Grøn te Epigallocatechin-3-gallat (EGCG) målrettet mod fejlfoldning af protein i lægemiddelopdagelse til neurodegenerative sygdomme, del 2

3. Proteinfejlfoldning ved neurodegenerative sygdomme

Omdannelsen af ​​proteiner fra deres native tilstand til fejlfoldede aggregater er forbundet med og menes at være årsagen til nogle ND'er, herunder AD og PD [133]. Fejlfoldning, aggregering og aflejring af specifikke proteiner er nøgleegenskaberne for de fleste progressive ND'er [21,134].

Protein er et af de essentielle næringsstoffer for den menneskelige krop. Det er det grundlæggende element, der udgør kroppens celler og er også en af ​​de vigtige materielle baser for forskellige fysiologiske funktioner i den menneskelige krop. Protein spiller også en vigtig rolle i at forbedre hukommelsen.

Først og fremmest kan protein hjælpe os med at forbedre vores tankeevne og dermed forbedre vores hukommelse, fordi protein er den grundlæggende komponent i nerveceller. Neuroner er de grundlæggende enheder, der udgør hjernen og nervesystemet. Hukommelsesbehandling og informationstransmission i hjernen kræver kommunikation og koordination mellem neuroner. Derfor kan et tilstrækkeligt proteinindtag hjælpe os med at beskytte nervesystemet og forbedre interaktionen mellem nerveceller og neuroner i hjernen og derved forbedre evnen til at lære, huske og tænke.

For det andet kan protein hjælpe os med at stabilisere vores følelser, lindre angst og stress og dermed fremme hukommelsesforbedring. Undersøgelser har vist, at mennesker, der mangler protein, ofte viser symptomer på følelsesmæssig ustabilitet som irritabilitet, spændinger og irritabilitet, fordi protein er grundlaget for at syntetisere følelsesregulerende stoffer. Det kan hjælpe den menneskelige krop med at syntetisere neurotransmittere såsom dopamin og derved regulere følelser. Når vores følelser er så stabile og afslappede som muligt, kan hjernens informationsbehandlingsevne maksimeres, og vores hukommelse vil også forbedres tilsvarende.

Sammenfattende er protein et vigtigt næringsstof, der er nødvendigt for den menneskelige krop, og det spiller også en uerstattelig rolle i at forbedre hukommelsen. Derfor skal vi fokusere på proteinindtag i vores daglige kost, styrke funktionerne i forskellige vigtige organer i kroppen, forbedre tankeevnen og følelsesmæssig stabilitet og få os til at præstere bedre og bedre i læring og arbejde. Det kan ses, at vi er nødt til at forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche har antioxidant-, anti-inflammatoriske og anti-aldringseffekter, som kan hjælpe med at reducere oxidation og inflammatoriske reaktioner i hjernen og derved beskytte sundheden i hjernen. nervesystemet. Derudover kan Cistanche også fremme vækst og reparation af nerveceller og derved forbedre forbindelsen og funktionen af ​​neurale netværk. Disse effekter kan hjælpe med at forbedre hukommelsen, indlæringsevnen og tænkehastigheden og kan også forhindre forekomsten af ​​kognitiv dysfunktion og neurodegenerative sygdomme.

Klik nu for at forbedre hjernens funktion

A, tau, -syn, TDP-43, huntingtin eller prionproteinet (PrP) er blot nogle få eksempler på sygdomsspecifikke proteiner, der kan aggregere og bidrage til patogenesen af ​​ND'er (figur 2).

De forkert foldede proteinaggregater forårsager cellulær toksicitet og fører til sidst til celledød i neurodegenerative patologier. I alle tilfælde spiller aggregeringsprocessen en nøglerolle i sygdomsprogressionen enten på grund af tab af proteinfunktion (som følge af selve aggregeringen) eller på grund af toksiciteten af ​​opløselige aggregater [17,22].

I betragtning af at ND'er stammer fra en fælles aggregeringsvej, hvor aggregater deler en lignende struktur, er det ikke overraskende, at disse aggregater forårsager cellulær skade gennem lignende mekanismer.

Imidlertid opstår nøgleforskelle blandt fejlfoldede proteiner på grund af placeringen af ​​aggregaterne, hvad enten de er intra- eller ekstracellulære, og deres koncentration, hvilket afhænger af flere faktorer, herunder fibrillernes stabilitet [93].

