Proteina precursoare amiloid-beta - Amyloid-beta precursor protein
Proteina precursoare a amiloidului-beta ( APP ) este o proteină de membrană integrală exprimată în mai multe țesuturi și concentrate în sinapsele de neuroni . Funcționează ca un receptor de suprafață celulară și a fost implicat ca un regulator al formării sinapselor, plasticității neuronale , activității antimicrobiene și exportului de fier . Este codificat de gena APP și este reglementat de prezentarea substratului . APP este cel mai bine cunoscut ca molecula precursoare a cărei proteoliza generează beta - amiloid (Ap), o polipeptidă care conține 37-49 de aminoacizi din reziduuri, a căror amiloid fibrilare formă este componenta principală a plăcilor de amiloid gasit in creierul bolii Alzheimer pacienti.
Genetica
Proteina precursoare amiloid-beta este o proteină veche și foarte conservată . La om , gena APP se află pe cromozomul 21 și conține 18 exoni care se întind pe 290 kilobaze . La om au fost observate mai multe izoforme alternative de îmbinare a APP, cu o lungime cuprinsă între 639 și 770 aminoacizi, cu anumite izoforme exprimate preferențial în neuroni; modificările raportului neuronal al acestor izoforme au fost asociate cu boala Alzheimer. Proteinele omoloage au fost identificate în alte organisme precum Drosophila (muște ale fructelor), C. elegans (viermi rotunzi) și toate mamiferele . Regiunea beta amiloidă a proteinei, situată în domeniul de acoperire a membranei, nu este bine conservată între specii și nu are nicio legătură evidentă cu funcțiile biologice de stat nativ ale APP .
Mutațiile din regiunile critice ale proteinei precursoare amiloide, inclusiv regiunea care generează beta amiloid (Aβ), provoacă susceptibilitate familială la boala Alzheimer. De exemplu, s-a descoperit că mai multe mutații în afara regiunii Aβ asociate cu Alzheimer familial cresc dramatic producția de Aβ.
O mutație (A673T) din gena APP protejează împotriva bolii Alzheimer. Această substituție este adiacentă situsului de clivare beta secretază și are ca rezultat o reducere cu 40% a formării beta amiloid in vitro.
Structura
Un număr de domenii structurale distincte, în mare parte care se pliază independent , au fost identificate în secvența APP. Regiunea extracelulară, mult mai mare decât regiunea intracelulară, este împărțită în domeniile E1 și E2, legate printr-un domeniu acid (AcD); E1 conține două subdomenii, inclusiv un domeniu asemănător factorului de creștere (GFLD) și un domeniu care leagă cuprul (CuBD) care interacționează strâns împreună. Un domeniu inhibitor al serinei proteazei, absent din izoformă exprimat diferențial în creier, se găsește între regiunea acidă și domeniul E2. Structura cristalină completă a APP nu a fost încă rezolvată; cu toate acestea, domeniile individuale au fost cristalizate cu succes, domeniul asemănător factorului de creștere , domeniul de legare a cuprului , domeniul E1 complet și domeniul E2.
Prelucrare post-traductivă
APP suferă modificări post-translaționale ample , inclusiv glicozilarea , fosforilarea , sialilarea și sulfatarea tirozinei , precum și multe tipuri de procesare proteolitică pentru a genera fragmente de peptide. Este de obicei scindată de proteaze din familia secretazei ; alfa secretaza și beta secretaza ambele elimină aproape întregul domeniu extracelular pentru a elibera fragmente carboxi-terminale ancorate cu membrană care pot fi asociate cu apoptoza . Scindarea prin gama secretază în domeniul extinderii membranei după scindarea beta-secretazei generează fragmentul amiloid-beta; gama secretaza este un complex mare multi-subunitar ale cărui componente nu au fost încă pe deplin caracterizate, dar includ presenilina , a cărei genă a fost identificată ca un factor de risc genetic major pentru Alzheimer.
