Ponovno usklađivanje metabolizma glukoze i lipida izazvano utišavanjem receptora 17 povezanog s G proteinom omogućuje prijelaz oligodendrocitnih progenitora u mijelinizirajuće stanice

4. Rasprava

Posljednjih je godina nekoliko studija istaknulo važnost GPR17 u diferencijaciji OL-a, potvrđujući ovaj receptor ne samo kao marker preciznog vremenskog okvira sazrijevanja (tj. O4plusprije OL međufaza), ali pokazujući da također djeluje kao aključni regulator OPC diferencijacije[12,19]. Naime, tijekom fiziološke diferencijacije,nakon međufaza OPC-a, GPR17 mora biti utišan kako bi se omogućilo terminalno sazrijevanje stanica, događaj koji se vjerojatno događa kroz regulaciju/internalizaciju membranskih receptorskih kompleksa i nuklearnu represiju transkripcije gena gpr17 [37,40]. Neispravno utišavanje GPR17, tj. sva stanja koja dovode do trajne aberantne ekspresije GPR17 (poput onih uočenih u nekoliko neurodegenerativnih stanja povezanih s demijelinizacijom), blokira stanice u nezrelim stadijima i pridonosi defektima remijelinizacije [15,41]. To je dovelo do hipoteze da pravovremeno utišavanje GPR17 djeluje kao "zeleni signal" za promicanje učinkovite mijelinizacije favoriziranjem metaboličkih i biokemijskih procesa potrebnih za sazrijevanje stanica [13]. Međutim, priroda i točna posljedica događaja aktiviranih utišavanjem GPR17 još su nepoznati. Ovdje smo se pozabavili ovim nedostatkom tako što smo prvo izvršili cijelu transkriptomsku analizu OPC-ova u normalnim uvjetima i nakon oponašanja regulacije GPR17 siRNA tehnologijom, nakon čega je uslijedila analiza skupa podataka različito izraženih gena pristupima koji se temelje na putu i ontologiji. Ova početna analiza sugerirala je promjene različitih načina i bioloških procesa poznatih po svojoj važnosti u sazrijevanju OL-a, uključujući mTOR i Wnt signalne putove, remodeliranje citoskeleta i regulaciju energije i OPC metabolizma.

KLIKNITE OVDJE DA DOBIJETE CISTANCHE ZA NEURODEGENERATIVNE BOLESTI

Ciljana metabolomska analiza tijekom diferencijacije OPC-a i nakon utišavanja GPR17 omogućila nam je da dobijemo uvid u moguću vezu između ekspresije GPR17 i metabolizma OPC-a. U ranim OPC-ima, kada je ekspresija GPR17 još uvijek fiziološki niska, stanice su pokazivale visoke razine metabolita koji pripadaju Krebsovom ciklusu, kojih je u kasnijim vremenima bilo puno manje, što ukazuje na njihovu potrošnju za proizvodnju drugih ključnih metabolita. To je u skladu s literaturnim podacima koji pokazuju da su OPC-i metabolički aktivniji od OL-a i da proizvodnja ATP-a u OPC-ima glodavaca pretežno ovisi o oksidativnoj fosforilaciji [7]. U međufazama (od DID 1 do DID 3), pre-OL-i su pokazali izraženu regulaciju molekula uključenih u sintezu masnih kiselina i kolesterola, poput acetil-CoA (koji predstavlja prethodnik kolesterola i masnih kiselina) i malonil-CoA (a specifični intermedijer sinteze masnih kiselina). Ove su se promjene savršeno poklopile s vremenom ekspresije GPR17 u OPC-ima, koje je vrlo nisko na dan 0, kada su OPC-i inducirani da izađu iz staničnog ciklusa i počnu diferencijaciju, i postupno dostiže svoju maksimalnu ekspresiju na DID 3, kada je pre -OL su već smanjili metabolite koji su uključeni u stanični ciklus i reguliraju molekule povezane sa sintezom masnih kiselina. Globalno, ovi podaci pokazuju da kada GPR17 dostigne svoju maksimalnu ekspresiju, pre-OL uglavnom koriste glukozu i aminokiseline za održavanje biosinteze kolesterola i masnih kiselina. Treba napomenuti da je poznato da, unatoč tome što aerobna glikoliza stvara ATP s manjom učinkovitošću od oksidativne fosforilacije, ona proizvodi prekursore ugljikovog lanca neophodne za potporu biosinteze proteina i lipida za proizvodnju mijelina [42], ograničava proizvodnju ROS-a i potiče proizvodnju dugotrajnih lipida potrebnih za OL mijelin [7]. Također smo primijetili smanjene razine AMP i ADP od dana 0 do DID 5 i prolazno povećanje ATP između DID 1 i 3. Ovi podaci potpuno su kompatibilni s ekspresijom GPR17 i njegovom konsolidiranom ulogom u regulaciji (u suradnji s drugim GPCRs) unutarstanična proizvodnja cikličkog AMP (cAMP) iz ATP-a tijekom OL diferencijacije [13,43,44]. Kada ekspresija GPR17 počne rasti (DID 1 do 3), endogeni ligandi pospješuju postupno povećanje aktivnosti Gi proteina povezanog s receptorom, koji zauzvrat smanjuje proizvodnju cAMP [12], što rezultira povećanim unutarstaničnim razinama ATP-a (ovdje djeluje kao supstrat adenilil ciklaze za sintezu cAMP), istodobno s povećanim razinama metabolita biosinteze lipida (acetil-CoA i malonilCoA). Ovi su podaci također u skladu s konceptom da se anabolički metabolizam (kao što je sinteza lipida) obično odvija u povoljnom energetskom statusu.

