Epigalokatehin-3-galat (EGCG) zelenog čaja ciljano na krivo savijanje proteina u otkrivanju lijekova za neurodegenerativne bolesti 2. dio

3. Pogrešno savijanje proteina u neurodegenerativnim bolestima

Pretvorba proteina iz njihovog prirodnog stanja u pogrešno savijene agregate povezuje se i smatra se uzrokom nekih ND, uključujući AD i PD [133]. Pogrešno savijanje, agregacija i taloženje specifičnih proteina ključne su karakteristike većine progresivnih ND [21,134].

Protein je jedan od esencijalnih nutrijenata za ljudsko tijelo. To je osnovni element koji čini tjelesne stanice i također je jedna od važnih materijalnih osnova za različite fiziološke funkcije ljudskog tijela. Proteini također igraju važnu ulogu u poboljšanju pamćenja.

Prije svega, bjelančevine nam mogu pomoći da poboljšamo sposobnost razmišljanja, a time i pamćenje, jer su bjelančevine osnovna komponenta živčanih stanica. Neuroni su osnovne jedinice koje čine mozak i živčani sustav. Obrada pamćenja i prijenos informacija u mozgu zahtijeva komunikaciju i koordinaciju između neurona. Stoga nam adekvatan unos proteina može pomoći u zaštiti živčanog sustava i poboljšati interakciju između živčanih stanica i neurona u mozgu, čime se poboljšava sposobnost učenja, pamćenja i razmišljanja.

Drugo, proteini nam mogu pomoći stabilizirati naše emocije, ublažiti tjeskobu i stres te na taj način pospješiti poboljšanje pamćenja. Istraživanja su pokazala da ljudi kojima nedostaje proteina često pokazuju simptome emocionalne nestabilnosti kao što su razdražljivost, napetost i razdražljivost jer su proteini osnova za sintezu tvari koje reguliraju emocije. Može pomoći ljudskom tijelu da sintetizira neurotransmitere kao što je dopamin, čime se reguliraju emocije. Kada su naše emocije što stabilnije i opuštenije, sposobnost mozga za obradu informacija može biti maksimizirana, a naše pamćenje će se također poboljšati u skladu s tim.

Ukratko, proteini su važan nutrijent neophodan ljudskom organizmu, a imaju i nezamjenjivu ulogu u poboljšanju pamćenja. Stoga se moramo usredotočiti na unos proteina u svakodnevnoj prehrani, poboljšati funkcije različitih važnih organa u tijelu, poboljšati sposobnost razmišljanja i emocionalnu stabilnost te učiniti sve boljim i boljim u učenju i radu. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer Cistanche ima antioksidativno, protuupalno i anti-age djelovanje, što može pomoći u smanjenju oksidacije i upalnih reakcija u mozgu, čime štiti zdravlje živčani sustav. Osim toga, Cistanche također može pospješiti rast i popravak živčanih stanica, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi učinci mogu poboljšati pamćenje, sposobnost učenja i brzinu razmišljanja, a također mogu spriječiti pojavu kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite sada za poboljšanje funkcije mozga

A, tau, -syn, TDP-43, huntingtin ili prionski protein (PrP) samo su neki od primjera proteina specifičnih za bolest koji se mogu agregirati i pridonijeti patogenezi ND (slika 2).

Krivo presavijeni proteinski agregati uzrokuju staničnu toksičnost i na kraju dovode do stanične smrti u neurodegenerativnim patologijama. U svim slučajevima, proces agregacije igra ključnu ulogu u napredovanju bolesti bilo zbog gubitka funkcije proteina (kao rezultat same agregacije) ili zbog toksičnosti topivih agregata [17,22].

S obzirom da ND-ovi nastaju zajedničkim putem agregacije, pri čemu agregati dijele sličnu strukturu, nije iznenađujuće da ti agregati uzrokuju oštećenje stanica putem sličnih mehanizama.

Međutim, ključne razlike među pogrešno savijenim proteinima javljaju se zbog lokacije agregata, bilo unutar ili izvanstanične, i njihove koncentracije, koja ovisi o nekoliko čimbenika, uključujući stabilnost fibrila [93].

Dobro je poznato da pogrešno savijanje, agregacija i nakupljanje proteina kulminira oštećenjem neurona u kojima se proteini nakupljaju, uzrokujući proces neurodegeneracije [135].

