Wawasan Struktural Dan Fungsional Tentang Polimorfisme Fibril -Synuclein Bagian 2

Protein -Synuclein ( -syn) dan -synuclein ( -Syn) juga termasuk dalam keluarga synuclein [165] (Gambar 1C). -Syn adalah protein asam amino 134, yang sebelumnya diidentifikasi sebagai homolog manusia dari bovine fosfoneuroprotein 14 (PNP14).

Seiring bertambahnya usia, daya ingat secara bertahap menurun. Namun, kita bisa meningkatkan daya ingat melalui nutrisi yang baik. Protein asam amino adalah salah satu nutrisi terpenting.

Protein asam amino dapat meningkatkan jumlah dan koneksi neuron di otak, memainkan peran penting dalam pembelajaran dan memori. Selain itu, protein asam amino dapat mendorong pertumbuhan dan perbaikan pembuluh darah di otak serta meningkatkan suplai oksigen ke otak, sehingga membantu meningkatkan kemampuan kognitif dan memori otak.

Beberapa makanan yang kaya protein asam amino antara lain ayam, daging sapi, ikan, dan telur. Pada saat yang sama, beberapa makanan nabati seperti kacang-kacangan, biji bunga matahari, dll. juga kaya akan protein asam amino. Kita dapat meningkatkan daya ingat dengan mengonsumsi makanan seimbang dan mengonsumsi asam amino dan protein yang tepat.

Selain itu, kita harus memperhatikan asupan protein asam amino dalam jumlah yang tepat dan menjaga kebiasaan makan dan gaya hidup yang sehat. Olahraga teratur, tidur cukup, dan mengurangi stres dapat membantu meningkatkan perkembangan dan fungsi otak.

Secara keseluruhan, asam amino dan protein adalah nutrisi penting untuk meningkatkan daya ingat. Melalui penyesuaian pola makan dan gaya hidup yang wajar, kita dapat membantu otak kita berfungsi lebih baik, meningkatkan kemampuan kita untuk belajar dan mengingat, serta memiliki kehidupan yang lebih sehat dan bahagia. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan, karena Cistanche deserticola memiliki efek antioksidan, anti inflamasi, dan anti penuaan, yang dapat membantu mengurangi reaksi oksidasi dan inflamasi di otak, sehingga melindungi otak. kesehatan sistem saraf. Selain itu, Cistanche deserticola juga dapat mendorong pertumbuhan dan perbaikan sel saraf, sehingga meningkatkan konektivitas dan fungsi jaringan saraf. Efek ini dapat membantu meningkatkan daya ingat, belajar, dan kecepatan berpikir, serta mencegah perkembangan disfungsi kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Klik tahu cara meningkatkan fungsi otak

Regangan 11-asam amino (residu 73–83) tidak ada dalam domain NAC-nya (Gambar 1C), sehingga tidak dapat melakukan fibrilasi [11,176,177]. Sebelumnya, diyakini bahwa -Syn adalah penghambat agregasi -Syn dan mencegah neurotoksisitasnya [11,176]. Namun gagasan ini berubah setelah ditemukannya mutasi missense pada gen -Syn, P123H (familial), dan V70M (sporadis), yang diketahui menyebabkan DLB (178).

Efek buruk dari mutasi ini telah ditunjukkan oleh penelitian berbasis sel dan hewan [179,180]. Kelompok kami baru-baru ini menunjukkan bahwa dalam kondisi fisiologis normal, fibrilasi dan agregasi -Syn dan mutasi terkait penyakitnya tidak terjadi, namun perubahan lingkungan mikro, seperti penurunan pH dan/atau keberadaan heparin, menyebabkan mereka berpolimerisasi (181).

-Syn, yang memiliki ~55% urutan homologi dengan -Syn, awalnya diidentifikasi pada keganasan kanker payudara yang dikodekan oleh gen spesifik kanker payudara, BCSG1 (182). Hal ini dilaporkan pada sistem saraf pusat perifer dan jaringan kanker payudara [182,183]. Ini mengumpulkan dan membentuk fibril in vitro (177) dan incells (184), tetapi relatif lebih lambat dari -Syn (91).