Nakon utišavanja GPR17, rezultati naše metabolomske analize sugeriraju opsežno ponovno ožičenje OPC metabolizma. Promatrali smo promjene u obilju intermedijera Krebsovog ciklusa, kao što su fumarat, malat i citrat (početni supstrat za sintezu lipida i kolesterola) i drugih metabolita opisanih u literaturi zbog njihove ključne uloge u preživljavanju i diferencijaciji OL-a. , kao i u sintezi mijelina, kao što su kreatin, taurin i laktat [39,45,46]. Unatoč tome što su sve te izmjene potencijalno zanimljive, odlučili smo usmjeriti naše analize na ulogu laktata, na temelju prethodnihpodaci koji ga uključuju u OL stanični metabolizam, diferencijaciju i mijelinizaciju [4,47], kao i u komunikaciji s obližnjim neuronima i glijom [48]. Analiza intracelularnog obilja laktata tijekom fiziološke diferencijacije OPC-a pokazala je kinetiku koja slijedi onu GPR17 (visoke razine u srednjim fazama, niske razine tijekom početnih i završnih faza), dok su se nakon utišavanja GPR17 razine laktata prerano smanjile, dosegnuvši minimum u srednjim fazama. Odnos između ekspresije GPR17 i obilja laktata prethodno je uočen u nedavnim studijama, gdje je povećanje glikolize i proizvodnje laktata, sekundarno zbog promjene osi cAMP-PKA-PDK1, pronađeno u OL-ovima koji potječu od GPR17 knock-out životinja [49]. Prema tome, naša analiza mikromreža na GPR17-utišanim OPC-ovima pokazala je pojačanu regulaciju gena povezanih s glikolizom i proizvodnjom laktata (PFK, PDK1, LDH); međutim, s druge strane, naši metabolički podaci pokazali su smanjenje unutarstaničnih razina laktata. Kako bismo rasvijetlili ove naizgled suprotne rezultate, procijenili smo otpuštanje ovog metabolita u mediju kulture. Povećane razine laktata pronađene su u isto vrijeme kada su pronađene snižene koncentracije laktata u staničnoj citoplazmi, što sugerira otpuštanje ovog metabolita izvanstanično, te da bi GPR17 u OL mogao igrati važnu ulogu u transportu energetskih metabolita do neuronskih stanica. Ova hipoteza je potkrijepljena nedavnim otkrićem koje pokazuje da kod GPR17 nokaut miševa povećane razine laktata u okruženju hipotalamičkih neurona mogu modulirati neuronsku aktivnost aktivacijom AKT i STAT3 puteva [49]. Na temelju ovih dokaza, nagađamo da bi se sličan mehanizam mogao primijeniti na taurin i kreatin, za koje je poznato da pozitivno reguliraju proces mijelinizacije [45,46], a čije su unutarstanične razine doista smanjene u GPR17-utišanim OPC-ovima. Treba napomenuti da je pokazano da neuroni ne izražavaju enzime odgovorne za sintezu ovih metabolita, što sugerira da oni mogu potjecati samo iz susjednih glijalnih stanica [50,51]. 

