Prioniproteiinin normaalitoiminta. Kuparin sitoja.

Priooniproteiinin normaali funktio 

N-terminaali on mitä joustavin ominaisuuksiltaan ja siinä on kahdeksan toistuvaa jaksoa ( octa repeat region) , joka toimii tässä kuparinkuljettamisessa . Tutkijat tekivät systemaattisia ja stoikkastisia määrityksiä kupariaffiniteetista kokopitkälle prioniproteiinille Pr23-231 ja eri kokoisille N- terminaalisille ja C- terminaalisille osapätkille.

Tulokset sosoittivat, että strukturoitumaton N- terminaalinen segmentti on ko-operoiva prioniproteiinin kuparia sitova domeeni. 

Prioniproteiini sitoo viisi Cu(II) kuprimuotoista jonia kuparista ja sitoutuminen on puolimaksimaalinen 2 mikromolaarisena. 
Tämä viittaisi vahvasti siihen, että prioniproteiinin suorana tehtävänä olisi omata osuus kupariaineenvaihdunnassa, koska se on miltei kokonaan saturoitunut 5 umoolin pitoisuudessa ja vaihtuva kupari-allaskonsentraatio veressä on noin 8 umoolia.

http://chemistry.ucsc.edu/~glennm/

Jatkotutkimuksissa kuparia sitovasta kohdasta havaitaan hyvin mielenkiintoista :

LÄHDE: Burns CS, Aronoff-Spencer E et al.

Copper coordination in the full-length, recombinant prion protein. Biochemistry. 2003 Jun 10;42(22):6794-803.
 

Prioniproteiini PrP sitoo divalenttia kuparia fysiologisesti relevanteissa tiloissa ja sen uskotaan osallistuvan kuparin säätelyyn tai toimivan kuparista riippuvana entsyyminä. Tässä tutkimuksessa on ollut tarkoituksena määrittää kuparia sitovien kohtien molekulaarisia piirteitä. Eniten saa kannatusta käsitys, että ”octarepeat”. kahdeksan toistuvan jakson alue on se, mikä sitoo kuparijonia. Näissä jaksoissa esiintyy 4 tai useampi kopio fundamentaalista sekvenssiä -PHGGGWGQ-. ( fenylalaniini, histidiini, kolme glysiiniä, tryptofaani, glysiini ja glutamiini) . Aiemmin oli jo vahvistettu että fundamentaalinen kuparinsitoja kohta on -HGGGW-segmentti näissä kahdeksassa toistojaksossa.( Burns et al. 2002) .

KUPARIN koordinaatio lähtee histidiinin imidatsoli renkaasta ja sekventiaalisesti deprotonoidusta glysiiniamidista. Kokopitkää hamsterin PrP proteiini tutkittiin tässä työssä. Oktarepeat-domeeni otti kokonaista 4 kuprijonia (Cu++) kuten aiemminkin oli havaittu. Mutta sitten kvantiteettimittauksissa selveni vielä viides sitoutuminen taipuvaan alueeseen tämän octarepeat alueen ja PrP-molekyylin globulaarisen C-terminaalin välissä.

Sarjat PrP-peptidi konstruktioita osoittaa, että tämä kohta käsittää histidiinin His 96, joka sijaitsee jaksossa PrP(92-96), jonka aminohappojärjestys oin GGGTH. Tämän sekvenssin järjestys varmistettiin päädyltään: glysiini-threoniini-histidiini-H96 imidatsoli. Tämän tapaiseen sitoutumiskohtaan on kuparin kiinnittyminen suuresti riippuvainen pH tilanteesta. Tutkimukset osoittivat rekombinantti PrP:stä, että se menettää affiniteettinsa sitoa kuparia, jos pH on alle 6. 

Näistä tutkimuksista saa täydellisen profiilin kuparin sitoutumisesta PrP-mokyyliin ja tämä vahvistaa PrP proteiinin funktion olevan suhteessa sen pH.:sta riippuvaan kykyyn sitoa kuparia.

15.11.2008 17:38
 http://www.fbs.leeds.ac.uk/staff/Hooper_N/prion.htm

APP intrasellulaari domaani AICD. Fysiologinen funktio.

