Ieskats neirodeģeneratīvo slimību patoģenēzē: koncentrēšanās uz mitohondriju disfunkciju un oksidatīvo stresu 2. daļa

Vairākas pēctranslācijas modifikācijas regulē arī mitohondriju dinamiku. Drp1 fosforilēšana var stimulēt dalīšanos vai saplūšanu atkarībā no fosforilācijas vietas [100, 101].

Nepārtraukti attīstoties neirozinātnei, arvien vairāk pētījumu ir parādījuši, ka pastāv cieša saistība starp mitohondriju dinamiku un atmiņu, kam ir pozitīva un progresīva nozīme.

Mitohondriji ir svarīgs šūnu orgāns, kam ir divas galvenās funkcijas: viena ir nodrošināt šūnām enerģiju, bet otra ir regulēt šūnu attīstību un dzīvības aktivitātes. Mitohondriju funkcija ir saistīta ne tikai ar šūnu veselību, bet arī cieši saistīta ar cilvēka ķermeņa fizisko veselību. Cilvēka atmiņa ir viena no tām.

Pētījumos atklāts, ka cilvēka smadzenēs ir notikušas daudzas izmaiņas mitohondriju dinamikā, piemēram, palielināts mitohondriju blīvums, mitohondriju migrācija un mitohondriju reģenerācija. Šīs izmaiņas ir saistītas ne tikai ar smadzeņu neironu veselību, bet arī cieši saistītas ar smadzeņu atmiņas uzlabošanos.

Konkrēti, mitohondriju dinamika var veicināt informācijas pārraidi starp smadzeņu neironiem, tādējādi veicinot atmiņas un mācīšanās veidošanos, konsolidāciju un atjaunošanu. Turklāt ekstrēmi sporta veidi un citi sporta veidi var veicināt mitohondriju blīvuma palielināšanos, tādējādi uzlabojot smadzeņu atmiņu un kognitīvās spējas.

Tāpēc mums aktīvi jāpiedalās dažās fiziskai veselībai labvēlīgās aktivitātēs, piemēram, vingrošanā, fitnesā, labu ēšanas paradumu veidošanā utt., lai veicinātu mitohondriju dinamikas attīstību un uzlabotu atmiņu un kognitīvās spējas. Vienlaikus jāpievērš uzmanība arī atpūtai, stresa mazināšanai, labas veselības uzturēšanai un tādējādi aktīvi jāārstē turpmākajā dzīvē.

Rezumējot, pastāv cieša saikne starp mitohondriju dinamiku un atmiņu. Aktīvs dzīvesveids un veselīgi ieradumi ir labvēlīgi mitohondriju dinamikas attīstībai, tādējādi uzlabojot smadzeņu atmiņu un kognitīvās spējas. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche ir antioksidanta, pretiekaisuma un pretnovecošanās iedarbība, kas var palīdzēt samazināt oksidatīvās un iekaisuma reakcijas smadzenēs, tādējādi aizsargājot cilvēka veselību. nervu sistēma. Turklāt Cistanche var arī veicināt nervu šūnu augšanu un atjaunošanos, tādējādi uzlabojot neironu tīklu savienojamību un darbību. Šie efekti var palīdzēt uzlabot atmiņu, mācīšanās spējas un domāšanas ātrumu, kā arī var novērst kognitīvo disfunkciju un neirodeģeneratīvo slimību rašanos.

Noklikšķiniet uz zināt veidus, kā uzlabot smadzeņu darbību

DFS fosforilēšana palielina Drp1 piesaisti un sekojošo mitohondriju sadalīšanos [102], savukārt acetilētā Mfn1 ubikvitinācija veicina tā proteasomu degradāciju [103]; Mfn1 fosforilēšana ar ERK inhibē mitohondriju saplūšanu, veicinot apoptozi [104].

Īpaši uzturvielu stāvokļi arī netieši regulē līdzsvaru starp šiem diviem procesiem. Lai gan bada rezultātā mitohondriji ir sapludināti un izstiepti, ar barības vielām bagātu vidi pavada sadrumstaloti mitohondriji [105, 106].

3.4. Autofagija

Autofagija ir vēl viens būtisks solis, lai saglabātu līdzsvaru starp proteīnu sintēzi un klīrensu, organellu bioģenēzi un degradāciju, tādējādi veicinot šūnu veselību [107]. Pamatojoties uz to, kā mērķa krava tiek nogādāta tolizosomu degradācijai, autofagiju var iedalīt [107, 108]:

- Makroautofagija, kurā autofagosoma, dubultmembrānas pūslīši, veidojas un saplūst ar lizosomām, pēc tam to saturu noārda lizosomu skābās hidrolāzes;

- Mikroautofagija, process, kura laikā lizosomas apvij dažādus citozola savienojumus, kas tiek noārdīti pēc membrānas involūcijas [109];

- Chaperone mediētā autofagija, process, kura laikā chaperoni saistās ar bojātiem proteīniem un receptoriem uz lizosomu membrānas, kam seko proteīna pārvietošana lizosomā sadalīšanai [110].