Kesalahan lipatan dan fibrilasi -Syn adalah peristiwa besar pada beberapa gangguan neurodegeneratif (185). Agregat -Syn yang salah lipatan bersifat amiloidogenik, yang terakumulasi secara tidak wajar di otak, dan akibatnya, pasien mengalami kelainan pergerakan yang semakin memburuk seiring berjalannya waktu.

Agregasi -Syn adalah fenomena kompleks dan melibatkan konversi monomer menjadi struktur kaya lembaran silang yang sangat tertata melalui pembentukan beberapa spesies oligomer di dalam dan di luar jalur yang dapat larut [185,186]. Pembentukan amiloid -Syn umumnya dipantau oleh pewarna fluoresensi tioflavin T (187).

Ini mengikuti kinetika pertumbuhan sigmoidal, yang terdiri dari (i) fase lag, yang melibatkan pembentukan inti, yang akhirnya tumbuh menjadi struktur agregat yang dapat dideteksi dalam larutan; (ii) fase pemanjangan, konversi dan pertumbuhan selanjutnya spesies oligomer menjadi struktur fibrilar; dan (iii) fase diam, mewakili keadaan tunak ketika konsentrasi monomer dan fibril mencapai kesetimbangan.

Pada akhir agregasi, -Syn berkumpul menjadi fibril amiloid panjang atipikal, biasanya ditandai dengan mikroskop elektron dan teknik pencitraan mikroskopis kekuatan atom [9]. Fase agregasi ini tidak dapat dikaitkan dengan peristiwa tunggal atau proses mikroskopis. Sebaliknya, semua proses, yaitu nukleasi primer, pemanjangan, nukleasi sekunder, dan fragmentasi, aktif melalui semua fase kurva pertumbuhan tetapi pada tingkat yang berbeda [188,189] (Gambar 2).

Laju reaksi ini diatur oleh konstanta laju agregasi dan konsentrasi spesies yang bereaksi pada waktu tertentu [190]. Pembentukan amiloid dimulai dengan nukleasi primer spesies monomer dalam larutan dan pemanjangan dengan penambahan monomer pada ujung agregat yang tumbuh (189). Namun, proses nukleasi primer berumur pendek dan cepat dilampaui oleh proses nukleasi sekunder [191].

Fragmentasi fibril dalam kondisi agitasi (atau bahkan dalam kondisi diam tergantung pada stabilitas fibril amiloid) mengubah jumlah ujung pertumbuhan dan secara signifikan mempengaruhi kinetika pertumbuhan secara keseluruhan [188,189].

Selain itu, nukleasi sekunder melalui katalisis permukaan juga merupakan salah satu kontributor utama pertumbuhan amiloid di beberapa sistem, terutama kondisi dalam keadaan diam [189,190]. Perakitan dan agregasi -Syn adalah fenomena kompleks dan melibatkan banyak proses paralel. Oleh karena itu, sangat penting untuk memahami peristiwa molekuler yang mendasarinya untuk menggambarkan hubungan mendasarnya dengan penyakit manusia.

4. Fenomena Regangan Seperti Prion di -Syn

Sejak penemuan -Syn sebagai konstituen utama patologi tubuh Lewy pada tahun 1997, fokus utama telah dialihkan untuk menggambarkan mekanisme patogenik yang mendasari PD.

Heiko Braak [192] menyajikan sistem pementasan patologi Lewy pada tahun 2003 berdasarkan pola spesifik penyebaran -Syn. Menurut hipotesis Braak, patologi Lewy dimulai dari bulbus olfaktorius dan DMV dan kemudian secara progresif menyebar ke wilayah otak lainnya.

Meskipun terdapat bukti eksperimental dan klinis yang mendukung hipotesis Braak, masih belum pasti apakah hipotesis tersebut dapat diterapkan dan/atau secara akurat menggambarkan perkembangan PD pada semua pasien. Misalnya, ada kasus di mana pasien tidak menunjukkan patologi Lewy pada DMV atau ENS, sementara daerah otak lainnya terkena dampak yang parah [193-198].

