Wawasan Tentang Patogenesis Penyakit Neurodegeneratif: Fokus Pada Disfungsi Mitokondria dan Stres Oksidatif Bagian 2

Beberapa modifikasi pasca-translasi juga mengatur dinamika mitokondria. Fosforilasi Drp1 dapat merangsang fisi atau fusi tergantung pada lokasi fosforilasi [100,101].

Dengan terus berkembangnya ilmu saraf, semakin banyak penelitian yang menunjukkan bahwa terdapat hubungan erat antara dinamika mitokondria dan memori, yang memiliki makna positif dan progresif.

Mitokondria merupakan organ penting dalam sel, dengan dua fungsi utama: satu menyediakan energi bagi sel, dan satu lagi mengatur perkembangan sel dan aktivitas kehidupan. Fungsi mitokondria tidak hanya berkaitan dengan kesehatan sel saja, namun juga erat kaitannya dengan kesehatan fisik tubuh manusia. Ingatan manusia adalah salah satunya.

Penelitian menemukan bahwa di otak manusia, banyak perubahan yang terjadi pada dinamika mitokondria, seperti peningkatan kepadatan mitokondria, migrasi mitokondria, dan regenerasi mitokondria. Perubahan tersebut tidak hanya berkaitan dengan kesehatan neuron di otak tetapi juga erat kaitannya dengan peningkatan memori otak.

Secara khusus, dinamika mitokondria dapat mendorong transmisi informasi antar neuron otak, sehingga mendorong pembentukan, konsolidasi, dan pembaruan memori dan pembelajaran. Selain itu, olahraga ekstrem dan jenis olahraga lainnya dapat mendorong peningkatan kepadatan mitokondria, sehingga meningkatkan daya ingat dan kemampuan kognitif otak.

Oleh karena itu, kita harus berpartisipasi aktif dalam beberapa aktivitas yang bermanfaat bagi kesehatan fisik, seperti olah raga, kebugaran, mengembangkan kebiasaan makan yang baik, dll., untuk mendorong perkembangan dinamika mitokondria dan meningkatkan daya ingat dan kemampuan kognitif. Pada saat yang sama, kita juga harus memperhatikan istirahat, mengurangi stres, menjaga kesehatan, dan dengan demikian secara aktif menghadapi kehidupan di masa depan.

Singkatnya, ada hubungan erat antara dinamika mitokondria dan memori. Gaya hidup aktif dan kebiasaan sehat bermanfaat bagi perkembangan dinamika mitokondria, sehingga meningkatkan daya ingat otak dan kemampuan kognitif. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan karena Cistanche memiliki efek antioksidan, anti-inflamasi, dan anti-penuaan, yang dapat membantu mengurangi respons oksidatif dan inflamasi di otak, sehingga melindungi kesehatan otak. sistem saraf. Selain itu, Cistanche juga dapat mendorong pertumbuhan dan perbaikan sel saraf, sehingga meningkatkan konektivitas dan fungsi jaringan saraf. Efek tersebut dapat membantu meningkatkan daya ingat, kemampuan belajar, dan kecepatan berpikir, serta dapat mencegah terjadinya disfungsi kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Klik tahu cara meningkatkan fungsi otak

Fosforilasi MFF meningkatkan perekrutan Drp1, dan fisi mitokondria berikutnya (102), sementara keberadaan Mfn1 asetat di mana-mana mendorong degradasi proteasomalnya (103); fosforilasi Mfn1 oleh ERK menghambat fusi mitokondria, mendorong apoptosis [104].

Keadaan nutrisi tertentu juga secara tidak langsung mengatur keseimbangan antara kedua proses ini. Meskipun kelaparan menyebabkan mitokondria menyatu dan memanjang, lingkungan yang kaya nutrisi disertai dengan mitokondria yang terfragmentasi [105,106].

3.4. Autofagi

Autophagy adalah langkah penting lainnya dalam menjaga keseimbangan antara sintesis dan pembersihan protein, biogenesis organel, dan degradasi, sehingga meningkatkan kesehatan seluler [107]. Berdasarkan bagaimana muatan yang ditargetkan diangkut untuk degradasi tolisosom, autophagy dapat diklasifikasikan menjadi [107,108]:

- Makroautofagi, di mana autofagosom, vesikel bermembran ganda, terbentuk dan menyatu dengan lisosom, setelah itu kandungannya didegradasi oleh hidrolase asam lisosom;

- Mikroautofagi, suatu proses di mana lisosom membungkus berbagai senyawa sitosol yang terdegradasi setelah involusi membran [109];

- Autophagy yang dimediasi pendamping, suatu proses di mana pendamping berikatan dengan protein dan reseptor yang rusak pada membran lisosom, diikuti dengan translokasi protein ke dalam lisosom untuk degradasi [110].

