Amyloidin edeltäjäpeptidin (APP) metabolian selitys vuonna 2015 J Panneen väitöskirjan mukaan)

Miten vuonna 2015 selitetään Amyloidiprekursoripeptidin (APP) metabolia? (J Panneen väitöskirjan mukaan) Sivulta 4-5.

Miten normaalin APP:n Abeta-jakso muodostuuu ongelmaksi?

Terminologiaa:

(1) Ei-amylogeeninen tie: 

APP, alfa-sekretaasi:, sAPPalfa,, CTFalfa

+ Gamma-sekretaasi: : Abeta (17-34)- Abeta (17-42) , AICD
 

(2) Amylogeeninen tie:

APPP, BACE1, beta-sekretaasi1 , sAPPbeta, CTFbeta 

+ gamma-sekretaasi:  Abeta (17- Abeta(17-42) , AICD

(3) Kolmas tie

APP,  Betasekretaasi , sAPPbeta, CTFbeta

+Alfa-sekretaasi: Abeta(1-13)- Abeta(1-16)., CTFalfa

Abeta-peptidit ovat luonnollisia aineenvaihduntatuotteita transmembraanisen glykoproteiinin APP (amyloidin edeltäjäproteiinin) pilkkoutumisesta.

Abeta-peptidiä kehittyy amyloidogeenistä tietä (2) beta-sekretaasin (BACE1) ja gamma-sekretaasin peräkkäisten toimintojen seurauksena.

BACE1,  beta-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme 1, beta-kohdasta APP:tä pilkkova sekretaasi.

Gamma-sekretaasi on kompleksi, jossa on ainakin neljä välttämätöntä komponenttia: homologiset preseniliini-1(PS-1) ja preseniliini-2 (PS-2), nikastriini( nicastrin), Aph-1 ja Pen-2. Sen aktiivikohdassa sijaitsevat PS-1 ja PS-2.

(2) Amyloidogeenisessä tiessä beta-sekretaasi pilkkoo pois ison pätkän APP:n extrasellulaarista domeenia (sAPP beta). Jäljelle kalvoon kiinnijäänyt karboksyterminaalinen pätkä (CTFbeta) pilkkoutuu sitten gamma-sekretaasilla , jolloin vapautuu Abeta(1-42) ja useita karboksyterminaalisesti lyhentyneitä muotoja joissa on Abeta(1-40) ja Abeta (1-38).

(1) Entä mikä on ei-amyloidogeeninen tie? (normaali aineenvaihdunta)

Tässä estyy abeta-peptidin muodostuminen, koska transmembraani glykoproteiini APP katkeaa juuri keskeltä sitä Jakso, joka muodostaisi Abetaa. Ja tätä oikeaa katkaisua vaikuttaa alfa-sekretaasi. Sen toimiessa vapautuu solun ulkopuolinen sAPPalfa-domeeni, liukoinen APP-alfa, jolloin plasmakalvoon jää kiinni karboxyterminaalinen CTF-alfa pätkä (Carboxy- Terminal Fragment , CTF).ja se voi pilkkoutua edelleen gamma-sekretaasilla, jolloin vapautuu lisää kalvossa kiinniolevaa materiaalia  solun ulkopuolelle  Abeta(17-34)-Abeta (17-42).

(3) Kolmas tie

On toinenkin alfa-sekretaasista riippuva hajoamistapa APP-molekyylillä ja siinä taas alfa-sekretaasi ja beta-sekretaasi vaikuttavat samaan APP-molekyyliin ja seuraa useita lyhyempiä Abeta-peptidejä ja niissä tavataan Abeta(1-13) alkaen Abeta (1-16) muotoon asti lyhyttä peptidiä.

Aivoselkäydinnesteen biomerkitsijöiden II kliinisessä vaiheessa olevissa tutkimuksissa on havaittu yllämainitun pilkkoutumistavan suosiutuvan gamma-sekretaasi-inhibiittoria saavilla AD-potilailla, mikä viittaisi siihen, että lyhempiä abeta-peptidejä voitaneen käyttää indisoimaan kohteen osallistumista.

