile pentru mobilizarea membranei, asamblarea veziculelor și transportul [198,199]. G2019S este cea mai frecventă mutație în PD asociată cu LRRK{4} și LRRK2 mutant este considerat a opri procesul autofagic.

De exemplu, celulele neuronale diferențiate SH-SY5Y care exprimă această formă mutantă a LRRK2 au prezentat neurite mult mai mici și o acumulare aberantă de vezicule LC3 [200]. Mai mult, la șoarecii purtători de mutant G2019S LRRK2, a existat o creștere a veziculelor autofagice timpurii și târzii, cu efecte dăunătoare asupra numărului de neuroni care poartă tirozin hidroxilază (TH) și asupra morfologiei neuronale cortexului [201].

Aceste observații pot fi coroborate de faptul că se crede că activitatea LRRK2 afectează macroautofagia prin Beclin-1 într-o cale independentă de mTOR [202]. Deoarece expresia mai mare a aSyn nativ este considerată un factor de risc pentru dezvoltarea PD idiopatică [203]. ], macroautofagia își asumă un rol crucial în menținerea abundenței oricărei celule.

În mod interesant, descoperirile demonstrează că expresia formelor mutante ale aSyn sau supraexprimarea WT aSyn blochează autofagia [204], conferind un rol pivot în acest proces în progresia bolii. Coroborând aceste observații, Vogiatzi și colegii de muncă au descoperit că WT aSyn a crescut de 1,5- la 3,8-ori în celulele PC12 după administrarea de 3-metiladenină (3-MA), o inhibitor de macroautofagie [190].

În plus, aceste fibrile aSyn dă naștere la incluziuni aSyn rezistente la degradare, cu un rezultat negativ în macroautofagie. Celulele care adăpostesc agregate aSyn prezintă o acumulare de autofagozom [205], care poate fi explicată prin faptul că incluziunile aSyn promovează mislocalizarea mATG9, o proteină care facilitează traficul membranei pentru fagoforformarea [204].

Recent, s-a observat că expresia A30P aSyn în culturile primare neuronale dopaminergice mezencefal oprește fluxul autofagic, observat printr-o scădere a proteinei LC3 asociată cu autofagozomii cu o creștere concomitentă a nivelurilor SQSTM1/p62 [206].

În plus, în celulele mononucleare din sângele periferic derivate de la pacienții cu PD, proteinele autofagice precum ULK1 și Beclin1 s-au dovedit a fi dereglate, corelând cu o acumulare [207]. sau proteinele agregate are un efect profund asupra celulelor neuronale [61].

Prin urmare, studiile sugerează că autofagia afectată ar putea fi patogeneza etiologică a factorinei PD. De exemplu, ablația specifică a ATG7, esențială pentru autofagosomeelongarea în neuronii dopaminergici de la șoareci în vârstă, induce trăsături caracteristice PD, cum ar fi fragilitatea motorie, pierderea neuronilor TH-pozitivi și depunerea aSyn [208].

Mai mult, epuizarea ATG7 duce la prezența incluziunilor aSyn care conțin p62-în neuronii dopaminergici SNpc și la o creștere robustă a substraturilor poliubiquitinate [209]. Deși defectele autofagiei sunt transversale modelelor PD, relația de cauzalitate trebuie investigată în continuare.

3.2.2. Mitofagia în PD

Mitocondriile joacă un rol central în patogenia PD [210]. Insuficiență mitocondrială, inclusiv scăderea activității complexului I, bine descrisă în creierul post-mortem al pacienților cu PD idiopatică [211,212], împreună cu stres oxidativ crescut în neuronii nigrostriatali [213] și capacitate mitocondrială mai mică de tamponare a Ca2+ [214] , sunt caracteristici binecunoscute ale procesului neurodegenerativ PD, care evidențiază importanța primordială a curățării mitocondriilor deteriorate în neuronii bolnavi. a S-a descris că oligomerii de sini induce leziuni mitocondriale.

Într-adevăr, atât WT, cât și mutantul aSyn sunt importați în mitocondrii în liniile celulare [215], neuronii dopaminergici cultivați și creierul pacienților cu PD [216]. Cu toate acestea, A53T aSyn are rate mai rapide de acumulare în mitocondrii, afectând activitatea complexului I. și determinând producția exacerbată de ROS [217]. Mai mult, un studiu care a folosit culturi neuronale dopaminergice a arătat că agregatele aSyn care rețin pSer129 aSyn se leagă de preferință la mitocondrii, mai degrabă decât WT aSyn, ceea ce duce la afectarea fosforilării oxidative [218].

Într-adevăr, mutantul aSyn stimulează fragmentarea mitocondrială și promovează prezența cardiolipinei la suprafața mitocondriilor [219]. Cardiolipina este un semnal de pericol provocat de mitocondrii care se leagă de LC3 pentru a iniția mitofagia [220].

În mod remarcabil, aSyn se poate lega de cardiolipină, concurând astfel cu LC3 și oprind mitofagia [219]. Interacțiunea dinamică dintre Parkin și PINK1 permite identificarea corectă a mitocondriilor deteriorate.