Sposobnost OL-a da uvezu laktat ili ga oslobode izvan stanice posredovana je monokarboksilatnim transporterom 1 (MCT1), odgovornim za pasivni transport laktata i vodika prema citoplazmi ili izvanstaničnom okruženju kao odgovor na njegove koncentracije u dva odjeljka [47,52]. Unatoč in vivo opažanjima koja pokazuju da nedostatak MCT1 u OL i njihovim potomcima u ranom postnatalnom razdoblju i u ranoj odrasloj dobi ne utječe na mijelinizaciju, vjerojatno zbog dostupnosti drugih energetskih intermedijera kao što je glukoza, tijekom odrasle dobi, gubitak MCT1 dovodi do aksonopatije i hipomijelinizacije, pokazujući bitnu ulogu koju monokarboksilne kiseline igraju u energetskoj homeostazi OL-a [53]. U našoj studiji, povećanje izvanstaničnog laktata uočenog nakon utišavanja GPR17 bilo je povezano s ubrzanim sazrijevanjem, povećavajući mogućnost da laktat koji oslobađaju zreli OL mogu preuzeti nezreli OL kako bi poboljšali svoje sazrijevanje na autokrini način. Kako bismo procijenili ovu hipotezu, blokirali smo oslobađanje laktata izlaganjem GPR17-utišanih OPC-ova selektivnom inhibitoru MCT1. Smanjenje efluksa laktata doista je rezultiralo smanjenim sazrijevanjem OPC-a, što sugerira da bi regulacija GPR17 mogla potaknuti oslobađanje laktata izvanstanično, šireći tako proces sazrijevanja na obližnje stanice. Sukladno tome, nedavne studije pokazale su da laktat može izravno pospješiti brzinu staničnog ciklusa i diferencijaciju OPC-a [39]. 