Autophagy untuk mitokondria yang rusak juga dikenal sebagai mitofag. Inisiasi mitofag langkah pertama adalah pembentukan membran isolasi, autofagosom, diyakini berasal dari MAM, membran ER, atau membran plasma [111,112], diikuti dengan aktivasi kompleks pra-inisiasi, yang mengandung ULK1 (Unc{{ 4}}seperti kinase1, Atg 13 dan 101 (protein terkait autofagi), dan FIP200 (mitra interaksi keluarga adhesi kinase fokus 200) [113]. Kompleks pra-inisiasi merekrut fosfatidilinositida 3-kinase (PI3K) kelas III. beclin1, Atg 14, autophagy, dan beclin 1 regulator (AMBRA1), serta pemilahan protein vaskular 34 dan 15 (Vps 34 dan 15) untuk menghasilkan fosfatidilinositol3-fosfat (PI3P).

Pi3P juga dikenal sebagai kompleks inisiasi [114]. Setelah aktivasi, kedua kompleks bertranslokasi ke situs nukleasi fagofor [108]. PI3P dikenali dan berinteraksi dengan protein lain yang terletak di IM, seperti protein berulang WD yang berinteraksi dengan fosfoinositida (WIPI) dan protein yang mengandung domain FYVE (115) dan mengarah ke serangkaian konjugasi Atgs pada fagofor, yang berpuncak pada pembelahan pro-LC3 (rantai ringan 3) oleh Atg4 menjadi LC3-I, selanjutnya diubah oleh fosfatidletanolamin menjadi LC3-II, dan menyebabkan pemanjangan dan penutupan membran isolasi [116,117].

Protein terkait reseptor asam aminobutirat tipe A (GABARAP) dan protein mirip GABARAP1 (GABARAPL1) diyakini memainkan peran yang sama dengan LC3 dalam ekspansi autofagosom (118).

Protein pemberi sinyal mTOR (target mamalia rapamycin) sangat memodulasi autophagy. Penghambatan mTOR, seperti yang terjadi pada kelaparan, mendefosforilasi dan mengaktifkan Atg13, memicu proses mitofag [119].

Ketika faktor pertumbuhan dan nutrisi seluler melimpah, mTOR memfosforilasi Atg 13, mencegah pengikatannya pada ULK1 dan rekrutmen FIP200 (107). Penggabungan autofagosom ke lisosom dimediasi oleh Rab7 dan LAMP-2, protein transmembran lisosom [120,121]. Setelah fusi, lisosomalenzim, terutama cathepsin, menurunkan kandungan autofagosom [122].

Dalam mitofag yang dimediasi non-reseptor, proses induksi mitofag mengaktifkan kinase 1 yang diinduksi PTEN (PINK1), yang terakumulasi pada OMM dan merekrut serta memfosforilasi Parkin (123,124). Parkin terakumulasi pada OMM dan ubiquitinates OMMproteins, yang menyebabkan peningkatan aktivitas PINK1 dan perekrutan Parkin lebih banyak [113].

Di antara protein yang ada di mana-mana oleh Parkin adalah saluran anion yang bergantung pada tegangan 1 (VDAC1), Mfn1, dan Mfn2, serta TOM20 (translocase membran mitokondria luar 20), yang mengatur fusi mitokondria.

Ubiquitinasi Mfn1/2 akan menghalangi proses fusi dan memungkinkan isolasi mitokondria yang kecil dan rusak [125].

Protein yang ada di mana-mana merekrut protein adaptor autophagy, seperti OPTN (optineurin), NBR1 (tetangga BRCA1), TAX1BP1 (Protein pengikat pajak-1), NDP52 (protein titik inti52), atau sequestosome-1, yang berinteraksi dengan protein autofagosom seperti GABARAP atau LC3 melalui daerah interaksi LC3 (LIR) untuk memediasi pembentukan dan fusi autofagosom dengan lisosom [126,127]. Gambar 2 menunjukkan secara skematis proses mitofag.

