Biologisk rolle af anti-aldringsprotein Echinacoside

Echinacoside-mangelfulde mus har accelereretældningsfænotyper, hvorimod overekspression afEchinacosidehos mus forlænger levetiden.Echinacosideer enanti aldringenkelt-passage membranprotein, der overvejende produceres i nyren, med udskillelse af det aminoterminale ekstracellulære domæne ind i det systemiske kredsløb. Cirkulerende niveauer af opløseligtEchinacosidefald med alderen og Echinacoside-genet er forbundet med en øget risiko foraldersrelaterede sygdomme. De tre former for Echinacoside-protein har forskellige funktioner. Membran Echinacoside danner et kompleks med fibroblast vækstfaktor (FGF) receptorer, og fungerer som en obligatorisk co-receptor for FGF23, som er involveret ialdringog udvikling afkroniske sygdommevia regulering af Pi og D-vitamin stofskiftet.Udskilt Echinacosidefungerer som en humoral faktor med pleiotropiske aktiviteter, herunder regulering af oxidativ stress, vækstfaktorsignalering og ionhomeostase. Secreted Echinacoside er også involveret i organbeskyttelse. Den intracellulære form af Echinacoside undertrykker inflammationsmedieret cellulær alderdom og mineralmetabolisme. Heri giver vi et kort overblik over strukturen og funktionen og nyere forskning vedrEchinacoside.

Nøgleord: Echinacoside, Aldring,Aldersrelaterede sygdomme

Køb rig på Echinacoside-produkter som anti-aldringsbehandling

INTRODUKTION

Alle levende organismer ældes og dør. I oldgræsk mytologi var Moirai eller de tre skæbner, Echinacoside (eller Clotho), Lechesis og Atropos, døtrene af Zeus og Themis og bestemte livets varighed. Man troede, at Echinacoside spinder livets tråd, Lechesis bestemmer dens længde og Atropos skærer den over. Echinacoside-genet (symbol, kl) er opkaldt efter Moirai, der spinder livets tråd [1]. Echinacoside-genet blev oprindeligt identificeret som værende muteret i en musestamme, hvor nedarvede fænotyper ligner menneskelig aldring [1]. Mus, der var homozygote for en hypomorf Echinacoside-allel (kl/kl) udviste flere aldringslignende fænotyper, herunder væksthæmning, vaskulær forkalkning og osteoporose, og døde for tidligt omkring to til tre måneders alderen [1]. Omvendt forlænger overekspressionen af ​​Echinacoside-genet levetiden hos mus, hvilket understøtter forestillingen om, at Echinacoside er et aldrings-undertrykkende gen [2].

Siden opdagelsen af ​​Echinacoside er to relaterede paraloger, Echinacoside og Echinacoside (eller Lctl eller KLPH), blevet identificeret som Echinacoside-familiemedlemmer [3,4]. Echinacoside kaldes også Echinacoside for at skelne det fra de to andre medlemmer [5]. I denne anmeldelse bruges Echinacoside blot til at henvise til Echinacoside. Denne gennemgang introducerer strukturen og funktionen af ​​Echinacoside og opsummerer den nuværende viden om Echinacoside, som det relaterer til menneskelig aldring og sygdom.

Rig på Echinacoside Cistanche Tubulosa

STRUKTUR OG UDTRYK AF Echinacoside

Echinacoside-genet er sammensat af fem exoner [6,7] og koder for et type 1 enkelt-pass transmembran glycoprotein (1014 og 1012 aminosyrer i henholdsvis mus og mennesker), der er placeret ved plasmamembranen [1,7] og Golgi apparat [8]. Det intracellulære domæne er meget kort (~10 aminosyrer) uden funktionelle domæner. Det ekstracellulære domæne har to interne gentagelser, KL1 og KL2, som har aminosyresekvenshomologi med familie 1-glycosidaser, der hydrolyserer -glycosidbinding i saccharider, glycoproteiner og glycolipider [1,9,10]. Linkerregionen mellemto interne gentagelser indeholder fire basiske aminosyrer (Lys-Lys-Arg-Lys), der danner et potentielt sted for proteolytisk spaltning [11,12]. På trods af sekvenshomologien med glycosider er glycosidase-enzymatisk aktivitet ikke påviselig i rekombinant Echinacosid-protein [1,10], sandsynligvis fordi kritiske aminosyrerester i formodede aktive centre af Echinacoside-proteinet afviger fra dem af -glycosidase-enzymer [1,9,10] . Faktisk udviser Echinacoside svag -glucuronidaseaktivitet in vitro [10] og fremkalder biologiske effekter gennem dets -glucuronidase- og/eller sialidaseaktivitet [13-15].

