Određivanje uloge bcl-2 obiteljskih proteina u huntoničnoj bolesti | stanična smrt i bolest

Određivanje uloge bcl-2 obiteljskih proteina u huntoničnoj bolesti | stanična smrt i bolest

Anonim

teme

  • Huntingtonova bolest
  • Mitohondriji
  • patogeneza

Sažetak

B-stanični limfom 2 (Bcl-2) obiteljski proteini reguliraju preživljavanje, dinamiku morfologije mitohondrija i metabolizam u mnogim staničnim tipovima, uključujući neurone. Huntington-ova bolest (HD) je neurodegenerativni poremećaj uzrokovan proširenim CAG ponovljenim traktom gena IT15 koji kodira lov na protein (htt). In vitro i in vivo modeli HD i HD tkiva bolesnika pokazuju abnormalne mitohondrijske funkcije i povećane stope smrtnosti stanica povezanih s promjenama u ekspresiji i lokalizaciji proteina Bcl-2 u obitelji. Ovaj pregled ima za cilj prikupiti podatke koji se odnose na promjene proteina Bcl-2 u HD-u kako bi se dešifrirala njihova potencijalna uloga u mutiranoj staničnoj smrti i disfunkciji mitohondrija.

činjenicama

  • Proteini iz B-staničnog limfoma 2 (Bcl-2) reguliraju propusnost vanjske mitohondrijske membrane (OMM), kontrolirajući tako mitohondrijski potencijal, dinamiku morfologije mitohondrija i ravnotežu između preživljavanja i smrti u mnogim tipovima stanica, uključujući neurone.

  • HD je neurodegenerativna bolest koju karakteriziraju progresivna neuronska disfunkcija i smrt. U bolesnika s HD i in vitro i in vitro i in vivo HD modeli, mutirana ekspresija httpsa dovodi do permeabilizacije OMM, gubitka mitohondrijskog potencijala i fragmentacije mitohondrija.

  • HD modeli kulture ćelije i modeli mozga HD miša pokazuju promjene u ekspresiji i lokalizaciji proteina Bcl-2. Autopsijske studije u mozgu pacijenata otkrile su promjene proteina Bcl-2 u HD-u.

Otvorena pitanja

  • Još uvijek nam trebaju precizniji dokazi o ulozi proteina obitelji Bcl-2 u staničnoj smrti povezanih sa HD-om.

  • Ne znamo ulogu proteina obitelji Bcl-2 u mitohondrijskoj disfunkciji vezanoj za HD.

  • Ne znamo ni kako molekularni put proteina Bcl-2 u obitelji može uzrokovati mitohondrijske disfunkcije i staničnu smrt u HD-u.

Uvod

Proteini koji pripadaju obitelji Bcl-2 ključni su regulatori apoptotskog mitohondrijskog puta. Sve veći dokazi pokazuju da proteini iz porodice Bcl-2 također moduliraju mitohondrijsku morfologiju 1, 2, 3 i stanični metabolizam 4 neovisno o mehanizmima stanične smrti. S obzirom da HD obično dovodi do progresivne neuronske smrti koja uzrokuje da neuronske stanice pokazuju nekoliko mitohondrijskih disfunkcija (uključujući smanjeni mitohondrijski potencijal (Δ ψ ), nenormalno rukovanje kalcijem, smanjeni kapacitet sinteze ATP-a i povećanu fragmentaciju mitohondrija), istraživanje je dugo istraživalo obitelj Bcl-2 proteini u HD modelima i tkivima pacijenata s HD. Ove su studije istaknule dokaze da mutirani https disregulira razinu Bcl-2 proteina u obitelji i njihovu lokalizaciju. Uzimajući u obzir složenu Bcl-2 mrežu, pregled literature mogao bi pomoći u rasvjetljavanju uloge ovih proteina u mutiranom mitohondrijskom disfunkciji mitohondrija i smrti stanica.

Koji dokazi postoje za regulirani Bcl-2 obiteljski protein u HD-u?

Do sada je istraženo identificirano preko 20 članova Bcl-2 obitelji klasificiranih, prema njihovoj funkciji, u tri Bcl-2 obiteljske podskupine: proteinski preživljavanje, pro-apoptotični bh3-samo proteini i proteini koji stvaraju pore. Ovdje pregledavamo tri podskupine, usredotočujući se na članove obitelji Bcl-2 relevantne za HD i prikupljajući podatke o modelu stanične kulture SThdH, 5 modela stanične kulture dobivenih prolaznom transfekcijom httpsa, u genetičkim modelima miša R6 / 1, R6 / 2, 6 Tet / HD94, 7 N171-82Q, 8 YAC128 9 i ljudske stanice pacijenata s HD.