Promjene ekspresije uočene nakon utišavanja GPR17 također ukazuju na potencijalnu vezu između ekspresije GPR17 i aktivacije sintetskih putova lipida i kolesterola. Među najrelevantnijim promjenama pronašli smo povećanu ekspresiju LXR-a i njegove ciljne gene, SREBP1c, ABCG1 i ABCA1. Sposobnost LXR promicanje stanične diferencijacije u OL-ima dokazano je in vivo nakon demijelinizacije izazvane lizolecitinom: LXR aktivacija prirodnim (tj. oksisterolima) i sintetskim agonistima pospješuje remijelinizaciju područja zahvaćenih demijelinizirajućom ozljedom [54]. Oksisteroli su također proupalne molekule koje mogu aktivirati nekoliko receptora povezanih s G proteinom, uključujući GPR17 [55], čija je sposobnost reagiranja na hitne signale povezane s oksidativnim stresom, neuroinflamacijom i neurodegeneracijom nadaleko poznata. Promjene ekspresije gore opisanih faktora transkripcije također su neophodne za reorganizaciju metabolizma lipida koja se događa tijekom sazrijevanja OL-a [56], omogućujući tim stanicama da povećaju sintezuspecifične klase lipida i postupno mijenjaju sastav njihove plazma membrane [2]. Ova promjena karakterizira prijelaz s OPC-a na zrele OL-ove; na primjer, pokazalo se da se neki glikosfingolipidi specifični za mijelin počinju proizvoditi u blizini terminalne diferencijacije i održavaju se u zrelim mijelinizirajućim OL [57]. Naši lipidomski podaci sugeriraju da ekspresija GPR17 može izravno utjecati na obilje lipida specifičnih za mijelin, kao što su ceramidi i sfingomijelini. Pokazalo se da pravilna ravnoteža između sinteze i razgradnje sfingolipida igra ključnu ulogu u održavanju integriteta mijelina [58,59]. Štoviše, otkrili smo da je nokdaun GPR17 na DID 5 doveo do smanjenih razina nekoliko diacil-PC i diacil-Pes, koji su glavne vrste zastupljene u mijelinskoj membrani, kako je navedeno u literaturi [60–62]. Otkriće da ovi lipidi mogu igrati ulogu u stabilizaciji uvodne linije mijelina [61] nadalje podržava ključnu ulogu GPR17 kao ključnog igrača u određivanju sastava i funkcije mijelina. Unatoč smanjenim razinama diacil-PC i diacil-PE, također smo pronašli povećane razine nekoliko plazmalogena (tj. acil-alkil-PC) nakon smanjenja GPR17 na DID5. Ti plazmalogeni dobiveni iz PC-a predloženi su kao zaštitni agensi u mijelinu budući da sprječavaju peroksidaciju membranskih lipida reaktivnim vrstama kisika [63,64]. Zaštitni učinci plazmalogena pripisani su vodikovom atomu uz vinil etersku vezu. Doista, ovaj atom vodika može biti osjetljiviji na oksidaciju s obzirom na estersku vezu prisutnu u diacil-PC i diacil-PE [63,64]. Nadalje, mijelinski plazmalogeni sudjeluju u formiranju membrane i/ili održavanju [65,66]. Na temelju naših rezultata zaključujemo da je GPR17 također važan u reguliranju ravnoteže između diacil-PC i diacil-PE i njihovih odgovarajućih plazmalogena kako bi se osigurala optimalna struktura i funkcija mijelina. Međutim, treba uzeti u obzir da bi se plazmalogeni mogli povećati bez GPR17 kao zaštitnog mehanizma s obzirom na njihovu antioksidacijsku ulogu. Promjene mijelinskih lipida također su opisane kod štakora s dijabetesom [62], što je temelj veze između metabolizma glukoze i mijelinizacije. Zabilježeno je da su bolesti karakterizirane disregulacijom metabolizma lipida ili glukoze (tj. dislipidemije i dijabetes) povezane s većim rizikom od MS [67,68], iako se još uvijek uvelike raspravlja o točnim patogenetskim mehanizmima koji povezuju ove metaboličke disfunkcije s MS-om. Štoviše, spektrometrijska analiza mase otkrila je povećanu zastupljenost fosfolipida i smanjenje sadržaja sfingolipida u normalnoj bijeloj tvari (NAWM) ispitanika s aktivnom MS [69], što sugerira da se specifične metaboličke promjene mogu pojaviti prije pojave demijelinizirajućih lezija. Treba napomenuti da smo u prethodnoj studiji pokazali da NAWM bolesnika s MS-om predstavlja najveće obilje stanica koje eksprimiraju GPR17-u usporedbi s MS lezijama i WM-om zdravih subjekata [20].