Određeni protein može se saviti u stabilnu alternativnu konformaciju, što u većini slučajeva rezultira njegovom agregacijom i nakupljanjem u tkivima kao fibrilarne naslage [136].

Sve više dokaza pokazuje da je sklapanje amiloidnih fibrila popraćeno konformacijskim promjenama u agregirajućim proteinima. 'Nativno razmotani' polipeptidi A i -syn, na primjer, imaju strukturu prvenstveno nasumične zavojnice u svom topljivom, prirodnom stanju [24].

Međutim, u procesu fibrilogeneze (Slika 3), njihova se struktura pretvara u konformaciju -sheet, što sugerira da stvaranje -sheet-a pokreće proces sklapanja amiloida.

Osim toga, in vitro eksperimenti sugeriraju da ti krivo presavijeni proteini lako tvore unakrsne strukture s profilom kinetike agregacije koji tipično prikazuje sigmoidalnu krivulju gdje se proteini okupljaju u oligomere (faza zaostajanja) prije produljenja fibrila (faza rasta) i plato gdje se fibrili i slobodni monomeri su u ravnoteži (faza zasićenja) [137,138].

Doista, stvaranje amiloidnih fibrila je složen, višefazni proces koji se sastoji od tri faze: nukleacije ili faze zaostajanja, elongacije ili faze rasta i faze zasićenja.

Lag faza počinje s monomerima koji prolaze kroz strukturne preuređenja i samosastavljanje u dimere, trimere i/ili oligomere. U fazi rasta, oligomerna jezgra djeluje kao predložak za monomere u otopini i nastavlja se elongacijom fibrila, potpomognutom fragmentacijom, sekundarnom nukleacijom i spajanjem fibrila.

Konačno, formiranje fibrila postiže ravnotežu u fazi zasićenja sa zrelim fibrilima i smanjenom koncentracijom monomernih vrsta [138].

Značajno je da je otkriće Stanleya Prusinera da se PrP može krivo saviti u patološku konformaciju koja kodira strukturalne informacije sposobne i širiti i inducirati ozbiljnu neuropatologiju, značajno pridonijelo razumijevanju drugih ND [139,140].

Iako postoji sve više dokaza da drugi ND-ovi, posebno AD (A andtau) i PD (-syn), pokazuju barem neka od istih svojstava kao pogrešno savijeni PrP, mnogi ND-ovi s komponentom pogrešnog savijanja proteina sada se nazivaju 'prionskim sličnim' [141,142].

Iako su različiti proteini uključeni u svaki ND, proces pogrešnog savijanja i agregacije proteina je nevjerojatno sličan. Pogrešno presavijeni proteini prenose se između stanica, postajući ono što se naziva 'patološko sjeme' [136].

Eksperimentalne studije sugeriraju da ovi sklopovi potječu od prionske zasijane agregacije specifičnih krivo presavijenih proteina koji se izgrađuju i akumuliraju kako bi formirali intracelularne i/ili izvanstanične lezije tipične za svaki poremećaj [135,143,144]. Prionska paradigma se tako pojavila kao objedinjujuća molekularna osnova za patogenezu mnogih ND [145].

Prionska paradigma smatra da je pogrešno savijanje i zasijana agregacija određenih proteina temeljni uzrok specifičnih poremećaja. Ovo otkriće ima goleme implikacije za razumijevanje mehanizama uključenih u inicijaciju i progresiju ND-a, kao i za dizajn novih strategija liječenja i dijagnoze.

Istraživači se sada usredotočuju na razvoj terapija za poremećaje pogrešnog savijanja proteina koje koriste različite strategije. To uključuje inhibiranje proizvodnje proteina važnih za bolest koji su skloni pogrešnom savijanju, inhibiranje agregacije pogrešno savijenih proteina, uklanjanje i sprječavanje širenja agregiranih pogrešno savijenih proteina i manipuliranje staničnim sustavima za ublažavanje toksičnih učinaka pogrešno savijenih proteina [19].

Budući da su pogrešno savijanje i agregacija proteina vodeći uzroci mnogih ND-ova, nekoliko je studija ispitivalo potencijal ciljanja procesa fibrilizacije amiloidnih proteina u borbi protiv neurodegeneracije.

