Proteina prionica: la molecola dalle molte forme e volti Parte 2

5. Proteine ​​prioniche e ictus ischemici

Nella sezione precedente, abbiamo osservato che gli animali knockout sono più vulnerabili allo stress ossidativo. Gli studi supportano l’idea che la PrPC agisca come antiossidante regolando l’attività della glutatione reduttasi [117,118] e regolando la superossido dismutasi (SOD) attraverso il legame ionico [119-123].

Lo stress ossidativo è un fenomeno in cui il corpo produce troppi radicali liberi e altri ossidanti attivi in ​​condizioni fisiologiche e patologiche, che superano la capacità di eliminazione, causando così danni a cellule e tessuti. Molti studi hanno dimostrato che lo stress ossidativo è strettamente correlato a molte malattie come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson, il morbo di Alzheimer, ecc.

Tuttavia, studi recenti hanno sottolineato che una moderata quantità di stress ossidativo può aiutare a migliorare la memoria. Alcuni scienziati ritengono che una moderata quantità di stress ossidativo possa stimolare i neuroni a produrre più antiossidanti, migliorando così la loro capacità di tollerare lo stress ossidativo, proteggendo i neuroni dalle interferenze di segnali errati e migliorando così l’apprendimento e la memoria.

Inoltre, gli studi hanno dimostrato che una moderata quantità di stress ossidativo può anche favorire la formazione e il rafforzamento delle sinapsi, che sono anche un fattore chiave per la memoria. I ricercatori hanno scoperto che alcune molecole benefiche dello stress ossidativo possono stimolare la formazione di sinapsi e promuovere il rafforzamento delle sinapsi, migliorando così le funzioni di apprendimento e memoria.

Pertanto, per migliorare la memoria, non dovremmo resistere eccessivamente allo stress ossidativo. Una moderata quantità di stress ossidativo è benefica per il corpo umano e può essere promossa e affrontata esercitando e consumando cibi ricchi di antiossidanti. Allo stesso tempo, dobbiamo anche prestare attenzione al controllo del grado di stress ossidativo e assicurarci che rientri in un intervallo moderato per ottenere il miglior effetto di miglioramento della salute e della memoria. Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria e la Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché è un materiale medicinale tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'effetto di Cistanche deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello in molti modi.

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I topi knockout per la PrP hanno mostrato una protezione ridotta contro i ROS mentre i topi infetti da prioni hanno mostrato livelli aumentati di stress ossidativo, molto probabilmente come conseguenza di una perdita di funzione della PrPC [124-126].

In condizioni di stress ossidativo, i livelli di mRNA della PrP aumentano, il che implica che lo stress ossidativo aumenta l’espressione della PrPC [127]. L’ictus ischemico è una condizione in cui la perdita di flusso sanguigno in un’area cerebrale provoca condizioni ipossiche e danni cerebrali [128].

Modelli animali knockout per la PrP soggetti a ischemia hanno mostrato un danno ischemico intenso e una ridotta possibilità di rigenerazione mentre la possibilità di sintesi di PrPC ha comportato una sovraespressione di PrPC e una diminuzione del danno ischemico [127].

Studi sugli ictus ischemici hanno indicato che la sovraespressione di PrPC può ridurre la dimensione della lesione rispetto ai topi wild-type, attribuendo alla PrPC un ruolo protettivo nel danno da ischemia [129-135].

Dopo un insulto ischemico, la PrPC è associata a processi neuroprotettivi e rigenerativi interagendo con varie proteine ​​citosoliche e transmembrana del segnale.

Tra gli altri, la PrPC è stata associata alla sovraregolazione della chinasi extracellulare regolata dal segnale (ERK1/2) [133,136,137], all'attivazione della via fosfatidilinositolo3-chinasi/proteina chinasi B/Akt (PI3K/Akt) [138– 142], modulazione della tossicità mediata dal recettore N-metilD-aspartato (NMDA) [143], attivazione della via della proteina chinasi A (PKA) cAMP-dipendente [144-146] e interazione con la proteina 1 inducibile dallo stress (STI1) [ 146], il tutto con conseguente sopravvivenza dei neuroni, crescita dei neuriti e neuroprotezione.