Pro-preživljavanje Bcl-2 proteini: Bcl-2 i Bcl-xL

Bcl-2 i B-stanični limfom-ekstra veliki (Bcl-xL) funkcija za suzbijanje programirane stanične smrti. 10, 11 Oni se stabilno ubacuju u unutarćelijske membrane (OMM i endoplazmatski retikulum (ER) membrana) i inhibiraju staničnu smrt sekštestriranjem pro-apoptotičnih proteina iz porodice Bcl-2 u neaktivne komplekse. 12 U normalnom središnjem živčanom sustavu (CNS), Bcl-2 se široko izražava tijekom embrionalne faze, dok se nakon rođenja progresivno smanjuje sa starenjem. Ispitivanja CNS-a kod odraslih majmuna i odraslog čovjeka otkrila su, osim rijetkih Bcl-2 pozitivnih neurona, da većina neurona i astrocita ne izražava Bcl-2 i da je većina proteina Bcl-2 u mozgu odraslih rezultat mikroglijalne ekspresije. 13 Bcl-xL je kodiran genom Bcl-x i, za razliku od Bcl-2, zadržava svoju ekspresiju u odraslim neuronima na relativno visokoj razini, pretežno u Purkinjeovim stanicama u moždanu, u moždanim kortikalnim neuronima i u neuronima hipokampala. 14, 15

Izmjene razine Bcl-2 u HD-u i dalje su kontroverzne. Razine Bcl-2 prvo su ispitivane na modelima HD stanične kulture: mutirana ekspresija značajno je smanjila razinu Bcl-2 proteina u staničnoj liniji neuroblastoma Neuro2A 16 i značajno smanjila razinu Bcl-2 transkripta i Bcl-2 proteina u immortaliziranim strijatalnim stanicama. 17, 18 Iako ovi rezultati snažno sugeriraju da mutirana ekspresija httpsa smanjuje razinu Bcl-2, ne pružaju definitivan dokaz s obzirom da je proto-onkogen Bcl-2 izrazito disreguliran u mnogim staničnim linijama tumora, uključujući one neuronskog porijekla. 19, 20 Dakle, podaci iz besmrtnih staničnih kultura možda ne odgovaraju razinama Bcl-2 u post-mitotičkim neuronima.

Drugi su istraživali razinu Bcl-2 također u mozgu HD modela miša. Prvo istraživanje nije otkrilo promjene razine Bcl-2 proteina u ukupnom mozgu ili u frakcijama mitohondrija od R6 / 2 miševa u usporedbi s kontrolama legla. 21 Prema tome, dvije neovisne studije izvijestile su da nema razlike u razini Bcl-2 mRNA i proteina između R6 / 1 i kontrolnih miševa. 22, 23 Suprotno tome, novije studije otkrile su smanjenu razinu Bcl-2 mRNA i proteina u miševima R6 / 2 mozga 17, 24 i N171-82Q miševima. 25

Nakon što preispitujemo ove naizgled kontradiktorne nalaze, teško je pružiti konačan odgovor na pitanje jesu li razine Bcl-2 disregulirane na HD mišjim modelima. Da bi razumjeli potencijalnu zaštitnu ulogu Bcl-2 u HD-u, Zhang i sur. 21 ukršteni R6 / 2 miševi s transgeničnim miševima selektivno prekomjerno eksprimirajući Bcl-2 u neuronima: dvostruki transgeni miševi R6 / 2-Bcl-2 preživjeli su dulje od R6 / 2 legla i njihovi motorički deficiti imali su znatno kasniji početak. Bez obzira na kontradiktorne podatke o ekspresiji Bcl-2 u mišjim modelima HD, ovaj rezultat sugerira da prekomjerna ekspresija Bcl-2 može zaštititi neurone od toksičnosti izazvane mutiranim htt.