Det er velkendt, at fejlfoldning, aggregering og akkumulering af proteiner kulminerer i beskadigelse af de neuroner, hvori proteinerne akkumuleres, hvilket forårsager neurodegenerationsprocessen [135].

Et bestemt protein kan foldes til en stabil alternativ konformation, som i de fleste tilfælde resulterer i dets aggregering og akkumulering i væv som fibrillære aflejringer [136].

Stigende beviser viser, at samlingen af ​​amyloidfibriller ledsages af konformationelle ændringer i de aggregerende proteiner. De 'native udfoldede' polypeptider A og -syn har for eksempel en primært tilfældig spolestruktur i deres opløselige, native tilstand [24].

I fibrillogeneseprocessen (figur 3) omdannes deres struktur imidlertid til en -sheet-konformation, hvilket tyder på, at -sheet-dannelse driver amyloidsamlingsprocessen.

Derudover tyder in vitro eksperimenter på, at disse fejlfoldede proteiner let danner krydsstrukturer med en aggregeringskinetikprofil, der typisk viser en sigmoidal kurve, hvor proteinerne samles til oligomerer (lagfase) før fibrilforlængelse (vækstfase) og et plateau, hvor fibrillerne er frie. monomerer er i ligevægt (mætningsfase) [137,138].

Amyloid fibrildannelse er faktisk en kompleks flerfaseproces, der består af tre faser: kernedannelse eller lagfasen, forlængelse eller vækstfasen og mætningsfase.

Lagfasen starter med monomerer, der gennemgår strukturelle omlejringer og samles selv til dimerer, trimerer og/eller oligomerer. I vækstfasen fungerer oligomerkernen som en skabelon for monomererne i opløsning og fortsætter ved fibrilforlængelse, hjulpet af fragmentering, sekundær nukleation og fibrilsammenføjning.

Endelig når fibrildannelsen en ligevægt i mætningsfasen med modne fibriller og en reduceret koncentration af de monomere arter [138].

Især Stanley Prusiners opdagelse af, at PrP'et kan fejlfolde til en patologisk konformation, der koder for strukturel information, der er i stand til både at udbrede og inducere alvorlig neuropatologi, har bidraget væsentligt til at forstå andre ND'er [139,140].

Mens der er stigende beviser for, at andre ND'er, især AD (A andtau) og PD (-syn), udviser mindst nogle af de samme egenskaber som fejlfoldet PrP, omtales mange ND'er med en proteinfejlfoldningskomponent nu som 'prion-lignende' [141.142].

Selvom forskellige proteiner er involveret i hver ND, er processen med proteinfejlfoldning og aggregering slående ens. Fejlfoldede proteiner overføres mellem celler og bliver til det, der omtales som 'patologiske frø' [136].

Eksperimentelle undersøgelser tyder på, at disse samlinger kommer fra den prion-lignende frø-aggregering af specifikke fejlfoldede proteiner, der opbygges og akkumuleres for at danne de intracellulære og/eller ekstracellulære læsioner, der er typiske for hver lidelse [135,143,144]. Prion-paradigmet er således dukket op som et samlende molekylært grundlag for patogenesen af ​​mange ND'er [145].

Prion-paradigmet hævder, at den forkerte foldning og frø-aggregering af visse proteiner er en grundlæggende årsag til specifikke lidelser. Denne opdagelse har enorme implikationer for forståelsen af ​​mekanismerne involveret i initiering og progression af ND'er, såvel som for udformningen af ​​nye behandlings- og diagnosestrategier.

Forskere fokuserer nu på at udvikle terapier til proteinfejlfoldningslidelser, der anvender forskellige strategier. Disse omfatter hæmning af produktionen af ​​sygdomsrelevante proteiner, der er tilbøjelige til at fejlfolde, hæmning af aggregeringen af ​​fejlfoldede proteiner, fjernelse og forebyggelse af spredning af aggregerede fejlfoldede proteiner og manipulation af cellulære systemer for at afbøde de toksiske virkninger af fejlfoldede proteiner [19].