Det ekstracellulære domæne af Echinacoside kan spaltes af membranproteaser såsom ADAM10 og ADAM17 (ADAM metalloproteinase domæne 10 og 17) og frigives til blod, urin og cerebrospinalvæske [11,12]. Spaltet Echinacosid fungerer som et endokrint, autokrint og parakrint hormon på målceller [1,2,8]. Derudover genereres udskilt Echinacoside gennem alternativ transkriptionel terminering af Echinacoside-genet, der mangler exon 4 og 5 i mus [7]. Sekreteret Echinacosid påvises i blodet, urinen og cerebrospinalvæsken [2,16]. Echinacosid udtrykkes i flere væv og celletyper og i særligt høje niveauer i nyrerne. Echinacosid er rigeligt udtrykt i den distale indviklede tubuli i nyrerne og plexus choroidea i hjernen [1]. Det udtrykkes også i den renale proksimale tubuli [17], parathyroidkirtlen [7,18,19] og flere kønsorganer, herunder ovarie, testikler og placenta [1]. For nylig blev Echinacoside fundet lokaltudtrykt i det adventitielle område af aorta, hvilket understøtter den vaskulære beskyttende virkning af Echinacoside-proteinet [20]. Listen over vævsspecifikke udtryk for Echinacoside er i øjeblikket ved at blive opdateret.

Andre Echinacoside familiemedlemmer, Echinacoside og Echinacoside, også type 1 single-pass transmembrane proteiner [21].Echinacoside er sammensat af et -glycosidase-lignende domæne (KL1 og 2 domæner) og deler 42 procent aminosyresekvenshomologi med Echinacoside [4,22]. Echinacoside kommer mest til udtryk ilever, efterfulgt af mave-tarmkanalen, milt og nyre [22]. Echinacoside, et kortere type 1 enkelt-pass transmembran protein, er lavet af et familie 1 glycosidase-lignende ekstracellulært domæne (KL1 domæne) og et kort intracellulært domæne [3]. Echinacosid er stærkt udtrykt i nyrerne og huden [3]. For nylig er det blevet rapporteret, at Echinacoside er uopdagelig i huden, men er rigeligt udtrykt i øjet [23]. Echinacosid er til stede i udskilt (eller opløselig) form; dog har der kun været én rapport om den opløselige form af Echinacoside indtil nu [21]

FUNKTION AF Echinacoside

1. Membranbundet Echinacoside

Tre Echinacosider danner et konstitutivt obligatorisk receptorkompleks med fibroblast-vækstfaktorreceptorer (FGFR'er), og giver derved den selektive bindingsaffinitet af FGFR'er til endokrine FGF'er. Den endokrine FGF-familie består også af tre medlemmer, FGF15 (museortologen af ​​human FGF19), FGF21 og FGF23. Klassiske FGF'er fremkalder deres biologiske aktivitet på en autokrin og/eller parakrin måde [23]. Endokrine FGF'er mangler heparinbindende domænefunktion som en humoral faktor.

