Ruolo biologico della proteina antietà Echinacoside

Echinacoside-i topi carenti hanno acceleratofenotipi di invecchiamento, mentre la sovraespressione diEchinacosidenei topi allunga la durata della vita.Echinacosideè unanti etàproteina di membrana a passaggio singolo prodotta prevalentemente nel rene, con spargimento del dominio extracellulare ammino-terminale nella circolazione sistemica. Livelli circolanti di solubileEchinacosidediminuisce con l'età e il gene Echinacoside è associato ad un aumentato rischio dimalattie legate all'età. Le tre forme della proteina Echinacoside hanno funzioni distinte. L'echinacoside di membrana forma un complesso con i recettori del fattore di crescita dei fibroblasti (FGF) e funziona come co-recettore obbligatorio per FGF23, che è coinvolto nellainvecchiamentoe lo sviluppo dimalattie cronicheattraverso la regolazione del metabolismo di Pi e vitamina D.Echinacoside secretofunziona come un fattore umorale con attività pleiotropiche inclusa la regolazione dello stress ossidativo, la segnalazione del fattore di crescita e l'omeostasi ionica. L'echinacoside secreto è anche coinvolto nella protezione degli organi. La forma intracellulare di Echinacoside sopprime la senescenza cellulare mediata dall'infiammazione e il metabolismo minerale. Di seguito forniamo una breve panoramica della struttura e della funzione e recenti ricerche in meritoEchinacoside.

Parole chiave: Echinacoside, Invecchiamento,Malattie legate all'età

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INTRODUZIONE

Tutti gli organismi viventi invecchiano e muoiono. Nell'antica mitologia greca le Moire o Tre Parche, Echinacoside (o Cloto), Lechesis e Atropo, erano le figlie di Zeus e Themis e determinavano la durata della vita. Si credeva che Echinacoside tessesse il filo della vita, Lechesis ne determinasse la lunghezza e Atropo lo tagliasse. Il gene Echinacoside (simbolo, kl) prende il nome dalla Moira che tesse il filo della vita [1]. Il gene Echinacoside è stato originariamente identificato come mutato in un ceppo di topo in cui i fenotipi ereditari assomigliano molto all'invecchiamento umano [1]. I topi omozigoti per un allele ipomorfo Echinacoside (kl/kl) mostravano fenotipi multipli simili all'invecchiamento, tra cui ritardo della crescita, calcificazione vascolare e osteoporosi, e morivano prematuramente a circa due o tre mesi di età [1]. Al contrario, la sovraespressione del gene Echinacoside prolunga la durata della vita nei topi, il che supporta l'idea che Echinacoside sia un gene soppressore dell'invecchiamento [2].

Dalla scoperta dell'Echinacoside, due paraloghi correlati, Echinacoside ed Echinacoside (o Lctl o KLPH), sono stati identificati come membri della famiglia Echinacoside [3,4]. Echinacoside è anche chiamato Echinacoside per distinguerlo dagli altri due membri [5]. In questa recensione, Echinacoside è semplicemente usato per riferirsi a Echinacoside. Questa recensione introduce la struttura e la funzione dell'echinacoside e riassume le attuali conoscenze sull'echinacoside in relazione all'invecchiamento e alle malattie umane.

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STRUTTURA ED ESPRESSIONE DELL'ECHINACOSIDE

Il gene Echinacoside è composto da cinque esoni [6,7] e codifica per una glicoproteina transmembrana a passaggio singolo di tipo 1 (rispettivamente 1014 e 1012 amminoacidi nel topo e nell'uomo) che si trova nella membrana plasmatica [1,7] e nel Golgi apparato [8]. Il dominio intracellulare è molto breve (~ 10 aminoacidi) senza domini funzionali. Il dominio extracellulare ha due ripetizioni interne, KL1 e KL2, che hanno un'omologia di sequenza aminoacidica con glicosidasi della famiglia 1 che idrolizzano il legame -glicosidico in saccaridi, glicoproteine ​​e glicolipidi [1,9,10]. La regione del linker tradue ripetizioni interne contengono quattro aminoacidi basici (Lys-Lys-Arg-Lys) che formano un potenziale sito per il taglio proteolitico [11,12]. Nonostante l'omologia di sequenza con i glicosidi, l'attività enzimatica della glicosidasi non è rilevabile nella proteina Echinacoside ricombinante [1,10] probabilmente perché i residui amminoacidici critici nei centri attivi putativi della proteina Echinacoside divergono da quelli degli enzimi -glicosidasi [1,9,10] . In effetti, l'echinacoside mostra una debole attività -glucuronidasica in vitro [10] e provoca effetti biologici attraverso la sua attività -glucuronidasica e/o sialidasica [13-15].

