Prekurzorový protein amyloidu beta - Amyloid-beta precursor protein
Beta-amyloid prekurzorového proteinu ( APP ) je integrální membránový protein exprimován v mnoha tkáních a zahustí se v synapsích z neuronů . Funguje jako receptor na povrchu buněk a byl implikován jako regulátor tvorby synapsí, nervové plasticity , antimikrobiální aktivity a exportu železa . Je kódován genem APP a regulován prezentací substrátu . APP je nejlépe známá jako prekurzorová molekula, jejíž proteolýza generuje amyloid beta (Ap), polypeptid obsahující 37 až 49 aminokyselinových zbytků, jejichž amyloidní fibrilární forma je primární složkou amyloidních plaků nacházejících se v mozku pacientů s Alzheimerovou chorobou .
Genetika
Prekurzorový protein amyloidu beta je starověký a vysoce konzervovaný protein . U lidí je gen APP umístěn na chromozomu 21 a obsahuje 18 exonů pokrývajících 290 kilobází . U lidí bylo pozorováno několik alternativních sestřihových izoforem APP v délce od 639 do 770 aminokyselin, přičemž některé izoformy jsou přednostně exprimovány v neuronech; změny v poměru neuronů těchto izoforem jsou spojeny s Alzheimerovou chorobou. Homologní proteiny byly identifikovány v jiných organismech, jako jsou Drosophila (ovocné mušky), C. elegans (škrkavky) a všichni savci . Amyloidová beta oblast proteinu, umístěná v membránové doméně, není mezi druhy dobře konzervována a nemá zjevné spojení s biologickými funkcemi přirozeného stavu APP .
Mutace v kritických oblastech prekurzorového proteinu amyloidu, včetně oblasti, která generuje amyloid beta (Ap), způsobují familiární náchylnost k Alzheimerově chorobě. Například bylo zjištěno, že několik mutací mimo oblast Ap spojenou s familiárním Alzheimerem dramaticky zvyšuje produkci Ap.
Mutace (A673T) v genu APP chrání před Alzheimerovou chorobou. Tato substituce sousedí se štěpným místem beta sekretázy a má za následek 40% snížení tvorby amyloidu beta in vitro.
Struktura
V sekvenci APP byla identifikována řada odlišných, do značné míry nezávisle skládajících se strukturálních domén . Extracelulární oblast, mnohem větší než intracelulární oblast, je rozdělena na domény E1 a E2 spojené kyselou doménou (AcD); E1 obsahuje dvě subdomény včetně domény podobné růstovému faktoru (GFLD) a domény vázající měď (CuBD), které spolu úzce interagují. Mezi kyselou oblastí a doménou E2 se nachází doména inhibitoru serinové proteázy, která chybí v izoformě odlišně exprimované v mozku. Kompletní krystalová struktura APP ještě nebyla vyřešena; Nicméně jednotlivé domény byly úspěšně krystaluje se růstový faktor-podobné doméně je měď vázající domény, kompletní domény E1 a doména E2.
Posttranslační zpracování
APP prochází rozsáhlou posttranslační modifikací zahrnující glykosylaci , fosforylaci , sialylaci a tyrosinovou sulfataci , stejně jako mnoho typů proteolytického zpracování za účelem generování peptidových fragmentů. Obvykle je štěpena proteázami v rodině sekretáz ; alfa sekretáza a beta sekretáza oba odstraňují téměř celou extracelulární doménu a uvolňují membránově ukotvené karboxy-koncové fragmenty, které mohou být spojeny s apoptózou . Štěpení gama sekretázou v membránové doméně po štěpení beta-sekretázou generuje fragment amyloidu-beta; gama sekretasa je velký komplex více podjednotek, jehož složky dosud nebyly plně charakterizovány, ale zahrnují presenilin , jehož gen byl identifikován jako hlavní genetický rizikový faktor Alzheimerovy choroby.
Amyloidogenní zpracování APP bylo spojeno s jeho přítomností v lipidových raftech . Když molekuly APP zabírají oblast lipidového raftu membrány, jsou přístupnější a diferencovaně štěpené beta sekretázou, zatímco molekuly APP mimo raft jsou odlišně štěpeny neamyloidogenní alfa sekretázou. Aktivita gama sekretázy je také spojována s lipidovými rafty. Úloha cholesterolu při údržbě lipidových raftů byla citována jako pravděpodobné vysvětlení pro pozorování, že vysoký cholesterol a genotyp apolipoproteinu E jsou hlavními rizikovými faktory Alzheimerovy choroby.
Biologická funkce
Ačkoli přirozená biologická role APP je zjevně zajímavá pro výzkum Alzheimerovy choroby, důkladné porozumění zůstalo nepolapitelné.
Synaptická tvorba a opravy
Nejpodloženější role APP je v synaptické formaci a opravě; jeho exprese je upregulována během diferenciace neuronů a po nervovém poškození. Role v buněčné signalizaci , dlouhodobé potenciaci a buněčné adhezi byly navrženy a podpořeny dosud omezeným výzkumem. Zejména podobnosti v posttranslačním zpracování si vyžádaly srovnání se signální rolí povrchového receptorového proteinu Notch .
Myši s knockoutem APP jsou životaschopné a mají relativně malé fenotypové efekty včetně zhoršené dlouhodobé potenciace a ztráty paměti bez obecné ztráty neuronů. Na druhé straně bylo také hlášeno, že transgenní myši s upregulovanou expresí APP vykazují zhoršenou dlouhodobou potenciaci.
Logický závěr je, že protože Ap se nadměrně hromadí u Alzheimerovy choroby, její předchůdce, APP, by byl také zvýšen. Těla neuronálních buněk však obsahují méně APP jako funkci jejich blízkosti k amyloidním plakům. Data naznačují, že tento deficit v APP vyplývá spíše z poklesu výroby než ze zvýšení katalýzy. Ztráta APP neuronu může ovlivnit fyziologické deficity, které přispívají k demenci.
Somatická rekombinace
V neuronech lidského mozku , somatická rekombinace často vyskytuje v genu, který kóduje APP. Neurony od jedinců se sporadickou Alzheimerovou chorobou vykazují větší diverzitu genu APP v důsledku somatické rekombinace než neurony od zdravých jedinců.
Anterográdní neuronální transport
Molekuly syntetizované v buněčných tělech neuronů musí být transportovány ven do distálních synapsí. Toho je dosaženo rychlou anterográdní přepravou . Bylo zjištěno, že APP může zprostředkovávat interakci mezi nákladem a kinesinem a tím usnadňovat tento transport. Pro interakci s motorickým proteinem je konkrétně nutná krátká peptidová 15-aminokyselinová sekvence z cytoplazmatického karboxy-konce.
Kromě toho bylo ukázáno, že interakce mezi APP a kinesinem je specifická pro peptidovou sekvenci APP. V nedávném experimentu zahrnujícím transport barevných kuliček konjugovaných s peptidem byly kontroly konjugovány s jedinou aminokyselinou, glycinem , takže vykazují stejnou koncovou skupinu karboxylové kyseliny jako APP bez výše uvedené zasahující 15-aminokyselinové sekvence. Kontrolní kuličky nebyly pohyblivé, což prokázalo, že koncová COOH část peptidů není dostatečná pro zprostředkování transportu.
Export železa
Jiný pohled na Alzheimerovu chorobu odhaluje studie na myších, která zjistila, že APP má aktivitu ferroxidázy podobnou ceruloplasminu , což usnadňuje export železa interakcí s ferroportinem ; zdá se, že tato aktivita je blokována zinkem zachyceným nahromaděným Ap v Alzheimerově chorobě. Bylo ukázáno, že polymorfismus jednoho nukleotidu v 5'UTR mRNA APP může narušit jeho translaci.
Hypotéza, že APP má aktivitu ferroxidázy ve své doméně E2 a usnadňuje export Fe (II), je pravděpodobně nesprávná, protože navrhované místo pro ferroxidázu APP umístěné v doméně E2 nemá aktivitu ferroxidázy.
Protože APP nemá ve své doméně E2 aktivitu ferroxidázy, mechanismus výtoku železa modulovaného APP z ferroportinu se podrobil zkoumání. Jeden model naznačuje, že APP působí na stabilizaci proteinu ferroportinu efluxu železa v plazmatické membráně buněk, čímž se zvyšuje celkový počet molekul ferroportinu na membráně. Tyto transportéry železa pak mohou být aktivovány známými savčími ferroxidázami (tj. Ceruloplazminem nebo hephaestinem).
Hormonální regulace
Prekurzorový protein amyloid-β (AβPP) a všechny přidružené sekretázy jsou exprimovány na počátku vývoje a hrají klíčovou roli v endokrinologii reprodukce -s diferenciálním zpracováním AβPP sekretázami regulujícími také proliferaci lidských embryonálních kmenových buněk (hESC) jako jejich diferenciace na neurální prekurzorové buňky (NPC). Těhotenský hormon lidský choriový gonadotropin (hCG) zvyšuje expresi ApPP a proliferaci hESC, zatímco progesteron usměrňuje zpracování ApPP směrem k neamyloidogenní dráze, která podporuje diferenciaci hESC na NPC.
ApPP a jeho produkty štěpení nepodporují proliferaci a diferenciaci post-mitotických neuronů; spíše nadměrná exprese buď divokého typu nebo mutantního ApPP v post-mitotických neuronech indukuje apoptotickou smrt po jejich opětovném vstupu do buněčného cyklu . Předpokládá se, že ztráta pohlavních steroidů (včetně progesteronu), ale zvýšení luteinizačního hormonu , ekvivalentu hCG pro dospělé, postmenopauza a během andropauzy pohání produkci amyloidu-β a opětovný vstup post-mitotických neuronů do buněčného cyklu .
Interakce
Ukázalo se, že prekurzorový protein amyloidu interaguje s:
APP interaguje s reelinem , proteinem zapojeným do řady mozkových poruch, včetně Alzheimerovy choroby.
Reference
Další čtení
- Beyreuther K, Pollwein P, Multhaup G, Mönning U, König G, Dyrks T, Schubert W, Masters CL (září 1993). „Regulace a exprese prekurzoru Alzheimerova beta/A4 amyloidového proteinu ve zdraví, nemoci a Downův syndrom“. Annals of the New York Academy of Sciences . 695 (1 transdukce): 91–102. doi : 10.1111/j.1749-6632.1993.tb23035.x . PMID 8239320 . S2CID 22058428 .
- Straub JE, Guevara J, Huo S, Lee JP (červen 2002). „Dlouhodobé dynamické simulace: zkoumání skládacích cest Alzheimerova amyloidu Abeta-peptidu“. Účty chemického výzkumu . 35 (6): 473–81. doi : 10,1021/ar010031e . PMID 12069633 .
- Annaert W, De Strooper B (2003). „Buněčný biologický pohled na Alzheimerovu chorobu“. Výroční přehled buněčné a vývojové biologie . 18 (1): 25–51. doi : 10,1146/annurev.cellbio.18.020402.142302 . PMID 12142279 .
- Koo EH (listopad 2002). „Beta-amyloidový prekurzorový protein (APP) a Alzheimerova choroba: vrtí ocas psem?“ . Provoz . 3 (11): 763–70. doi : 10,1034/j.1600-0854.2002.31101.x . PMID 12383342 . S2CID 40411806 .
- Van Nostrand WE, Melchor JP, Romanov G, Zeigler K, Davis J (listopad 2002). „Patogenní efekty mutací mozkové amyloidové angiopatie v prekurzoru amyloidového beta-proteinu“. Annals of the New York Academy of Sciences . 977 (1): 258–65. Bibcode : 2002NYASA.977..258N . doi : 10.1111/j.1749-6632.2002.tb04824.x . PMID 12480759 . S2CID 22567664 .
- Ling Y, Morgan K, Kalsheker N (listopad 2003). „Amyloidový prekurzorový protein (APP) a biologie proteolytického zpracování: význam pro Alzheimerovu chorobu“. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology . 35 (11): 1505–35. doi : 10,1016/S1357-2725 (03) 00133-X . PMID 12824062 .
- Kerr ML, Small DH (duben 2005). „Cytoplazmatická doména prekurzoru beta-amyloidového proteinu Alzheimerovy choroby: funkce, regulace proteolýzy a důsledky pro vývoj léčiv“. Journal of Neuroscience Research . 80 (2): 151–9. doi : 10,1002/j.r.20408 . PMID 15672415 . S2CID 31985212 .
- Maynard CJ, Bush AI, Masters CL, Cappai R, Li QX (červen 2005). „Kovy a amyloid-beta u Alzheimerovy choroby“ . International Journal of Experimental Pathology . 86 (3): 147–59. doi : 10.1111/j.0959-9673.2005.00434.x . PMC 2517409 . PMID 15910549 .
- Tickler AK, Wade JD, Separovic F (srpen 2005). „Role peptidů Abeta u Alzheimerovy choroby“. Proteinová a peptidová písmena . 12 (6): 513–9. doi : 10.2174/0929866054395905 . PMID 16101387 .
- Reinhard C, Hébert SS, De Strooper B (prosinec 2005). „Prekurzorový protein amyloid-beta: integrující struktura s biologickou funkcí“ . EMBO Journal . 24 (23): 3996–4006. doi : 10,1038/sj.emboj.7600860 . PMC 1356301 . PMID 16252002 .
- Watson D, Castaño E, Kokjohn TA, Kuo YM, Lyubchenko Y, Pinsky D, Connolly ES, Esh C, Luehrs DC, Stine WB, Rowse LM, Emmerling MR, Roher AE (prosinec 2005). „Fyzikálně chemické vlastnosti rozpustné oligomerní Abety a jejich patologická role u Alzheimerovy choroby“. Neurologický výzkum . 27 (8): 869–81. doi : 10,1179/016164105X49436 . PMID 16354549 . S2CID 25687818 .
- Calinisan V, Gravem D, Chen RP, Brittin S, Mohandas N, Lecomte MC, Gascard P (2006). „Nové pohledy na potenciální funkce superrodiny proteinů 4.1 v epitelu ledvin“ . Hranice v biologické vědě . 11 (1): 1646–66. doi : 10,2741/1911 . PMID 16368544 .
- Vetrivel KS, Thinakaran G (leden 2006). „Amyloidogenní zpracování beta-amyloidového prekurzorového proteinu v intracelulárních kompartmentech“. Neurologie . 66 (2 Suppl 1): S69–73. doi : 10.1212/01.wnl.0000192107.17175.39 . PMID 16432149 . S2CID 35965729 .
- Gallo C, Orlassino R, Vineis C (únor 2006). „[Opakující se intraparenchimální krvácení u pacienta s mozkovou amyloidotickou angiopatií: popis jednoho případu pitvy]“. Patologie . 98 (1): 44–7. PMID 16789686 .
- Coulson EJ (srpen 2006). „Zprostředkovává receptor neurotropinu p75 toxicitu vyvolanou Abeta u Alzheimerovy choroby?“ . Journal of Neurochemistry . 98 (3): 654–60. doi : 10.1111/j.1471-4159.2006.03905.x . PMID 16893414 . S2CID 20879380 .
- Menéndez-González M, Pérez-Pinera P, Martínez-Rivera M, Calatayud MT, Blázquez Menes B (2006). „Zpracování APP a zapojení domény APP-KPI do amyloidové kaskády“. Neuro-degenerativní nemoci . 2 (6): 277–83. doi : 10,1159/000092315 . PMID 16909010 . S2CID 45002038 .
- Neve RL, McPhie DL (duben 2007). „Dysfunkce signalizace amyloidového prekurzorového proteinu v neuronech vede k syntéze DNA a apoptóze“ . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - molekulární základ nemoci . 1772 (4): 430–7. doi : 10.1016/j.bbadis.2006.10.008 . PMC 1862818 . PMID 17113271 .
- Chen X, Stern D, Yan SD (prosinec 2006). „Mitochondriální dysfunkce a Alzheimerova choroba“. Aktuální výzkum Alzheimerovy choroby . 3 (5): 515–20. doi : 10,2174/156720506779025215 . PMID 17168650 .
- Caltagarone J, Jing Z, Bowser R (duben 2007). „Fokální adheze regulují Abeta signalizaci a buněčnou smrt u Alzheimerovy choroby“ . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - molekulární základ nemoci . 1772 (4): 438–45. doi : 10,1016/j.bbadis.2006.11.007 . PMC 1876750 . PMID 17215111 .
- Wolfe MS (únor 2007). "Když je ztráta zisk: snížená proteolytická funkce presenilinu vede ke zvýšení Abeta42/Abeta40. Diskuse o roli presenilinových mutací u Alzheimerovy choroby" . Zprávy EMBO . 8 (2): 136–40. doi : 10,1038/sj.embor.7400896 . PMC 1796780 . PMID 17268504 .
externí odkazy
- Záznam GeneReviews/NCBI/NIH/UW o časně začínající familiární Alzheimerově chorobě
- Amyloid+Protein+Prekurzor v US National Library of Medicine Předměty (MeSH)
- Gen Entrez: prekurzorový protein APP amyloid beta (A4) (peptidáza nexin-II, Alzheimerova choroba)
- Umístění lidského genomu APP a stránka podrobností genu APP v prohlížeči genomu UCSC .