PrPC è un recettore della Fyn chinasi, un membro della famiglia Src delle tirosin chinasi (SFK) [146]. Attraverso l'attivazione della Fyn chinasi, la PrPC media la tossicità indotta dagli oligomeri nelle malattie neurodegenerative [147-150] e promuove la crescita dei neuriti mediante la fosforilazione del dominio GluN2A della molecola di adesione delle cellule neuronali (NCAM) [151].

La Fyn chinasi e altri membri della famiglia SFK sono coinvolti nel danno ischemico [152-155]. L’inibizione delle SFK in un modello di ischemia globale e l’inibizione della fosforilazione di GluN2A mediata da Fyn in un modello di HII neonatale hanno portato ad un aumento della sopravvivenza neuronale. 156-158] mentre la sovraespressione di Fyn nel modello di HII neonatale ha portato ad un aumento del danno cerebrale [159].

L'inibizione degli SFK in un modello murino di ischemia ha comportato anche una diminuzione del volume ischemico e un miglioramento della funzione cerebrale dopo la provocazione [155].

Poiché questo effetto non è stato osservato nei topi Fyn-knockout, sospettiamo che anche ligandi diversi dalla Fyn chinasi possano influenzare il recupero dell'insulto ischemico [155]. È stato dimostrato che i frammenti PrPC sono coinvolti anche nell'ictus ischemico.

È stato dimostrato che i frammenti N1 e N2 agiscono in modo protettivo sotto stress cellulare [160-162] e modulano la quiescenza delle cellule staminali neurali nella neurogenesi adulta in seguito a ictus [163] mentre i frammenti PrPC C1 e C2 sono stati coinvolti nella regolazione dell'apoptosi p53-dipendente e sopravvivenza cellulare [164]. È stato scoperto che il frammento C1 era arricchito in piccole EV (EV) dove agiva in modo simile alle proteine ​​di superficie virali [165,166].

Per questo motivo, può influenzare lo scambio di informazioni intercellulari tra gli sEV e le loro cellule bersaglio, nonché contribuire al loro assorbimento [63].Brenna et al. hanno studiato le somiglianze tra l’assorbimento cellulare degli sEV derivati ​​dal cervello da topi knockout per PrP e topi wild-type dopo un ictus [128].

Hanno dimostrato che i sEV che allentano il PrP venivano assorbiti significativamente più velocemente con maggiore efficienza e venivano smistati più facilmente nei lisosomi rispetto agli sEV contenenti PrP e il frammento C1 [128].

Si è scoperto che il frammento N1 è coinvolto anche nella regolazione delle interazioni tra la microglia e altre cellule cerebrali. Un recente studio in vitro su un lignaggio neuronale misto e un sistema di cocoltura microglia ha mostrato che il frammento N1 stimolava un cambiamento nella morfologia e nel metabolismo cellulare e induceva la secrezione di Cxcl10 [167].

Inoltre, è stato dimostrato che il frammento N1 influenza la microglia per modificare la composizione della membrana in un contenuto di GM1 più elevato nei siti di interazione con le cellule circostanti in una co-coltura, ma solo dopo il contatto diretto cellula-cellula [167].

Il frammento N1 è stato anche proposto per proteggere i neuroni dall'attivazione della Caspasi-3 indotta dalla staurosporina in un modello ischemico della retina di ratto [60]. Questi risultati sono supportati da studi in vitro in cui l’espressione di PrPC era protettiva contro l’apoptosi indotta da staurosporina o anisomicina [144,146]. Il frammento N1 è anche correlato alla neuroprotezione nelle malattie neurodegenerative, di cui parleremo più dettagliatamente nella sezione successiva.