Bojātu mitohondriju autofagija ir pazīstama arī kā mitofagija. Pirmā stepīna mitofagijas iniciācija ir izolācijas membrānas, autofagosomas, veidošanās, kas, domājams, rodas no MAM, ER membrānām vai plazmas membrānas [111,112], kam seko pirmsiniciācijas kompleksa aktivizēšana, kas satur ULK1 (Unc{{). 4}}, piemēram, kināze1, Atg 13 un 101 (ar autofagiju saistīti proteīni) un FIP200 (fokālās adhēzijas kināzes ģimenes mijiedarbības partneris 200) [113]. beclin1, Atg 14, autofagija un beclin 1 regulators (AMBRA1), kā arī asinsvadu proteīnu šķirošana 34 un 15 (Vps 34 and 15), lai iegūtu fosfatidilinozīta 3- fosfātu (PI3P).

Pi3P ir pazīstams arī kā iniciācijas komplekss [114]. Pēc aktivācijas abi kompleksi pārvietojas uz fagofora kodola vietu [108]. PI3P tiek atpazīts un mijiedarbojas ar citiem IM lokalizētiem proteīniem, piemēram, WD atkārtotu proteīnu, kas mijiedarbojas ar fosfoinositīdu (WIPI) un FYVE domēnu saturošiem proteīniem [115] un noved pie Atgs konjugāciju sērijas fagoforā, kas beidzas ar pro-LC3 šķelšanos. (vieglā ķēde 3) ar Atg4 par LC3-I, ko tālāk pārveido fosfatidiletanolamīns par LC3-II, un tas noved pie izolācijas membrānas pagarināšanās un aizvēršanās [116,117].

Tiek uzskatīts, ka Υaminosviestskābes A tipa ar receptoriem saistītais proteīns (GABARAP) un GABARAP līdzīgais1 proteīns (GABARAPL1) spēlē līdzīgu lomu kā LC3 autofagosomu paplašināšanā [118].

Signalizācijas proteīns mTOR (rapamicīna mērķis zīdītājiem) spēcīgi modulē autofagiju. MTOR inhibīcija, kā tas notiek badā, defosforilē un aktivizē Atg13, aizdedzinot mitofagijas procesu [119].

Ja augšanas faktoru un šūnu barības vielu ir daudz, mTOR fosforilē Atg 13, novēršot tā saistīšanos ar ULK1 un FIP200 piesaisti [107]. Autofagosomu saplūšanu ar lizosomām veic Rab7 un LAMP-2, lizosomu transmembrānas proteīns [120,121]. Pēc saplūšanas lizosomalenzīmi, galvenokārt katepsīni, degradē autofagosomu saturu [122].

Mitofagijā, kas nav saistīta ar receptoriem, mitofagijas indukcijas process aktivizē PTEN inducēto kināzi 1 (PINK1), kas uzkrājas uz OMM un pieņem darbā un fosforilē Parkinu [123, 124]. Parkins uzkrājas OMM un ubikvitinē OMM proteīnus, kā rezultātā palielinās PINK1 aktivitāte un palielinās Parkin piesaiste [113].

Starp Parkin ubikvitinētajiem proteīniem ir no sprieguma atkarīgie anjonu kanāli 1 (VDAC1), Mfn1 un Mfn2, kā arī TOM20 (ārējās mitohondriju membrānas 20 translokāze), kas regulē mitohondriju saplūšanu.

Mfn1/2 ubikvitinācija bloķēs saplūšanas procesu un ļaus izolēt mazos un bojātos mitohondrijus [125].

Ubikvitinātie proteīni piesaista autofagijas adaptera proteīnus, piemēram, OPTN (optineirīns), NBR1 (kaimiņu BRCA1), TAX1BP1 (nodokļu-1 saistošais proteīns), NDP52 (kodola punktu proteīns52) vai sekvestosomu-1, kas mijiedarbojas. ar autofagosomu proteīniem, piemēram, GABARAP vaiLC3, izmantojot LC3 mijiedarbības reģionus (LIR), lai veicinātu autofagosomu veidošanos un saplūšanu ar lizosomām [126, 127]. 2. attēlā shematiski parādīts mitofagijas process.