Gambar 2. Diagram skema mitofag. Proses induksi mitofag mengaktifkan PINK1, yang terakumulasi di OMM dan merekrut serta memfosforilasi Parkin.

Yang terakhir ini ada di mana-mana protein OMM, seperti mitofusins ​​1 dan 2 (Mfn), saluran anion bergantung tegangan 1 (VDAC1), dan TOM20 (translokasi membran mitokondria luar 20).

Pembentukan autofagosom dimulai dengan aktivasi kompleks pra-inisiasi, yang mengandung ULK1 (Unc-51-seperti kinase 1), Atg 13 dan 101 (protein terkait autofagi), dan FIP200 (mitra interaksi keluarga adhesi kinase fokus 200), dan dilanjutkan dengan perekrutan fosfatidilinositida kelas III 3-kinase (PI3K), beclin1, Atg 14,AMBA1 (autophagy dan beclin 1 regulator), dan Vps 34 dan 15 (penyortiran protein vaskular), menghasilkan produksi fosfatidilinositol 3- fosfat (PI3P).

Protein yang ada di mana-mana merekrut protein adaptor autophagy, seperti gen tetangga BRCA1 (NBR1), optineurin (OPTN), protein pengikat pajak (TAX1BP1), protein titik inti 52 (NDP52), atau sequestosome-1, yang berinteraksi dengan protein autofagosom seperti GABARAP atau LC3 untuk memediasi pembentukan autofagosom. Penggabungan autofagosom dengan lisosom dimediasi oleh LC3, Rab7, LRRK2, dan LAMP-2 (lihat teks).

Namun, jalur mitofag yang tidak bergantung pada Parkin juga ada (113), seperti mitofag yang dimediasi reseptor. Protein yang paling banyak dipelajari yang terlibat dalam mitofag yang dimediasi reseptor adalah AMBRA1, FUNDC1 (protein yang mengandung domain FUN14), NIX (Nip3-likeprotein), dan BNIP3, yang terletak di OMM, serta kardiolipin dan larangan 2 (PHB2 )di IMM [113].

Reseptor ini dapat berikatan dengan LC3 secara Parkin-independen [128] dan menginduksi mitofag. Transkripsinya dapat diaktifkan dalam berbagai kondisi. Misalnya, transkripsi BNIP3 dan NIX diaktifkan oleh hipoksia melalui hipoksia-induciblefactor 1 alpha (HIF1 ) (129), yang, setelah fosforilasi memiliki afinitas pengikatan yang tinggi untuk LC3 (130). Defosforilasi FUNDC1 oleh hipoksia memfasilitasi pengikatannya dengan LC3 (131).

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menunjukkan bahwa mitokondria dapat dikeluarkan dari sel dan diambil melalui endositosis atau fagositosis oleh sel-sel tetangganya, di mana mereka akhirnya menjalani mitofag, sebuah fenomena yang disebut mitofag transeluler [113,132].

Masuk akal untuk berasumsi bahwa mentransfer mitokondria kembali ke sel soma dari dendrit orakson akan tidak menguntungkan secara energetik, itulah sebabnya neuron melepaskan sinapsis mitokondria untuk didegradasi oleh sel glial (133).

Pada gilirannya, sel glial dapat mentransfer mitokondria ke neuron dan melindungi neuron dari hipoksia dan kegagalan energi [134]. Jalur yang tepat untuk transfer mitokondria masih diselidiki, namun beberapa penelitian menunjukkan adanya peran penting dari protein yang menghubungkan mitokondria dengan protein motorik sitoskeletal, yaitu MIRO1 [135] sementara penelitian lain menunjukkan keterlibatan GFAP astrositik (glial acidfibrillary protein) dan neuronal UCP2 (uncoupling protein 2). ) [136].Cara lain untuk membuang mitokondria yang rusak telah diidentifikasi pada tahun 1992 [137] dan diberi nama mitoptosis.

Hal ini memungkinkan sel untuk mendegradasi mitokondria tanpa membuka MPTP dan memicu apoptosis [113]. Mitoptosis kemungkinan diaktifkan oleh depolarisasi membran mitokondria, kerusakan DNA mitokondria (mtDNA), dan ROS (113).

Mekanisme pasti dari mitoptosis memerlukan penelitian lebih lanjut, namun beberapa situasi telah dijelaskan, seperti pembengkakan dan fragmentasi krista yang diikuti oleh ekstrusi sitoplasma fragmen krista melalui pecahnya OMM (138), atau kerusakan krista melalui penggabungan IMM dengan pelestarian OMM yang utuh. [138].

ROS memainkan peran penting dalam regulasi autophagy dan mitofag. Salah satu jalur yang disebutkan di atas adalah jalur mTOR. Lingkungan yang kaya asam amino menyebabkan translokasi kompleks mTOR 1 (mTORC1) ke permukaan lisosom, di mana ia berinteraksi dengan Rheband mengaktifkan mTOR (139), sedangkan dalam keadaan kelaparan mTOR berkolokasi dengan LC3 dan memulai autophagy (140).

Mengingat oksidasi mTOR menghambat aktivitasnya, kemungkinan besar ROS mengatur langkah ini [141]. Lebih lanjut, S-nitrosasi IκB kinase dan JNK1 oleh oksida nitrat menghambat aktivitasnya, yang, pada gilirannya, mencegah inaktivasi mTOR dan pelepasan Beclin dari kompleks Beclin-Bcl-2 [93,142].

Jalur lainnya adalah kompleks beclin-1-kelas III PI3K, dengan serangkaian kofaktor seperti AMBRA1, faktor interaksi Bax 1 (Bif-1), atau Rubicon (domain RUN- dan beclin yang kaya domain kaya sistein -1-protein yang berinteraksi) [143]. Regulator autophagy lainnya termasuk reseptor IP3, AMPK (50-protein kinase teraktivasi AMP), dan DAPK (protein kinase terkait kematian) [144,145].

ROS dan spesies nitrogen reaktif menginduksi modifikasi protein pasca-translasi yang juga mengatur aktivitas faktor transkripsi. Misalnya, pada jalur Nrf2 (faktor terkait nuklir-eritroid 2-faktor 2)/Keap1 (protein terkait enoyl-CoA hydratase-associatedprotein 1) mirip Kelch, modifikasi Keap1 menyebabkan pelepasan Nrf2, yang berikatan dengan ARE( elemen respons antioksidan) dan bertranslokasi ke nukleus, tempat ia mengaktifkan transkripsi gen dan protein enzim antioksidan, seperti p62 atau p53.

Sementara p62 mengaktifkan autophagy [146,147], p5 dikaitkan dengan gen penghambat autophagy dan -promoting melalui TIGAR (protein tumor 53-yang menginduksi glikolisis dan regulator apoptosis) dan DRAM (modulator autophagy yang diatur kerusakan), masing-masing [148,149].

Pada gilirannya, gangguan regulasi autophagy menyebabkan peningkatan stres oksidatif dan akumulasi protein di mana-mana, yang terakhir menyebabkan disfungsi mitokondria dan selanjutnya menambah generasi ROS dalam feed-forward loop (93).

4. Otak dan Stres Oksidatif

Oksigen sangat penting untuk fungsi seluler yang baik, karena terlibat dalam pembentukan ATP [61]. Sayangnya, karena status reduksi metabolik oksigen yang bersifat univalen, dengan dua elektron bebas oksigen yang berputar secara paralel, oksigen hanya dapat menerima satu elektron dalam satu waktu [150], sehingga menghasilkan spesies yang memiliki satu elektron tidak berpasangan yang dapat hidup sendiri. didefinisikan oleh Halliwell sebagai radikal bebas [151].

Turunan oksigen dapat berupa radikal bebas, seperti anion superoksida (•O2−), radikal hidroksil (HO•), radikal hidroperoksil (HO2•), dan radikal peroksil (ROO•), atau non-radikal yang dapat diubah menjadi radikal, misalnya sebagai hidrogen peroksida (H2O2) [61,152].

Pensinyalan redoks banyak digunakan di otak [153], terlibat dalam transduksi sinyal dan transkripsi gen. Misalnya, NADPH oksidase (NOXs) mengatur potensiasi jangka panjang hipokampus [154], dan superoksida dan hidrogen peroksida turunan NOX2- mengatur pertumbuhan sel progenitor hipokampus di otak orang dewasa melalui jalur pensinyalan fosfatidil inositol 3 kinase (PI3K)/Akt [155].