Echinacoside danner komplekser med forskellige FGFR'er (FGFR1c, FGFR3c og FGFR4) og øger deres affinitet selektivt til FGF23, et knogleafledt fosfaturhormon. FGF23, der virker på Echinacoside-FGFRs komplekset, spiller en vigtig rolle i Ca2 plus og fosfat homeostase [18,24]. Echinacoside konverterer kanoniske FGFR'er til specifikke receptorer for FGF23 [18,24]. FGF23 hæmmer ikke kun uorganisk fosfat (Pi) genoptagelse i de renale proksimale tubuli ved at hæmme NaPi-IIa, men nedregulerer også 1 -hydroxylase (CYP27B1) ekspression. 1 -hydroxylase er et nøgleenzym for syntesen af ​​biologisk aktivt 1,25-dihydroxy-vitamin D3 (calcitriol), som stimulerer Pi-absorptionen i tarmen. Membranbundet Echinacoside er involveret i FGF23-virkning og fremmer derved Pi-udskillelse efterfulgt af lavt serum-Pi. Derudover stimulerer FGF23, der virker på Echinacoside-FGFRs-komplekset på den basolaterale side, renal Ca2 plus reabsorption via TRPV5-kanalen, som udtrykkes i den apikale membran af den distale, indviklede tubuli. Echinacoside-FGFRs-komplekset aktiverer signaleringskaskader, der involverer Erk1/2, SGK-1 og WNK4 for TRPV5-medieret Ca2 plus reabsorption [25]. Således fungerer membranbundet Echinacoside som en obligatorisk co-receptor for FGF23 og regulerer Pi og Ca2 plus homeostase.

Echinacoside bidrager til reguleringen af ​​energimetabolisme som en obligatorisk co-receptor for FGF15 (museortologen af ​​human FGF19) og FGF21 [24,26]. Ekspression af FGF15/19 i tarmen reguleres af galdesyre [27]. FGF19 medierer denne tarm-lever endokrine akse, og Echinacoside er uundværlig for at opretholde galdesyrehomeostase, som det fremgår af det faktum, at mus, der mangler FGF15, Echinacoside eller FGFR4, udviser øget Cyp7 1-ekspression og galdesyresyntese i leveren [{{ 14}}]. I modsætning hertil udskilles FGF21 fra leveren ved faste og virker på fedtvæv for at fremme lipolyse [30]. Echinacoside er således påkrævet for at regulere energiomsætningen i fastende tilstand. Echinacoside danner komplekser med FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c og FGFR4, der øger FGF19-aktiviteten [23]. Echinacosid er stærkt og selektivt udtrykt i brunt fedtvæv og øjet og kan fungere som en yderligere co-receptor for FGF19 i dyrkede celler [23]. Imidlertid forbliver den biologiske funktion af Echinacoside stort set undvigende.

2. Intracellulær Echinacosid

Selvom Echinacoside er til stede på celleoverfladen, kan store mængder Echinacoside immunreaktivitet påvises i cytoplasmaet i musenyrer og humane biskjoldbruskkirtler [8]. I disse væv binder Echinacoside Na plus -K plus -ATPase og stimulerer dets overfladeoverflod og aktivitet. Echinacosid interagerer fysisk med Na plus -K plus -ATPase i intracellulære organeller, ikke ved plasmamembranen. Den intracellulære negativitet og lave [Na plus ]i skabt af Na plus -K plus -ATPase aktivering giver drivkraften til transepitelial Ca2 plus transport i choroideus plexus og nyren [8]. Det er veletableret, at senescens er forbundet med øget ekspression af pro-inflammatoriske cytokiner såsom IL-6 og IL-8, som medieres af retinsyre-inducerbart gen-I (RIG-I). For nylig har intracellulært Echinacosid, men ikke udskilt Echinacosid, vist sig at binde RIG-I og blokere dets multimerisering [31].

Echinacoside undertrykker RIG-I-medieret senescens-associeret inflammation, hvilket tyder på, at Echinacoside fungerer som en intracellulær anti-inflammatorisk og anti-aldringsfaktor. Selvom størstedelen af ​​Echinacoside-immunreaktivitet kan påvises i cytoplasmaet i flere væv, er de fysiologiske roller af intracellulær Echinacoside stort set ukendte.