Tältä vuodelta 2012 on  amyloidogeenisestä prekursori(esimuotoisesta)proteiinista ja sen fysiologisesta funktiosta  joitain lisätietoja. Sen normaali funktio on ollut suurempi pohdinnan aihe kuin sen epänormaalit aiheuttamukset.

APP proteiinin solun sisälle pilkkoutuva pätkä on AICD, APP:n intrasellulaarinen domaani.  Sitä muodostuu beta ja gamma-sekretaaseilla pilkotusta APP.sta samalla kun myös muodostuu Abeetaa extrasellulaarisesti.  Tässä tutkijat kohdistavat katseensa siihen pätkään , mikä jää solun sisälle: AICD pätkään. Siltä löytyy normaali funktio, se estää Wnt signalointia ja edistää neuronijatkeen  kasvua.
 http://www.hindawi.com/journals/bcri/2011/721463.fig.001.jpg

LÄHDE:

Biochim Biophys Acta. 2012 Aug;1823(8):1233-41. doi: 10.1016/j.bbamcr.2012.05.011. Epub 2012 May 18. The APP intracellular domain (AICD) inhibits Wnt signalling and promotes neurite outgrowth.

Zhou F, Gong K, Song B, Ma T, van Laar T, Gong Y, Zhang L.

State Key Laboratory of Biomembrane and Membrane Biotechnology, School of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China; Leiden University Medical Center, Dept. of Molecular Cell Biology, Leiden, The Netherlands.

TIIVISTELMÄ (suomennos)

beta ja gamma sekretaasit  (engl.  β- and γ-secretase) pilkkovat  amyloidipreskursoriproteiinin (engl. the amyloid precursor protein)  (APP) irrottamaan amyloidogeenisen beta-.amyloidipeptidin  Abeeta ( engl.  amyloidogenic β-amyloid peptides) (Aβ)  ja  APP proteiinin solunsisäisen  pätkän (engl.  APP intracellular domain) (AICD).
 On laajalti uskottu Abeetan panevan alkuun patogeenisen kaskadin joka huipentuu Alzheimerin tautiin. (Kommentti:  Siihen  keskittyy suurin osa tautia kuvaavasta kirjallisuudesta ja tieteestä)

Ratkaisematta on kuitenkin ollut AICD-pätkän fysiologinen funktio. Tässä tutkimuksessaan tutkijat kertovat  havainneensa, että AICD vahvasti estää Wnt- indusoidun transkriptionaalisen  reportteriaktiivisuuden ja vastavaikuttaa Wnt- indusoituun c-Myc- expressioon.
 However, the physiological functions of the AICD remain elusive. In this study, we found the AICD to strongly inhibit Wnt-induced transcriptional reporter activity, and to counteract Wnt-induced c-Myc expression. 

 Jos AICD funktio puttuu, lisääntyy Wnt/betakateniini välitteinen transkriptiovaste
Loss of the AICD resulted in an increased responsiveness to Wnt/β-catenin-mediated transcription.

 AICD:n havaittiin tekevän interaktion glykogeenisyntaasikinaasi 3beta- entsyymiin (GSK3beta) ja edistävän sen kinaasiaktiivisuutta.
 Mechanically, the AICD was found to interact with glycogen synthase kinase 3 beta (GSK3β) and promote its kinase activity.

 Jatkossa AICD:n vahvista,a Axin-GSK3beta-kompleksi potentioi betakateniinin poly-ubikitinaatiota.( valmiutta silppuroitumaan ja häviämään)

 The subsequent AICD-strengthened Axin-GSK3β complex potentiates β-catenin poly-ubiquitination. 

Kun tehtiin funktionaalisia tutkimuksia koe-eläinten neuroblastoma, feokromosytoma ja primäärineuronisoluilla  osoittautui, että AICD kiihdytti neuronin jatkeen kasvua.
Functional studies in N(2)a mouse neuroblastoma cells, rat pheochromocytoma PC12 cells and primary neurons showed that the AICD facilitated neurite outgrowth.

AICD mylös antagonisoi WNt-supressio-  kasvupysähdystä  ja Wnt-supressoitua neuronijatkeen kasvua mainituissa neuroblastoma ja feokromosytomasoluissa.
 And AICD antagonised Wnt3a-suppressed growth arrest and neurite outgrowth in N2a and PC12 cells.