În mod surprinzător, mutațiile în genele Parkin și PINK1 sunt responsabile pentru formele de PD autosomal recesive cu debut precoce [221]. S-au găsit dovezi patologice în creierul acestor pacienți cu PD, cum ar fi o populație redusă de neuroni în SNpc și glioza fibrilară [222]. În PD, activitatea Parkin reglează funcția Drp1 pentru a promova fisiunea mitocondrială și reglează în jos funcția Mfn1/2 pentru a preveni fuziunea, rezultând mitocondrii mai mici, care sunt mai ușor de absorbit în fagofori [223].

Interesant este că mutanturile de parkin nu reușesc să se localizeze în mitocondrii după o insultă depolarizantă, ceea ce duce la inhibarea mitofagiei [224]. Mai mult decât atât, proteinele localizate la OMM care reglepepoptotic evenimente, cum ar fi Bcl-XL și MCL -1, inhibă recrutarea Parkin în mitocondrii, blocând mitofagia [225].

În plus, mitocondriile p62-pozitive predispuse la degradare selectivă sunt reduse în celulele care exprimă Parkin mutant [226], ceea ce s-ar putea întâmpla din cauza sechestrării Parkinului în agregate insolubile [227]. Șoarecii transgenici cu absentParkin prezintă o creștere a pSer129 aSyn, dar nu a nivelurilor totale aSyn [228]. O astfel de ablație poate produce defecte nigrostriatale ușoare [229], asociate cu morfologia mitocondrială alterată [230].

Aceste descoperiri pot fi explicate prin capacitatea lui Parkin de a modula starea de fosforilare a aSyn la Ser129 [231]. Sa demonstrat că formele mutante PINK1 asociate cu PD nu reușesc să recruteze cu exactitate Parkin în mitocondrii, rezultând mitofagie disfuncțională [232]. În plus, ablația PINK1 duce la o creștere a numărului de mitocondrii fragmentate [233], o caracteristică comună în neuronii dopaminergici ai pacientului cu PD [234].

Deși numărul de neuroni dopaminergici rămâne neafectat de epuizarea PINK1, neuronii striatali ai șoarecilor PINK1-/- prezintă o capacitate redusă de eliberare de dopamină [235] și sunt mai sensibili la factorii de stres exogeni, cum ar fi stresul oxidativ [236].

Aceste observații sunt însoțite de rate de respirație mai scăzute la animalele mutante și de scăderea activității complexului temitocondrial I [237], ceea ce poate explica contribuția acestei mutații la PD. În mod surprinzător, epuizarea Parkin sau PINK1 singură nu induce degenerare neuronală evidentă la rozătoare, ceea ce sugerează că pot avea loc alte procese mitofagice Parkin/PINK1-independente [228].

Relevanța disfuncției mitocondriale și, prin urmare, a mitofagiei este subliniată de faptul că mai multe toxine mitocondriale, inclusiv 1-metil-4-fenil{-1, 2,3,6-tetrahidropiridină (MPTP) și rotenona, adesea imită disfuncția moleculară în PD și sunt folosite ca modele pentru PD idiopatică [238]. Aceste toxine vizează complexul I de inhibare a mitocondriilor, o caracteristică observată de obicei în creierul post-mortem al pacienților cu PD [212].

MPTP induce parkinsonismul prin promovarea neurodegenerării dopaminergice și acumulării aSyn [239]. MPTP este un compus lipofil care poate traversa bariera hematoencefalică (BBB), iar în astrocite, este transformat în forma sa ionică 1-metil4-fenilpiridiniu (MPP+) [240]. Această formă activă (MPP+) servește ca substrat de mare afinitate pentru transportatorii dopaminergici pentru a pătrunde în celulele neuronale [241], inhibând complexul mitocondrial I și, în consecință, reducând ratele de respirație [239], printre alte efecte citotoxice.

Într-adevăr, tratamentul cu MPP+ în neuronii dopaminergici primari de șobolan și celulele SH-SY5Y promovează fragmentarea mitocondrială dependentă de Drp1-[242]. În plus, în celulele diferențiate cu dopaminergice PC12, deteriorarea mitocondrială indusă de MPP+-este însoțită de o scădere dramatică a ratelor de transport axonal, urmată de un proces neurodegenerativ marcat [243].

De asemenea, rotenona, un alt inhibitor puternic al complexului I, poate imita caracteristicile fenotipice ale PD. Când este injectată la șoareci, rotenona stimulează moartea selectivă a neuronilor dopaminergici împreună cu apariția agregatelor aSyn și a disfuncției motorii [244]. În plus, administrarea de rotenonă perturbă fluxul autofagic, denunțat de creșterea LC3 și p62 și scăderea nivelurilor de LAMP2a, stopând degradarea selectivă a mitocondriilor [244].

De notat, rotenona are un impact sever asupra rețelei de microtubuli [245], afectând fluxul autofagic la șobolani [244] și modificând ratele mitocondriilor în neuritele celulelor SH-SY5Y diferențiate [246]. Deoarece mitofagia este foarte dependentă de transportul dependent de microtubuli [247], se așteaptă ca mitofagia să fie afectată după expunerea la rotenonă.

For more information:1950477648nn@gmail.com