Ekspresija Bcl-2 analizirana je imunološkim bojenjem u obdukcijskim kontrolama i kaudatskom jezgru HD pacijenata. Kontrolni neuroni imali su nizak ili negativan Bcl-2 signal, u skladu s prethodnim izvješćem, 13 dok je označavanje Bcl-2 bilo jače kod HD neurona, a ekspresija Bcl-2 dosegla je maksimum u mozgu HD pacijenata s dužim trajanjem bolesti. 26 U skladu s potencijalnom neuroprotektivnom ulogom Bcl-2 u HD-u, istraživači sugeriraju da neuroni pacijenata s HD-om mogu povećati ekspresiju Bcl-2 u pokušaju preživljavanja. Alternativna hipoteza je da se Bcl-2 protein u HD mozgu cijepa kaspaznim proteazama aktiviranim mutiranom htt ekspresijom. 27 Ako je tako, cijepanje ovisno o kaspazi inaktivira Bcl-2 antiapoptotsku funkciju i pretvara Bcl-2 u protein-sličan X-protein (Bax) povezan s Bcl-2 koji pojačava staničnu smrt. 28 Prema ovoj hipotezi, umjesto da inhibira staničnu smrt, visoka razina Bcl-2 u HD stanicama može pogoršati neurodegeneraciju. Čini se da je regulacija Bcl-2 kod bolesnika s HD-om specifična za mozak s obzirom na to da nisu pronađene razlike između razine Bcl-2 proteina u perifernim krvnim stanicama kod pacijenata s HD i u kontrolnim skupinama. 29

Malo je dostupnih podataka o ostalim pro-preživljavajućim proteinima, Bcl-xL u HD: Razine proteina Bcl-xL ispitivane su u mozgu HD miševa, ali nije utvrđena značajna razlika u ukupnim lizatima mozga, lizatama striatumu ili mitohondrijskim frakcijama u HD miševi i kontrole. 21, 22, 30 Koliko znamo, samo jedno izvješće sugerira ulogu Bcl-xL u HD-u. Autori su pokazali da ekspresija Bcl-xL sprječava htt proteolizu induciranu oštećenjem DNA i hipotetizirali su da blokiranje Bcl-xL može aktivirati kaspaze koje uzrokuju proteolizu httpsa. 31

Pro-apoptotični proteini samo za BH3

Pro-apoptotični proteini BH3 jedini, reagirajući na specifične signale smrti i preživljavanja, djeluju kao senzori staničnog oštećenja. Aktiviranje jednog ili više proteina koji su jedini za BH3 dovodi do alosterične aktivacije proteina koji formiraju pore Bax i Bcl-2 antagonista / ubojice (Bak).

Samo BH3 proteini mogli bi aktivirati Baxa i Baka kroz dva mehanizma. Model „izravne aktivacije“ kaže da se neki proteini samo za BH3 nazivaju „aktivatorima“ (npr., Bcl-2 interaktivni posrednik stanične smrti (Bim), agonist smrti domene smrti Bcl-2 / skraćeni Bid (tBid) i p53 neregulisani modulator apoptoze (Puma) veže se za Baxa i Baka što direktno pokreće njihovu oligomerizaciju u OMM-u, dok se drugi proteini samo za BH3, nazivaju "senzibilizatori" (npr. Bcl-2 antagonist stanične smrti (Bad), Bcl-2 / adenovirus E1B 19 kDa interakcijski protein 3 (Bnip3) i Puma) vezali bi se samo za članove obitelji Bcl-2 koji su preživjeli i tako bi oslobodili "aktivatorski" protein. Umjesto toga, model "indirektne aktivacije" kaže da se svi proteini samo za BH3 vežu za članove obitelji Bcl-2 za preživljavanje i tako sprečavaju njihovo vezivanje i neutraliziraju Baxa ili Baka. 32

Bcl-2 antagonist stanične smrti

Loše ima dvostruku funkciju: odvojeno regulira apoptozu i metabolizam glukoze u više tipova stanica, uključujući neurone. 33, 34 Ispitivanje in vitro HD modela, Rigamonti i sur. 35 pokazalo je da loša prekomjerna ekspresija u besmrtnim strijalnim stanicama inducira apoptozu samo u klonovima koji su koeksprimiraju mutirani https, sugerirajući tako da mutirana https toksičnost inducira staničnu smrt ovisnu o loše. Za modele HD miša, nisu utvrđene razlike u strijatalnim lošim proteinima između R6 / 1 i kontrola legla. 22 Također, kod miša R6 / 2, nije nađena promjena u nivou lošeg proteina u mozgu. Suprotno tome, istraživači su pronašli značajno smanjenje fosforiliranog Bad (pBad) tijekom faza kasnog HD u miševa R6 / 2. 21 Budući da pBad potiče mitohondrijsko disanje i proizvodnju ATP-a, dok non-pBad veže anti-apoptotičke partnere Bcl-2 i Bcl-xL izazivajući Bax i Bakovu aktivaciju, 36, niski omjer pBad / Bad koji se nalazi u moždanim lizatima R6 / 2 sugerira da je loše aktivnost se prebacuje s pozitivnog metaboličkog na negativno apoptotičko djelovanje u HD stanicama.