2. attēls. Mitofagijas shematiskā diagramma. Mitofagijas indukcijas process aktivizē PINK1, kas uzkrājas OMM un pieņem darbā un fosforilē Parkinu.

Pēdējais ubikvitinē OMM proteīnus, piemēram, mitofusīnus 1 un 2 (Mfn), no sprieguma atkarīgos anjonu kanālus 1 (VDAC1) un TOM20 (ārējās mitohondriju membrānas 20 translokāzi).

Autofagosomu veidošanās sākas ar pirmsiniciācijas kompleksa aktivizēšanu, kas satur ULK1 (Unc-51-kā kināze 1), Atg 13 un 101 (ar autofagiju saistīti proteīni) un FIP200 (fokālās adhēzijas kināzes ģimenes mijiedarbības partneris 200), un turpinās ar III klases fosfatidilinozitīda 3-kināzes (PI3K), beklin1, Atg 14, AMBA1 (autofagija un beklina 1 regulators) un Vps 34 un 15 (asinsvadu proteīnu šķirošana) piesaistīšana, kā rezultātā tiek ražots fosfatidilinozīts {{17} fosfāts (PI3P).

Ubikvitinātās olbaltumvielas vervautofagijas adaptera olbaltumvielas, piemēram, kaimiņu BRCA1 gēns (NBR1), optineurīns (OPTN), Tax-1saistošais proteīns (TAX1BP1), kodolpunktu proteīns 52 (NDP52) vai sekvestosoma-1, kas mijiedarbojas ar autofagosomu proteīniem, piemēram, GABARAP vai LC3, lai veicinātu autofagosomu veidošanos. Autofagosomu saplūšanu ar lizosomām veic LC3, Rab7, LRRK2 un LAMP-2 (sk. tekstu).

Tomēr pastāv arī no Parkina neatkarīgi mitofagijas ceļi [113], piemēram, ar receptoriem saistīta mitofagija. Visvairāk pētītie proteīni, kas iesaistīti receptoru mediētajā mitofāgijā, ir AMBRA1, FUNDC1 (FUN14 domēnu saturošs proteīns 1), NIX (Nip3-likeprotein) un BNIP3, kas atrodas uz OMM, kā arī kardiolipīns un 2. banīns (PHB2). ) IMM [113].

Šie receptori var saistīties ar LC3 neatkarīgi no Parkina [128] un izraisīt mitofagiju. To transkripciju var aktivizēt dažādos apstākļos. Piemēram, BNIP3 un NIX transkripciju aktivizē hipoksija, izmantojot hipoksijas inducējamo faktoru 1 alfa (HIF1) [129], kam pēc fosforilēšanas ir augsta saistīšanās afinitāte pret LC3 [130]. FUNDC1 defosforilēšana ar hipoksiju atvieglo tā saistīšanos ar LC3 [131].

Pēdējos gados pētnieki ir parādījuši, ka mitohondrijus var izspiest no šūnām un endocitozes vai fagocitozes ceļā uzņemt blakus esošās šūnas, kur tās galu galā tiek pakļautas mitofagijai, parādībai, ko sauc par transcelulāro mitofagiju [113, 132].

Ir pamatoti pieņemt, ka mitohondriju pārnešana atpakaļ uz šūnu somu no dendrītu oraksoniem būtu enerģētiski nelabvēlīga, tāpēc neironi atbrīvo mitohondriju atsinapses, ko noārda glia šūnas [133].

Savukārt glia šūnas var pārnest mitohondrijus uz neironiem un pasargāt pēdējos no hipoksijas un enerģētiskās atteices [134]. Precīzi mitohondriju pārnešanas ceļi joprojām tiek pētīti, taču daži pētījumi liecina par svarīgu lomu proteīnam, kas savieno mitohondrijus ar citoskeleta motora proteīniem, proti, MIRO1 [135], savukārt citi parādīja astrocītiskā GFAP (glial acidicfibrillary proteīna) un neironu UCP2 (atvienojošais proteīns 2) iesaistīšanos. ) [136]. 1992. gadā tika identificēts vēl viens bojāto mitohondriju iznīcināšanas veids [137] un nosaukts par mitoptozi.

Tas ļauj šūnām noārdīt mitohondrijus, neatverot MPTP un neizraisot apoptozi [113]. Mitoptozi, iespējams, aktivizē mitohondriju membrānas depolarizācija, mitohondriju DNS (mtDNS) bojājumi un ROS [113].