Naša je studija prva koja je pokazala uključenost regulacije GPR17 u ponovno uspostavljanje metabolizma OPC-a tijekom diferencijacije, ali treba uzeti u obzir neka ograničenja/upozorenja. Prvo, u ovoj studiji koristili smo primarne kulture koje u usporedbi sa staničnim linijama imaju i prednosti i nedostatke. Unatoč tome što su primarni OL-i skloniji dosezanju faze mijelinizacije, podaci dobiveni korištenjem ovih stanica mogu imati veću varijabilnost, zbog činjenice da OPC-i nisu sinkronizirani i stoga slijede malo različitu kinetiku sazrijevanja in vitro između neovisnih eksperimenata. Međutim, kako bismo riješili ovaj problem, primijenili smo metodu analize koja identificira uzorke koji u svom metabolomičkom profilu odstupaju od drugih uzoraka iste skupine, dopuštajući preraspodjelu u odgovarajuću skupinu. Drugo, upotrijebili smo ciljani metabolomički pristup koji nam je omogućio prikupljanje nekoliko razina metabolita i promjena u reprezentativnim metaboličkim putovima. Kao takva, sveobuhvatna neciljana metabolomska analiza (bez a priori definicije metabolita koje treba otkriti) može biti dodatno informativna o drugim metabolitima koji nisu uzeti u obzir u našoj ciljanoj metabolomici, stvarajući tako nove radne hipoteze u ovom području. Treće, iako naša studija predstavlja značajan napredak u razumijevanju uloge GPR17 u sazrijevanju OPC-a, i dalje je potreban daljnji rad kako bi se procijenila relevantnost metaboličkih promjena izazvanih njegovom regulacijom u patološkim stanjima. U tom kontekstu, buduće studije bit će usmjerene na procjenu može li se modulacija GPR17 iskoristiti za poboljšanje metabolizma OL tijekom dinamike demijelinizacije/remijelinizacije u životinjskim modelima MS-ai može li disregulacija GPR17 korelirati sa specifičnim metaboličkim promjenama u ljudskim MS lezijama i NAWM-u.

Uzeti zajedno, naši rezultati sugeriraju da receptor GPR17 može djelovati kao kontrolna točka neophodna zainhibiraju preuranjenu mijelinizaciju i održavaju reaktivnost stanicana izvanstanične signale inaglasiti uključenost GPR17 regulacije prema doljeukoordinacija energijeipreustroj metabolizma lipidapotreban za sazrijevanje OPC-a, pružajući bitne savjete obioaktivni metabolitiilipidi reguliraniod strane receptora. Na temelju naših prethodnih podataka o promjenama ekspresije GPR17 u patogenezi MS-a i neuspjehu remijelinizacije, predlažemo da ovi funkcionalni i mehanički uvidi moguy nadahnuti nove farmakološke i terapijske pristupezaliječenje neurodegenerativnih bolesti. 

Reference

1. Butt, AM; Papanikolaou, M.; Rivera, A. Fiziologija oligodendroglije.Adv. Exp. Med. Biol.2019, 1175, 117–128. [CrossRef] [PubMed] 

2. Brod, KA; Werner, HB Mijelinizacija živčanog sustava: mehanizmi i funkcije.Annu. Rev. Cell Dev. Biol.2014, 30, 503–533. [CrossRef] [PubMed]

3. Narine, M.; Colognato, H. Trenutačni uvidi u metabolizam oligodendrocita i njegovu moć oblikovanja krajolika mijelina.Ispred. Ćelija. Neurosci.2022, 16, 892968. [CrossRef] 

4. Tepavčević, V. Oligodendroglijalni energetski metabolizam i (re)mijelinizacija.Život2021, 11, 238. [CrossRef] [PubMed] 

5. Rao, VTS; Khan, D.; Cui, QL; Fuh, SC; Hossain, S.; Almazan, G.; Multhaup, G.; Healy, LM; Kennedy, TE; Antel, JP Različiti metabolički profili oligodendrocita ovisni o dobi i stanju diferencijacije u optimalnim uvjetima i uvjetima stresa.PLoS JEDAN2017, 12, e0182372. [CrossRef] 

6. Schoenfeld, R.; Wong, A.; Silva, J.; Li, M.; Itoh, A.; Horiuchi, M.; Itoh, T.; Zadovoljstvo, D.; Cortopassi, G. Oligodendroglijalna diferencijacija inducira mitohondrijske gene, a inhibicija mitohondrijske funkcije potiskuje oligodendroglijalnu diferencijaciju.Mitohondrij2010, 10, 143–150. [CrossRef] 

7. Rone, MB; Cui, QL; Fang, J.; Wang, LC; Zhang, J.; Khan, D.; Bedard, M.; Almazan, G.; Ludwin, SK; Jones, R.; et al. Oligodendrogliopatija u multiploj sklerozi: Niska glikolitička metabolička stopa potiče preživljavanje oligodendrocita.J. Neurosci.2016, 36, 4698–4707. [CrossRef]

Pitajte za više:

E-pošta:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel: plus 86 15292862950

DUĆAN:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop