Makroautofagi dan Mitofagi pada Gangguan Neurodegeneratif: Fokus Pada Intervensi Terapeutik Bagian 2

3.1.2. Mitofagi pada masa Masehi

Akumulasi mitokondria yang rusak merupakan ciri khas AD. Disfungsi mitokondria dan defisit bioenergi serta stres oksidatif yang terkait berkontribusi terhadap agregasi A dan hiperfosforilasi tau [154,155], yang, pada gilirannya, merupakan mediator cacat mitokondria [156].

Mitokondria dianggap sebagai pabrik energi di dalam sel, dan kerusakan mitokondria dapat menyebabkan serangkaian masalah kesehatan, termasuk kehilangan ingatan. Namun ada juga aspek positifnya. Selama kita mengambil tindakan yang tepat, kita dapat secara efektif meningkatkan keadaan mitokondria dan meningkatkan daya ingat kita.

Fungsi utama mitokondria adalah menghasilkan energi yang dapat memenuhi berbagai kebutuhan sel. Namun dalam beberapa kasus, mitokondria bisa rusak, sehingga produksi energi berkurang, yang bisa menyebabkan masalah kesehatan seperti kehilangan ingatan. Selain itu, mitokondria juga dapat menyebabkan peradangan sehingga berdampak lebih lanjut pada kesehatan fisik.

Namun, dalam konteks perkembangan pengobatan modern, kita dapat menggunakan beberapa metode untuk membantu mitokondria memulihkan kesehatannya. Misalnya saja olahraga aerobik, pola makan seimbang, dan olahraga fisik dapat meningkatkan kesehatan mitokondria sehingga meningkatkan daya ingat kita. Selain itu, beberapa makanan alami seperti tumbuhan alami dan kacang-kacangan juga memiliki efek perbaikan dan perlindungan mitokondria yang baik, untuk menjaga keadaan normal tubuh.

Singkatnya, meskipun kerusakan mitokondria dapat menyebabkan masalah kesehatan, kita harus terus secara aktif mencari berbagai cara untuk mencari cara meningkatkan kesehatan mitokondria agar lebih menjaga kesehatan fisik dan kecerdasan. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan karena Cistanche merupakan bahan obat tradisional Tiongkok yang memiliki banyak khasiat unik, salah satunya meningkatkan daya ingat. Efek Cistanche berasal dari berbagai bahan aktif yang dikandungnya, antara lain asam tanat, polisakarida, glikosida flavonoid, dll. Bahan-bahan tersebut dapat meningkatkan kesehatan otak dengan berbagai cara.

Klik Ketahui Memori Jangka Pendek cara meningkatkannya

Oleh karena itu, peptida A tidak beracun bagi sel tanpa mitokondria fungsional (sel yang kekurangan DNA mitokondria) (157). Paparan neuron kortikal primer terhadap peptida A 1-42 menginduksi pembukaan pori transisi membran mitokondria [156].

Selain itu, paparan bersama neuron kortikal dengan aktivasi NMDAR yang dimediasi A dan NMDA selanjutnya menginduksi depolarisasi mitokondria dan meningkatkan retensi kalsium mitokondria (158). Selain itu, terminal sinaptik yang terpapar agregat A menunjukkan disfungsi mitokondria, tingkat stres oksidatif yang lebih tinggi, dan gangguan transportasi glutamat dan glukosa [159].

Selain itu, sampel dari jaringan otak tikus mutan tau menunjukkan cacat pernapasan mitokondria dan produksi ROS yang lebih tinggi (160). Akumulasi fragmen tau terminal-N dikaitkan dengan berkurangnya aktivitas oksidase sitokrom c mitokondria pada otak penderita AD (161).

Selain itu, penipisan ATP yang disebabkan oleh cacat mitokondria mengaktifkan AMPK dan akibatnya autophagy [162], menghubungkan fungsi mitokondria dengan regulasi autophagy.