Bahkan dalam beberapa kasus, tidak ada hubungan yang diamati antara tingkat keparahan patologi Lewy dan gejala klinis pada PD [195]. Oleh karena itu, disarankan untuk hanya menerapkan hipotesis Braak pada sebagian populasi (198) karena tidak semua pasien PD mematuhi sistem penentuan stadium yang diusulkan oleh Braak (199). Menariknya, laporan patologi Lewy pada cangkok saraf janin setelah empat belas tahun transplantasi ke dalam striatum pasien PD memberikan bukti langsung transmisi sel ke sel dan penyebaran -Synpathology yang dikemukakan oleh Braak [200,201].

Studi yang menggunakan sistem in vitro dan model sel kemudian menunjukkan bahwa agregat -Syn menular, dapat berpindah dari satu sel ke sel lainnya, dan menyemai agregasi pasangan endogen terlarutnya di sel penerima, menjelaskan fenomena yang diamati pada neuron yang dicangkokkan [18,21,23] . Transmisi agregat -Syn yang mirip prion dari satu wilayah ke wilayah lain juga terlibat pada pasien DLB dan PDD, menunjukkan bahwa penyebaran patologi Lewy adalah milik bersama agregat -Syn dalam synucleinopathies [202-205].

Namun, gambaran klinis dan patologis dari synucleinopathies ini sangat bervariasi dan heterogen [206,207], [146,208]. Orang mungkin bertanya, mengapa, meskipun terkait dengan agregasi protein yang sama, distribusi patologi -Syn dan manifestasi gejala penyakit berbeda di antara sinukleinopati.

Hal ini dapat dijelaskan oleh fenomena strain mirip prion dari -Syn, di mana protein prekursor yang sama membentuk fibril berbeda yang menghasilkan patologi berbeda.

4.1. Konsep Strain Prion

Penelitian selama beberapa dekade terakhir menunjukkan bahwa protein/peptida dengan berbagai struktur dan urutan dapat membentuk lipatan umum struktur amiloid yang kaya akan lembaran dan menyilang [209–213]. Protein/peptida ini membentuk amiloid dengan kerangka agregasi yang sama, yaitu melalui mekanisme polimerisasi yang bergantung pada nukleasi [214,215].

Namun, setiap protein/peptida juga dapat menjalani jalur agregasi yang berbeda untuk membentuk struktur amiloid yang unik. Studi struktural resolusi tinggi baru-baru ini dengan ssNMR dan cryo-EM memang menunjukkan bahwa setiap protein dikemas secara unik dan membentuk struktur yang berbeda untuk lipatan - -lembar silang [56–58,61,216]. Tidak hanya itu, yang mengejutkan, satu protein dapat membentuk beberapa lipatan struktural yang berbeda [40,59].

Dengan demikian, protein-protein ini dapat mengadopsi berbagai konformasi dari urutan asam amino yang sama, sehingga menimbulkan beberapa proteinopati dan, oleh karena itu, tidak mengkonfirmasi hipotesis satu protein-satu struktur [217]. Misalnya, lipatan tau berbeda pada penyakit Alzheimer dan penyakit Pick [40,218,219] . Agregat protein pengikat DNA TAR (TDP-43) yang berbeda ada di otak subtipe Frontotemporal lobardegenerasi (FTLD-TDP), menunjukkan perbedaan morfologi antar subtipe [220].

Kemampuan protein ini untuk salah melipat dan menampilkan keragaman konformasi dapat menyebabkan konsekuensi yang parah, seperti degenerasi saraf [221]. Fenomena pembentukan protein amiloid berbeda yang terkait dengan berbagai sifat fenotipik ini terkenal pada prion [46,222]. Prion adalah partikel protein menular yang menunjukkan heterogenitas konformasi dan dapat ditularkan dari satu individu ke individu lainnya [223].

Banyak sekali bukti yang menunjukkan keragaman epidemiologis dan klinikopatologis pada penyakit prion manusia, seperti penyakit Kuru, sindrom Gerstmann–Straussler–Scheinker, dan penyakit Creutzfeldt–Jakob [224], serta penyakit prion non-manusia, seperti bovine spongiform encephalopathy (BSE) pada sapi, scrapie pada domba dan kambing, dll. [225].

Protein prion seluler normal (PrPC) mengalami konversi dari konformasi -heliks menjadi -sheet-rich (PrPSc), yang merupakan bentuk tidak larut, tahan PK, dan menular. PrPSc merambat dan beragregasi mengikuti dua mekanisme/model yang diterima secara luas, yaitu model berbantuan templat dan model polimerisasi nukleasi.

Prion patogen bertindak sebagai templat dalam model berbantuan templat dan menyediakan permukaan untuk mengubah protein prion normal endogen menjadi bentuk patogen yang salah lipatannya [226]. Dalam model nukleasi-polimerisasi, monomerikPrPSc bergabung dan membentuk inti stabil, disebut juga benih. Benih-benih ini terus merekrut PrPC dan mengubahnya menjadi benih yang bersifat patogen (226).

Salah satu sifat prion yang luar biasa adalah bahwa prion dapat salah melipatgandakan konformasinya, yang masing-masing menghasilkan profil klinis, histologis, dan patologis yang berbeda. Agregat ini dengan konformasi dan perilaku patologis yang berbeda disebut sebagai 'strain' [45,227]. Pengamatan pionir terhadap keberadaan strain prion berasal dari penelitian yang dilakukan oleh Pattison dan Milson, 1961 [228], dimana mereka secara eksperimental memproduksi scrapie pada kambing dan mengamati manifestasi klinis yang berbeda dari penyakit tersebut karena strain yang berbeda.

Dalam penelitian lain, Fraserand Dickinson mampu membedakan strain scrapie yang berbeda pada model tikus yang terinfeksi, bergantung pada tingkat kerusakan di berbagai wilayah otak (229). Kemudian, sejumlah besar laporan menunjukkan keberadaan strain PrPSc [227.230–233] dan metode untuk membedakannya, seperti pencernaan Proteinase K (PK) [234.235], resonansi paramagnetik elektron (EPR), dan spektroskopi NMR [43].

Konformasi PrPSc ini bervariasi berdasarkan jenis elemen struktur sekunder yang berbeda, seperti -helix, -strand, -turn, atau lipatan struktural yang berbeda atau kemasan yang berbeda [227,230,232,235,236]. Misalnya, prionprotein dari hamster Suriah terlipat kembali menjadi struktur -heliks dan -sheet, serta berbagai zat antara dalam larutan air [236].

Penyakit prion ini tidak hanya berbeda secara struktural tetapi juga secara fungsional [43] dan telah diidentifikasi pada kelainan prion manusia dan hewan yang berbeda [233,237]. Meskipun dihasilkan dari agregasi protein prion yang sama, penyakit prion berbeda satu sama lain dalam hal timbulnya penyakit/ masa inkubasi, perkembangan, dan lesi histopatologis pada otak yang terinfeksi [224,225]. Hal ini secara kolektif disebut sebagai 'fenomena regangan prion' [45,46,238].

Salah satu kontributor utama terhadap keanekaragaman/variasi strain ini adalah kemampuan agen penular/prion untuk menginfeksi spesies tertentu [44.239.240] dan melewati 'penghalang spesies', sehingga menghasilkan berbagai strain dengan karakteristik biokimia dan patologis yang dapat dibedakan. Salah satu kasus tersebut adalah vCJD (varian penyakit Creutzfeldt – Jakob), akibat penularan BSEprion antarspesies dari sapi ke manusia [44.240], yang merupakan satu-satunya kasus penularan prion non-manusia ke manusia yang diketahui.

Selain itu, strain prion yang berbeda diketahui hidup berdampingan satu sama lain, seperti yang terlihat pada kasus sCJD (penyakit Creutzfeldt-Jakob sporadis) [241,242], menunjukkan sifat biokimia yang berbeda di berbagai wilayah otak. Strain prion juga diketahui memperpanjang masa inkubasinya jika terjadi koinfeksi dengan strain lain, sehingga menunjukkan fenomena 'kompetisi', seperti yang diamati dalam berbagai penelitian [243-245].

Semua ciri fenomena strain prion yang disebutkan di atas dan potensi generasi strain prion baru telah muncul tidak hanya sebagai tantangan ilmiah yang serius tetapi juga sebagai ancaman terhadap kesehatan masyarakat secara umum.