Yhteenvetona tutkijoitten tuloksista  tunnistuu AICD peptidipätkän uutena inhibitorisena tekijänä kanonisessa Wnt-signalointitiessä ja  he esittävät sillä olevan hermosolun proliferaatiota ja differentiaatiota säätelevä rooli
 Taken together, our results identify the AICD as a novel inhibitory factor of the canonical Wnt signalling pathway and suggest its regulatory role in neuronal cell proliferation and differentiation.

Kommenttini: 

Jos tällainen  tärkeä säätelypeptidi on  normaliteetti, pitäisi sen voida pilkkoutua tietyllä tavalla ja pilkoutuminen voi häiriytyä luonnollisesti ja estää normaalit funktiot. 
Sillä täytyy olla normaalimuoto joissain rajoissa ja sitten niitä epänormaalia pilkkoutumistapoja normialueen ulkopuolella. Solun normaali proteosomaalinen pilkkomiskyky  ja glukoosienergiatila kuuluu sen normaalin toiminnan piiriin.


HUOM mitä tulee alfasekretaasitiehen joka kokonaan on  amyloidogeenisen tien evaasio, kts ADAM10 disintegriini ja metallopoteinaasi, MMP blogini.
http://kirjallisuutta-metalloproteinaasit.blogspot.se/

mGLU reseptorin ja PrP(c) suhde

http://www.fasebj.org/content/25/1/265/F8.medium.gif
Kuten muistetaan erilaisista glutamaattireseptoreista niin  ne sijaitsevat funktioittensa  tärkeyden  mukaisissa järjestyksissä synapsikeskiössä NMDA ja AMPA ovat keskeisempiä ja mGlu taas perifeerisempi koska se kytkee metabolisia seikkoja. Tämä  viite kyllä pitää  "lusläsa "
http://www.pnas.org/content/98/13/7058.full.pdf

Tämä normaali kuparinsitoja PrP(c)  ym hyvää tekevä,  myeliinin synteesissä tärkeä proteiini ja synapsin ylläpitoa hoitava  tekijä on kontaktissa metabolisieen mGLu reseptoriin kuten tämä kuva näyttää.Siis sekin on  kaiketi perifeerisempiä.
Arveltavasti kupariproteiini  avustaa  kaikenlaisen kalvomateriaalin tuotantoa myös  synapseissa.
Mikä sitten on kupariproteiini( mukopolysakkarid?)  aivojen puolella varsinaisen myeliinintupen   ylläpidossa.ja miten tuo reviirin vaihdos aksonisen ja synaptisen  kuparinsitojan  kesken   lokalisoituu.

Kupari ja myeliini. Ranvierin nodus . Perifeerinen hermo.

Tässä koetan löytää tehtävää prioniproteiinille myeliinin ylläpidossa . AD taudissa sanotaan olevan "puutetta kuparista" mutta arvelen että tuollainen raskasmetalli vain sijaitsee jossain väärässä paikassa eikä tule laboratoriokoeputkeen havaittavaksi.
Siis otan kohteeksi Ranvierin noduksen ja sen kuparin. Löytyy tällaista
 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2990.1976.tb00520.x/abstract

:Perifeerisissä hermoissa Ranvierin nodukset littyvät mukopolysakkarideihin, jotka pystyvät sitomaan erilaisia kationeja. Tässä tutkimuksessa on määritelty Ranvierin noduksen kationien sitomiskykyjä demyelinisaatiossa ja remyelinisaatiossa. perineuraalisella alueella.
KUPARIJONIN SITUTUMISEN KOHTA  visualisoituu tiivinä ferrosyanidisakkana ja tätä saatettiin koe-eläimen N peroneuksesta  siten tutkia tarkemmin. .
 Normaalissa hermossa  saostuma esiintyi nodaalisessa  aksonikohdassa ja paranodaalisen aksonikohdan reunamilla. Ennen kuin hermo alkoi demyelinisoitua, se menetti kuparia. Myeliinin fagosytoiduttua ja  aksonin ollessa paljaana demyelinisoituna , hermoon  ei saostunut  kuparin merkitsijää, mutta myeliinittömän alueen  reunoilla olevissa  vielä normaaleissa noduksissa oli kuparia.
Kun remyelinisaatio alkoi, merkitsijää alkoi saostua  vastamuodostuneisiin  nodaalisiin ja paranodaalisiin alueisiin ja interfaasiin säilyneen   ja remyelinisoituvan internodaalisen alueen välille. Kuparin merkitsijän tiheys nousi kun myeliini paksuni. Nämä löydöt osoittavat, että  vakavasti  myeliiniä menettäneet alueet  menettävät kyvyn sitoa kuparia,demyelinisoitu alue ei sido kuparijoneja,  remyelinisoituvat säikeet sitovat kuparijoneja vastamuodostuneissa noduksissa ja Schwannin solut vastaavat nodaalisten mukopolysakkaridien tuotosta.