Pembersihan mitokondria yang tidak sehat oleh mitofag terganggu pada DA meskipun mekanismenya tidak sepenuhnya dijelaskan. Penelitian sebelumnya yang menggunakan jaringan hippocampal post-mortem dari pasien AD dan neuron yang diturunkan dari AD iPSC menunjukkan tingkat protein terkait mitofag yang lebih rendah, tingkat PINK1 dan BNIP3L/NIX yang lebih rendah, dan inaktivasi protein inisiasi mitofag, seperti fosfo-ULK1 (163).

Penurunan mitofag juga dijelaskan dalam model APP dan tau-overexpression (164). Peran mitofag yang rusak dalam patogenesis AD selanjutnya didukung oleh peningkatan memori pada model tikus APP/PS1 setelah koreksi mitofag saraf [163]. Studi dengan model AD menunjukkan penyisipan tau ke dalam membran mitokondria membatalkan mitofag yang dimediasi Parkin (165).

Selain itu, ekspresi berlebih dari sel yang diobati dengan mitofagyin A yang dipulihkan Parkin dan memperbaiki fungsi mitokondria (166). Meskipun terjadi peningkatan translokasi Parkin ke mitokondria, keberadaan mitokondria yang tidak tercerna di dalam lisosom menunjukkan kurangnya efisiensi lisosom pada DA pada tahap awal (167).

Tingkat protein yang terlibat dalam pembelahan mitokondria, sebuah langkah yang penting untuk mengisolasi mitokondria yang rusak sebelum ditelan oleh autofagosom, meningkat pada otak AD (168).

Secara konsisten, perubahan morfologi mitokondria menuju fragmentasi diamati pada AD, yang diperburuk ketika kadar A dan p-tau meningkat dan protein ini berinteraksi dengan protein terkait fisi Drp1 (169).

Gangguan pada gerakan anterograde berkontribusi terhadap disfungsi mitokondria yang ditampilkan pada neuron dari model AD transgenik (170). Gerakan anterograde yang rusak mengganggu fusi mitokondria lama dengan organel yang baru terbentuk di soma, sehingga menghambat perbaikan yang dimediasi fusi. Selain itu, gerakan retrograde yang rusak yang dijelaskan dalam AD [129] mengurangi penghapusan mitokondria yang rusak di soma dengan autophagy.

Berkurangnya kadar SIRT1 yang dijelaskan pada AD juga mengganggu aktivasi protein autophagy, stabilisasi inmitokondria PINK1, dan regulasi reseptor mitofag Nix/BNIP3L dan LC3 (171).

Selain itu, kadar SIRT3 mitokondria menurun pada AD, menghasilkan aktivasi p62 yang dimediasi FOXO3-yang lebih rendah [172]. Penurunan kadar NAD+ intraseluler dilaporkan pada AD [173], dan penurunan kadar NAD+ juga dapat mengurangi aktivitas sirtuin.

Dengan demikian, penurunan kadar dan aktivitas SIRT dapat mengganggu mitofag, yang menyebabkan akumulasi kerusakan mitokondria pada DA.

3.2. Penyakit Parkinson

PD adalah penyakit neurodegeneratif yang diakibatkan oleh hilangnya degeneratif neuron dopaminergik di substantia nigra pars compacta (SNpc), yang menyebabkan defisiensi dopamin (174).

Ketidakstabilan postur tubuh, bradikinesia, dan gaya berjalan adalah ciri khas dari penyakit ini, sering disertai dengan hiposmia dan komplikasi gastrointestinal yang nyata dalam bentuk gastroparesis dan konstipasi [175].

Ciri histopatologis PD adalah adanya agregat fibrilar yang disebut sebagai badan Lewy (LBs), di mana -sinuklein (aSyn) merupakan konstituen utama (176). aSyn adalah protein asli yang memiliki banyak fungsi dalam pengembangan saraf dan pensinyalan sinaptik (177).

Namun, beberapa penelitian menunjukkan bahwa kurangnya aSyn tipe liar (WT) tidak relevan untuk fungsi saraf basal [178], menunjukkan bahwa hilangnya fungsi aSyn tidak menyebabkan PD. Meskipun ada perdebatan sengit, oligomer aSyn beracun bagi sel saraf (179).

3.2.1. Autofagi di PD

Autophagy pertama kali dikaitkan dengan PD ketika Anglade dan rekannya menemukan bahwa kematian neuron dopaminergik di SNpc pada otak post-mortem pasien PD dikaitkan dengan deregulasi autophagic [180].