Procesarea amiloidogenă a APP a fost legată de prezența sa în plute lipidice . Când moleculele APP ocupă o regiune a plutei lipidice ale membranei, acestea sunt mai accesibile și scindate diferențial de beta secretaza, în timp ce moleculele APP din afara unei plute sunt scindate diferențial de alfa secretaza neamiloidogenă. Activitatea gamma secretază a fost, de asemenea, asociată cu plute lipidice. Rolul colesterolului în întreținerea plutei lipidice a fost citat ca o explicație probabilă pentru observațiile conform cărora colesterolul ridicat și genotipul apolipoproteinei E sunt factori de risc majori pentru boala Alzheimer.
Funcția biologică
Deși rolul biologic nativ al APP prezintă un interes evident pentru cercetarea Alzheimer, o înțelegere aprofundată a rămas evazivă.
Formarea și repararea sinaptică
Rolul cel mai justificat pentru APP este în formarea și repararea sinaptică; expresia sa este reglată în sus în timpul diferențierii neuronale și după leziuni neuronale. Rolurile în semnalizarea celulară , potențarea pe termen lung și aderența celulelor au fost propuse și susținute de cercetări încă limitate. În special, asemănările în procesarea post-translațională au invitat comparații cu rolul de semnalizare al proteinei receptorului de suprafață Notch .
Șoarecii knockout APP sunt viabili și au efecte fenotipice relativ minore , inclusiv potențarea afectată pe termen lung și pierderea memoriei fără pierderea generală a neuronilor. Pe de altă parte, șoarecii transgenici cu expresie APP reglată în sus au fost, de asemenea, raportate pentru a prezenta o potențare pe termen lung afectată.
Inferența logică este că, deoarece Aβ se acumulează excesiv în boala Alzheimer, precursorul său, APP, ar fi crescut și el. Cu toate acestea, corpurile celulare neuronale conțin mai puține APP în funcție de apropierea lor de plăcile amiloide. Datele indică faptul că acest deficit în APP rezultă dintr-o scădere a producției, mai degrabă decât o creștere a catalizei. Pierderea APP a unui neuron poate afecta deficitele fiziologice care contribuie la demență.
Recombinarea somatică
În neuronii creierului uman , recombinarea somatică apare frecvent în gena care codifică APP. Neuronii de la indivizi cu boală Alzheimer sporadică prezintă o diversitate mai mare a genelor APP datorită recombinării somatice decât neuronii de la indivizi sănătoși.
Transport neuronal anterograd
Moleculele sintetizate în corpurile celulare ale neuronilor trebuie să fie transportate către sinapsele distale. Acest lucru se realizează printr- un transport anterograd rapid . S-a constatat că APP poate media interacțiunea dintre marfă și kinesin și astfel poate facilita acest transport. În mod specific, o scurtă secvență peptidică 15-amino-acid din carboxi-terminal citoplasmatic este necesară pentru interacțiunea cu proteina motorie.
În plus, s-a demonstrat că interacțiunea dintre APP și kinesină este specifică secvenței peptidice a APP. Într-un experiment recent care implică transportul de margele colorate conjugate cu peptide , martorii au fost conjugați cu un singur aminoacid, glicina , astfel încât să afișeze aceeași grupă de acid carboxilic terminal ca APP fără secvența de 15 aminoacizi menționată mai sus. Margelele martor nu au fost mobile, ceea ce a demonstrat că fragmentul terminal COOH al peptidelor nu este suficient pentru a media transportul.
Export de fier
O perspectivă diferită asupra Alzheimerului este dezvăluită de un studiu efectuat la șoareci, care a constatat că APP posedă activitate de feroxidază similară cu ceruloplasmina , facilitând exportul de fier prin interacțiunea cu feroportina ; se pare că această activitate este blocată de zincul prins de Aβ acumulat în Alzheimer. S-a arătat că un singur polimorfism nucleotidic în 5'UTR al mARN-ului APP îi poate perturba translația.
Ipoteza că APP are activitate de feroxidază în domeniul său E2 și facilitează exportul de Fe (II) este posibil incorectă, deoarece site-ul propus de feroxidază al APP situat în domeniul E2 nu are activitate de feroxidază.
Deoarece APP nu posedă activitate feroxidază în domeniul său E2, mecanismul efluxului de fier modulat de APP din feroportină a fost supus controlului. Un model sugerează că APP acționează pentru stabilizarea feroportinei proteinei de eflux de fier în membrana plasmatică a celulelor, crescând astfel numărul total de molecule de feroportină la nivelul membranei. Acești transportori de fier pot fi apoi activați de feroxidaze cunoscute la mamifere (adică ceruloplasmin sau hephaestin).
Reglarea hormonală
Proteina precursor amiloid-β (AβPP) și toate secretazele asociate sunt exprimate la începutul dezvoltării și joacă un rol cheie în endocrinologia reproducerii - cu procesarea diferențială a AβPP prin secretaze care reglementează și proliferarea celulelor stem embrionare umane (hESC). ca diferențiere a acestora în celule precursoare neuronale (NPC). Hormonul sarcinii gonadotropina corionică umană (hCG) crește expresia AβPP și proliferarea hESC în timp ce progesteronul direcționează procesarea AβPP către calea non-amiloidogenă, care promovează diferențierea hESC în NPC.
AβPP și produsele sale de scindare nu promovează proliferarea și diferențierea neuronilor post-mitotici; mai degrabă, supraexprimarea fie a tipului sălbatic, fie a AβPP mutant în neuronii post-mitotici induce moartea apoptotică după reintrarea lor în ciclul celular . Se postulează că pierderea steroizilor sexuali (inclusiv progesteronul), dar creșterea hormonului luteinizant , echivalentul adult al hCG, post- menopauză și în timpul andropauzei determină producția de amiloid-β și reintrarea neuronilor post-mitotici în ciclul celular. .
Interacțiuni
S-a demonstrat că proteina precursoare amiloidă interacționează cu:
APP interacționează cu reelina , o proteină implicată într-o serie de tulburări ale creierului, inclusiv boala Alzheimer.
Referințe
Lecturi suplimentare
- Beyreuther K, Pollwein P, Multhaup G, Mönning U, König G, Dyrks T, Schubert W, Masters CL (septembrie 1993). „Reglarea și exprimarea precursorului proteinei amiloide beta / A4 Alzheimer în sănătate, boală și sindrom Down”. Analele Academiei de Științe din New York . 695 (1 Transducție): 91–102. doi : 10.1111 / j.1749-6632.1993.tb23035.x . PMID 8239320 . S2CID 22058428 .
- Straub JE, Guevara J, Huo S, Lee JP (iunie 2002). „Simulări dinamice pe termen lung: explorarea căilor de pliere ale unei peptide amiloide Alzheimer amiloide”. Conturile cercetării chimice . 35 (6): 473–81. doi : 10.1021 / ar010031e . PMID 12069633 .
- Annaert W, De Strooper B (2003). „O perspectivă biologică celulară asupra bolii Alzheimer”. Revizuirea anuală a biologiei celulare și a dezvoltării . 18 (1): 25-51. doi : 10.1146 / annurev.cellbio.18.020402.142302 . PMID 12142279 .
- Koo EH (noiembrie 2002). "Proteina beta-amiloid precursor (APP) și boala Alzheimer: coada dă din câine?" . Trafic . 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 (noiembrie 2002). „Efectele patogene ale mutațiilor angiopatiei amiloide cerebrale în precursorul beta-proteinei amiloide”. Analele Academiei de Științe din New York . 977 (1): 258-65. Cod Bib : 2002NYASA.977..258N . doi : 10.1111 / j.1749-6632.2002.tb04824.x . PMID 12480759 . S2CID 22567664 .
- Ling Y, Morgan K, Kalsheker N (noiembrie 2003). "Proteina precursoare amiloidă (APP) și biologia procesării proteolitice: relevanță pentru boala Alzheimer". Jurnalul internațional de biochimie și biologie celulară . 35 (11): 1505–35. doi : 10.1016 / S1357-2725 (03) 00133-X . PMID 12824062 .
- Kerr ML, Small DH (aprilie 2005). "Domeniul citoplasmatic al proteinei beta-amiloide precursorul bolii Alzheimer: funcția, reglarea proteolizei și implicațiile pentru dezvoltarea medicamentului". Journal of Neuroscience Research . 80 (2): 151-9. doi : 10.1002 / jnr.20408 . PMID 15672415 . S2CID 31985212 .
