1
6687

Шаперон-зависимая автофагия.

Шаперон-зависимая автофагия - это процесс поддержания внутриклеточного гомеостаза путем специфического протеолиза белков цитозоля в лизосомах. Нарушения в функционировании аппарата шаперон-зависимой автофагии ведут к возникновению тяжелых заболеваний, часто связанных с возрастом.

на сайте с 6 октября 2009

Шаперон-зависимая автофагия как механизм специфической деградации белков в клетке.

Шаперон-зависимой автофагией (сhaperone-mediated аutophagy, СМА) называется процесс выборочного разрушения определенных внутриклеточных белков в лизосомах, происходящий при непосредственном участии специальных белков-шаперонов, осуществляющих отбор подлежащих разрушению белков, их транспорт к мембране лизосомы и через нее внутрь для деградации внутрилизосомальными протеазами. Аппарат СМА функционирует на протяжении всей жизни клетки, обеспечивая постоянное, функционально необходимое количество контролируемых им белков. Белки могут направляться по пути деградации посредством СМА  в случае каких-либо стрессовых для клетки условий, например в условиях оксидативного стресса. Также поводом для деградации может быть необратимое образование белком искаженной третичной структуры, препятствующей выполнению им его функций. Шаперон-зависимая автофагия присуща клеткам большинства видов тканей млекопитающих, но наиболее всего она изучена для клеток печени, почек и фибробластов.

В настоящее время СМА придается большое значение в силу того, что причины многих связанных с возрастом болезней видятся в нарушении работы аппарата шаперон-зависимой автофагии. Происходит накопление в клетках повышенного количества белка с поврежденной третичной структурой и, в конечном итоге, нарушение нормального функционирования клеток различных тканей и органов. Существует зависимость между нарушениями функционирования СМА и развитием болезни Паркинсона, сахарного диабета, расстройств работы печени и некоторых других заболеваний.

Джеймс Фредерик Дайс: нарушение функционирования аппарата шаперон-зависимой автофагии является одной из причин связанных с возрастом заболеваний

Джеймс Фредерик Дайс (James Ф. Dice) 

Отделение клеточной и молекулярной физиологии, Университет Тафта
(Department of Cellular and Molecular, Physiology; Tufts University School of Medicine, Boston) 

  
Работа группы доктора Дайса направлена на изучение шаперон-зависимой автофагии с учетом всех возможных вовлеченных в нее компонентов и субстратов. 

Шапероном, направляющим белок-мишень на путь СМА является hsc70 (heat shock cognate protein of 70 kDа, иногда hsc73). Значительная часть цитозольных белков (до 30% в печени или почках) несут пентапептид KFERQ или его аналоги, распознаваемые hsc70 при участии кошаперонов: hip (белок, стимулирующий связывание hsc70, hsc40 и субстрата), hop (стимулирует связывание hsc7и hsc90 ), hsc40 (стимулирует АТФ-азную активность hsp70), hsp90 (предотвращает обратное сворачивание развернутых белков и образование ими агрегатов) и bag1 (Bcl2-associated athanogene 1 protein). Считается вероятным, что приобретение белком-мишенью пентапептида KFERQ является одним из этапов посттрансляционная модификации белков. Последовательность KFERQ, вероятно, не является строго обязательной для распознавания hsc70 и в случае индивидуальных белков возможны варианты этой последовательности, также эффективно узнаваемые hsc70. 

Комплекс hsc70 с белком-мишенью доставляется к мембране лизосомы, где связывается с несколькими молекулами ассоциированного с мембраной лизосомы белка 2А (lysosome associated membrane protein type 2A, LAMP2A). Второй шаперон, лизосомальный hsc70 (lysosomal hsc70, lys-hsc70), способствует перемещению белка-мишени в лизосому, где тот окончательно разрушается протеазами. 

В настоящее время считается, что ключевым компонентом аппарата СМА является LAMP2A. Наибольшее количество патологий, связанных с СМА, обусловлено снижением его функциональной активности либо из-за его недостатка либо из-за блокирования его активности каким-либо другим фактором. 