(4)  Lisäksi on osoitettu, että APP proteiinin prosessoimineen on paljon monimutkaisempaa kuin vain nämä kolme pääasiallista tietä. On tunnistettu useita Abeta-peptidejä, joiden päätyaminohappo on Abetasekvenssin Q15 ja jotka alkavat N-terminaalisesti betasekretaasin pilkontakohdasta ja ne ovat niin sanottuja APP/Abeta(-x-15)-fragmentteja. Solumalleilla on osoitettu, että nämä fragmentit lisääntyvät vasteena BACE1 inhibitioon. Useita tällaisia N-terminaalisesti pidentyneitä peptidejä oesiintyy myös aivoselkäydinnesteessä

 ABETAN eliminaatiosta

On esitetty useita Abeta-peptidin poistuma ja puhdistumamekanismeja (clearance) ja niihin kuuluu entsymaattinen hajoittaminen ja veriaivoesteen yli kuljettaminen aivoselkäydinnesteen puolelta vereen. Sekä insuliinia hajoittava entsyymi (IDE) että neprilysiini (NEP) voivat hajoittaa Abetaa monista kohdista, mutta vain NEP on osoittautunut sellaiseksi, mikä hajoittaa peptidin mahdollisesti neurotoksisia oligomeerejä.

Muitakin entsyymejä näyttää osallistuvan Abetan hajoittamiseen kuten endoteliiniä (ET) konvertoiva entsyymi (ECE), plasmiini, angiotensiiniä (AT) konvertoiva entsyymi (ACE), matrixzmetalloproteaasit (MMP) ja katepsiini B.

Lysosomaalisessa tiessä Abetan poistuma välittyy LDL-reseptoriin korreloivien proteiini(LRP) -ligandien alfa2-makroglobuliinin ja apolipoproteiinin kautta ja abeta voidaan myös aktiivisti kuljettaa aivoselkäydinnesteestä veriaivoesteen läpi veren puolelle LRP:n avulla.

On epäilty sitäkin, että jos veri-aivoeste (Blood Brain Barrier) toimii huonosti, Abetan toksisten muotojen poistuma aivoselkäydinnesteestä veren puolelle on alentunuttaa.

Äskettäin on havaittu hiiriltä eräs nesteenkuljetustie aivoista ja sitä sanotaan lymfaattiseksi tieksi. Tässä kuljetustiessä arvellaan liukoisten aineiden ( joihin todennäköisesti kuuluu liukoinen Abeta) kulkeutuvan interstitiaalisesta nesteestä (kudoksen soluvälinesteestä) subaraknoidaliseena aivoselkäydinnestevuona läpi interstitiaalisen tilan aivoissa ja poistuvan paravenöösejä, laskimon vierisiä drenaasiteitä.

Entä jos APP ei olekaan normaalia? Tässä täytyy ajatella geneettistä rakennetta. 

(Ps. kalvoonjäävä pieni C-terminaali omaa fysiologisen funktion, joka on aiemmin selvitetty:
Tässä alla  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 )

APP /sAPP "venyttävät" , kasvattavat, molemmistä päistä uutta neuronia tarkkoihin asemiinsa jotta neuronaalinen jatkuvuus stabiloituu - funktionaalisuus mahdollistuu

Periaate. Ajatelkaa kaikista aina hyvää ja selittäkää asiat parhain päin. Siis mitä hyvää on APP:ssä?
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25903790

J Neurochem. 2015 Apr 22. doi: 10.1111/jnc.13133. [Epub ahead of print]

Analysis of the amyloid precursor protein role in neuritogenesis reveals a biphasic SH-SY5Y neuronal cell differentiation model.da Rocha JF¹, da Cruz E Silva OA¹, Vieira SI¹. Abstract

 On hyvin pystytty osoittamaan, että on olemassa sisäinen ohjelmointi, mikä kontrolloi neuritogeneesiä (hermosolujen kehittymistä alkujaan)  ja se aktivoituu varhain hermosolujen differentioitumisen aikana ja regeneraatiovaiheissa. Mutta edelleen on tieteen tutkimuskohteina yksittäisten molekulaariset osatekijät ja tapahtumat ja miten  tällaisen sisäinen ohjelma modifioituu ympäristön signaaleista.

Amyloidiprekursoriproteiini ( amyloidin edeltäjävalkuainen) APP on kehittyvän ja kysyvän hermojärjestelmän neuromodulaattori, kuitenkin hyvin monimutkaqisella mekansimillä, josta ollaan  vähemmän selvillä.

• The existence of an intrinsic programme controlling neuritogenesis and activated during early neuronal differentiation and regeneration stages is well established. However, the identity and role of each molecular player and event, as well as how such a programme is modified by environmental signals, remain a focus of research. The amyloid precursor protein (APP) is a neuromodulator of the developing and mature nervous system, although in a highly complex manner which is far from clear. 

 Tutkijat  ottivat selvittääkseen APP:n indusoiman neuritogeneesin ( miten APP saa aikaan hermosolun kehkeytymistä)  ja ensiksi he loivat erään työmallin,  A-vitamiinijohdannaisen (RA)  indusoiman   soluerilaistumismallin,  jossa voitiin mitata    retiinihappoannoksia, morfologisia  muutoksia ja relevantteja biokemiallisia merkitsijöitä. Tuloksissa  oli  havainto kahdesta  ajallisesti eroavasta erilaistumisvaiheesta samalla A-vitamiiniannoksella ja siihen korreloi  moninkertainen lnousu  suhteessa  APP:n ja asetyloituneen tubuliinin kesken.

• To study APP-induced neuritogenesis, the retinoic acid (RA)-induced SH-SY5Y cell differentiation model was first minutely characterized in terms of RA dose, morphological outputs and relevant biochemical markers. The findings reported here unveiled two differentiation phases for the 10 μM RA dose: 1-4 (4 days excluded) and 4-8 days, clearly defined by fold increases in the ratio between APP and acetylated Tubulin. 

 Tutkijat ovat ensimmäisiä, jotka raportoivat sekretorisen APP(sAPP/ APP- suhteessa  ilmenevän huipun  ensimmäisen  jakson aikana. Jatkossa tehdyt  APP ja sAPP modulaatiot vahvistivat, että korkea suhde  sAPPP/APP  vahvistaa  varhaisessa neuitogeenisesä vaiheessa  neuronin  pienten ulokkeitten pidentymistä. Toisess vaiheesa tämä sAPP/APP suhde putoaa ja samalla holoAPP määrä nousee ja avustaa pitämään yllä  pitempiä neuriitteja, mahdollisesti  vakauttamalla niitä. ( stabiloimalla).

• Moreover, we describe, for the first time, a unique peak of secreted APP (sAPP)/APP ratio in the first phase. Subsequent APP and sAPP modulations confirmed that a high sAPP/APP ratio potentiates the elongation of smaller processes at the earlier neuritogenic phase. This sAPP/APP ratio drops in the second phase, as holoAPP levels increase to assist the maintenance of the longer neurites, potentially via their stabilization. 

 Tutkijat osoittivat  koemallissaan bifaasisen erilaistumisen ja kuvasivat  Alzheimerin taudista  tunnetuksi tulleen   edeltäjäporoteiini APP:n   ja sekretorisen sAPP:n   käyttäytymistä tässä mallissa.  Tässä havaittiin ainutlaatuinen  sAPP/APP suhteen käyrässä esiintyvä   huippu  ensimmäisessa faasissa ja tasanne  holoAPP:n osalta  toisessa faasissa., jotka molemmat  korreloivat  APP:n neuritogeeniseen funktioon. 

• We show that SH-SY5Y cells differentiation ('Diff.') induced by 10 µM retinoic acid (RA) is biphasic, and describe the behaviour of the Alzheimer's amyloid precursor protein APP and its secreted sAPP fragment in this model. This includes a unique sAPP/APP peak in the first phase, and a plateau for holoAPP in the second phase, both related to APP neuritogenic functions.

© 2015 International Society for Neurochemistry.

KEYWORDS:

acetylated tubulin; amyloid precursor protein; morphometric analysis; neurite outgrowth; neuritogenesis; neuroblastoma cells

PMID:

25903790

[PubMed - as supplied by publisher] 

Vertaa.  

Kun sähkötyötekijä  yhdistelee kaapelit on jatkuvuuden ja kontaktin aikaansaaminen  funktionaalisesti  se olennainen   Normaali APP kottaa saada sitä  jatkuvuuden vakautusta aikaan näihin  erityisen  tehtävän omaaviin soluihin, jotka kuljettavat impulsseja jonien tasossa.   Jos tämä  vakauttajajärjestelmä  luhistuu asiaa ei paranna  "lisätä  sähkövirtaa"  vauriokohtiin ja toivoa että  funktio  siitä paranee.  ( siis  varsinaisten hermonvälittäjien pitoisuuden lisääminen ei paranna neuronien välistä kontaktivajetta, vaikka amssiivinen  määrä jotain   ainetta voi aiheutaa  jonkin reflektorisen potkun alavirran neuronilta.

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/