Monomer aSyn adalah protein berumur pendek dan dengan demikian tingkat fisiologisnya dipertahankan terutama oleh sistem ubiquitin-proteasome (UPS) (181). Namun, dalam kasus kelebihan beban intraseluler aSyn, pembersihan nativeaSyn oleh UPS menjadi kurang, sehingga menggeser eliminasi monomer aSyn ke jalur autophagosome-lysosomal (ALP) (182).

Menariknya, sebuah penelitian menggunakan tikus yang disuntik dengan aSyn adenovirus manusia di substantia nigra menunjukkan bahwa banyak protein autophagic yang diregulasi pada fase awal penyakit, menunjukkan peningkatan autophagy pada tahap ini (183). Namun, penelitian post-mortem menunjukkan peningkatan kadar LC3 II dan penurunan cathepsin D, yang menunjukkan adanya gangguan fungsi pada jalur ALP [121].

Selain itu, temuan histologis menunjukkan bahwa LC3 II sering terlokalisasi dalam inklusi aSyn (184), yang menyiratkan tidak hanya proses autophagic yang rusak tetapi juga bahwa makroautophagy bertanggung jawab atas pembersihan agregat aSyn (185).

CMA sangat terganggu pada PD, karena berkurangnya ekspresi LAMP2a dan Hsc70 diamati pada otak post-mortem pasien PD [121,186]. Menariknya, sisa vesikel LAMP2a-positif berkolokasi dengan. Pengamatan ini konsisten dengan fakta bahwa aSyn mengandung pentapeptida mirip KFERQ, 95VKKDQ99, dengan spesifisitas yang kuat terhadap vesikel lisosom (187,188).

Dalam oligomer aSyn, pentapeptida ini masih tersedia dan memungkinkan agregat untuk berikatan dengan reseptor lisosom, menghalangi impor aSyn ke lisosom, yang sebagian menjelaskan cacat yang diamati pada CMA sel saraf di PD (185). Penelitian lebih lanjut telah menunjukkan bahwa modifikasi pasca-translasi pada aSyn juga menghambat jalur CMA dan berkontribusi terhadap toksisitas seluler secara keseluruhan (189).

Memang benar, penghambatan spesifik CMA yang dicapai dengan penurunan regulasi LAMP2a tampaknya bertanggung jawab atas peningkatan kadar aSyn asli pada neuron kortikal tikus (190). Selain itu, penurunan ekspresi LAMP2a di sirkuit nigrostriatal tikus menyebabkan kematian sel dopaminergik, disertai dengan peningkatan kadar protein aSyn dan peningkatan ekspresi LC3 (191).

Oleh karena itu, CMA tampaknya menjadi jalur yang sangat relevan untuk degradasi WT aSyn. Glucocerebrosidase (GBA) adalah protein lisosom yang bertanggung jawab atas pembelahan glukoserebrosida dan glukosil sphingosine dalam lumen vesikel ini.

Defisiensi GBA menyebabkan akumulasi substrat di lisosom, dengan efek merugikan pada jalur endolisosom. Menariknya, mutasi heterozigot pada lokus GBA dianggap sebagai faktor risiko utama terjadinya PD (192). Individu mutan GBA yang homozigot mengembangkan penyakit Gaucher, akibatnya sebagian besar berkembang menjadi parkinsonisme (193).

Kaitan antara patologi GBA dan aSyn ditemukan pada pasien dengan kelainan Lewy Body, suatu spektrum penyakit dengan bentuk alternatif Parkinsonisme. Pada pasien ini, kehadiran inklusi aSyn sangat berkorelasi dengan kehadiran GBA mutan di SNpc otak post-mortem (194).

Hebatnya, pada neuron dopaminergik yang berasal dari iPSC pasien GBA PD heterozigot, menunjukkan penurunan aktivitas GBA, ditemukan peningkatan jumlah dan pembesaran lisosom [195], disertai dengan peningkatan kadar oligomer aSyn pada neuron turunan PD, jika dibandingkan dengan sel kontrol. .

Selain itu, knockdown GBA pada striatum tikus menyebabkan akumulasi aSyn oligomer, didahului oleh gangguan pada jalur autophagic. Beclin-1 mungkin memediasi efek GBA karena aktivitasnya diturunkan regulasinya seiring dengan penurunan aktivitas GBA, yang disertai dengan penurunan LC3 II [196].

Repeat kinase 2 yang kaya leusin (LRRK2) dikaitkan dengan bentuk PD autosomal dominan, yang juga merupakan faktor risiko utama PD idiopatik. Terlepas dari banyak fungsi seluler, LRRK2 memiliki peran penting dalam autophagy, terlibat dalam beberapa fase proses yang berbeda (197).

Sebuah penelitian yang menggunakan model tikus knock-in LRRK2 yang bergantung pada usia menunjukkan bahwa neuron otak tengah memiliki jumlah vesikel positif LAMP2a yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan tikus WT (197), yang menunjukkan adanya penumpukan vesikel lisosom. Peningkatan ini dikaitkan dengan efisiensi CMA yang lebih buruk karena pembersihan substrat spesifik lisosom dengan motif KFERQ lebih rendah pada sel otak tengah knock-in LRRK2.

Hal ini konsisten dengan bukti yang menunjukkan bahwa LRRK2 mengatur aktivitas subset Rab GTPase, yang bertanggung jawab untuk mobilisasi membran, perakitan vesikel, dan transportasi [198,199].G2019S adalah mutasi paling umum pada PD terkait LRRK2-, dan LRRK2 yang bermutasi dianggap menghentikan proses autophagic.

Misalnya, sel-sel saraf SH-SY5Y yang berdiferensiasi yang mengekspresikan bentuk mutan LRRK2 ini menghasilkan neurit yang jauh lebih kecil dan akumulasi vesikel LC3 yang menyimpang (200). Selain itu, pada tikus yang membawa mutan G2019S LRRK2, terdapat peningkatan vesikel autofagik awal dan akhir, dengan efek merugikan pada jumlah neuron yang mengandung tirosin hidroksilase (TH) dan pada morfologi neuron korteks [201].

Pengamatan ini dapat dikuatkan oleh fakta bahwa aktivitas LRRK2 diyakini mempengaruhi makroautofag melalui Beclin-1 dalam jalur independen mTOR [202]. Karena ekspresi aSyn asli yang lebih tinggi dianggap sebagai faktor risiko untuk pengembangan PD idiopatik [203 ], makroautofagi mengambil peran penting dalam pemeliharaan kelimpahan sel mana pun.

Menariknya, temuan menunjukkan bahwa ekspresi bentuk mutan aSyn atau ekspresi berlebih dari WT aSyn memblokir autophagy [204], memberikan peran penting dalam proses ini dalam perkembangan penyakit. Menguatkan pengamatan ini, Vogiatzi dan rekan kerjanya menemukan bahwa WT aSyn meningkat 1.5- menjadi 3.8-kali lipat dalam sel PC12 setelah pemberian 3-methyladenine (3-MA), sebuah penghambat makroautofagi [190].

Selain itu, penanaman fibril aSyn ini menimbulkan inklusi aSyn yang tahan degradasi, dengan hasil negatif pada makroautofagi. Sel yang menampung agregat aSyn menampilkan penumpukan autofagosom (205), yang dapat dijelaskan oleh fakta bahwa inklusi aSyn mendorong mislokalisasi mATG9, suatu protein yang memfasilitasi perdagangan membran untuk fagoforeformasi (204).

Baru-baru ini, diamati bahwa ekspresi A30P aSyn pada kultur primer neuron dopaminergik otak tengah menahan fluks autophagic, yang diamati dengan penurunan protein LC3 terkait inautophagosome dengan peningkatan kadar SQSTM1/p62 secara bersamaan (206).

Selain itu, pada sel mononuklear darah tepi yang berasal dari pasien PD, protein autophagic seperti ULK1 dan Beclin1 ditemukan mengalami disregulasi, berkorelasi dengan akumulasi. Sifat autophagy yang memperbaharui diri sangat penting untuk patofisiologi PD, dan ketidakmampuan untuk mendaur ulang lipatan yang salah. atau protein agregat memiliki efek besar pada sel saraf [61].

Oleh karena itu, penelitian menunjukkan bahwa gangguan autophagy bisa menjadi faktor etiologi dalam patogenesis PD. Misalnya, ablasi spesifik ATG7, penting untuk pemanjangan autofagosom pada neuron dopaminergik dari tikus tua, menginduksi ciri khas PD, seperti kelemahan motorik, hilangnya neuron TH-positif, dan deposisi aSyn (208).

Selain itu, penipisan ATG7 menyebabkan adanya p62-yang mengandung inklusi aSyn dalam neuron dopaminergik SNpc dan peningkatan yang kuat pada substrat poliubiquitinasi [209]. Meskipun cacat pada autophagy bersifat transversal terhadap model PD, hubungan kausalitas perlu diselidiki lebih lanjut.

3.2.2. Mitofagi di PD

Mitokondria memainkan peran sentral dalam patogenesis PD (210). Kegagalan mitokondria, termasuk penurunan aktivitas kompleks I, dijelaskan dengan baik pada otak post-mortem pasien PD idiopatik [211,212], bersama dengan peningkatan stres oksidatif pada neuron nigrostriatal [213] dan kapasitas mitokondria yang lebih rendah dalam buffering Ca2+ [214] , adalah fitur terkenal dari proses neurodegeneratif PD, yang menyoroti pentingnya membersihkan mitokondria yang rusak pada neuron yang sakit. Oligomer aSyn telah dideskripsikan menginduksi kerusakan mitokondria.

Memang benar, baik WT dan aSyn mutan diimpor ke mitokondria dalam garis sel (215), neuron dopaminergik yang dikultur, dan otak pasien PD (216). Namun, aSyn A53T memiliki tingkat akumulasi yang lebih cepat di mitokondria, mengganggu aktivitas kompleks I. dan menyebabkan produksi ROS yang diperburuk [217]. Lebih jauh lagi, sebuah penelitian yang menggunakan kultur neuron dopaminergik menunjukkan bahwa agregat aSyn yang mempertahankan pSer129 aSyn lebih cenderung berikatan dengan mitokondria daripada WT aSyn, yang menyebabkan gangguan fosforilasi oksidatif (218).

Memang, aSyn mutan merangsang fragmentasi mitokondria dan mendorong keberadaan kardiolipin di permukaan mitokondria (219). Cardiolipin adalah sinyal bahaya yang ditimbulkan oleh mitokondria yang terhubung ke LC3 untuk memulai mitofag [220].

Hebatnya, aSyn dapat berikatan dengan kardiolipin, sehingga bersaing dengan LC3 dan menghentikan mitofag [219]. Interaksi dinamis antara Parkin dan PINK1 memungkinkan identifikasi mitokondria yang rusak dengan benar.

Yang mengejutkan, mutasi pada gen Parkin dan PINK1 bertanggung jawab atas timbulnya bentuk PD resesif autosomal dini (221). Bukti patologis ditemukan di otak pasien PD ini, seperti berkurangnya populasi neuron di SNpc dan fibrillary gliosis [222]. Dalam PD, aktivitas Parkin meningkatkan regulasi fungsi Drp1 untuk mendorong fisi mitokondria dan menurunkan regulasi fungsi Mfn1/2 untuk mencegah fusi, menghasilkan mitokondria yang lebih kecil sehingga lebih mudah untuk ditelan dalam fagofor [223].

Menariknya, bentuk mutan Parkin gagal terlokalisasi di dalam mitokondria setelah mengalami depolarisasi, menyebabkan penghambatan mitofag (224). Selain itu, protein yang terlokalisasi di OMM yang mengatur kejadian apoptosis, seperti Bcl-XL dan Mcl-1, menghambat rekrutmen Parkin ke mitokondria, menghalangi mitofag [225].