Precīzi mitoptozes mehānismi prasa turpmāku izpēti, taču ir aprakstītas vairākas situācijas, piemēram, kristālu pietūkums un sadrumstalotība, kam seko kristālu fragmentu citoplazmas ekstrūzija, pārraujot OMM [138], vai kristālu pasliktināšanās IMM saplūšanas rezultātā, saglabājot neskartu OMM. [138].

ROS ir galvenā loma autofagijas un mitofagijas regulēšanā. Viens no iepriekš minētajiem ceļiem ir mTOR ceļš. Ar aminoskābēm bagāta vide noved pie mTOR kompleksa 1 (mTORC1) pārvietošanas uz lizosomu virsmu, kur tas, mijiedarbojoties ar Rebandu, aktivizē mTOR [139], savukārt bada gadījumā mTOR kolokalizējas ar LC3 un ierosina autofagiju [140].

Ņemot vērā, ka mTOR oksidēšana kavē tā darbību, ļoti iespējams, ka ROS regulē šo soli [141]. Turklāt IκB kināzes un JNK1 S-nitrozēšana ar slāpekļa oksīda palīdzību kavē to aktivitāti, kas savukārt novērš mTOR inaktivāciju un Beclin atbrīvošanu no Beclin-Bcl-2 kompleksa [93,142].

Cits ceļš ir beklin{0}}III klases PI3K komplekss ar virkni kofaktoru, piemēram, AMBRA1, ar Bax mijiedarbojošo faktoru 1 (Bif-1) vai Rubicon (RUN domēnu un cisteīnu bagāto domēnu saturošs beklīns -1-mijiedarbojošs proteīns) [143]. Citi autofagijas regulatori ir IP3 receptori, AMPK (50-AMP aktivētā proteīnkināze) un DAPK (ar nāvi saistītā proteīnkināze) [144,145].

ROS un reaktīvās slāpekļa sugas izraisa pēctranslācijas olbaltumvielu modifikācijas, kas arī regulē transkripcijas faktoru aktivitāti. Piemēram, Nrf2 (kodolfaktora-eritroīda 2-saistītais faktors 2)/Keap1 (Kelčam līdzīgs enoil-CoA hidratāzi saistīts proteīns 1) ceļā Keap1 modifikācijas izraisa Nrf2 atbrīvošanos, kas saistās ar ARE( antioksidanta reakcijas elements) un pārceļas uz kodolu, kur tas aktivizē antioksidantu enzīmu gēnu un proteīnu, piemēram, p62 vai p53, transkripciju.

Kamēr p62 aktivizē autofagiju [146, 147], p5 ir saistīts gan ar autofagiju inhibējošiem, gan veicinošiem gēniem, izmantojot attiecīgi TIGAR (audzēja proteīna 53- izraisītu glikolīzes un apoptozes regulatoru) un DRAM (bojājumu regulētu autofagijas modulatoru) [148, 149].

Savukārt traucēta autofagijas regulēšana izraisa paaugstinātu oksidatīvo stresu un ubikvitinēto proteīnu uzkrāšanos, kas izraisa mitohondriju disfunkciju un vēl vairāk pastiprina ROS ģenerāciju padeves cilpā [93].

4. Smadzenes un oksidatīvais stress

Skābeklis ir ļoti svarīgs pareizai šūnu darbībai, jo tas ir iesaistīts ATP veidošanā [61]. Diemžēl skābekļa vienvērtīgā vielmaiņas samazināšanas stāvokļa dēļ, kad divi vientuļi skābekļa elektroni griežas paralēli, tas vienlaikus var pieņemt tikai vienu elektronu [150], kā rezultātā veidojas sugas, kurām ir viens nepāra elektrons, kas var pastāvēt pats. Halivels definējis kā brīvos radikāļus [151].

Skābekļa atvasinājumi ir vai nu brīvie radikāļi, piemēram, superoksīda anjons (•O2−), hidroksilradikālis (HO•), hidroperoksilradikālis (HO2•) un peroksilradikāļi (ROO•), vai neradikāļi, kurus var pārveidot par radikāļiem, piemēram, kā ūdeņraža peroksīds (H2O2) [61,152].

Redokssignalizācija tiek plaši izmantota smadzenēs [153], kas ir iesaistīta signālu pārraidē un gēnu transkripcijā. Piemēram, NADPH oksidāzes (NOX) regulē hipokampu ilgstošu potenciāciju [154], un NOX2-atvasinātais superoksīds un ūdeņraža peroksīds regulē hipokampu cilmes šūnu augšanu pieaugušo smadzenēs, izmantojot fosfatidilinozitola 3 kināzes (PI3K)/Akt signālu ceļu. [155].