Demikian pula, H2O2 yang diturunkan dari NOX memiliki peran yang bermanfaat dalam regenerasi aksonal dan pencarian jalur aksonal selama pengkabelan otak yang sedang berkembang [156,157]. Sebagai konsekuensi dari hipoksia, sinyal superoksida yang diturunkan dari mitokondria menyebabkan respons adaptif (158).

Untuk mengimbangi kemungkinan efek buruk dari radikal bebas yang berlebihan, sistem biologis memiliki serangkaian pertahanan antioksidan, yang dapat dibagi menjadi enzimatik (superoksida dismutase, katalase, glutathione peroksidase, glutathione transferase, thioredoxins, dan peroxiredoxin) dan pertahanan non-enzimatik. seperti vitamin A, C, E, beta-karoten, atau glutathione [159].

Setiap kali tingkat produksi radikal bebas melebihi kemampuan sistem biologis untuk menetralisirnya, stres oksidatif pun terjadi.

4.1. Kerentanan Otak terhadap Stres Oksidatif

Sistem saraf sangat sensitif terhadap stres oksidatif, karena serangkaian alasan [153,160–162]:- Potensi aksi menyebabkan masuknya kalsium dan meningkatkan konsentrasi kalsium intraseluler dari sekitar 0,001 µm menjadi sekitar 100 µm [ 163].

Ca2+ intraseluler yang tinggi mengaktifkan nNOS (neuronal nitric oxide synthase) dan menyebabkan pembentukan NO (nitric oxide) [164], yang berikatan dengan sitokrom c oksidase dan menghambat respirasi mitokondria [165]. Mitokondria berusaha untuk menyangga kalsium intraseluler, namun kelebihan kalsium menyebabkan pembukaan MPTP yang berkepanjangan dan menghambat generasi ATP, sehingga menginduksi apoptosis (166).

Otak memiliki kebutuhan energi yang sangat tinggi untuk mempertahankan gradien ionik dan mendukung transmisi sinaptik [19] dan terutama bergantung pada mitokondria sinaptik untuk menghasilkan energi yang dibutuhkan [167]. Misalnya, pelepasan vesikel neurotransmitter memerlukan 1,64 × 105 ATP/s/vesikel [19].

- Otak memiliki pertahanan antioksidan yang rendah. Sel-sel saraf memiliki katalaset daripada hepatosit 50 kali lebih sedikit [168], sedangkan glutathione sitosol sekitar 50% lebih rendah pada neuron dibandingkan dengan sel-sel lain [153], dan ini mungkin mengurangi aktivitas peroksiredoksin [169].- Mikroglia, sel kekebalan otak, adalah diaktifkan oleh H2O2 [170] dan menghasilkan superoksida melalui isoform NADPH oksidase, yang diperlukan untuk membunuh bakteri [171].

- Metabolisme neurotransmitter, seperti metabolisme dopamin melalui monoamine oksidase, menghasilkan ROS [153,172]. - Neurotransmitter, seperti dopamin, serotonin, atau adrenalin, dapat teroksidasi secara otomatis dan menghasilkan superoksida [173,174].

- Otak diperkaya dengan logam transisi aktif redoks, seperti Cu+ atau Fe2+ [175]. Besi adalah katalisator dalam reaksi Fenton yang menghasilkan radikal hidroksil, dan juga mengkatalisis pembentukan radikal peroksil dan alksil, sehingga berkontribusi terhadap ferroptosis, suatu bentuk kematian sel yang bergantung pada peroksidasi lipid dan Fe2+ [176]. Cu+ merupakan salah satu faktor untuk Cu/ZnSOD dan penting untuk pensinyalan sel [177,178] namun meningkatkan reaksi Fenton yang dikatalisis tembaga [175].

- Otak sangat kaya akan kolesterol, yang dapat mengalami oksidasi otomatis [179]dan sel-sel otak memiliki rasio permukaan membran/volume sitoplasma yang lebih tinggi, membran sel kaya akan asam lemak tak jenuh ganda (PUFA), yang sangat rentan terhadap peroksidasi melalui asam lemak bebas. serangan radikal [153].- Perkembangan dan plastisitas otak bergantung pada RNA non-coding (RNA non-coding panjang dan mikroRNA) [180], tetapi molekul ini tidak memiliki histone pelindung dan mudah teroksidasi [181]. RNA kurir yang teroksidasi menghasilkan protein terpotong dan bermutasi, yang rentan terhadap kesalahan lipatan (182).