Selain itu, mitokondria p62-positif yang rentan terhadap degradasi selektif berkurang dalam sel yang mengekspresikan Parkin mutan [226], yang mungkin terjadi karena sekuestrasi Parkin ke dalam agregat yang tidak larut [227]. Tikus transgenik dengan absennya Parkin menunjukkan peningkatan pSer129 aSyn tetapi tidak pada level total aSyn [228]. Ablasi semacam itu dapat menghasilkan cacat nigrostriatal ringan (229), terkait dengan perubahan morfologi mitokondria (230).

Temuan ini dapat dijelaskan oleh kemampuan Parkin untuk memodulasi keadaan fosforilasi aSyn di Ser129 (231). Hal ini menunjukkan bahwa bentuk mutan PINK1 yang terkait dengan PD gagal merekrut Parkin secara akurat ke mitokondria, yang mengakibatkan disfungsi mitofag (232). Selain itu, ablasi PINK1 menyebabkan peningkatan jumlah mitokondria terfragmentasi (233), suatu fitur umum pada neuron dopaminergik pasien PD (234).

Meskipun jumlah neuron dopaminergik tetap tidak terpengaruh oleh penipisan PINK1, neuron striatal tikus PINK1−/− menunjukkan penurunan kapasitas untuk melepaskan dopamin (235) dan lebih rentan terhadap stresor eksogen seperti stres oksidatif (236).

Pengamatan ini disertai dengan tingkat respirasi yang lebih rendah pada hewan mutan dan penurunan aktivitas kompleks mitokondria I (237), yang dapat menjelaskan kontribusi mutasi ini terhadap PD. Anehnya, penipisan Parkin atau PINK1 saja tidak menyebabkan degenerasi saraf nyata pada hewan pengerat, yang menunjukkan bahwa Parkin/PINK lainnya1-proses mitofag independen mungkin sedang berlangsung [228].

Relevansi disfungsi mitokondria dan mitofag digarisbawahi oleh fakta bahwa beberapa racun mitokondria, termasuk 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) dan rotenone, sering meniru disfungsi molekuler pada PD dan digunakan sebagai model untuk PD idiopatik (238). Racun ini menargetkan mitokondria dengan menghambat kompleks I, sebuah fitur yang biasanya diamati pada otak post-mortem pasien PD [212].

MPTP menginduksi parkinsonisme dengan mendorong degenerasi saraf dopaminergik dan akumulasi aSyn (239). MPTP adalah senyawa lipofilik yang dapat melewati sawar darah-otak (BBB), dan dalam astrosit, ia diubah menjadi bentuk ioniknya 1-metil4-fenil piridinium (MPP+) [240]. Bentuk aktif ini (MPP+) berfungsi sebagai substrat berafinitas tinggi untuk transporter dopaminergik untuk masuk ke sel saraf [241], menghambat kompleks I mitokondria dan akibatnya mengurangi laju respirasi [239], di antara efek sitotoksik lainnya.

Memang benar, pengobatan MPP+ pada neuron dopaminergik tikus primer dan sel SH-SY5Y mendorong fragmentasi mitokondria yang bergantung pada Drp1-(242). Selain itu, dalam sel berdiferensiasi dopaminergik PC12, kerusakan mitokondria yang diinduksi MPP+- disertai dengan penurunan dramatis dalam laju transpor aksonal, diikuti dengan proses neurodegeneratif yang nyata [243].

Demikian pula, rotenone, penghambat kompleks I kuat lainnya, dapat meniru ciri fenotipik PD. Ketika disuntikkan pada tikus, rotenone merangsang kematian selektif neuron dopaminergik bersamaan dengan munculnya agregat aSyn dan disfungsi motorik [244]. Selain itu, pemberian rotenone mengganggu fluks autophagic, yang ditandai dengan peningkatan LC3 dan p62 dan penurunan kadar LAMP2a, menghentikan degradasi selektif mitokondria [244].

Sebagai catatan, rotenone memiliki dampak yang parah pada jaringan mikrotubulus [245], mengganggu fluks autofagik pada tikus [244] dan mengubah laju pergerakan mitokondria pada neurit sel SH-SY5Y yang berdiferensiasi [246]. Karena mitofag sangat bergantung pada transpor yang bergantung pada mikrotubulus [247], mitofag diperkirakan akan terganggu setelah paparan rotenon.

For more information:1950477648nn@gmail.com