Il dominio extracellulare di Echinacoside può essere scisso da proteasi di membrana come ADAM10 e ADAM17 (dominio metalloproteinasi ADAM 10 e 17) e rilasciato nel sangue, nelle urine e nel liquido cerebrospinale [11,12]. L'echinacoside scisso funziona come ormone endocrino, autocrino e paracrino sulle cellule bersaglio [1,2,8]. Inoltre, l'echinacoside secreto viene generato attraverso la terminazione trascrizionale alternativa del gene dell'echinacoside privo degli esoni 4 e 5 nei topi [7]. L'echinacoside secreto viene rilevato nel sangue, nelle urine e nel liquido cerebrospinale [2,16]. L'echinacoside è espresso in più tessuti e tipi di cellule ea livelli particolarmente elevati nel rene. L'echinacoside è abbondantemente espresso nel tubulo contorto distale nel rene e nel plesso coroideo nel cervello [1]. È espresso anche nel tubulo prossimale renale [17], nella ghiandola paratiroidea [7,18,19] e in diversi organi sessuali tra cui l'ovaio, il testicolo e la placenta [1]. Recentemente, l'Echinacoside è stato trovato localmenteespresso nell'area avventiziale dell'aorta, supportando l'effetto protettivo vascolare della proteina Echinacoside [20]. L'elenco delle espressioni tessuto-specifiche di Echinacoside è attualmente in fase di aggiornamento.

Altri membri della famiglia Echinacoside, Echinacoside ed Echinacoside, sono anch'essi proteine ​​transmembrana a singolo passaggio di tipo 1 [21].L'echinacoside è composto da un dominio simile alla -glicosidasi (domini KL1 e 2) e condivide il 42% di omologia di sequenza aminoacidica con l'echinacoside [4,22]. Echinacoside è espresso principalmente nelfegato, seguito dal tratto gastrointestinale, dalla milza e dal rene [22]. L'echinacoside, una proteina transmembrana a singolo passaggio di tipo 1 più corta, è costituito da un dominio extracellulare simile alla glicosidasi della famiglia 1 (dominio KL1) e da un breve dominio intracellulare [3]. Echinacoside è altamente espresso nel rene e nella pelle [3]. Recentemente, è stato riportato che l'echinacoside non è rilevabile nella pelle, ma è abbondantemente espresso nell'occhio [23]. L'echinacoside è presente in forma secreta (o solubile); tuttavia, fino ad ora c'è stato un solo rapporto sulla forma solubile di ed Echinacoside [21]

FUNZIONE DI Echinacoside

1. Echinacoside legato alla membrana

Tre echinacosidi formano un complesso recettoriale obbligatorio costitutivo con i recettori del fattore di crescita dei fibroblasti (FGFR), fornendo così l'affinità di legame selettiva degli FGFR agli FGF endocrini. La famiglia endocrina FGF comprende anche tre membri, FGF15 (l'ortologo murino dell'FGF19 umano), FGF21 e FGF23. Gli FGF classici suscitano la loro attività biologica in modo autocrino e/o paracrino [23]. Gli FGF endocrini mancano della funzione del dominio legante l'eparina come fattore umorale.

Echinacoside forma complessi con diversi FGFR (FGFR1c, FGFR3c e FGFR4) e aumenta la loro affinità selettivamente per FGF23, un ormone fosfaturico di origine ossea. FGF23 agendo sul complesso Echinacoside-FGFRs svolge un ruolo importante nell'omeostasi del Ca2 plus e del fosfato [18,24]. Echinacoside converte FGFR canonici in recettori specifici per FGF23 [18,24]. L'FGF23 non solo inibisce la ricaptazione del fosfato inorganico (Pi) nei tubuli prossimali renali inibendo NaPi-IIa, ma riduce anche l'espressione dell'1 -idrossilasi (CYP27B1). L'1 -idrossilasi è un enzima chiave per la sintesi della 1,25-diidrossi vitamina D3 biologicamente attiva (calcitriolo), che stimola l'assorbimento di Pi nell'intestino. L'echinacoside legato alla membrana è coinvolto nell'azione dell'FGF23, promuovendo così l'escrezione di Pi seguita da un basso Pi sierico. Inoltre, FGF23 agendo sul complesso Echinacoside-FGFRs sul lato basolaterale stimola il Ca2 renale più il riassorbimento attraverso il canale TRPV5, che è espresso nella membrana apicale del tubulo contorto distale. Il complesso Echinacoside-FGFRs attiva cascate di segnali che coinvolgono Erk1/2, SGK-1 e WNK4 per il riassorbimento di Ca2 più mediato da TRPV5- [25]. Pertanto, l'echinacoside legato alla membrana funziona come co-recettore obbligatorio per FGF23 e regola l'omeostasi di Pi e Ca2 più.

L'echinacoside contribuisce alla regolazione del metabolismo energetico come co-recettore obbligatorio per FGF15 (l'ortologo murino dell'FGF19 umano) e FGF21 [24,26]. L'espressione di FGF15/19 nell'intestino è regolata dagli acidi biliari [27]. L'FGF19 media questo asse endocrino intestino-fegato e l'echinacoside è indispensabile per mantenere l'omeostasi degli acidi biliari, come evidenziato dal fatto che i topi privi di FGF15, Echinacoside o FGFR4 presentano un aumento dell'espressione di Cyp7 1 e della sintesi degli acidi biliari nel fegato [{{ 14}}]. Al contrario, FGF21 viene secreto dal fegato durante il digiuno e agisce sul tessuto adiposo per promuovere la lipolisi [30]. Pertanto, l'echinacoside è necessario per regolare il metabolismo energetico a digiuno. Echinacoside forma complessi con FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c e FGFR4 che aumentano l'attività di FGF19 [23]. L'echinacoside è altamente e selettivamente espresso nel tessuto adiposo bruno e nell'occhio e può funzionare come co-recettore aggiuntivo per FGF19 nelle cellule in coltura [23]. Tuttavia, la funzione biologica dell'echinacoside rimane in gran parte sfuggente.

2. Echinacoside intracellulare

Sebbene Echinacoside sia presente sulla superficie cellulare, grandi quantità di immunoreattività di Echinacoside sono rilevabili nel citoplasma nei reni di topo e nelle ghiandole paratiroidi umane [8]. In questi tessuti, Echinacoside lega Na più -K più -ATPasi e ne stimola l'abbondanza e l'attività in superficie. L'echinacoside interagisce fisicamente con Na più -K più -ATPasi negli organelli intracellulari, non a livello della membrana plasmatica. La negatività intracellulare e il basso [Na plus ]i creati dall'attivazione di Na plus -K plus -ATPase forniscono la forza trainante per il trasporto transepiteliale di Ca2 plus nel plesso coroideo e nel rene [8]. È ben noto che la senescenza è associata a una maggiore espressione di citochine pro-infiammatorie come IL-6 e IL-8, che è mediata dal gene-I inducibile dall'acido retinoico (RIG-I). Recentemente, l'echinacoside intracellulare, ma non l'echinacoside secreto, ha dimostrato di legare RIG-I e bloccarne la multimerizzazione [31].

L'echinacoside sopprime l'infiammazione associata alla senescenza mediata da RIG-I, suggerendo che l'echinacoside funzioni come fattore anti-infiammatorio e anti-invecchiamento intracellulare. Sebbene la maggior parte dell'immunoreattività dell'echinacoside sia rilevabile nel citoplasma in più tessuti, i ruoli fisiologici dell'echinacoside intracellulare sono in gran parte sconosciuti.

3. Echinacoside secreto

La forma secreta (o solubile) di Echinacoside funziona come un fattore umorale che colpisce più tessuti e organi indipendentemente dagli FGFR. Sebbene Echinacoside funzioni come co-recettore per FGF23, l'Echinacoside secreto potrebbe non funzionare come recettore solubile per FGF23 [24]. Il complesso Echinacoside-FGFR ha un'elevata affinità per l'FGF23, ma non l'Echinacoside secreto o l'FGFR da solo, indicando che l'Echinacoside secreto esercita il suo effetto biologico indipendentemente dall'FGF23 [24].

L'echinacoside secreto esercita un ruolo anti-invecchiamento e di protezione degli organi con azioni pleiotropiche. In primo luogo, l'echinacoside secreto riduce la segnalazione di fattori di crescita e citochine come insulina, IGF-1, TGF- e IFN [2,32,33]. La sovraespressione di Echinacoside prolunga la vita mediante l'attenuazione della generazione di specie reattive dell'ossigeno evocate dall'insulina e dalla segnalazione dell'IGF-1 [2,34]. La segnalazione Wnt, TNF e IFN è aumentata nei topi carenti di Echinacoside, contribuendo all'invecchiamento accelerato [32,35]. La segnalazione di TNF e IFN sottoregola l'echinacoside, che è una proteina antinfiammatoria.