На иллюстрации цифрами обозначены этапы транспортировки белка-мишени в лизосому:
1- hsc70 совместно с кошаперонами распознает пентапептид KFERQ в белке-мишени,
2- комплекс hsc70 с белком-мишенью связывается с мультисубъединичным (вплоть до октамера) LAMP2A,
3- белок-мишень расплетается перед перемещением внутрь лизосомы,
4- для перемещения белка-мишени в лизосому с ним связывается внутрилизосомальный шаперон ly-hsc70,
5- белок-мишень расщепляется внутри лизосомы,
6- hsc70 отходит от мембраны лизосомы и снова готов взаимодействовать с новой мишенью


На иллюстрации представлена схема организации комплекса hsc70 с белком-мишенью и последующее взаимодействие этого комплекса с мультимером LAMP2A и транспорт белка-мишени внутрь лизосомы. 

Под контролем СМА находится достаточно разнородный набор цитозольных белков. В частности, это рибонуклеаза А, некоторые гликолитические ферменты (альдолаза В, пируваткиназа, аспартатаминотрансфераза), некоторые транскрипционные факторы и ряд других белков.

Нарушения функциональной активности СМА в процессе старения в клетках печени и в фибробластах объясняется заметным снижением количества  LAMP2A в мембране лизосомы. Принято считать, что причиной этого является изменение свойств лизосомальной мембраны с возрастом. В норме внутри лизосомы содержится достаточное количество молекул LAMP2A, способных повторно связываться с мембраной и участвовать в СМА. Потеря способности LAMP2A  повторно связываться с мембраной, по-видимому, обусловлена связыванием большей части пула этого белка другими белками в их окисленной форме. 

Имеющаяся в нашем распоряжении модель специфической системы деградации белков в клетке позволяет судить о способе контроля СМА над внутриклеточным гомеостазом и адекватно реагировать на изменения внешних условий. На основании коррекции работы этой системы возможно лечение многих возникающих с возрастом заболеваний. 

Публикации:

Шаперон-зависимая автофагия
Chaperone-mediated autophagy.
Dice JF.
Autophagy. 2007 Jul-Aug;3(4):295-9. Epub 2007 Jul 15. 

Влияние малых молекул на шаперон-зависимую автофагию.
Effects of small molecules on chaperone-mediated autophagy.
Finn PF, Mesires NT, Vine M, Dice JF.
Autophagy. 2005 Oct-Dec;1(3):141-5. Epub 2005 Oct 11. 

Кетоновые тельца стимулируют шаперон-зависимую автофагию
Ketone bodies stimulate chaperone-mediated autophagy. 
Finn PF, Dice JF.
J Biol Chem. 2005 Jul 8;280(27):25864-70. Epub 2005 May 9. 

Молекулярный комплекс шаперонов в лизосомальной мембране необходим для перемещения белков.
A molecular chaperone complex at the lysosomal membrane is required for protein translocation.
Agarraberes FA, Dice JF. 
Cell Sci. 2001 Jul;114(Pt 13):2491-9. 

Регуляция количества LAMP2A в лизосомальной мембране.
Regulation of LAMP2A levels in the lysosomal membrane. 
Cuervo AM, Dice JF.
Traffic. 2000 Jul;1(7):570-83. 

Возраст-зависимое ослабление шаперон-зависимой автофагии.
Age-related decline in chaperone-mediated autophagy. 
Cuervo AM, Dice JF.
J Biol Chem. 2000 Oct 6;275(40):31505-13. 


Контактная информация:
Адрес: Department of Physiology, Tufts University, 136 Harrison Avenue, Boston, MA 02111
Телефон: офис (617) 636-6707, лаборатория (617) 636-0408
Факс: (617) 636-0445
e-mail: james.dice@tufts.edu
Вебсайт университета: http://www.tufts.edu/sackler/physiology/faculty/dice/index.html

Ана Мария Куэрво: на гепатоцитах крыс показана эффективность профилактики нарушений аппарата шаперон-зависимой автофагии для предотвращения связанных с возрастом дисфункций органов

Ана Мария Куэрво (Ana Maria Cuervo), MD PhD. 

Отделение биологии развития и молекулярной биологии, Медицинский колледж имени Альберта Эйнштейна Нью-Йорк (Department of Developmental and Molecular Biology, Marion Bessin Liver Research Center Albert Einstein College of Medicine, New York). 

  

Доктор Куэрво вместе с доктором Дайсом является одним из ветеранов в изучении СМА. 

В настоящее время в лаборатории доктора Куэрво основное внимание уделяется изучению связанной с возрастом деградацией белков с целью обнаружения дефектов, снижающих эффективность СМА и поиск путей их исправления для восстановления нормальной протеолитической активности лизосом. Спектр используемых методов чрезвычайно широк, охватывая как in vitro так и in vivo методы, в частности работу с трансгенными животными и культурами клеток. Доктор Куэрво является одним из разработчиков метода выделения интактных лизосом из клеток. Для идентификации новых компонентов системы СМА используются иммунохимические подходы и двугибридные дрожжевые системы.  