In presenza di PrPC ancorato, la PrP ricombinante (recPrP) può indurre la segnalazione ERK1/2 e Akt sulle cellule staminali mesenchimali che possono supportare la differenziazione neuronale [168], promuovere la crescita dei neuriti e facilitare la guida del cono di crescita assonale [169].

Recentemente, è stato riportato che recPrP promuove la crescita dei neuriti e la migrazione delle cellule di Schwann attraverso la via ERK1/2 [170].

L'attivazione ha coinvolto i recettori NMDA, la proteina correlata ai recettori delle lipoproteine ​​a bassa densità-1 (LRP1), gli SFK e i recettori Trk; sembrava che avvenisse indipendentemente dal PrPC ancorato [170].

In questo meccanismo, gli SFK hanno svolto un ruolo critico nella segnalazione cellulare avviata da recPrP attivando i recettori Trk, che sono a monte di ERK1/2 [170,171]. Sebbene recPrP sia privo di glicosilazione, potrebbe essere considerato un analogo adatto del PrP eliminato.

La proteina prionica e i suoi frammenti sono collegati alla comunicazione e alla segnalazione intercellulare, allo stress ossidativo e alla neuroprotezione e rappresentano un bersaglio interessante per il trattamento e la regolazione di questi meccanismi. Tuttavia, dovrebbero essere condotti ulteriori studi per confermare gli effetti di queste molecole nei meccanismi menzionati.

6. Proteine ​​prioniche e neurodegenerazione

La neurodegenerazione è la progressiva perdita della struttura o della funzione dei neuroni, che alla fine può comportare la morte cellulare. A livello molecolare, la neurodegenerazione è collegata all’accumulo di proteine ​​mal ripiegate.

L’accumulo di aggregati proteici causa la disfunzione dei mitocondri, induce stress ossidativo e, infine, causa infiammazione cronica. La neurodegenerazione si verifica in malattie come la malattia da prioni, la malattia di Parkinson e l'AD a causa dell'aggregazione rispettivamente delle isoforme PrPSc [26,172,173], -syn [174–177] e A [178,179] e della proteina tau [180–183].

È stato scoperto che la proteina prionica o i frammenti di proteina prionica interagiscono con agenti aggreganti in diverse malattie neurodegenerative, ma il loro ruolo dipende dalle condizioni studiate [24,81,184,185].

È stato riportato che il PrPC lega un’ampia gamma di oligomeri ricchi di fogli associati a malattie neurodegenerative [148-150].

La PrPC interagisce con il recettore metabotropico del glutammato 5 (mGluR5) e media la tossicità indotta dagli oligomeri attraverso la Fyn chinasi [175,186–188].

La Fyn chinasi attivata può fosforilare le subunità GluN2A e GluN2B dei recettori NMDA, che vengono quindi iperattivati ​​e causano l'afflusso di calcio e la morte cellulare [20,189].

È stato anche dimostrato che PrPC può attivare la tossicità dell’oligomero A mediata dalla Fyn chinasi mediante un’interazione con LRP1 [190]. Uno studio recente in questo campo ha suggerito che, oltre a LRP1, questo processo include una macroglobulina attivata e un attivatore del plasminogeno di tipo tissutale [191].

Gli studi hanno implicato che il legame tra aggregati proteici solubili e PrPC provoca neurotossicità e inibisce il potenziamento a lungo termine (LTP) [30,192]. Sono stati pubblicati anche studi opposti che non riportano effetti significativi dei livelli di PrPC sull’LTP indotto da A nei topi knockout per PrP [193], sull’ablazione cellulare o sulla sovraespressione di PrP [194].

Le ragioni di queste discrepanze non sono chiare ma potrebbero essere dovute all'uso di diversi sistemi modello e specie tossiche o non tossiche [195]. Gli oligomeri A si legano alla PrPC in due siti di legame all'interno della parte N-terminale flessibile della PrPC, tra i residui di amminoacidi 23- 27 e 92–110 [192,195,196]. Oltre agli oligomeri A, è stato segnalato che PrPC è un recettore per gli oligomeri -syn e gli aggregati tau.

Similmente agli oligomeri A, il PrPC ancorato lega piccoli aggregati solubili o fibrille più corte di oligomeri -syn o aggregati tau all'interno della parte N-terminale flessibile [30,175,185,197–199]. È stato anche dimostrato che il PrPC assorbe fibrille -syn ricombinanti.

Un sistema modello privo di PrPC ha mostrato un assorbimento inferiore di fibrille -syn e -syn rispetto ai controlli [177,185,197], con conseguente minore aggregazione -syn, attivazione astrogliale e perdita di neuroni dopaminergici nel cervello di topi knockout per PrP [185].

Inoltre, i topi knockout per PrP non hanno mostrato compromissione dell’LTP indotto da β-syn mentre il trattamento con un anticorpo anti-PrPrP ha prevenuto difetti LTP indotti da β-syn in un modello di PD [175]. Sebbene gli studi citati supportino un'interazione tra oligomeri PrPC e -syn, La Vitola et al. hanno dimostrato che la PrPC non era obbligatoria per la mediazione degli effetti dannosi dell’oligomero -syn in vitro o in vivo [33].

Sebbene la discrepanza non possa essere spiegata nello studio, potrebbe anche verificarsi a causa dell'uso di un protocollo diverso di preparazione dell'aggregato solubile o dell'uso di sistemi modello diversi.

È stato inoltre dimostrato che il PrPC ancorato lega gli aggregati tau e sembra facilitare il loro assorbimento [30,198,200]. È stato dimostrato che l’assenza di PrPC o di pretrattamento con anticorpi bloccanti antiPrP diminuisce l’assorbimento degli aggregati tau ricombinanti e abolisce la tossicità indotta dagli aggregati tau [30,198,200].

Studi riguardanti il ​​frammento PrP ricombinante N1 nelle malattie neurodegenerative hanno dimostrato che queste molecole possono legare oligomeri A tossici nelle regioni comprese tra i residui aminoacidici 23–31 e 95–105.

Il frammento N1 neutralizza gli oligomeri A tossici sequestrandoli nello spazio extracellulare e riduce la tossicità indotta dagli oligomeri [61,195,201–204]. Gli effetti protettivi del frammento N1 sono stati osservati anche in vivo in topi esposti a tossicità acuta indotta da A [203]. Beland e collaboratori hanno osservato aumenti della scissione della PrPC nel cervello dei pazienti con AD [205].

Poiché il frammento N1 lega abbondantemente gli oligomeri A, si può indicare che la scissione agisce in modo protettivo nello sviluppo di malattie [205] mentre l'inibizione della produzione di N1 promuove la progressione dell'AD [42].

La perdita di PrP riduce il livello di PrPC ancorato alle cellule [78]. Ciò si traduce in una diminuzione del livello del substrato per la replicazione dei prioni e di una diminuzione del livello del recettore per i tossicoligomeri [85,206].

Similmente al frammento N1, si ritiene che anche il PrP sparso abbia un ruolo protettivo nelle malattie da prioni e in altre malattie neurodegenerative [40,79,81]. Come menzionato nella sezione precedente, recPrP è simile a shed PrP.

Sebbene sia priva di glicani, la ricetta può essere utilizzata come modello per prevedere il ruolo della PrP eliminata nelle malattie. È stato scoperto che RecPrP aumenta lo sviluppo delle sinapsi e la crescita dei neuriti in presenza di PrPC ancorato [170,207].

Similmente al frammento N1, recPrP ha anche inibito la formazione dell’oligomero A e neutralizzato la tossicità dell’oligomero A in un modello di AD [203]. Studi in vitro utilizzando recPrP e i suoi derivati ​​hanno dimostrato che sia il dominio N-terminale che quello C-terminale del PrP sono necessari per un'efficace inibizione dell'allungamento della fibrilla A [202,208] e supportano il ruolo protettivo della perdita di PrP nell'inibizione della formazione della fibrilla A.

È stato anche dimostrato che RecPrP lega gli aggregati tau e i -sinoligomeri e può neutralizzare la loro tossicità [30]. Sebbene la liberazione di PrPC agisca in modo protettivo, una maggiore liberazione di PrPC potrebbe portare ad attività biologica negativa come l’infiammazione nel sistema nervoso centrale [83,209]. Jarosz-Griffiths et al. [82] hanno recentemente riferito sul ruolo protettivo del PrPshedding.

Gli autori hanno riferito che il knockdown di ADAM10 mediato da siRNA ha ridotto la perdita di PrPC e aumentato il legame dell’oligomero A mentre l’acitretina ha promosso la perdita di PrPC e ha diminuito il legame dell’oligomero A nelle cellule di neuroblastoma e nelle cellule staminali pluripotenti indotte dall’uomo [82].

In un recente articolo di Linsenmeier et al., i ricercatori hanno valutato il ruolo dei modelli indifferenti alla PrP [81]. Utilizzando un anticorpo policlonale sPrPG228 che riconosceva specificatamente la PrP murina che termina con G228 [210], hanno dimostrato che nei topi affetti da malattie da prioni, la PrP colocalizzata con PrPSc veniva rilasciata nelle placche amiloidi. Similmente al modello della malattia da prioni, la PrP rilasciata è stata distribuita anche nei depositi di A nel cervello dei topi 5xFAD, dove è stata trovata legata agli oligomeri di A e osservata al centro di molte placche amiloidi.

Grazie alle conoscenze acquisite finora in questo campo, gli autori hanno proposto che la PrP rilasciata fisiologicamente possa agire in modo protettivo contro le malattie da prioni e l'AD bloccando oligomeri tossici e/o facendoli precipitare in depositi non tossici [81,211].

RecPrP e N1 possono anche inibire l'oligomerizzazione di A, neutralizzare la citotossicità degli oligomeri di A preesistenti, prevenire il legame degli oligomeri con il PrPC della superficie cellulare e ripristinare la compromissione dell'LTP indotta da A [212].

Poiché recPrP e N1 contengono entrambi i siti di legame proposti per gli oligomeri proteici, è stato riportato che entrambe le molecole legano anche gli oligomeri -syn e mediano il co-clustering degli oligomeri -syn e degli oligomeri amiloidi associati all'AD [199].

La PrPC è arricchita nelle vescicole extracellulari (EV) [128,213,214]. Poco si sa riguardo alle funzioni fisiologiche della PrPC nei veicoli elettrici. Diversi studi hanno suggerito che la PrPC inEV protegge le cellule dalla tossicità di tipo A [214-217].

Il meccanismo dietro la neutralizzazione degli oligomeri A tossici da parte degli EV non è noto; tuttavia, si presume che sia simile al processo mediato da recPrP o N1-.

È stato proposto che la PrPC esosomiale catturi gli oligomeri A nella regione PrP N-terminale (residui aminoacidici 23-31 e 95-105) [203], neutralizzi gli oligomeri, promuova la formazione di fibrille A e sovraregola l'internalizzazione e la degradazione degli aggregati dalla microglia [214–217].

Poiché è stato dimostrato che recPrP e PrPC ancorato legano gli oligomeri tau e -syn [30], ci si aspetta che le PrP esosomiali agiscano nello stesso modo. Legando oligomeri tau o -syn tossici liberi nello spazio extracellulare, le PrP esosomiali prevengono il legame degli oligomeri tossici alla PrPC ancorata e inibiscono la segnalazione tossica nel sistema nervoso centrale dei pazienti affetti da malattie.

Gli esosomi associati alla PrPSc sono infettivi e rappresentano un pericolo di diffusione della malattia da prioni [218-222]. Anche se non esiste ancora uno studio diretto, la PrPC esosomiale potrebbe anche indurre infiammazione del sistema nervoso centrale. È necessario ulteriore lavoro per esaminare altre attività biologiche che la PrPC esosomiale potrebbe possedere.

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