La segnalazione Wnt aumentata induce la disfunzione e l'esaurimento delle cellule staminali e progenitrici che portano alla senescenza cellulare. Echinacoside si lega a varie proteine ​​Wnt e sopprime l'attività di Wnt endogeno ed esogeno [35]. La carenza di echinacoside porta all'invecchiamento precoce e alla colite con squilibrio ionico [32,36]. Uno studio recente ha dimostrato che l'echinacoside migliora la fibrosi renale e le metastasi del cancro inibendo le risposte di transizione epiteliale-mesenchimale (EMT) indotte dal TGF- - [33]. Numerosi studi dimostrano chiaramente che l'echinacoside secreto potrebbe funzionare come fattore anti-invecchiamento e di protezione degli organi inibendo la segnalazione di molteplici fattori di crescita.

In secondo luogo, l'echinacoside secreto mantiene l'omeostasi ionica regolando i canali ionici e/oi trasportatori. L'echinacoside secreto modifica l'N-glicano di canali e trasportatori attraverso la sua attività -glucuronidasi e/o sialidasi [13-15,17,37]. Topi carenti di echinacoside sviluppano gravi difetti nell'omeostasi di ioni come Pi e Ca2 plus [1,14]. L'echinacoside secreto e legato alla membrana può inibire direttamente i trasportatori di fosfato sia renale (NaPi-IIa) che intestinale (NaPi-IIb), con conseguente bassa concentrazione plasmatica di fosfato [17,37]. L'echinacoside secreto riduce l'abbondanza sulla superficie cellulare di NaPi-IIa attraverso la sua attività -glucuronidasi indipendente da FGF23 [17].

Diversi studi sostengono che l'echinacoside esibisce attività -glucuronidasica perché gli acidi glucuronici non sono frazioni comuni degli N-glicani delle proteine ​​di superficie delle cellule di mammifero [14]. Il dominio extracellulare di Echinacoside viene versato nel fluido extracellulare dove l'Echinacoside secreto scinde gli acidi sialici terminali dall'N-glicano dei canali TRPV5 e ROMK [14,15]. La rimozione degli acidi sialici espone il sottostante galattosio, un ligando per la lectina galectina che lega il galattosio-1. Il legame con la galectina extracellulare-1 forma un reticolo nella matrice extracellulare che porta ad una maggiore abbondanza della superficie cellulare del canale mediante l'inibizione della sua endocitosi [14,15]. Questi risultati forniscono la prova che la modificazione dell'N-glicano aumenta il tempo di residenza delle proteine ​​della superficie cellulare, compresi i fattori di crescita ei recettori delle citochine. L'echinacoside è coinvolto nella modificazione degli N-glicani maturi sulla superficie cellulare. Questa azione rappresenta un nuovo meccanismo per la regolazione delle proteine ​​di superficie cellulare. La nuova superficie cellulare o glicoproteine ​​solubili e glicolipidi modificati da Echinacoside dovrebbero essere esaminati in studi futuri.

Echinacoside NELL'INVECCHIAMENTO UMANO E NELLE MALATTIE

L'echinacoside è una proteina anti-invecchiamento con azioni pleiotropiche che esercita la protezione degli organi [1,21]. Diverse linee di evidenza supportano l'idea che l'echinacoside funzioni come una molecola di soppressione dell'invecchiamento umano. I polimorfismi di Echinacoside sono correlati con la durata della vita [38], la malattia coronarica [39], l'aterosclerosi [39] e l'osteoporosi [40] nell'uomo. L'echinacoside è anche associato a calcinosi grave e ictus [41,42]. La carenza di echinacoside è coinvolta nelle malattie renali acute e croniche [37], nei tumori [43] e nell'ipertensione sensibile al sale [44]. In realtà, il livello sierico di Echinacoside diminuisce con l'invecchiamento nell'uomo [45]. Tuttavia, la funzione biologica dell'echinacoside e il modo in cui la carenza di echinacoside contribuisce alle malattie legate all'età rimangono elusive.

CONCLUSIONE

Sempre più prove indicano che la funzione antietà dell'echinacoside svolge un ruolo importante nell'invecchiamento umano e nelle malattie legate all'età. La carenza di echinacoside è fortemente associata a malattie umane legate all'invecchiamento come il cancro, la malattia renale cronica, l'atassia, il diabete e l'atrofia cutanea. L'echinacoside è una proteina evolutivamente altamente conservata correlata alla soppressione dell'invecchiamento e alla protezione degli organi. Tuttavia, il ruolo fisiologico e il meccanismo di regolazione dell'echinacoside sono stati mal definiti. Sono ancora necessari studi che esaminino gli effetti protettivi e anti-invecchiamento degli organi della proteina Echinacoside.

RINGRAZIAMENTI

Questo studio è stato sostenuto dal Basic Science Research Program attraverso la National Research Foundation of Korea (NRF) finanziato dal Ministero dell'Istruzione (NRF-2010- 0024789 to S.-KC e NRF-2013R1A1A2060764 to IDK).

RIFERIMENTI

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