Bcl-2 interaktivni posrednik stanične smrti

Pro-apoptotički protein Bim samo za BH3 izražava se u tri glavne izoforme nastale alternativnim spajanjem: Bim short (BimS), Bim long (BimL) i Bim extra-long (BimEL). Svi ti izoformi neutraliziraju aktivnost u pro-preživljavanju Bcl-2- sličnih proteina, ali razlikuju se u pro-apoptotičkoj potenciji, a BimS je najučinkovitiji, a BimEL najmanje učinkovit ubojica. 37 Kod mišjeg i ljudskog CNS-a Bim se eksprimira prvenstveno neuronima, a najizraženija izoforma u mozgu je BimEL. 38, 39

Nekoliko opažanja pokazuje da mutirani https uzrokuje nakupljanje BimEL-a u različitim staničnim tipovima. Konkretno, mutirana ekspresija AT inducira akumulaciju BimEL u stanicama HEK293T, u stanicama Neuro-2a, 40 u simpatičkim superiornim neuronima cervikalnog gangliona 41 i u besmrtnim staničnim stanicama. 42 BimEL prigušivanje u stanicama Neuro-2a značajno smanjuje staničnu smrt izazvanu mutiranim htt. 40

U mišjem modelu R6 / 2, visoke razine BimEL nađene su u lizatima ukupnog mozga i u frakcijama mitohondrija, posebno u kasnim fazama bolesti. 21, 40 Ovi podaci pronašli su dodatnu potvrdu u dva druga modela miša HD koji pokazuju povišeni strijatalni BimEL kod miševa R6 / 1 u kasnim fazama bolesti i u uvjetnom modelu Tet / HD94. 22 Kolektivno, ovi rezultati pokazuju da mutirani https uzrokuje nakupljanje BimEL-a i translokaciju u mitohondrije.

Bcl-2 Interaktivni Agonist smrti domene

B-samo pro-apoptotski protein Bid uključen je u smrt neuronskih stanica u mnogim neurološkim poremećajima kao što su moždani udar, 43 ishemija 44 i Alzheimerova bolest. 45 Ponuda za cijelu dužinu ima izuzetno slabo pro-apoptotičko djelovanje, ali dostiže svoje najjače pro-apoptotičko djelovanje nakon proteolitičkog cijepanja od strane nekoliko proteaza koje proizvode skraćenu Bid (tBid). 46 Licitiranje bjelančevina široko se eksprimira u embrionalnom i postnatalnom mozgu, a njegova ekspresija u post-mitotičkim neuronima u limbičkom sustavu, bazalnim ganglijima, mencencefalnom tektu i cerebelumu ostaje na visokoj razini u odrasloj dobi. 15

Nekoliko dokaza pokazuje da mutirani https uzrokuje nakupljanje Bida i tBida u neuronima i u frakcijama mitohondrija neurona. Konkretno, Western blot analiza za otkrivanje Bid i tBid u HeLa stanicama i Neuro2A stanicama otkrila je da mutirana htt transfekcija uzrokuje cijepanje Bida. 16

Pojačano cijepanje licitacije također je otkriveno u moždanim lizatima R6 / 2 miševa u srednjem stupnju HD. 21 Različiti rezultati dolaze od modela R6 / 1 u kojem su Garcìa-Martìnez i sur. 22 nisu pronašli nagomilavanje tBida, već su umjesto toga pronašli ponudu pune duljine na visokim razinama u striatumu i u strijatalnim frakcijama mitohondrija. Povećanje Bid proteina povezano je s pojačanom BID ekspresijom mRNA. Povećana razina bjelančevina u punoj duljini pronađena je i u striatumu u modelu uvjetnog miša HD, Tet / HD94: Akumulacija licitacije posebno je ovisila o mutiranom ekspresiji, s obzirom na to da je supresija transgena potpuno preokrenula Bid protein u divlje vrste. 22