Tāpat no NOX iegūtajam H2O2 ir labvēlīga loma aksonu reģenerācijā un aksonu ceļa noteikšanā jaunattīstības smadzeņu elektroinstalācijas laikā [156, 157]. Hipoksijas rezultātā mitohondriju izraisīta superoksīda izraisīta signalizācija izraisa adaptīvas reakcijas [158].

Lai līdzsvarotu pārmērīgu brīvo radikāļu iespējamo kaitīgo ietekmi, bioloģiskajām sistēmām ir virkne antioksidantu aizsargfunkciju, ko var iedalīt fermentatīvos (superoksīda dismutāzes, katalāze, glutationa peroksidāzes, glutationa transferāzes, tioredoksīni un peroksiredoksīns) un neenzīmu aizsargfunkcijās. piemēram, vitamīni A, C, E, beta karotīns vai glutations [159].

Ikreiz, kad brīvo radikāļu veidošanās ātrums pārsniedz bioloģiskās sistēmas spēju tos neitralizēt, rodas oksidatīvais stress.

4.1. Smadzeņu neaizsargātība pret oksidatīvo stresu

Nervu sistēma ir ļoti jutīga pret oksidatīvo stresu vairāku iemeslu dēļ [153,16{4}}–162]:- Darbības potenciāls izraisa kalcija pieplūdumu un paaugstina intracelulāro kalcija koncentrāciju no aptuveni 0,001 µm līdz aptuveni 100 µm [ 163].

Augsts intracelulārais Ca2+ aktivizē nNOS (neironu slāpekļa oksīda sintāze) un izraisa NO (slāpekļa oksīda) veidošanos [164], kas saistās ar citohroma c oksidāzi un kavē mitohondriju elpošanu [165]. Mitohondriji mēģina buferēt intracelulāro kalciju, bet sekojošā kalcija pārslodze izraisa ilgstošu MPTP atvēršanos un kavē ATP ģenerāciju, izraisot apoptozi [166].

Smadzenēm ir ļoti liels enerģijas patēriņš, lai uzturētu jonu gradientus un atbalstītu sinaptisko transmisiju [19], un nepieciešamās enerģijas ģenerēšanai tās galvenokārt ir atkarīgas no sinaptiskajiem mitohondrijiem [167]. Piemēram, neirotransmitera pūslīšu atbrīvošanai nepieciešams 1,64 × 105 ATP/s/vezikula [19].

- Smadzenēm ir zema antioksidantu aizsardzība. Neironu šūnās ir 50 reizes mazāk katalasetāna hepatocītu [168], savukārt citozola glutationa līmenis neironos ir par aptuveni 50% mazāks nekā citās šūnās [153], un tas var samazināt peroksiredoksīna aktivitāti [169]. - Smadzeņu imūnās šūnas ir mikroglija. aktivizē H2O2 [170] un rada superoksīdu ar NADPH oksidāzes izoformām, kas nepieciešams baktēriju iznīcināšanai [171].

- Neirotransmiteru metabolisms, piemēram, dopamīna metabolisms, izmantojot monoamīnoksidāzes, rada ROS [153,172]. Neirotransmiteri, piemēram, dopamīns, serotonīns vai adrenalīns, var automātiski oksidēties un radīt superoksīdu [173,174].

- Smadzenes ir bagātinātas ar redoksaktīviem pārejas metāliem, piemēram, Cu+ vai Fe2+ [175]. Ironizē par katalizatoru hidroksilradikāļus ģenerējošajā Fenton reakcijā, kā arī katalizē peroksila un alkoksila radikāļu veidošanos, tādējādi veicinot ferroptozi, kas ir šūnu nāves forma, kas atkarīga no lipīdu peroksidācijas un Fe{6}} [176]. Cu+ ir Cu/ZnSOD kofaktors un ir svarīgs šūnu signalizācijai [177,178], bet pastiprina vara katalizēto Fentona reakciju [175].

- Smadzenes ir īpaši bagātas ar holesterīnu, kas var tikt pakļauts autooksidācijai [179], un smadzeņu šūnām ir augstāka membrānas virsmas/citoplazmas tilpuma attiecība, jo šūnu membrānas ir bagātas ar polinepiesātinātajām taukskābēm (PUFA), kas ir ļoti jutīgas pret peroksidāciju brīvo taukskābju dēļ. radikāls uzbrukums [153].- Smadzeņu attīstība un plastiskums balstās uz nekodējošām RNS (garām nekodējošām RNS un mikroRNS) [180], taču šīm molekulām trūkst aizsargājošu histonu un tās ir viegli oksidējamas [181]. Oksidētā ziņojuma RNS rezultātā veidojas saīsināti un mutēti proteīni, kas ir pakļauti nepareizai salocīšanai [182].

4.2. Brīvo radikāļu avoti

Pārmērīgu brīvo radikāļu daudzumu var radīt no daudziem avotiem.

4.2.1. Mitohondriji un oksidatīvais stress

Mitohondriji tradicionāli tiek uzskatīti par galvenajiem ROS avotiem. Ir identificēti vismaz 10 potenciālie ROS ražošanas avoti [183], bet svarīgākie ir ETC I kompleksi (NADH dehidrogenāze) un III (ubihinona citohroma c reduktāze) [184].

Pārnesot elektronus uz koenzīmu Q vai ubihinonu ar I un II kompleksu, rodas inubihinols (reducēts ubihinons, QH2), kas reģenerēs koenzīmu Q ar pushinona anjonu (•Q−), kas ir nestabils starpprodukts, kas var pārnest elektronus uz molekulāro skābekli, kā rezultātā veidojas superoksīds. [60]. Tā kā reakcija nav fermentatīva, augstāki metabolitrāti palielina superoksīda veidošanos [185].

Superoksīds ir ļoti nestabils, un to pārveido mitohondriju superoksīda dismutāze 2 (SOD2, mangāna SOD) un citozola SOD1 (vara-cinka SOD) par stabilāku ūdeņraža peroksīdu (H2O2).

Pēdējais var iziet no IMM caur akvaporīna kanāliem un caur OMM izkliedēties citoplazmā, kur tas kalpo redokssignalizācijai, vai arī tiek tālāk reducēts līdz ūdens bykatalāzei, glutationa peroksidāzēm un peroksiredoksīniem [186–189]. Citas mitohondriju sastāvdaļas, kas veicina ROS veidošanos, ir monoamīnoksidāze, glicerīna fosfātdehidrogenāze, -ketoglutarāta dehidrogenāze un p66shc [60,183,190].

Mitohondriju ROS ražošana ir pakļauta izmaiņām, ko izraisa vielmaiņas faktori. Piemēram, NADH/NAD+ attiecība ietekmē ROS veidošanās ātrumu, kas palielinās gandrīz lineāri, samazinoties NADH [191]. Sukcināta līmenis var svārstīties pat normālos apstākļos no 0,3 līdz 1 mM [192], palielinoties sukcinātu koncentrācijai, ievērojami palielinot mitohondriju ROS veidošanos [183,193].

ROS ražošanas ātrumu ietekmē arī mitohondriju membrānas potenciāls [183]. ADP aktīvā mitohondriju fosforilēšana vai mitohondriju kalcija uzņemšana samazina membrānas potenciālu, kas ietekmē ETC redokspotenciālu un samazina ROS veidošanos [194]. Skābekļa trūkums vai išēmija ievērojami palielina mitohondriju ROS veidošanos [195], lai gan šo efektu var attiecināt nevis uz mitohondrijiem per se, bet gan uz signālu ceļiem, ko izraisa hipoksija [196].

4.2.2. NADPH oksidāze kā ROS avots

NADPH oksidāze (NOX) pirmo reizi tika aprakstīta fagocītos [197], pēc tam tika identificēti septiņi NOX gēni: NOX 1–5 un DUOX 1 un 2 [198]. Smadzenes galvenokārt ekspresē NOX2, kā arī NOX4, kas abas ir aprakstītas garozā un CA1 hipokampala zonās [199].

NOX2 enzīmu kompleksam ir ar membrānu saistīts citohroms b558, vairāki citosola proteīni un Rac G proteīns. Pēc citozolproteīnu fosforilēšanas un Rac aktivācijas enzīms pārvietojas uz membrānu un veido aktīvo NOX2 ar citohromu b558 [200]. Turklāt NOX2 pārnes protonus pa membrānu un izraisa superoksīda veidošanos [198].

NOX4 ražo galvenokārt H2O2, ko izmanto kā sekundāro vēstnesi šūnu proliferācijai un diferenciācijai [201].

NOX ir aprakstīts neironos, astrocītos un mikroglijos [202], savukārt šūnu līmenī NOX izoformas lokalizējas endoplazmatiskajā retikulumā, kodolā, plazmas membrānā un mitohondrijās [203,204]. Aktivētā NOX radītā ROS var depolarizēt mitohondriju membrānu un kopā ar kalciju var izraisīt MPTP atvēršanos [205], kā arī aktivizēt fosfolipāzi C ar sekojošām izmaiņām membrānas struktūrā [198].

4.2.3. Monoamīnoksidāze kā ROS avots

Monoamīnoksidāzes (MAO A un B) ir flavoenzīmi, kas atrodas uz OMM un kas katabolizē amīnu neirotransmiterus, piemēram, serotonīnu, epinefrīnu un dopamīnu [206].

MAO-A ekspresē neironos, savukārt MAO A un B var atrast glia šūnās [198]. Viņi izmanto FAD, lai sadalītu monoamīnus — procesu, kura laikā rodas aldehīdi, savukārt H2O2 rodas FAD-FADH2 cikla rezultātā [198].

4.2.4. Peroksisomu un ROS ražošana

Lai gan galvenais metaboliskais peroksisomālais process, kas izraisa H2O2 veidošanos, ir brīvo taukskābju oksidēšana [60], vairāki citi peroksisomālie enzīmi, piemēram, ksantīnoksidāze, D-aspartāta oksidāze, acil-CoA oksidāzes, D-aminoskābes oksidāze, urātu oksidāze vai L. - -hidroksioksidāze var radīt dažādus ROS, piemēram, superoksīdu, ūdeņraža peroksīdu, slāpekļa oksīdu vai hidroksilradikāļus [207].

4.2.5. Eksogēni ROS avoti

Papildus vairākiem endogēnās ROS avotiem eksogēnā ROS var palielināt oksidatīvo stresu. Visizplatītākie avoti ir ūdens un gaisa piesārņojums, ultravioletā starojuma iedarbība, alkohola un tabakas dūmi, pesticīdi, rūpnieciskie šķīdinātāji, neveselīgs uzturs (ar kūpinātu gaļu, ar augstu tauku saturu), smago metālu vai pārejas metālu (Fe, Cr, Co, Cu) iedarbība. ,Hg, Pb, As), kā arī noteiktas zāles, piemēram, doksorubicīns, bleomicīns, metronidazols, vai paracetamols [60].

4.3. ROS mērķi

Ļoti reaktīvie brīvie radikāļi bojā olbaltumvielas, lipīdus un nukleīnskābes [152].

4.3.1. Olbaltumvielas un ROS

Olbaltumvielas var oksidēt ar radikāļiem, piemēram, superoksīda, hidroksilgrupas, peroksilgrupas, hidroperoksilgrupas vai alkoksilgrupas radikāļiem, kā arī ar neradikālgrupām vai singleta skābekli [208].

Aminoskābju, piemēram, lizīna, arginīna, prolīna vai treonīna, oksidēšana noved pie karbonila atvasinājumiem, ko izmanto kā oksidatīvā stresa marķierus [209]. Metionīns un cisteīns kā sēru saturošas aminoskābes ir ļoti jutīgas pret oksidēšanos, izraisot disulfīdus un metionīna sulfoksīdu [210].

Olbaltumvielu oksidēšanās izraisa proteīnu-olbaltumvielu šķērssavienojumus, funkciju izmaiņas, enzīmu aktivitātes zudumu un receptoru un transporta proteīnu funkcionālās modifikācijas [211].

Turklāt ūdeņraža peroksīds un hidroksila radikāļi kavē glutamāta uzņemšanu astrocītos, palielinot eksitotoksicitāti [212]. Tā rezultātā šīs izmainītās olbaltumvielas ir jātīra vai nu ar autofagijas-lizosomu ceļu, vai ar ubikvitīna-proteasomu sistēmu [213, 214].

Ubikvitīna-proteasomu sistēma (UPS), galvenais ubikvitinētu nepareizi salocītu proteīnu un īslaicīgu signalizācijas molekulu sadalīšanās ceļš, satur 19S apakšvienību un katalītiski aktīvu 20S kodolu [215]. Regulējošais vāciņš ar chaperona proteīniem izvērš mērķa proteīnu, no ATP atkarīgā procesā noņemot ubikvitīna marķējumu, pēc kura mērķa proteīns tiek ievadīts katalītiskajā kodolā un tiek noārdīts ar proteasomu enzīmu palīdzību.

Smagas spriedzes apstākļos UPS ir noslogots, un autofagijas-lizosomu ceļš kompensē palielinātos proteīnu bojājumus [107]. Virkne autofagijas receptoru, piemēram, p62, NDP52 vai NBR1, atpazīst ubikvitīna daļu un mērķtiecīgi iezīmē marķētās olbaltumvielas autofagosomā. uz Atg8/LC3 [216,217].