 Before demyelination, severely beaded fibres sited within the perineurial window displayed a reduction or a loss of nodal precipitate. During the period of myelin phagocytosis and demyelination, precipitate was absent throughout the denuded axon but present at adjacent, uninvolved nodes. At the commencement of remyelination, precipitate appeared at the newlycreated nodal and paranodal regions and at interfaces between preserved and remyelinating internodes. The density increased with myelin thickening. These findings indicate: (1) severely beaded regions lose their normal binding property before undergoing demyelination, (2) demyelinated regions do not bind copper ions, (3) remyelinating fibres bind copper ions at newly-created nodes and (4) Schwann cells are responsible for the production of nodal mucopolysaccharides.

Kupari ja myeliini. Ranvierin nodus . Perifeerinen hermo.

Tässä koetan löytää tehtävää prioniproteiinille myeliinin ylläpidossa . AD taudissa sanotaan olevan "puutetta kuparista" mutta arvelen että tuollainen raskasmetalli vain sijaitsee jossain väärässä paikassa eikä tule laboratoriokoeputkeen havaittavaksi.
Siis otan kohteeksi Ranvierin noduksen ja sen kuparin. Löytyy tällaista
 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2990.1976.tb00520.x/abstract

:Perifeerisissä hermoissa Ranvierin nodukset littyvät mukopolysakkarideihin, jotka pystyvät sitomaan erilaisia kationeja. Tässä tutkimuksessa on määritelty Ranvierin noduksen kationien sitomiskykyjä demyelinisaatiossa ja remyelinisaatiossa. perineuraalisella alueella.
KUPARIJONIN SITUTUMISEN KOHTA  visualisoituu tiivinä ferrosyanidisakkana ja tätä saatettiin koe-eläimen N peroneuksesta  siten tutkia tarkemmin. .
 Normaalissa hermossa  saostuma esiintyi nodaalisessa  aksonikohdassa ja paranodaalisen aksonikohdan reunamilla. Ennen kuin hermo alkoi demyelinisoitua, se menetti kuparia. Myeliinin fagosytoiduttua ja  aksonin ollessa paljaana demyelinisoituna , hermoon  ei saostunut  kuparin merkitsijää, mutta myeliinittömän alueen  reunoilla olevissa  vielä normaaleissa noduksissa oli kuparia.
Kun remyelinisaatio alkoi, merkitsijää alkoi saostua  vastamuodostuneisiin  nodaalisiin ja paranodaalisiin alueisiin ja interfaasiin säilyneen   ja remyelinisoituvan internodaalisen alueen välille. Kuparin merkitsijän tiheys nousi kun myeliini paksuni. Nämä löydöt osoittavat, että  vakavasti  myeliiniä menettäneet alueet  menettävät kyvyn sitoa kuparia, demyelinisoitu alue ei sido kuparijoneja,  remyelinisoituvat säikeet sitovat kuparijoneja vastamuodostuneissa noduksissa ja Schwannin solut vastaavat nodaalisten mukopolysakkaridien tuotosta.

 Before demyelination, severely beaded fibres sited within the perineurial window displayed a reduction or a loss of nodal precipitate. During the period of myelin phagocytosis and demyelination, precipitate was absent throughout the denuded axon but present at adjacent, uninvolved nodes. At the commencement of remyelination, precipitate appeared at the newlycreated nodal and paranodal regions and at interfaces between preserved and remyelinating internodes. The density increased with myelin thickening. These findings indicate: (1) severely beaded regions lose their normal binding property before undergoing demyelination, (2) demyelinated regions do not bind copper ions, (3) remyelinating fibres bind copper ions at newly-created nodes and (4) Schwann cells are responsible for the production of nodal mucopolysaccharides.

Prioniproteiinin normaali funktio ihmisen kehossa

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1986710/
Tämä näyttää olevan aika laaja aihe ja  menee  päiviä suomentamiseen.  Suomennen vain  ytimen nyt:

Tässä katsauksessa tehdään yhteenvetoa useimmista oletetuista solun prioniproteiinin funktioista kuten

•  protection against apoptotic and oxidative stress, suoja apoptoosia ja oksidatiivista stressiä vastaan

• cellular uptake or binding of copper ions,  kuparijonien soluun otto tai  niiden sitominen proteiiniin

• transmembrane signaling, solukalvon läpi tapahtuva signalointi
  

•  formation and maintenance of synapses, synapsien muodostus ja  ylläpito

•  adhesion to the extracellular matrix, adheesio eli   liittymä extrasellulaariseen matriksiin
  

Sitten tutkijat haluavat  hahmottaa,  miten normaalin soluprioniproteiinin puute  tai sen sytoprotektiivisuuden tai elossapitämistoimintojen  kumoutuminen saattaisi vaikuttaa osaltaan prionitautien patogeneesiin ja miten samankaltaiset mekanismit saattanevat operoida myös muissa neurodegeneratiivisisa taudeissa.

  We will also outline how loss or subversion of the cytoprotective or neuronal survival activities of PrP^C might contribute to the pathogenesis of prion diseases, and how similar mechanisms are probably operative in other neurodegenerative disorders.

Prioniproteiinin ja Abetan suhde?

Molemmat olevinaan funktionaalisia  joka ihmisellä. Miten  ne sitten muuttuvat  toisensa pahentajiksi?

Arch Neurol. 2009 Nov;66(11):1325-8. doi: 10.1001/archneurol.2009.223.Cellular prion protein mediates the toxicity of beta-amyloid oligomers: implications for Alzheimer disease.

Nygaard HB, Strittmatter SM.

Program in Cellular Neuroscience, Neurodegeneration and Repair, Yale University School of Medicine, New Haven, CT 06536-0812, USA.

TIIVISTELMÄ

AD tauti kohtaa yli 25 miljoonaa ihmistä maailmassa vajaata puolta prosenttia maailman väestöstä.
Aiemmin on  pidetty faktana, että LIUKENEMATON  Abeta- plakki on se AD patogeneesin  keskeinen asia,  koska niitä kerran näkyy olevan. Mutta  uudempi  näyttö osoittaakin, että LIUKENEMATON ( siis näkymätön tai vaikeammin havaittava )  oligomeerinen Abeta- koostuma saattaakin olla tärkeämpi seikka. On  alettu havaita, että beta-amyloidi oligomeerit  ovat vahvasti synapsitoksisia, hermojen kytkeytymiskohtien( synapsien)  myrkky, mutta MITEN, tätä on pohdittu  tavalla jos toisella (Senhän asian Martin Hallbeckin  työryhmä Lundissa juuri on selvittänyt tänä vuonna 2012) .  Vuonna 2009, jolloin tämä artikkeli julkaistiin, oli havaittu seuraavaakin: Solun prioniproteiini  PrP(c)  toimii  hanakkana reseptorina Abeta-oligomeereille ja täten ohjaa niiden toksisen vaikutuksen kohdistumaan  synaptien plastisuuteen.

 Herein, we review the recently published finding that cellular prion protein (PrP(c)) is a high-affinity receptor for Abeta oligomers, mediating their toxic effects on synaptic plasticity. 

Tutkijat edelleen pohtivat AD:n ja Prioniproteiinin(c) välistä suhdetta  ja mahdollisia kliinisiä sovellutuksia. Solujen prioniproteiini saattaa  tarjota uutta kohdetta  terapeuttiseen interventioon  AD taudissa.

We further discuss the relationship between AD and PrP(c) and the potential clinical implications. Cellular prion protein may provide a novel target for therapeutic intervention in AD.

Free PMC Article

Havainnollinen kuvakin littyy tekstiin.PrP(c)  reseptori houkuttelee  Abeetatoksisuutta muistimolekyylien ja kognition tärkeitten primääritason reseptorien kimppuun  NMDA ja AMPA.