Bcl-2 / adenovirus E1B 19 kDa Interakcijski protein 3

Bnip3 je imao ulogu u nastajanju u ljudskom zdravlju, jer su uvjerljivi dokazi podrazumijevali njegovu smrt, izazivajući aktivnost kod srčanih bolesti, dok je Bnip3 gubitak funkcije bio povezan s rastom tumora. 47, 48 Trenutno znanje pokazuje da je Bnip3 uključen u staničnu smrt, autofagiju i programirani mitohondrijski klirens. 49 Bnip3 inducira staničnu smrt kroz najmanje dva različita mehanizma: Bnip3 može angažirati anti-apoptotične članove obitelji Bcl-2 kako bi aktivirao OMM ovisnost o Bax-Bak-u 50 propusnost ili može inducirati novi put curenja mitohondrija interakcijom s optičkim atrofijom 1 proteina (OPA1). 51, 52

Budući da se Bnip3 izražava u mozgu i skeletnim mišićima, 53, 54 posljednjih godina, poduzeli smo studiju čiji je cilj istražiti potencijalnu ulogu Bnip3 u HD-u procjenom razine Bnip3-a i lokalizacije u htt-transficiranim neuronskim stanicama, mozgu u HD mišjim modelima i u mišićnim stanicama HD bolesnika. 55 Primijetili smo da mutirana ekspresija httpsa uzrokuje nakupljanje Bnip3-a u cjelovitim staničnim lizatima i u mitohondrijskoj frakciji stanica SHSY5Y i HEK293T. Pronašli smo i višu razinu proteina Bnip3 u frakcijama mitohondrija iz R6 / 2 miševa i u striatumu od YAC128 miševa nego u kontrolama legla. Konačno, opazili smo da se Bnip3 uglavnom kokalizirao s mitohondrijima u mišićnim stanicama HD bolesnika, dok se u kontrolnim stanicama uglavnom lokalizirao u citosolu i jezgri. Također smo primijetili da je ekspresija dominantno negativnog Bnip3 naziva Bnip3ΔTM 56, 57 spasila gubitak potencijala mitohondrijske membrane u mišićnim stanicama HD. 55 Sveukupno, ovi podaci sugeriraju da mutirani https pojačava Bnip3 aktivnost u stanicama neurona i mišića.

p53 regulirani modulator apoptoze / Bcl-2 vežuća komponenta 3 (Puma / Bbc3)

Puma / Bbc3 je protein samo za BH3 koji je identificiran 2001. 58, 59 Čini se da Puma / Bbc3 nije izražen u normalnom mozgu odraslih, ali njegova ekspresija snažno se inducira kod nekih bolesti mozga kao što su statusni epileptik 60 i cerebralna ishemija. 61 Izvorno identificiran kao transkripcijski cilj p53, 58, 59 Puma / Bbc3 je također transkripcijski induciran u stanicama neurona koji su podvrgnuti ER stres-induciranim proteinskim reakcijama (UPR). 62 Malo je podataka o ekspresiji Puma / Bbc3 u HD modelima: kod SCG neurona, mutirani izraz ekspresije ostavlja Puma / Bbc3 mRNA nepromijenjen, 41 dok u PC12 stanicama povećava Puma / Bbc3 protein šest puta. Iako akumulacija proteina Puma / Bbc3 u HD može ovisiti o mutiranom stresu uzrokovanom ER-om, jer ovaj podatak ostaje nepotvrđen u drugim HD modelima, moguća patogenetska uloga Puma / Bbc3 u HD-u je potrebna dodatna pojašnjenja.

Proteini Bax i Bcl-2 antagonist / ubojica koji stvaraju pore (Bak)

Bax i Bak djeluju nizvodno od članova za opstanak i BH3-a i imaju ključnu ulogu u apoptotskom putu mitohondrija. Bak se obično umeće u OMM; Bax je pretežno citosolni, ali, kad se jednom aktivira, translocira se iz citosola u OMM gdje zajedno s Bakom tvori apoptotsku por, točku povratka u mitohondrijsku apoptozu. 63 Osim izazivanja apoptoze, Bax i Bak utječu na dinamiku mitohondrijske fisije i fuzije u zdravim stanicama. 1, 2 I Bax i Bak su izraženi u neuronima: Bax se eksprimira u mnogim regijama u ljudskom CNS-u 64, 65 uključujući i jezgro ljudskog kaudata; 26 i Bak se izražava u ljudskom mozgu u fazi fetusa, odraslih i starijih osoba. 66