- Maynard CJ, Bush AI, Masters CL, Cappai R, Li QX (iunie 2005). „Metale și amiloid-beta în boala Alzheimer” . Jurnalul internațional de patologie experimentală . 86 (3): 147-59. doi : 10.1111 / j.0959-9673.2005.00434.x . PMC 2517409 . PMID 15910549 .
- Tickler AK, Wade JD, Separovic F (august 2005). „Rolul peptidelor Abeta în boala Alzheimer”. Litere cu proteine și peptide . 12 (6): 513-9. doi : 10.2174 / 0929866054395905 . PMID 16101387 .
- Reinhard C, Hébert SS, De Strooper B (Dec 2005). "Proteina precursoare amiloid-beta: structura integratoare cu funcția biologică" . Jurnalul EMBO . 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 (Dec 2005). "Caracteristicile fizico-chimice ale Abeta oligomerice solubile și rolul lor patologic în boala Alzheimer". Cercetări neurologice . 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). „Noi perspective asupra funcțiilor potențiale pentru superfamilia de proteine 4.1 a proteinelor din epiteliul renal” . Frontiere în Bioscience . 11 (1): 1646-66. doi : 10.2741 / 1911 . PMID 16368544 .
- Vetrivel KS, Thinakaran G (ianuarie 2006). „Prelucrarea amiloidogenă a proteinei precursoare beta-amiloide în compartimentele intracelulare”. 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 (februarie 2006). „[Hemoragii intraparenchimale recurente la un pacient cu angiopatie amiloidotică cerebrală: descrierea unui caz de autopsie]”. Pathologica . 98 (1): 44-7. PMID 16789686 .
- Coulson EJ (august 2006). "Receptorul neurotrofinei p75 mediază toxicitatea indusă de Abeta în boala Alzheimer?" . Jurnalul de Neurochimie . 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). „Procesarea APP și implicarea domeniului APP-KPI în cascada amiloidă”. Boli Neuro-Degenerative . 2 (6): 277-83. doi : 10.1159 / 000092315 . PMID 16909010 . S2CID 45002038 .
- Neve RL, McPhie DL (aprilie 2007). „Disfuncția semnalizării proteinelor precursoare amiloide în neuroni duce la sinteza ADN și apoptoză” . Biochimica și Biophysica Acta (BBA) - Bazele moleculare ale bolii . 1772 (4): 430-7. doi : 10.1016 / j.bbadis.2006.10.008 . PMC 1862818 . PMID 17113271 .
- Chen X, Stern D, Yan SD (decembrie 2006). „Disfuncție mitocondrială și boala Alzheimer”. Cercetări actuale privind Alzheimer . 3 (5): 515-20. doi : 10.2174 / 156720506779025215 . PMID 17168650 .
- Caltagarone J, Jing Z, Bowser R (aprilie 2007). "Aderențele focale reglează semnalizarea Abeta și moartea celulară în boala Alzheimer" . Biochimica și Biophysica Acta (BBA) - Bazele moleculare ale bolii . 1772 (4): 438-45. doi : 10.1016 / j.bbadis.2006.11.007 . PMC 1876750 . PMID 17215111 .
- Wolfe MS (februarie 2007). "Când pierderea este câștig: funcția proteolitică redusă a presenilinei duce la creșterea Abeta42 / Abeta40. Punct de discuție cu privire la rolul mutațiilor presenilinei în boala Alzheimer" . Rapoarte EMBO . 8 (2): 136–40. doi : 10.1038 / sj.embor.7400896 . PMC 1796780 . PMID 17268504 .
linkuri externe
- GeneReviews / NCBI / NIH / UW intrare privind boala Alzheimer familială cu debut precoce
- Amiloid + Proteină + Precursor la Biblioteca Națională de Medicină din SUA Titlurile subiectului medical (MeSH)
- Entrez Gene: proteină precursoare beta amiloidă APP (A4) (peptidază nexin-II, boala Alzheimer)
- Umane APP genomului Locul de amplasare și APP gena pagina cu detalii in Browser UCSC genomului .