4.2. Sumber Radikal Bebas

Radikal bebas berlebih dapat dihasilkan dari banyak sumber.

4.2.1. Mitokondria dan Stres Oksidatif

Mitokondria secara tradisional dianggap sebagai sumber utama ROS. Setidaknya 10 sumber potensial produksi ROS telah diidentifikasi (183) tetapi kompleks I (NADH dehydrogenase) dan III (ubiquinone sitokrom c reduktase) dari ETC (184) adalah yang paling penting.

Pemindahan elektron ke koenzim Q atau ubikuinon melalui kompleks I dan II menghasilkan inubikuinol (ubikuinon tereduksi, QH2), yang akan meregenerasi koenzim Q melalui anion semikuinon (•Q−), zat antara tidak stabil yang dapat mentransfer elektron ke molekul oksigen, menghasilkan pembentukan superoksida [60]. Menjadi reaksi non-enzimatik, laju metabolisme yang lebih tinggi menyebabkan peningkatan produksi superoksida [185].

Superoksida sangat tidak stabil dan diubah oleh superoksida dismutase 2 mitokondria (SOD2, SOD mangan) dan SOD1 sitosol (SOD tembaga-seng) menjadi hidrogen peroksida (H2O2) yang lebih stabil.

Yang terakhir dapat keluar dari IMM melalui saluran aquaporin dan berdifusi melalui OMM ke dalam sitoplasma, di mana ia berfungsi untuk sinyal redoks, atau selanjutnya direduksi menjadi bycatalase air, glutathione peroksidase, dan peroksiredoksin [186-189]. Komponen mitokondria lain yang berkontribusi terhadap pembentukan ROS termasuk monoamine oksidase, gliserol fosfatdehidrogenase, -ketoglutarate dehydrogenase, dan p66shc [60,183,190].

Produksi ROS mitokondria bergantung pada variasi yang disebabkan oleh faktor metabolik. Misalnya, rasio NADH/NAD+ mempengaruhi laju pembentukan ROS, yang meningkat hampir secara linear dengan penurunan NADH [191]. Tingkat suksinat dapat berfluktuasi bahkan dalam kondisi normal antara 0,3 dan 1 mM [192], dengan peningkatan konsentrasi suksinat sangat meningkatkan pembentukan ROS mitokondria [183,193].

Laju produksi ROS juga dipengaruhi oleh potensi membran mitokondria [183]. Fosforilasi mitokondria aktif dari ADP atau serapan kalsium mitokondria menurunkan potensial membran, yang mempengaruhi potensial redoks ETC dan menurunkan produksi ROS (194). Kekurangan oksigen atau iskemia secara signifikan meningkatkan pembentukan ROS mitokondria (195), meskipun efek ini mungkin tidak disebabkan oleh mitokondria itu sendiri, melainkan karena jalur sinyal yang dipicu oleh hipoksia (196).

4.2.2. NADPH Oksidase sebagai Sumber ROS

NADPH oksidase (NOX) pertama kali dideskripsikan dalam fagosit (197), setelah itu tujuh gen NOX telah diidentifikasi: NOX 1–5 dan DUOX 1 dan 2 (198). Otak terutama mengekspresikan NOX2, dan juga NOX4, keduanya terdapat di area korteks dan area hippocampala CA1 (199).

Kompleks enzim NOX2 mempunyai sitokrom b558 yang terikat membran, beberapa protein sitosol, dan protein Rac G. Setelah fosforilasi protein sitosol dan aktivasi Rac, enzim mentranslokasi ke membran dan membentuk NOX2 aktif dengan sitokrom b558 [200]. Selanjutnya, NOX2 mentransfer proton melintasi membran dan menyebabkan pembentukan superoksida [198].

NOX4 terutama menghasilkan H2O2, yang digunakan sebagai pembawa pesan kedua untuk proliferasi dan diferensiasi sel [201].

NOX telah dijelaskan dalam neuron, astrosit, dan mikroglia [202], sedangkan pada tingkat sel, isoform NOX terlokalisasi pada retikulum endoplasma, nukleus, membran plasma, dan mitokondria [203,204]. ROS yang dihasilkan oleh NOX teraktivasi dapat mendepolarisasi membran mitokondria dan, bersama dengan kalsium, dapat menyebabkan pembukaan MPTP [205] serta mengaktifkan fosfolipase C dengan perubahan berikutnya pada struktur membran [198].