В качестве примера деятельности лаборатории можно привести работу по изучению модулирующего влияния количества белка LAMP2A (lysosome associated membrane protein type 2A) на уровень различных белков в цитозоле клеток мышей в зависимости от их возраста. 

Работа строилась на предположении, что связанные с возрастом нарушения в работе клеток связаны с изменениями в функционировании LAMP2A, что в свою очередь ведет к дисфункции СМА и нарушению белкового гомеостаза клетки. В данной работе использовались линии мышей, одна их которых являлась трансгенной с возможностью регулирования экспрессии гена LAMP2A (вплоть до экспрессии сверх нормального уровня) и накоплению его в лизосомах за счет варьирования дозы доксиклицина в получаемой животным пище (линия Alb-Tet-off-L2A). В результате было обнаружено, что клетки печени животных линии Alb-Tet-off-L2A, находящихся на доксициклиновой диете с раннего возраста, имеют значительно меньший уровень аланинтрансферазы (является индикатором степени повреждения клеток печени) и количество апоптотических клеток в них были значительно меньше, чем в клетках аналогичных по возрасту особей дикого типа. Более того, перевод животных на доксициклиновую диету в позднем возрасте хоть и не давал столь драматичного улучшения состояния клеток печени, однако все же оказывал заметное позитивный влияние.  
На рисунке сверху приведена диаграмма содержания аланинтрансферазы для мышей дикого типа и трансгенных мышей в возрасте 6 и 22 месяца (TL2A-E и TL2A-L трансгенные мыши с индукцией LAMP2A в раннем и позднем возрасте соответственно, WT- мыши дикого типа, контроль). Ниже приведен срез ткани печени соответствующих групп мышей, стрелочками обозначены клетки, готовые к апоптотической дифференцации.

Как видно, клетки животных, в которых высокий уровень LAMP2A поддерживался на высоком уровне с раннего возраста, демонстрируют высокую собственную сохранность, несвойственную клеткам их сверстников. Помимо всего прочего это свидетельствует о высокой функциональности этих клеток и органа в целом даже в пожилом возрасте. 

Таким образом, поддержания аппарата СМА в функционально активном состоянии должно рассматриваться как хорошее профилактическое средство для предотвращения связанных с возрастом заболеваний и расстройств работы органов.   
    

 

 

 


Публикации: 

Восстановление шаперон-зависимой автофагии в клетках печени при старении улучшает состояние клеток и функционирование печени.
Restoration of chaperone-mediated autophagy in aging liver improves cellular maintenance and hepatic function
Cong Zhang, АМ Cuervo
Nat Med. 2008 September ; 14(9): 959–965. doi:10.1038/nm.1851.

Методы наблюдения шаперон-зависимой автофагии.
Methods to monitor chaperone-mediated autophagy.
Kaushik S, Cuervo AM.
Methods Enzymol. 2009;452:297-324.

Рецептор шаперон-зависимой автофагии формирует динамический белковый комплекс в белковой мембране.
The chaperone-mediated autophagy receptor organizes in dynamic protein complexes at the lysosomal membrane.
Bandyopadhyay U, Kaushik S, Varticovski L, Cuervo AM.
Mol Cell Biol. 2008 Sep;28(18):5747-63. Epub 2008 Jul 21.

Шаперон-зависимая автофагия
Chaperone-mediated autophagy.
Kaushik S, Cuervo AM.
Methods Mol Biol. 2008;445:227-44. 

Автофагия и нейродегенерация.
Autophagy and neurodegeneration.
Ventruti A, Cuervo AM.
Curr Neurol Neurosci Rep. 2007 Sep;7(5):443-51. 

Шаперон-зависимая автофагия: новые открытия в регуляторной роли липидов.
Chaperone-mediated autophagy and aging: a novel regulatory role of lipids revealed.
Kaushik S, Kiffin R, Cuervo AM.
Autophagy. 2007 Jul-Aug;3(4):387-9. Epub 2007 Jul 9. 

Контактная информация:
Адрес: Department of Developmental and Molecular Biology, Marion Bessin Liver Research Center Albert Einstein College of Medicine, Ullmann Building Room 611D, 1300 Morris Park Av, Bronx, NY 10461.
Телефон: (718) 430 2689
Факс: (718) 430 8975
e-mail: amcuervo@aecom.yu.edu
Лабораторный вебсайт: http://www.einstein.yu.edu/cuervo/ 

Уильям Данн: пластичность регуляторного аппарата шаперон-зависимой автофагии как средство поддержания нормальной жизнедеятельности клетки.

Уильям Данн (William Dunn), PhD

Отделение анатомии и клеточной биологии, Университет Флориды, Флорида (Department of Anatomy and Cell Biology, University of Florida, College of Medicine, Gainesville, Florida). 

Проводимые под руководством доктора Данна исследования сосредоточены на комплексном изучении молекулярных основ автофагии с использованием методов генетики, клеточной и молекулярной биологии для установления роли отдельных белков. Надо отметить, что исследования затрагивают не только собственно шаперон-зависимую автофагию, но и прочие типы автофагии. Однако некоторые полученные доктором Данном результаты представляются достаточно интересными для понимания функционирования аппарата СМА.

Одним из белков, чье количество в клетке находиться под контролем СМА, является  альдолаза В. Это гликолитический фермент , в норме находящийся в цитоплазме клетки. Известно, что в условиях голодания этот белок активно транспортируется в лизосомы, где подвергается расщеплению. Такой путь утилизации альдолазы В может быть подавлен 3-метиладенином, являющимся ингибитором автофагии. В самой альдолазе В выявлено три мотива, потенциально соответствующих KFERQ и таким образом способных стать мишенью для узнавания hsc70: Q12KKEL, Q58FREL, и IKLDQ111. При замене остатков глутамина в указанных последовательностях на остатки аспарагина обнаруживается, что в случае первых двух мутантов ускорение деградации альдолазы В сохранялось на естественном уровне, тогда как в случае третьего мутанта происходило полное подавление деградации альдолазы. Версия изменения третичной структуры белка не рассматривалась, так как ферментативная активность сохранялась на прежнем уровне, что свидетельствует о сохранении белком пространственной конфигурации.

Данный пример служит подтверждением двух существенных наблюдений. Во-первых, мы можем оценить относительную значимость разных аминокислотных остатков для узнавания сигнального пентапептида hsc70. Наиболее значимо оказывается наличие на конце этого пептида остатка глутамина. Для сигнального пентапептида, присуствующего в альфа-синуклеине это наблюдение подтверждается с высокой точностью (95VKKDQ99). Что касается остальных аминокислотных остатков, то имеет значение, по-видимому, взаимное расположение гидрофобных, кислых и основных остатков. Во-вторых, подобные участки могут присутствовать в последовательности белка более чем однократно, хоть и не все могут быть функционально активны. 

Регуляторные механизмы, определяющие функционирование белкового аппарата СМА демонстрируют  достаточную степень вариабельности в зависимости от структурной организации вовлеченных молекул, что позволяет с большей эффективностью реагировать на внешние воздействия и изменения внутриклеточного гомеостаза. 

Публикации: 

Обусловленная голоданием лизосомальная деградация альдолазы В требует остатка глутамина в положении 111 в сигнальной последовательности для шаперон-зависимой автофагии.
Starvation-induced lysosomal degradation of aldolase B requires glutamine 111 in a signal sequence for chaperone-mediated transport.
Susan PP, Dunn WA Jr.
J Cell Physiol. 2001 Apr;187(1):48-58. 

Накопление убиквитинилированной альдолазы В в течении вызванного голоданием лизосомального протеолиза
Ubiquitinated aldolase B accumulates during starvation-induced lysosomal proteolysis.
Lenk SE, Susan PP, Hickson I, Jasionowski T, Dunn WA Jr.
J Cell Physiol. 1999 Jan;178(1):17-27. 

Автофагия в сердце и печени при нормальном старении и в условиях ограничения количества калорий.
Autophagy in the heart and liver during normal aging and calorie restriction.
Wohlgemuth SE, Julian D, Akin DE, Fried J, Toscano K, Leeuwenburgh C, Dunn WA Jr.
Rejuvenation Res. 2007 Sep;10(3):281-92. 

Контактная информация:
Адрес: Department of Anatomy and Cell Biology, University of Florida College of Medicine, 1600 SW Archer Road, Box 100235 - Gainesville, FL 32610-0235
Телефон: (352) 273-9007
Факс: (352) 392-3305
e-mail: dunn@ufl.edu
Аппарат шаперон-зависимой автофагии находится во взаимосвязи с другими функциональными системами клетки и, в свою очередь, сам влияет на многие протекающие в клетке процессы. На примере следующих двух работ будет продемонстрирована взаимозависимость СМА и некоторых других клеточных процессов.

Сьюзен Анн Слаугенгаупт: функциональные нарушения шаперон-зависимой автофагии как одна из причин лизосомальных болезней обмена (lysosomal storage disease, LSD)

Сьюзен Анн Слаугенгаупт (Susan A. Slaugenhaupt), PhD

Профессор Гарвардского Медицинского Колледжа  (Associate Professor of Neurology  Harvard Medical School)
Центр изучения человеческой генетики Массачусетского Главного Госпиталя. (Center for Human Genetic Research Massachusetts General Hospital). 

Одним из проектов, осуществляемых в лаборатории доктора Слаугенгаупт, является изучение свойств белка муколипин-1 (transient receptor potential mucolipin-1, TRPML1). Ген этого белка был клонирован в 2000 году в лаборатории доктора Слаугенгаупт. Впоследствии было показано, что этот белок действует как кальций-проводящий катионный канал, играющий большую роль в перемещении кальция через лизосомальную мембрану. С мутацией в гене этого белка (MCOLN1) связано одно из расстройств работы лизосом- муколипидосис IV типа (MLIV), приводящее к потере TRPML1 из мембраны лизосомы и в конечном итоге к гибели клетки. Данные экспериментов по коиммунопреципитации  и использование дрожжевых двугибридных систем  выявили интересный факт: оказывается, TRPML1, TRPML2, TRPML3, вместе составляющие субсемейство муколипинов, способены активно взаимодействовать с hsc70, кошаперонами hsc40, hsc90, hip, hop и bag1. Что замечательно, TRPML1, TRPML2 и TRPML3 могут образовывать агрегаты на поверхности лизосомы, способные аккумулировать на себе значительное количество шаперонов СМА.

В лаборатории было проведено сравнение фибробластов людей с синдромом MLIV и без него. Оказалось, что в лизомальной мембране фибробластов MLIV снижено количество LAMP2A, что естественным образом ведет к снижению функции СМА и накоплению в клетке белков с нарушенной третичной структурой и окисленных белков. Группой доктора Слаугенгаупт была выдвинута гипотеза, что помимо канальной функции для ионов кальция, муколипин-1 может взаимодействовать с внутрилизосомальным hsc70 (lys-hsc70), выполняя тем самым двойную функцию: во-первых, фиксировать lys-hsc70 около  поверхности мембраны, выступая в качестве дока для молекул lys-hsc70, и, во-вторых, являясь неспецифическим мембранным каналом, TRPML1 может способствовать LAMP2A в переносе белка-мишени через мембрану. 

Аппарат шаперон-зависимой автофагии находится в тесной взаимосвязи с остальными системами клетки и эффективность его функционирования может модулироваться другими, еще неучтенными, факторами.


Публикации:

Нарушение шаперон-зависимой автофагии при муколипидосисе IV типа
Chaperone-mediated autophagy is defective in mucolipidosis type IV.
Venugopal B, Mesires NT, Kennedy JC, Curcio-Morelli C, Laplante JM, Dice JF, Slaugenhaupt SA.
J Cell Physiol. 2009 May;219(2):344-53.

Нарушение лизосомального экзоцитоза при муколипидосисе IV типа
Lysosomal exocytosis is impaired in mucolipidosis type IV.
LaPlante JM, Sun M, Falardeau J, Dai D, Brown EM, Slaugenhaupt SA, Vassilev PM.
Mol Genet Metab. 2006 Dec;89(4):339-48. Epub 2006 Aug 17.

Функциональная связь между муколипином-1 и Ca2+-зависимым мембранным транспортом при муколипидосисе IV типа.
Functional links between mucolipin-1 and Ca2+-dependent membrane trafficking in mucolipidosis IV.
LaPlante JM, Ye CP, Quinn SJ, Goldin E, Brown EM, Slaugenhaupt SA, Vassilev PM.
Biochem Biophys Res Commun. 2004 Oct 1;322(4):1384-91.

Молекулярные основы муколипидосиса IV типа.
The molecular basis of mucolipidosis type IV.
Slaugenhaupt SA.
Curr Mol Med. 2002 Aug;2(5):445-50.

Идентификация и описание человеческого муколипина-1 как единичного канала, вовлеченного в муколипидосис IV типа при  нарушения нормального функционирования лизосом.
Identification and characterization of the single channel function of human mucolipin-1 implicated in mucolipidosis type IV, a disorder affecting the lysosomal pathway.
Lalante JM, Falardeau J, Sun M, Kanazirska M, Brown EM, Slaugenhaupt SA, Vassilev PM.
FEBS Lett. 2002 Dec 4;532(1-2):183-7. 