Penelitian terbaru, bagaimanapun, menunjukkan bahwa strain properti amiloid ini tidak hanya terbatas pada prion tetapi juga amiloid lain yang terkait dengan berbagai gangguan neurodegeneratif seperti Alzheimer dan Parkinson [19,246,247], [18,248]. Berbagai bukti telah diberikan secara in vitro dan in vivo. penelitian untuk menunjukkan perilaku regangan -Syn yang mirip prion, seperti dibahas di bawah.

4.2. -Syn Strain Dihasilkan Secara In Vitro

Semakin banyak bukti strain -Syn mirip prion yang terkait dengan variasi klinis dan patologis yang diamati pada synucleinopathies telah dilaporkan dalam beberapa tahun terakhir [29-35,249].

Strain ini telah didefinisikan sebagai kumpulan konformasi yang berbeda dan stabil dari sebuah protein tunggal yang dapat mereplikasi diri dan berkembang biak secara in vivo dan menghasilkan fenotip penyakit yang berbeda. Guo dkk. menemukan dua 'strain' fibril (embusan) -Syn yang telah dibentuk sebelumnya, melalui fibrilasi denovo, disebut 'strain A', dan fibrilasi penyemaian berulang secara in vitro, disebut 'strain B'.

Kedua strain ini menunjukkan konformasi yang berbeda dan perbedaan yang mencolok pada protein tau penyemaian silang dalam kultur saraf primer dan in vivo (30). Selain mendokumentasikan bukti strain fibril -Syn untuk pertama kalinya, temuan ini juga mengidentifikasi perilaku penyemaian silang -Syn. Kemudian, beberapa kelompok mengambil keuntungan dari sifat bunglon -Syn [9] dan menyaring berbagai kondisi pertumbuhan untuk menghasilkan strain -Syn secara in vitro. Di bawah kondisi pertumbuhan yang berbeda, beberapa keadaan protein yang stabil dan tidak stabil secara konformasi diamati [250].

Konformasi yang tidak stabil secara termodinamika atau tidak dapat membentuk interaksi antarmolekul yang stabil, tidak dapat tumbuh menjadi amiloidfibril. Negara-negara ini disebut sebagai negara-negara yang tidak kompeten dalam pertumbuhan (Gambar 3). Di sisi lain, keadaan -Syn yang kompeten untuk tumbuh dapat tumbuh dan membentuk fibril yang berbeda tergantung pada kondisi pertumbuhan (Gambar 3).

Fibril yang dihasilkan dalam kondisi perakitan yang berbeda tidak hanya memiliki sifat biokimia dan biofisik yang berbeda, seperti ketahanan terhadap protease, sitotoksisitas, kemampuan penyemaian, dll. [29–32,34–36,51,53] tetapi juga membekaskan arsitekturnya pada fibril anak tergantung pada kondisi pertumbuhan dan sifat benih (Gambar 3).

Bousset dkk. memang menghasilkan dua strain -Syn yang berbeda secara struktural dan fungsional, bernama 'fibril' dan 'ribbon', menggunakan konsentrasi garam fisiologis yang berbeda [29]. Fibril menyebabkan lebih banyak sitotoksisitas, sedangkan pita ditemukan lebih efektif dalam menginduksi inklusi -Syn in vivo [33]. Perbedaan serupa diperoleh dengan strain yang dihasilkan oleh Suzuki et al. [51], di mana satu strain menyebabkan akumulasi agregat -Syn yang terfosforilasi dan ada di mana-mana dalam jumlah besar pada neuron dan tikus yang dikultur karena kemampuannya untuk berinteraksi dengan kompleks proteasome, sedangkan strain lainnya gagal melakukannya (51).

Saat ini, berbagai kondisi percobaan telah menjadi strategi umum untuk menghasilkan strain in vitro. Dalam kasus di mana kriteria untuk disebut 'strain', yaitu, harus merupakan varian struktural dari agregat protein, menunjukkan kemampuan untuk memperbanyak diri dan menularkan penyakit secara serial pada generasi berikutnya dan menyebabkan variasi penyakit klinis dan fenotip, tidak sepenuhnya memenuhi syarat. terpenuhi, akan lebih tepat untuk menyebut fibrilsa sebagai 'polimorf'.