4.2.3. Monoamine Oksidase sebagai Sumber ROS

Oksidase monoamine (MAO A dan B) adalah flavoenzim yang terletak di OMM yang mengkatabolisme neurotransmitter amina, seperti serotonin, epinefrin, dan dopamin [206].

MAO-A diekspresikan dalam neuron, sedangkan MAO A dan B dapat ditemukan dalam sel glial (198). Mereka menggunakan FAD untuk memecah monoamina, suatu proses di mana aldehida diproduksi, sedangkan H2O2 dihasilkan dari siklus FAD-FADH2 [198].

4.2.4. Peroksisom dan Produksi ROS

Meskipun proses metabolik peroksisomal utama yang menyebabkan pembentukan H2O2 adalah -oksidasi asam lemak bebas [60], beberapa enzim peroksisomal lainnya, seperti xantin oksidase, D-aspartat oksidase, asil KoA oksidase, D-asam amino oksidase, oksidase urat, atau L - -hidroksi oksidase, dapat menghasilkan berbagai ROS, seperti superoksida, hidrogenperoksida, oksida nitrat, atau radikal hidroksil [207].

4.2.5. Sumber ROS Eksogen

Selain berbagai sumber ROS endogen, ROS eksogen dapat meningkatkan stres oksidatif. Sumber yang paling umum adalah polusi air dan udara, paparan sinar ultraviolet, alkohol dan asap tembakau, pestisida, pelarut industri, pola makan tidak sehat (dengan daging asap, pola makan tinggi lemak), paparan logam berat atau logam transisi (Fe, Cr, Co, Cu). ,Hg, Pb, As), serta obat-obatan tertentu, seperti Doxorubicin, Bleomycin, Metronidazole, atau bahkan Paracetamol [60].

4.3. Target ROS

Radikal bebas yang sangat reaktif merusak protein, lipid, dan asam nukleat [152].

4.3.1. Protein dan ROS

Protein dapat dioksidasi oleh radikal, seperti superoksida, radikal hidroksil, peroksil, hidroperoksil, atau radikal alksil, serta oleh spesies non-radikal atau oksigen singlet (208).

Oksidasi asam amino seperti lisin, arginin, prolin, atau treonin menghasilkan turunan karbonil, yang digunakan sebagai penanda stres oksidatif [209]. Metionin dan sistein, sebagai asam amino yang mengandung sulfur, sangat rentan terhadap oksidasi sehingga menghasilkan disulfida dan metionin sulfoksida [210].

Oksidasi protein menyebabkan ikatan silang protein-protein, perubahan fungsi, hilangnya aktivitas enzimatik, dan modifikasi fungsional protein reseptor dan transpor [211].

Selain itu, hidrogen peroksida dan radikal hidroksil menghambat penyerapan glutamat oleh astrosit, sehingga meningkatkan eksitotoksisitas [212]. Sebagai konsekuensinya, protein yang diubah ini harus dibersihkan, baik melalui jalur autophagy-lisosom atau melalui sistem ubiquitin-proteasome [213,214].

Sistem ubiquitin-proteasomal (UPS), jalur degradasi utama dari protein salah lipatan di mana-mana dan molekul pemberi sinyal berumur pendek, mengandung subunit 19S dan inti 20S yang aktif secara katalitik [215]. Batasan regulasi dengan protein pendamping membuka protein target, menghilangkan tag ubiquitin dalam proses yang bergantung pada ATP, setelah itu protein target dimasukkan ke dalam inti katalitik dan didegradasi oleh enzim proteasomal.

Di bawah tekanan yang parah, UPS kewalahan, dan jalur autophagy-lisosom mengkompensasi peningkatan kerusakan protein [107]. Serangkaian reseptor autophagy, seperti p62, NDP52, atau NBR1 mengenali gugus di mana-mana dan menargetkan protein yang diberi tag ke autophagosome dengan mengikatnya. ke Atg8/LC3 [216.217].

FOXO3 (forkhead box O3) adalah faktor transkripsi yang diaktifkan oleh stres oksidatif, yang mengatur transkripsi gen yang terlibat dalam degradasi protein proteasomal dan autophagic (218). Selain itu, Parkin, ligase ubiquitin, dan CHIP (C-terminus dari Hsc70-protein yang berinteraksi) berkontribusi terhadap degradasi protein proteasomal dan autophagosomal [107,219].

Tingkat relatif antara BAG (transgen terkait Bcl-2) 1 dan BAG3, protein pendamping, mengarahkan jalur degradasi protein seluler menuju jalur proteasomal atau fagosom [220].

4.3.2. Lipid dan ROS

Radikal bebas atau spesies oksidatif non-radikal menyerang ikatan rangkap CC lipid, itulah sebabnya asam lemak tak jenuh ganda sangat rentan terhadap serangan oksidatif [221].

Pada fase awal, radikal bebas berinteraksi dengan gugus metilen dalam asam lemak dan menghasilkan radikal lipid dengan memisahkan atom hidrogen [222]. Selanjutnya, radikal lipid bereaksi dengan molekul O2 untuk membentuk radikal peroksil (ROO•) [223], yang memulai rantai reaksi mandiri yang memperkuat proses tersebut.

Hal ini menghasilkan peroksida siklik dan hidroperoksida, yang selanjutnya dapat terdegradasi menjadi aldehida, produk akhirnya adalahmalondialdehid (MDA), hidroksinonenal (HNE), dan akrolein [224].

Proses ini dihentikan baik melalui interaksi radikal lipid dengan peroksida lipid, menghasilkan spesies stabil non-reaktif [221], atau melalui intervensi antioksidan endogen atau eksogen (vitamin C dan E) [222,225].

Dalam konsentrasi rendah, 4-HNE memainkan peran homeostatis yang penting dengan bertindak sebagai molekul pemberi sinyal dan memodulasi ekspresi gen dengan menginduksi modifikasi protein pasca-translasi.

Target yang paling umum adalah residu tiol [225]. Dengan berinteraksi dengan tiol sistein di Keap1, 4-HNE menyebabkan pelepasan Nrf2, yang setelah ditranslokasi ke nukleus mengaktifkan ekspresi gen ARE seperti glutathione-S-transferase, quinone reduktase yang bergantung pada NADPH, atau heme oksigenase{ {7}} [226]. Target lain dari 4-HNE adalah NF-κB, sebuah faktor transkripsi untuk sitokin pro-inflamasi, yang biasanya dipertahankan dalam keadaan diam dengan berikatan dengan IκB (inhibitor kappa B).

Di bawah tekanan seluler, IκB kinase memfosforilasi IκB memfasilitasi pelepasan NF-κB, sebuah faktor transkripsi yang memediasi transkripsi protein Bcl-2 antiapoptosis dan sitokin inflamasi, seperti interleukin-6 (IL-6) .

4-HNE menghambat IκB kinase, sehingga mencegah fosforilasi IκB dan translokasi nuklir NF-κB [227]. Namun, sebagai akibat dari peroksidasi lipid membran, membran mengubah permeabilitasnya, meningkatkan kekakuannya, dan bahkan mungkin kehilangan integritasnya [228] .

Selain itu, produk peroksidasi lipid terlibat dalam jalur sinyal yang kompleks. Akumulasi 4-HNE intraseluler dapat menyebabkan apoptosis melalui jalur intrinsik dan ekstrinsik [225]. 4-HNE meningkatkan ekspresi p53, diikuti dengan aktivasi p21, JNK, Bax, dan caspase 3 [229], yang menyebabkan apoptosis yang dimediasi caspase.

Selain itu, 4-HNE memulai pengikatan protein Daxx yang terkait dengan kematian ke permukaan intraseluler Fas [230], sehingga terlibat dalam modulasi jalur ekstrinsik apoptosis melalui protein sinyal hilir ASK1 dan JNK [225].

Selain itu, HNE tingkat tinggi dapat membentuk konjugat dengan JNK, yang bertanggung jawab untuk modifikasi histon dan memfasilitasi translokasi nuklir [231], atau dapat mengaktifkan JNK melalui aktivasi SPKK1 (proteinkinase kinase teraktivasi stres-1) [232]. Demikian pula, HNE dapat mengaktifkan ERK melalui aktivasi MEK1/2 dan p38MAPK (mitogen-activated protein kinase) [233,234].

For more information:1950477648nn@gmail.com