Niz spojeva identificiran je kao potencijalni inhibitori ili modulatori pogrešnog savijanja i agregacije proteina. Značajno, većina obećavajućih molekula koje su identificirane ciljaju na pogrešno savijene A i -syn; čini se da se ove molekule vežu na oligomere i veće agregate kao što su asamiloidni plakovi [146,147].

Takvi se spojevi mogu kategorizirati u tri glavne vrste: antitijela, inhibitori peptida i inhibitori malih molekula kao što su NP [132]. Konačno, s obzirom na više linija dokaza koji podupiru pogrešno savijanje proteina kao čest uzrok i patološki mehanizam u ND-ovima, predloženo je da bi zajednička terapija za te neizlječive poremećaje mogla biti moguća [24].

Važno je napomenuti da potencijal EGCG protiv mnogih ND-ova pojačava mogućnost razvoja zajedničke terapije lijekovima za različite ND-ove. Posljednjih desetljeća uloga prirodnog polifenola EGCG protiv pogrešnog savijanja i agregacije proteina naširoko je proučavana.

Sada su dostupni različiti dokazi koji podupiru potencijal EGCG-a da inhibira fibrilizaciju i potencijalno inducira rastavljanje krivo smotanih agregiranih proteina (A, tau i -syn) [148-151].

3.1. Krivo presavijeno A u AD

A je krivo presavijeni peptid uključen u patogenezu AD-a, a plak sastavljen od agregiranog A peptida istaknuto je u patologiji AD-a; prema tome, većina lijekova testiranih na AD u posljednja dva desetljeća ciljala je na peptid A [50,66].

Peptidi A su peptidi dugi 39–42-ostatka koji se nalaze u senilnim plakovima mozgova bolesnika s AD [61]. Ovi peptidi su proteolitički fragmenti generirani metabolizmom transmembranskog amiloidnog prekursorskog proteina (APP), koji se zatim samoagregiraju u vodenoj otopini, prelazeći od topivih i uglavnom nestrukturiranih monomera do netopivih uređenih fibrila.

Čim se A nakupi u fibrile izvan stanice, postaje otporan na proteolitičko cijepanje [61,152]. Cijepanje APP pomoću složene obitelji enzima (-sekretaze i -sekretaze) oslobađa A peptide kao uglavnom nestrukturirane monomere [152]. S obzirom na hidrofobnost primarne strukture, A se može podijeliti u četiri regije: dvije hidrofobne i dvije hidrofilne.

Prvih 16 N-terminalnih ostataka čini hidrofilni rep, dok se dvije hidrofobne regije sastoje od središnjeg dijela L17–A21 i C-kraja A30–V40/A42, koji su odvojeni središnjom hidrofilnom regijom E22–G29.

Dvije A hidrofobne regije pokazuju sklonost sekundarnoj strukturi prema -strukturama. Ove regije prolazno usvajaju konformacije i zatim se prolazno mogu saviti u ukosnicu.

Pretpostavlja se da A monomeri u otopini poprimaju prolaznu konformaciju nalik ukosnici, dok su ostaci D23 do K30 izravno uključeni u stvaranje ukosnice [152]. Kao što je ranije spomenuto, unatoč štetnim svojstvima senilnih plakova, veliki broj dokaza implicira topljive oligomere A kao najneurotoksičniju molekularnu vrstu [70,153,154].

Pogrešno savijanje i izvanstanična agregacija A peptida prepoznati su kao glavni uzrok napredovanja AD, što dovodi do stvaranja toksičnih A oligomera i taloženja amiloidnih plakova u mozgu [61]. Predloženo je da bi oligomerne A vrste mogle predstavljati valjanu biološku metu [66,155,156].

3.2. Pogrešno presavijeno -Syn u PD

Protein -syn pretežno je lokaliziran na sinaptičkim mjestima, gdje stupa u interakciju s mnogim partnerima kao što su monoaminski transporteri, citoskeletne komponente, lipidne membrane, šaperoni i proteini povezani sa sinaptičkim vezikulama (SV) [157].

-syn je monomeran i poremećen u svom fiziološkom obliku, iako se u nekim studijama raspravlja o tome usvaja li spiralni tetramer in vivo [158-160]. Osim što je intracelularna agregacija pogrešno savijenog -syn povezana s PD-om, on je upleten u druge ND-ove poput AD, multipla sistemska atrofija (MSA) i demencija s Lewyjevim tjelešcima.

Nadalje, skupinu poremećaja nazvanu sinukleinopatije karakterizira nakupljanje inkluzija bogatih proteinom -syn koje se mogu pojaviti kasnije tijekom života [161,162]. Smatra se da različite vrste agregiranih vrsta (oligomeri, protofibrili, fibrili i drugi) nastaju tijekom procesa -syn agregacije u ovim sinukleinopatijama i da barem neke mogu biti neurotoksične i dovesti do neurodegeneracije [163].

Stoga je ciljanje neuronske akumulacije -syn privlačno kao potencijalna metoda za zaustavljanje odgode napredovanja PD-a i drugih sinukleinopatija [164].

140-aminokiselina -syn je neuronski protein od 14 kDa kodiran SNCA genom na ljudskom kromosomu 4 [165]. Njegov primarni aminokiselinski slijed može se podijeliti u tri glavne domene: N-terminalna domena (1-60), središnja domena (61-95) i C-terminalna domena (96-140).

N-terminalna domena, koja sadrži višestruko ponovljenu konsenzusnu sekvencu (KTKEGV) i ima -spiralnu sklonost, karakterizirana je anamfipatskim amino završetkom bogatim lizinom, koji igra ključnu ulogu u modulaciji njegovih interakcija s membranama i neuređenim, kiselim karboksi- završni rep. Rep je uključen u reguliranje svoje nuklearne lokalizacije i interakcija s metalima, malim molekulama i proteinima.

Središnje područje -syn sadrži visoko hidrofobni motiv poznat kao ne-amiloidna komponenta AD amiloidnih plakova (NAC), koji je uključen u agregaciju -syn pri stjecanju -list strukture. NAC regija je nezamjenjiva za -syn agregaciju.

C-terminalna domena obogaćena je negativno nabijenim i prolinskim ostacima, pružajući fleksibilnost polipeptidu [166,167]. Budući da NAC regija -syn daje veliku sklonost proteinu pogrešnom savijanju, ona formira -sheet amiloidne sklopove, koji se također nazivaju fibrili, pod patološka stanja. Međutim, sklapanje -syn u amiloidne fibrile je dinamično, a postojanje intermedijarnih oligomernih vrsta opsežno je proučavano [164].

Slično oligomernim A, -syn oligomeri uzrokuju više neurotoksičnih učinaka nego veći fibrilarni sklopovi, navodeći da bi mogli biti glavne patogene vrste [168].

Toksična intermedijarna hipoteza nadovezuje se na ovo gledište, sugerirajući da toksični oligomeri ometaju cjelovitost membrana stvaranjem amiloidnih pora, dok su fibrilarni krajnji produkti jednostavno nusprodukt detoksikacije.

Ovo gledište podupire činjenica da se Lewyjeva tjelešca koja sadrže fibrile često nalaze u zdravim dopaminergičkim neuronima [169-171].

4. EGCG za liječenje neurodegenerativnih bolesti

U svjetlu velikog potencijala korištenja zelenog čaja u liječenju ND-a, katehini zelenog čaja opsežno su proučavani, uključujući in vitro i in vivo studije i klinička ispitivanja [16,117]. Terapeutski potencijal EGCG-a, glavnog bioaktivnog spoja zelenog čaja, je sada dobro poznat u istraživanju ND [10]. Tijekom posljednjih 20 godina pokazalo se da EGCG djeluje protiv oksidativnog stresa i poboljšava fenotipove slične AD i PD u različitim in vitro i in vivo modelima (Tablice 2 i 3).

4.1. Dokazi iz in vitro modela neurotoksičnosti

U 1990-ima, studije s modelom A-inducirane neurotoksičnosti pokazale su da prisutnost A 1-42 dovodi do neurotoksičnosti i povećane oksidacije proteina te, kao rezultat, oksidativnog stresa [220-222].

Neurotoksičnost proteina A posredovana je slobodnim radikalima kisika i može se ublažiti antioksidansima i hvatačima slobodnih radikala. Smanjenje oksidativnog stresa antioksidativnim spojevima stoga može biti potencijalna terapijska strategija za liječenje AD.

Početkom 2000-ih, moćna antioksidativna svojstva polifenola zelenog čaja EGCG istraživana su na modelu neurotoksičnosti izazvane A uz korištenje uzgojenih neurona hipokampusa, s rezultatima koji sugeriraju da EGCG ima zaštitne učinke protiv apoptoze neurona izazvane A od uklanjanja reaktivnih vrsta kisika. Ovo je bio jedan prvih izvješća o prednostima EGCG za prevenciju AD [172].

Nakon toga, istraživan je molekularni mehanizam na kojem se temelji neuroprotektivni učinak EGCG-a u modelu neurotoksičnosti izazvane A s fokusom na stanični metabolizam reduciranog glutationa s antioksidativnim svojstvima. Rezultati su pokazali da je liječenje EGCG-om ojačalo staničnu količinu glutationa putem povećane ekspresije -glutamilcistein ligaze [176].

Također se pokazalo da oksidativni stres inducira regulaciju BACE-1 proteina u neuronskim stanicama, što je enzim koji ograničava brzinu u obradi APP i generaciji A, kao i da je terapijska meta za AD [223,224]. Iako je izloženost A 1-42 toneuronskoj kulturi povećala razine BACE-1 proteina, tretman EGCG-om značajno je oslabio A-induciranu proizvodnju radikalnog kisika i formiranje -sheet strukture [174].

Početkom 2010-ih, bilo je poznato da EGCG inhibira A i -syn fibrilogenezu testovi bez stanica; istraživači su zatim istraživali može li EGCG preoblikovati netopljive A i -syn agregate u sustavu staničnih modela [148].

Ovo istraživanje pokazalo je da EGCG može smanjiti staničnu toksičnost zrelih A i -syn fibrila preoblikovanjem njihove strukture. EGCG-om posredovano preoblikovanje amiloidnih struktura bogatih slojevima dovodi do pojave manjih amorfnih proteinskih agregata koji su netoksični za stanice sisavaca [148]. U 2017., korištenje -syn-transduciranih PC12 stanica provedeno je kako bi se istražili zaštitni učinci EGCG-a, pružajući dokaze da EGCG može zaštititi ove stanice od -syn-induciranih oštećenja inhibiranjem prekomjerne ekspresije i fibrilacije -syn-a u stanicama [151].

Novija studija je objavila da EGCG može interferirati s Cu(II)-induciranom fibrilacijom -syn i zaštititi vitalnost stanica. Istraživači su pokazali da EGCG inhibira stvaranje Cu(II)-induciranih reaktivnih kisikovih vrsta (ROS), što dovodi do smanjene prekomjerne ekspresije i fibrilacije -syn u stanicama. Štoviše, kombinacija Cu i EGCG pokazala je bolju krioprotekciju nego sam EGCG. Ovdje je vrijedno napomenuti da je Cu(II) anoksidans koji također ubrzava fibrilaciju i agregaciju proteina [183].

Također postoje dijelovi dokaza o neuroprotektivnim učincima EGCG-a u modelima neurotoksičnosti PD Parkinsonovih neurotoksina uključujući spojeve poput 6-hidroksidopamina (6-OHDA), 1-metil-4-fenil{{4 }},2,3,6-tetrahidropiridin (MPTP), rotenon (ROT) i parakvat. EGCG je pokazao izvanrednu zaštitu neurona od neurotoksičnosti parakvata, 6-OHDA i MPP+, ali ne i od ROT [173,175,178,180,181].

U evaluaciji neuroprotektivnih učinaka EGCG-a na disocirane mezencefalne kulture tretirane ROT-om i organotipske strijatalne kulture, EGCG je djelomično poništio učinke ROT-a u kulturama strijatalnih rezova smanjenjem dušikovog oksida (NO), ali nije disocirao stanice protiv toksičnosti ROT-a [178] .

Iako potonja studija nije pokazala da EGCG štiti od neurotoksičnosti izazvane ROT-om u staničnim modelima, nedavno je objavljeno da EGCG ima neuroprotektivni učinak in vivo na modele PD-a izazvane ROT-om [206,207]. Zajedno, ovi rezultati in vitro modela neurotoksičnosti podupiru ideju da se EGCG može koristiti kao neuroprotektivno sredstvo za liječenje ND.

For more information:1950477648nn@gmail.com