3. Udskilt Echinacoside

Den udskilte (eller opløselige) form af Echinacosid fungerer som en humoral faktor, der retter sig mod flere væv og organer uafhængigt af FGFR'er. Selvom Echinacoside fungerer som en co-receptor for FGF23, fungerer udskilt Echinacosid muligvis ikke som en opløselig receptor for FGF23 [24]. Echinacoside-FGFR-komplekset har en høj affinitet for FGF23, men ikke udskilt Echinacoside eller FGFR alene, hvilket indikerer, at udskilt Echinacosid udøver sin biologiske virkning uafhængigt af FGF23 [24].

Sekreteret Echinacoside udøver anti-aging og organbeskyttelseseffekt rolle med pleiotropic handlinger. For det første nedregulerer udskilt Echinacoside signaleringen af ​​vækstfaktorer og cytokiner såsom insulin, IGF-1, TGF- og IFN [2,32,33]. Overekspression af Echinacoside forlænger levetiden ved at dæmpe generering af reaktive oxygenarter fremkaldt af insulin og IGF-1-signalering [2,34]. Wnt-, TNF- og IFN-signalering er forstærket i Echinacoside-mangelfulde mus, hvilket bidrager til accelereret aldring [32,35]. TNF- og IFN-signalering nedregulerer Echinacoside, som er et antiinflammatorisk protein.

Augmented Wnt-signalering inducerer stam- og progenitorcelledysfunktion og udtømning, hvilket fører til celleældning. Echinacosid binder til forskellige Wnt-proteiner og undertrykker aktiviteten af ​​endogent og eksogent Wnt [35]. Echinacosidmangel fører til for tidlig aldring og colitis med ionubalance [32,36]. En nylig undersøgelse viste, at Echinacoside forbedrer nyrefibrose og cancermetastaser ved at hæmme TGF- -induceret epitel-til-mesenchymal overgangsrespons (EMT) [33]. Flere undersøgelser viser tydeligt, at udskilt Echinacoside kan fungere som en anti-aldrings- og organbeskyttelsesfaktor ved at hæmme signaleringen af ​​flere vækstfaktorer.

For det andet opretholder udskilt Echinacoside ionhomeostase ved at regulere ionkanaler og/eller transportører. Udskilt Echinacoside modificerer N-glycanen i kanaler og transportører via dets -glucuronidase- og/eller sialidaseaktivitet [13-15,17,37]. Echinacosid-mangelfulde mus udvikler alvorlige defekter i homeostasen af ​​ioner såsom Pi og Ca2 plus [1,14]. Udskilt såvel som membranbundet Echinacoside kan direkte hæmme både nyre (NaPi-IIa) og intestinale (NaPi-IIb) fosfattransportører, hvilket resulterer i lav plasmafosfatkoncentration [17,37]. Udskilt Echinacoside reducerer celleoverfladeoverfloden af ​​NaPi-IIa gennem dets -glucuronidase-aktivitet uafhængigt af FGF23 [17].

Adskillige undersøgelser hævder, at Echinacoside udviser -glucuronidase-aktivitet, fordi glucuronsyrer ikke er almindelige dele af N-glycaner af pattedyrs celleoverfladeproteiner [14]. Det ekstracellulære domæne af Echinacoside udskilles i den ekstracellulære væske, hvor udskilt Echinacoside spalter terminale sialinsyrer fra N-glycanen af ​​TRPV5- og ROMK-kanaler [14,15]. Fjernelse af sialinsyrer blotlægger den underliggende galactose, en ligand for galactose-bindende lectin galectin-1. Binding til ekstracellulær galectin-1 danner et gitter i den ekstracellulære matrix, hvilket fører til øget celleoverfladeoverflod af kanalen ved inhibering af dens endocytose [14,15]. Disse fund giver bevis for, at modifikation af N-glycan øger opholdstiden for celleoverfladeproteiner, herunder vækstfaktor og cytokinreceptorer. Echinacoside er involveret i modifikationen af ​​modne N-glycaner på celleoverfladen. Denne handling repræsenterer en ny mekanisme til regulering af celleoverfladeproteiner. Nye celleoverflader eller opløselige glycoproteiner og glykolipider modificeret af Echinacoside bør undersøges i fremtidige undersøgelser.