Da proteinfejlfoldning og -aggregering er de førende årsager til mange ND'er, har adskillige undersøgelser undersøgt potentialet for at målrette fibrilleringsprocessen af ​​amyloidproteiner for at bekæmpe neurodegeneration.

En række forbindelser er blevet identificeret som potentielle inhibitorer eller modulatorer af proteinfejlfoldning og aggregering. Det er bemærkelsesværdigt, at de fleste af de lovende molekyler, der er blevet identificeret, er målrettet mod forkert foldet A og -syn; disse molekyler ser ud til at binde til oligomerer og større aggregater såsom asamyloid plaques [146,147].

Sådanne forbindelser kan kategoriseres i tre hovedtyper: antistoffer, peptidhæmmere og små molekylehæmmere såsom NP'er [132]. Endelig er det blevet foreslået givet flere linjer af bevis, der understøtter proteinfejlfoldning som en almindelig årsag og patologisk mekanisme i ND'er. at en fælles terapi for disse uhelbredelige lidelser kan være mulig [24].

Det er vigtigt at bemærke, at EGCG's potentiale mod mange ND'er styrker muligheden for at udvikle en almindelig lægemiddelbehandling for forskellige ND'er. I de seneste årtier er den rolle, naturlig polyphenol EGCG spiller mod proteinfejlfoldning og -aggregering, blevet undersøgt bredt.

En række beviser er nu tilgængelige for at understøtte potentialet af EGCG til at inhibere fibrillering og potentielt inducere adskillelse af fejlfoldede aggregerede proteiner (A, tau og -syn) [148-151].

3.1. Fejlfoldet A i AD

A er et fejlfoldet peptid involveret i AD-patogenese, og plaquen, der er sammensat af aggregeret A-peptid, har en fremtrædende plads i AD-patologien; således har de fleste lægemidler testet for AD i løbet af de sidste to årtier rettet mod A-peptidet [50,66].

A-peptiderne er 39-42-rester-lange peptider, der findes i de senile plaques i AD-patienters hjerner [61]. Disse peptider er proteolytiske fragmenter genereret af metabolismen af ​​det transmembraneamyloide precursorprotein (APP), som derefter selvaggregerer i vandig opløsning, og går fra opløselige og hovedsageligt ustrukturerede monomerer til uopløselige ordnede fibriller.

Så snart A aggregerer til fibriller uden for cellen, bliver det resistent over for proteolytisk spaltning [61,152]. Spaltningen af ​​APP af en kompleks familie af enzymer (-sekretaser og -sekretaser) frigiver A-peptider som hovedsageligt ustrukturerede monomerer [152]. I betragtning af den primære strukturs hydrofobicitet kan A opdeles i fire regioner: to hydrofobe og to hydrofile.

De 16 første N-terminale rester udgør en hydrofil hale, mens de to hydrofobe regioner består af den centrale L17-A21-del og C-terminalen A30-V40/A42, som er adskilt af den centrale hydrofile region E22-G29.

De to A-hydrofobe regioner udviser en sekundær strukturtilbøjelighed til -strukturer. Disse regioner antager forbigående konformationer og kan derefter forbigående foldes til en hårnål.

Det er blevet foreslået, at A-monomerer i opløsning antager en forbigående hårnålelignende konformation, hvorimod rester D23 til K30 er direkte involveret i hårnåledannelse [152]. Som nævnt tidligere, på trods af de skadelige egenskaber ved senile plaques, implicerer en stor mængde beviser opløselig oligomer. A som den mest neurotoksiske molekylære art [70,153,154].

Den forkerte foldning og ekstracellulære aggregering af A-peptider er blevet anerkendt som hovedårsagen til AD-progression, hvilket fører til dannelsen af ​​toksiske A-oligomerer og aflejring af -amyloidplakker i hjernen [61]. Det er blevet foreslået, at oligomer A-art kan repræsentere et gyldigt biologisk mål [66,155,156].

3.2. Fejlfoldet -Syn i PD

-syn-proteinet er overvejende lokaliseret på synaptiske steder, hvor det interagerer med mange partnere såsom monoamintransportører, cytoskeletkomponenter, lipidmembraner, chaperoner og synaptiske vesikel (SV)-associerede proteiner [157].

Den -syn ismonomere og uorden i sin fysiologiske form, selvom nogle undersøgelser diskuterer, om den adopterer en spiralformet tetramer in vivo [158-160]. Ud over at intracellulær aggregering af den fejlfoldede -syn er forbundet med PD, er den blevet impliceret i andre ND'er som f.eks. AD, multipel systematrofi (MSA) og demens med Lewy-kroppe.

Ydermere er en lidelsesgruppe kaldet synukleinopatier karakteriseret ved akkumulering af indeslutninger, der er rige på -syn-proteinet, som kan dukke op senere i livet [161,162]. Det menes, at forskellige typer af aggregerede arter (oligomerer, protofibriller, fibriller og andre) dannes under processen med -syn-aggregering i disse synukleinopatier, og at i det mindste nogle kan være neurotoksiske og føre til neurodegeneration [163].

Derfor er målretning af neuronal akkumulering af -syn tiltalende som en potentiel metode til at stoppe forsinkelsen af ​​progressionen af ​​PD og andre synukleinopatier [164].

140-aminosyren -syn er et 14 kDa neuronalt protein kodet af SNCA-genet humant kromosom 4 [165]. Dens primære aminosyresekvens kan opdeles i tre hoveddomæner: det N-terminale domæne (1-60), det centrale domæne (61-95) og det C-terminale domæne (96-140).

Det N-terminale domæne, som indeholder en multi-repeated consensus-sekvens (KTKEGV) og har en -spiralformet tilbøjelighed, er karakteriseret ved anamfipatisk lysin-rig aminoterminal, som spiller en afgørende rolle i at modulere dens interaktioner med membraner og en uordnet, sur carboxy- terminal hale. Halen har været involveret i at regulere dens nukleare lokalisering og interaktioner med metaller, små molekyler og proteiner.

Den centrale region af -syn indeholder et stærkt hydrofobt motiv kendt som non-amyloid-komponenten af ​​AD amyloid plaques (NAC), som er involveret i -syn-aggregering, når -arkstrukturen erhverves. NAC-regionen er uundværlig for -syn-aggregering.

Det C-terminale domæne er beriget med negativt ladede og prolinrester, hvilket giver fleksibilitet til polypeptidet [166,167]. Da NAC-regionen af ​​-syn giver en høj tilbøjelighed for proteinet til at fejlfolde, danner det -ark amyloid-samlinger, også kaldet fibriller, under patologiske tilstande. Men -syn-samlingen til amyloidfibriller er dynamisk, og eksistensen af ​​mellemliggende oligomere arter er blevet undersøgt indgående [164].

I lighed med oligomer A, forårsager -syn-oligomerer flere neurotoksiske virkninger end større fibrillære samlinger, hvilket udleder, at de kan være den vigtigste patogene art [168].

Den toksiske mellemliggende hypotese bygger på dette synspunkt, hvilket tyder på, at toksiske oligomerer forstyrrer membranernes integritet via amyloidporedannelse, mens de fibrillære slutprodukter simpelthen er et biprodukt af afgiftning.

Denne opfattelse understøttes af det faktum, at fibrillerholdige Lewy-legemer ofte findes i sunde dopaminerge neuroner [169-171].

4. EGCG til behandling af neurodegenerative sygdomme

I lyset af det store potentiale ved at bruge grøn te i ND-behandling, er grøn te-katechiner blevet grundigt undersøgt, herunder in vitro og in vivo undersøgelser og kliniske forsøg [16.117]. Det terapeutiske potentiale af EGCG, den vigtigste bioaktive forbindelse i grøn te, er nu velkendt i ND-forskning [10]. I løbet af de sidste 20 år har EGCG vist sig at modvirke oxidativt stress og forbedre AD- og PD-lignende fænotyper i forskellige in vitro- og in vivo-modeller (tabel 2 og 3).

4.1. Beviser fra in vitro neurotoksicitetsmodeller

I 1990'erne viste undersøgelser med den A-inducerede neurotoksicitetsmodel, at tilstedeværelsen af ​​A 1-42 fører til neurotoksicitet og øget proteinoxidation og som følge heraf oxidativt stress [220-222].

A-proteinets neurotoksicitet medieres gennem frie iltradikaler og kan dæmpes af antioxidanter og frie radikaler. Svækkelse af oxidativt stress med antioxidantforbindelser kan derfor være en potentiel terapeutisk strategi til behandling af AD.

I begyndelsen af ​​2000'erne blev de kraftige antioxidantegenskaber af polyphenolen EGCG af grøn te undersøgt i en A-induceret neurotoksicitetsmodel, der brugte dyrkede hippocampale neuroner, med resultaterne, der tyder på, at EGCG har beskyttende virkninger mod A-induceret neuronal apoptose fra opfangning af reaktive oxygenarter. af de første rapporter om fordelene ved EGCG til forebyggelse af AD [172].

Efterfølgende blev den molekylære mekanisme, der ligger til grund for den neurobeskyttende effekt af EGCG i den A-inducerede neurotoksicitetsmodel, undersøgt med fokus på cellemetabolismen af ​​reduceret glutathion med antioxidantegenskaber. Resultaterne indikerede, at EGCG-behandling styrkede den cellulære glutathionpulje via forhøjet ekspression af -glutamylcysteinligase [176].

Oxidativt stress har også vist sig at inducere BACE-1-proteinopregulering i indre celler, som er det hastighedsbegrænsende enzym i APP-behandling og A-generation, såvel som at være et terapeutisk mål for AD [223,224]. Selvom eksponering af A 1-42 toneuronal kultur øgede BACE-1-proteinniveauer, svækkede EGCG-behandling signifikant den A-inducerede produktion af radikal oxygen og dannelse af arkstruktur [174].

I begyndelsen af ​​2010'erne var det kendt, at EGCG hæmmer A og -syn fibrillogenese incelle-fri assays; forskere undersøgte derefter, om EGCG kan omdanne uopløselige A- og -syn-aggregater i et cellemodelsystem [148].

Denne forskning viste, at EGCG kan reducere cellulær toksicitet af modne A- og -syn-fibriller ved at ombygge deres struktur. Den EGCG-medierede ombygning af -arkrige amyloidstrukturer fører til fremkomsten af ​​mindre amorfe proteinaggregater, der er ikke-toksiske for pattedyrsceller [148]. I 2017 blev anvendelsen af ​​-syn-transducerede PC12-celler udført for at undersøge de beskyttende virkninger af EGCG, at give bevis for, at EGCG kan beskytte disse celler mod -syn-induceret skade ved at hæmme overekspression og fibrillering af -syn i cellerne [151].

En nyere undersøgelse rapporterede, at EGCG kan interferere med Cu(II)-induceret fibrillering af -syn og beskytte cellernes levedygtighed. Forskerne påviste, at EGCG hæmmer dannelsen af ​​Cu(II)-inducerede reaktive oxygenarter (ROS), hvilket fører til reduceret overekspression og fibrillering af -syn i cellerne. Desuden udviste kombinationen af ​​Cu og EGCG bedre kryobeskyttelse end EGCG alene. Her er det værd at bemærke, at Cu(II) er en anoxidant, der også accelererer fibrillering og proteinaggregering [183].

Der er også beviser for neurobeskyttende virkninger af EGCG i neurotoksicitetsmodeller af PD Parkinsons neurotoksiner, herunder forbindelser som 6-hydroxydopamin(6-OHDA), 1-methyl-4-phenyl{{4 }},2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), rotenon (ROT) og paraquat. EGCG har vist bemærkelsesværdig neuronal beskyttelse mod paraquat,6-OHDA og MPP+ neurotoksicitet, dog ikke mod ROT [173,175,178,180,181].

I en evaluering af de neurobeskyttende virkninger af EGCG på ROT-behandlede dissocierede mesencephaliske kulturer og organotypiske striatale kulturer modvirkede EGCG delvist virkningerne af ROT i striatale skivekulturer gennem reduktion af nitrogenoxid (NO), men dissocierede ikke celler mod ROT-toksicitet [178] .

Selvom sidstnævnte undersøgelse ikke demonstrerede, at EGCG beskytter mod ROT-induceret neurotoksicitet i cellemodeller, blev det for nylig rapporteret, at EGCG havde en neurobeskyttende effekt in vivo på ROT-inducerede PD-modeller [206,207]. Tilsammen understøtter disse resultater fra in vitro neurotoksicitetsmodeller forestillingen om, at EGCG kan bruges som et neurobeskyttende middel til behandling af ND'er.

For more information:1950477648nn@gmail.com