Dosta dokaza koji podvlače vezu između aktivacije Bax-a i patogeneze HD-a potiču iz istraživanja koje procjenjuju razinu Bax proteina i lokalizacije u modelima kulture neuronskih stanica HD i u mozgu HD mišjih modela. Mutirana htt-transfekcija u PC12 stanicama povećala je razinu Bax proteina četiri puta u usporedbi s wt htt transfekcijom; 67 u stanicama Neuro2A, mutirana ekspresija https-a inducirala je Bax-ovu translokaciju iz citosola u mitohondrije. 40 Samo jedno ispitivanje in vitro argumentira Baxovu ulogu u mutiranoj staničnoj smrti uzrokovanoj: King i sur. 21 pokazalo je da su u simpatički superiorni cervikalni ganglion (SCG) neuroni mutirali https induciranu Bax-neovisnu staničnu smrt.

Studije na HD miš modelima pokazale su povećanu razinu Baxa u mitohondrijalnim frakcijama mozga od R6 / 1 i R6 / 2 miševa 21, 22 i povećale Bax mRNA u korteksu i moždini od R6 / 1 miševa, područja mozga u kojima je Bax mRNA korelirala s broj apoptotskih jezgara. 23 Ekspresija Baxa analizirana je i u jezgru kaudata kod pacijenata sa HD. Citoplazmatski Baxov signal bio je jači u kaudatskim neuronima kod HD bolesnika nego u kontrolnim skupinama. Baxova ekspresija već je bila maksimalna u HD mozgu u početku bolesti, a najveća u najteže kompromitiranim smanjenim i tamnim neuronima. 26 Dakle, podaci s HD mišjih modela i ljudskog tkiva se zbližavaju kako bi pokazali da mutirana ekspresija httpsa uzrokuje nakupljanje Bax proteina i Baxovu translokaciju u OMM u neuronima. Izgleda da Bax-ova disregulacija u HD-u nije specifična za mozak sve dok su razine Bax proteina također bile veće u limfocitima i monocitima od HD bolesnika nego u kontrolnim skupinama. 29 Ovaj nalaz vjerojatno ovisi o činjenici da se https sveprisutno izražava u ljudskim tkivima. 68

O razinama Baka u HD ćelijama malo se zna: Garcìa-Martìnez i sur. 22 su analizirali R6 / 1 mišji striatum i otkrili jednake razine Bak u R6 / 1 miševima i kontrolama legla. Iako ovi podaci mogu ukazivati ​​na to da Bak nema ulogu u smrti HD stanica i disfunkciji mitohondrija, drugi su primijetili da su besmrtne strijatalne stanice koje prekomjerno izražavaju wt https potpuno zaštićene od Baksove smrti. 35 Hoće li i, ako, kako Bak intervenirati na patogeni put induciran mutiranim htt, ostaje intrigantna tema za daljnja ispitivanja.

Kroz koji molekulski put mogu Bcl-2 proteini obitelji izazvati disfunkcije mitohondrija i staničnu smrt u HD-u?

Sažimajući podatke o proteinima Bcl-2 u modelima stanične kulture HD (tablica 1), mišjim modelima HD (tablica 2) i stanicama i tkivima HD bolesnika (tablica 3), formulirali smo hipotetički model za objašnjenje Bcl- 2 obiteljska aktivacija proteina u HD-u (slika 1).

Tablica pune veličine

Tablica pune veličine

Tablica pune veličine

Image

Hipotetički model koji objašnjava put kroz koji mutirani htt (mhtt) uzrokuje permeabilizaciju OMM-a. Aktivacija Baxa u HD-u može ovisiti o "aktivatorima" bh3 samo proteinima i "senzibilizatorima" koji se vežu samo na proteine ​​za preživljavanje Bcl-2 i Bcl-xL. Mutirani https može komunicirati s Bcl-2 proteinskom mrežom na više razina modulacijom Bcl-2 ekspresije, inducirajući akumulaciju Bid-a i cijepanje ponude, promičući BNip3 aktivaciju i povećavajući razinu ne-pBad. Akumulacija / aktivacija BimEL-a može ovisiti o htt kontroli nad BDNF ekspresijom ili ER-om uzrokovanim stresom ili oba mehanizma