FOXO3 (forkhead box O3) ir oksidatīvā stresa aktivizēts transkripcijas faktors, kas regulē proteasomu, kā arī autofagisko proteīnu degradācijā iesaistīto gēnu transkripciju [218]. Turklāt Parkins, ubikvitīna ligāzes un CHIP (Hsc70-mijiedarbojošā proteīna C-gals) veicina gan proteasomu, gan autofagosomu proteīnu noārdīšanos [107,219].

Relatīvie līmeņi starp BAG (Bcl-2 saistītā transgēna) 1 un BAG3, ko-chaperona proteīniem, virza šūnu proteīnu noārdīšanās ceļu uz proteasomālo vai fagosomālo [220].

4.3.2. Lipīdi un ROS

Brīvie radikāļi vai neradikālas oksidatīvās sugas uzbrūk lipīdu CC dubultsaitēm, tāpēc polinepiesātinātās taukskābes ir ļoti neaizsargātas pret oksidatīvo uzbrukumu [221].

Sākotnējā fāzē brīvais radikālis mijiedarbojas ar metilēngrupu taukskābē un ģenerē lipīdu radikāli, disociējot ūdeņraža atomu [222]. Turklāt lipīdu radikāļi reaģē ar molekulāro O2, veidojot peroksilradikālus (ROO•) [223], kas ierosina pašnoturīgu reakciju ķēdi, pastiprinot procesu.

Tā rezultātā veidojas cikliskie peroksīdi un hidroperoksīdi, kas var tālāk sadalīties līdz aldehīdiem, galaprodukti ir malondialdehīds (MDA), hidroksinonenāls (HNE) un akroleīns [224].

Procesu beidz vai nu lipīdu radikāļu mijiedarbība ar lipīdu peroksīdiem, radot nereaktīvas stabilas sugas [221], vai arī endogēno vai eksogēno antioksidantu (C un E vitamīnu) iejaukšanās [222,225].

Zemās koncentrācijās 4-HNE spēlē svarīgu homeostatisku lomu, darbojoties kā signalizācijas molekula un modulējot gēnu ekspresiju, izraisot proteīna pēctranslācijas modifikācijas.

Visizplatītākie mērķi ir tiola atliekas [225]. Mijiedarbojoties ar cisteīna tioliem Keap1, 4-HNE izraisa Nrf2 izdalīšanos, kas pēc pārvietošanās uz kodolu aktivizē ARE gēnu, piemēram, glutationa-S-transferāzes, NADPH atkarīgās hinona reduktāzes vai hēma oksigenāzes, ekspresiju. {7}} [226]. Vēl viens 4-HNE mērķis ir NF-κB, pro-iekaisuma citokīnu transkripcijas faktors, kas parasti tiek uzturēts mierīgā stāvoklī, saistoties ar IκB (inhibitoru kappa B).

Šūnu stresa apstākļos IκB kināze fosforilē IκB, veicinot NF-κB, transkripcijas faktora, kas veicina antiapoptotisko Bcl-2 proteīnu un iekaisuma citokīnu, piemēram, ainterleikīna-6 (IL-6) transkripciju. .

4-HNE inhibē IκB kināzi, tādējādi novēršot IκB fosforilēšanos un NF-κB kodola translokāciju [227]. Taču membrānas lipīdu peroksidācijas rezultātā membrāna maina caurlaidību, palielina tās stingrību un var pat zaudēt integritāti [228]. .

Turklāt lipīdu peroksidācijas produkti ir iesaistīti sarežģītos signalizācijas ceļos. 4-HNE intracelulārā akumulācija var izraisīt apoptozi gan iekšējā, gan ārējā ceļā [225]. 4-HNE palielina p53 ekspresiju, kam seko p21, JNK, Bax un kaspāzes 3 aktivācija [229], izraisot kaspāzes mediētu apoptozi.

Turklāt 4-HNE ierosina ar nāvi saistītā proteīna Daxx saistīšanos ar Fas intracelulāro virsmu [230], tādējādi iesaistoties apoptozes ārējā ceļa modulācijā caur pakārtotajiem signalizācijas proteīniem ASK1 un JNK [225].

Turklāt augsts HNE līmenis var veidot konjugātus ar JNK, kas ir atbildīgs par histona modifikāciju un veicina kodola translokāciju [231], vai arī var aktivizēt JNK, izmantojot SPKK1 (stresa aktivētās proteinkināzes kināzes-1) aktivāciju [232]. Līdzīgi HNE var aktivizēt ERK, aktivizējot MEK1/2 un p38MAPK (mitogēna aktivētu proteīna kināzi) [233,234].

For more information:1950477648nn@gmail.com