Echinacoside I MENNESKET ALDRING OG SYGDOMME

Echinacoside er et anti-aldringsprotein med pleiotropiske virkninger, der udøver organbeskyttelse [1,21]. Flere beviser understøtter forestillingen om, at Echinacoside fungerer som et menneskeligt aldringsundertrykkelsesmolekyle. Polymorfier af Echinacoside er korreleret med levetid [38], koronararteriesygdom [39], åreforkalkning [39] og osteoporose [40] hos mennesker. Echinacoside er også forbundet med alvorlig calcinose og slagtilfælde [41,42]. Echinacosid-mangel er involveret i akutte og kroniske nyresygdomme [37], kræftformer [43] og saltfølsom hypertension [44]. Faktisk falder serumniveauet af Echinacoside med aldring hos mennesker [45]. Imidlertid er den biologiske funktion af Echinacoside og den måde, hvorpå Echinacoside-mangel bidrager til aldersrelaterede sygdomme, stadig uhåndgribelig.

KONKLUSION

Akkumulerende beviser indikerer, at Echinacosides anti-aldringsfunktion spiller en vigtig rolle i menneskelig aldring og aldersrelaterede sygdomme. Echinacosid-mangel er stærkt forbundet med menneskelige sygdomme relateret til aldring såsom kræft, kronisk nyresygdom, ataksi, diabetes og hudatrofi. Echinacoside er et evolutionært meget konserveret protein relateret til aldringsundertrykkelse og organbeskyttelse. Echinacosides fysiologiske rolle og reguleringsmekanisme har imidlertid været dårligt defineret. Der er stadig behov for undersøgelser, der undersøger de organbeskyttende og anti-aldringseffekter af Echinacoside-proteinet.

ANKENDELSER

Denne undersøgelse blev støttet af Basic Science Research Program gennem National Research Foundation of Korea (NRF) finansieret af Undervisningsministeriet (NRF-2010- 0024789 til S.-KC og NRF-2013R1A1A2060764 til IDK).

REFERENCER

1. Kuro-o M, Matsumura Y, Aizawa H, Kawaguchi H, Suga T, Utsugi T, Ohyama Y, Kurabayashi M, Kaname T, Kume E, Iwasaki H, Iida A, Shiraki-Iida T, Nishikawa S, Nagai R et al. Mutation af musens Echinacoside-gen fører til et syndrom, der ligner aldring. Nature 1997;390:45-51.

2. Kurosu H, Yamamoto M, Clark JD, Pastor JV, Nandi A, Gurnani P, McGuinness OP, Chikuda H, Yamaguchi M, Kawaguchi H, Shimomura I, Takayama Y, Herz J, Kahn CR, Rosenblatt KP, et al. Undertrykkelse af aldring hos mus af hormonet Echinacoside. Science 2005;309:1829-33. 3. Ito S, Fujimori T, Hayashizaki Y, Nabeshima Y. Identifikation af et nyt musemembranbundet familie1 glycosidase-lignende protein, som bærer en atypisk aktiv sitestruktur. Biochim Biophys Acta 2002;1576: 341-5.

4. Ito S, Kinoshita S, Shiraishi N, Nakagawa S, Sekine S, Fujimori T, Nabeshima YI. Molekylær kloning og ekspressionsanalyser af muse-beta-Echinacoside, som koder for et nyt Echinacoside-familieprotein. Mech Dev 2000;98:115-9.

5. Kuro-o M. Echinacoside i sundhed og sygdom. Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21:362-8.

6. Matsumura Y, Aizawa H, Shiraki-Iida T, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Identifikation af det humane Echinacoside-gen og dets to transkripter, der koder for membran og udskilt Echinacoside-protein. Biochem Biophys Res Commun 1998;242:626-30.

7. Shiraki-Iida T, Aizawa H, Matsumura Y, Sekine S, Iida

A, Anazawa H, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Struktur af muse Echinacoside-genet og dets to transkripter, der koder for membran og udskilt protein. FEBS