Slika pune veličine

Budući da se mnogi rezultati zbližavaju kako bi pokazali da mutirani https uzrokuje BimEL aktivaciju (tablice 1 i 2), pretpostavljamo da BimEL, protein koji se u zdravim stanicama povezuje sa staničnim mikrotubularnim kompleksima, 69 u HD neuronima, lokalizira u mitohondriju gdje, prema 'direktnom aktivacijski model (stavak 2.2.), pokrenuo bi Baxovu aktivaciju. Ova hipoteza dobiva potporu iz dokaza da se i BimEL i Bax akumuliraju u frakcijama mitohondrija iz mišjih modela R6 / 1 i R6 / 2. Alternativno, prema modelu 'neizravne aktivacije', BimEL u HD ćelijama može se vezati za Bcl-2, čime onemogućuje neutralizaciju Baxa. U tom kontekstu, Bcl-2 može imati neuroprotektivnu ulogu u HD-u. Ova hipoteza dobiva potporu iz dokaza da prekomjerna ekspresija Bcl-2 u neuronima usporava neurodegeneraciju u modelu R6 / 2. Ono što ostaje nejasno je kako mutirani https aktivira BimEL. Zanimljiv trag proizlazi iz dokaza da je BimEL-ova ekspresija negativno regulirana neurotrofičkim faktorom koji potiče iz mozga (BDNF). 70, 71 Prema širokom konsenzusu, HD mutacija rezultira nižim razinama BDNF-a u mozgu 72, jer je htt posredno uključen u kontrolu transkripcije BDNF gena. 73 Mutirani hunjavac stoga može izazvati nakupljanje / aktivaciju BimEL inhibicijom BDNF ekspresije. BimEL je također dobro poznata metabolička stresova. 74 U slučaju da proteini s nenormalno dužom ekspanzijom poliglutamina uzrokuju ER stres, 75 BimEL aktivacija u HD također može ovisiti o mutiranom htt-induciranom UPR-u. Pitanje koje čeka daljnja istraživanja je da li Puma / Bbc3, drugi moćan bh. Protein jedini aktiviran kao odgovor na stres stres, ima ulogu u HD-u.

Još jedan bh. Protein koji je potencijalno uključen u HD patogenezu je Bid. U HD modelima, mutirano httpsisce cjepanje ponude ili cjelovitu akumulaciju ponude ili oba događaja (tablice 1 i 2). Aktivacija licitacije predložena je kao ključni događaj u mnogim neurodegenerativnim bolestima jer je Bid izrazito izražen u neuronima. 76 U HD ćelijama, Bid i tBid pune duljine, prelaskom na mitohondrije, mogli bi održati aktivaciju Baxa, 77 povećavajući tako mitohondrijsku štetu.

Molekularni mehanizam pomoću kojeg mutirani https uzrokuje nakupljanje cijele duljine nije definiran. Budući da je pro-apoptotička aktivnost u punoj duljini izuzetno slaba, visoka Bid ekspresija vjerojatno ipak neće uzrokovati staničnu smrt u HD-u. Suprotno tome, budući da tBid pokazuje jaku pro-apoptotičku aktivnost, on može imati ključnu ulogu u smrti HD stanica. Ova mogućnost dobiva podršku i iz dokaza da mutirani https pojačava aktivnost kaspaze-8 78, 79 i kalpaina 80 da su oba enzima sposobna cijepiti ponudu cijele dužine. 46

Najnovija bjelančevina koja sadrži samo BH3, a potencijalno uključena u HD patogenezu je Bnip3. Naši rezultati pružaju dokaz da se Bnip3, apoptotski regulator koji u zdravim stanicama lokalizira u citosolu ili jezgrama, u neuronskim i ne-neuronskim stanicama koje eksprimiraju mutirane https, uglavnom lokalizira u mitohondrijima. 55 Budući da aktiviranje Bnip3 uzrokuje gubitak Δψ, fragmentaciju mitohondrija i mitofagiju, 51, 81 Bnip3 bi mogao biti uključen u disfunkciju mitohondrija u HD-u. Upravo, kako mutirani https inducira Bnip3 aktivaciju, ostaje pitanje bez odgovora. Prethodna izvješća pokazuju da je povezanost Bnip3-mitohondrija snažno stabilizirana acidozom 82, 83 ili povećanom koncentracijom kalcija u citosolu, 84 stanja koja se mogu dogoditi u HD stanicama uslijed inhibicije mitohondrijskog disanja. Alternativna je mogućnost da se https direktno ili indirektno veže za Bnip3, ali ovo pitanje čeka pojašnjenje u budućim studijama.