Polimorf-polimorf ini mungkin menunjukkan perbedaan mencolok dalam morfologi dan strukturnya [28,56,251], laju nukleasi [252], kemampuan penyemaian dan pengikatan membran dalam sel [36], dll. Namun, sebagai konsekuensi fungsional dari variasi struktural dalam polimorf, mereka mungkin atau mungkin tidak menghasilkan subtipe klinis penyakit yang berbeda. Ada juga kasus polimorfisme intrasampel, yang dapat timbul terlepas dari apakah fibril dihasilkan secara in vitro (39,57,253–256) atau berasal dari ekstrak otak (40,257,258).

Meskipun hal ini mungkin memiliki kesamaan tertentu, seperti lipatan monomer atau struktur umum yang serupa, hal ini juga menunjukkan perbedaan yang nyata dalam morfologi, susunan untai, atau sifat biokimia [57,256]. Dengan demikian, kondisi perakitan yang berbeda dapat menghasilkan kumpulan fibrilar yang berbeda secara struktural dan fungsional, yang dapat merambat sebagai strain -Syn yang unik atau mungkin hanya membentuk polimorf.

Beberapa laporan mengklaim adanya agregat -Syn di saluran pencernaan [259-263] dan peran penting saraf vagal dalam menyebarkan agregat ini dari usus ke otak [74,76,192,264,265]. Baru-baru ini, E. coli yang mengekspresikan curli telah terbukti meningkatkan patologi -Syn di usus dan otak tikus yang mengekspresikan -Syn pada manusia secara berlebihan [78]. Paparan amiloid mikroba dapat menyebabkan polimorfisme.

Sebaliknya, akan menarik untuk menanyakan apakah berbagai bentuk -Syn (polimorf) berasal dari usus, menyebar ke daerah otak melalui transportasi vagal retrograde, dan menyebabkan patologi dengan cara yang spesifik terhadap strain. Dalam konteks ini, perbedaan struktural dan fungsional telah diamati antara fibril -Syn yang terbentuk dengan ada dan tidaknya bakteri endotoksin lipopolisakarida (LPS) (31).

LPS diketahui memodulasi agregasi -Syn dengan menstabilkan perantara -heliks yang terbentuk selama jalur agregasinya, menghasilkan fibril dengan sitotoksisitas yang bervariasi dan mengubah perilaku internalisasi [266]. Selain itu, -Syn telah terbukti mengalami banyak PTM, seperti fosforilasi, oksidasi metionin, asetilasi, nitrasi, dll., yang berhubungan langsung dengan agregasi dan sitotoksisitasnya [94,115,267,268].

Karena pS129 adalah PTM yang paling umum dan bentuk utama -Syn dalam badan inklusi, hal ini dapat menyebabkan pembentukan regangan pada -Synin vivo. Ma dkk. menunjukkan bahwa fosforilasi pada Ser129 memungkinkan protein untuk membentuk strain berbeda yang berbeda secara struktural dengan sitotoksisitas yang lebih tinggi dan sifat propagasi yang berbeda secara in vitro dan dalam sel dibandingkan dengan tipe liar (tanpa fosforilasi) (269).

Tidak hanya fosforilasi tetapi juga asetilasi terminal-N dapat menimbulkan polimorfisme fibril [267], menunjukkan bahwa bahkan sedikit modifikasi pada rangkaian asam amino -Syn dapat berdampak signifikan pada struktur fibrilnya. Perubahan struktur fibril selanjutnya dapat mempengaruhi penyebaran fibril in vivo dengan secara selektif menargetkan tipe sel dan populasi seluler yang berbeda di dalam otak [32].

Perbedaan spesifik strain ini kemudian dipertahankan selama beberapa generasi [28,29,52] dan menyebabkan perbedaan klinis dalam timbulnya penyakit, penyakit neurologis, profil lesi, dll. [32]

Secara keseluruhan, studi-studi ini menunjukkan bahwa dalam lingkungan yang kompleks dan ramai seperti di sel, perubahan lingkungan dan seluler yang tidak kentara, kehadiran faktor pendamping atau protein lain, dan perubahan dalam urutan primer protein dapat menyebabkan pembentukan polimorf atau strain yang berbeda. , menghasilkan hasil penyakit yang berbeda.

For more information:1950477648nn@gmail.com