Sažetak i perspektiva

Trenutni dokazi, dobiveni istraživačkim naporima mnogih istraživača tijekom dužeg vremenskog razdoblja, sve više impliciraju da mutirani https nepovoljno utječe na razinu proteina Bcl-2 i lokalizaciju proteina. Studije provedene in vitro i in vivo daju uvjerljive dokaze da mutirana ekspresija AT aktivira najmanje četiri proteina samo za BH3. Iako mutirani https može povećati svaki od ova četiri proteina kroz različite mehanizme, njihova aktivacija kulminira identičnom posljedicom, odnosno Bax-ovom aktivacijom. Aktivacija Baxa, promovirajući oslobađanje citohroma c , može poduprijeti progresivnu apoptozu neurona u mozgu bolesnika s HD. Iako je ova hipoteza dobila potporu iz ranih studija koje su identificirale stanice slične apoptoticima u HD striatumu, 85, 86 dokaza za smrt ćelija nastalih posljedicom samo apoptoze je kontroverzno. 87 Alternativna mogućnost je da disregulacija proteina Bcl-2 mijenja HD mitohondrijsku dinamiku na način nezavisan od apoptoze. U ovom je kontekstu posebno zanimljivo izvješće da su mitohondrijalna fisija izazvana Baxom i oslobađanje citokroma c koje je inicirano Bax odvojenim događajima i da proteini iz porodice Bcl-2 mogu utjecati na dinamiku fuzije mitohondrije i fuzije u HD ćelijama neovisno o apoptozi. Ako je istinito, proteini iz porodice Bcl-2 u HD-u mogu biti odgovorni za fragmentiranu mitohondrijsku morfologiju, promjene u ultrastrukturi mitohondrija i oslabljen promet mitohondrija koji su pokazani u in vitro i in vivo modelima HD. 88, 89, 90

Buduće studije trebale bi imati za cilj nadići analizu nivoa proteina Bcl-2, jer njihova razina ekspresije često slabo ukazuje na aktivaciju proteina, posebno imajući u vidu da većina članova koji su samo u BH3 podvrgnuta jakoj regulaciji post-translacijskim mehanizmima. Buduće studije kojima je cilj razjasniti molekularne mehanizme koji stoje na osnovi interakcije proteina Bcl-2 dokumentirani u modelima in vitro i in vivo HD koristit će inovativne tehnike fluorescencije 91 koje možda jasnije prikazuju ulogu Bcl-2 u HD-u. Jednako su važni genetski pristupi kao što su križanje HD mišjih modela na izbacivanju miševa za Bcl-2 gene koji će pružiti definitivan dokaz da su članovi obitelji Bcl-2 patogenetički uključeni u HD.

Konačno, buduće studije koje uključuju inovativne ljudske stanične modele, poput iPS-a, kod pacijenata s HD-om, pojasnit će mogu li proteini obitelji Bcl-2, koji su već molekularne mete u terapiji raka, 92 također biti terapijski cilj HD-a.

Glosar

HD

Huntingtonova bolest

HTT

huntingtin

lOmM

vanjska mitohondrijska membrana

ER

endoplazmatski retikulum

Δ ψ

mitohondrijski potencijal

BH3

Bcl-2 Homologija 3

CNS

središnji živčani sustav

OPA1

optička atrofija-1 protein

UPR

nerazvijeni odgovor proteina

SGC

superiorni cervikalni ganglion

BDNF

moždani neurotrofni faktor

Bcl-2

B-stanični limfom 2

Bcl-XL

B-stanični limfom-izuzetno velik

Loše

Bcl-2 antagonist stanične smrti

BIM

Bcl-2 medijator stanične smrti

Ponuda

Bcl-2 agonist smrti domene interakcije

BNIP3

Bcl-2 / adenovirus E1B 19 kDa interakcijski protein 3

Puma / Bbc3

p53-regulirani modulator apoptoze / Bcl-2 vezujuća komponenta 3

Bax

Xc-protein povezan s Bcl-2

Bak

Bcl-2 antagonist / ubojica