Контактная информация:
Адрес: Center for Human Genetic Research, Massachusetts General Hospital, Richard B. Simches Research Center, CPZN-5254, 185 Cambridge Street, Boston, MA 02114
Телефон: (617) 643-3091
e-mail: slaugenhaupt@chgr.mgh.harvard.edu
Вебсайт университета: http://www2.massgeneral.org/chgr/faculty_slaugenhaupt.htm

Гарольд А. Франч: нарушения аппарата шаперон-зависимой автофагии как один из симптомов развития сахарного диабета.

Гарольд Август Франч (Harold August Franch), MD

Директор Клиники предотвращения образования почечного камня, Университет Эмори, Атланта (Director, Emory Kidney Stone Prevention Clinic, Emory University School of Medicine, Atlanta, Georgia). 

Доктор Гарольд Франч, помимо работы практикующего врача и научно-исследовательской работы, является  секретарем  и казначеем Международного общества Почечного питания и Метаболизма.

В сферу его научных интересов входит изучение влияния белкового метаболизма при развитии диабетической почечной гипертрофии. В частности, под его руководством были исследованы подавляемые при развитии диабета пути разрушения белков, в том числе и шаперон-зависимая автофагия.

Значительная часть белков, жизненно-необходимых для нормального функционирования почек, содержат в себе пентапептид KFERQ и, как следствие, являются прямыми мишенями для шаперон-зависимой автофагии. В частности, функционирование почек находиться в прямой зависимости от функционирования гликолитических ферментов, в том числе фосфофруктокиназа, глицеральдегид-6-фосфат дегидрогеназа, пируваткиназа и некоторых других. Также мишенями для СМА являются некоторые сигнальные пептиды, холинкиназа и фосфотидилхолин трансфераза, участвующие в синтезе фосфолипидов. Нарушения в деградации таких белков может приводить к развитию диабетической реакции. Действительно, как было показано на больных диабетом крысах, происходит существенное изменение функциональной активности аппарата СМА. Так, протеолитическая активность в клетках больных мышей снижается на 41%, содержание белков в клетке, несущих мотив KFERQ, возрастает на 38%. Параллельно с этим в клетках больных животных снижается содержание LAMP2A и hsc73 на 25и 81% соответственно. 

Таким образом, по мнению авторов одним из механизмов, запускающих развитие приобретенного диабета, является нарушение в нормальном функционировании аппарат шаперон-зависимой автофагии.

Публикации:

Подавление шаперон-зависимой автофагии в почечном кортексе в течении острого сахарного диабета.
Suppression of chaperone-mediated autophagy in the renal cortex during acute diabetes mellitus.
Sooparb S, Price SR, Shaoguang J, Franch HA.
Kidney Int. 2004 Jun;65(6):2135-44. 

Ацидоз ослабляет передачу сигнала фосфоинозитид-3-киназой субстрат-1-ассоциированным инсулиновым рецептором в мышечных клетках: последствия протеолиза.
Acidosis impairs insulin receptor substrate-1-associated phosphoinositide 3-kinase signaling in muscle cells: consequences on proteolysis.
Franch HA, Raissi S, Wang X, Zheng B, Bailey JL, Price SR.
Am J Physiol Renal Physiol. 2004 Oct;287(4):F700-6. Epub 2004 May 25.

Рост печени в течении катаболических заболеваний: что не убивает, то делает сильнее.
Kidney growth during catabolic illness: what it does not destroy makes it grow stronger.
Franch HA.
J Ren Nutr. 2007 May;17(3):167-72.

Контактная информация:
Адрес: Emory University School of Medicine, Atlanta, Georgia 201 Dowman Drive, Atlanta, Georgia 30322 USA 404.727.6123
e-mail: hfranch@emory.edu
Вебсайт университета: http://medicine.emory.edu/
Одной из проблем современного общества является распространение связанных с возрастом нейродегенеративных заболеваний. Изучение связанной с ними симптоматики показало, что часть их обусловлена дисфункцией аппарата шаперон-зависимой автофагии в клетках нервной системы. Болезнь Паркинсона, одно из самых известных в наше время нейродегенеративных расстройств, развивается при деактивации компонентов аппарата шаперон-зависимой автофагии.

Дэвид Шульцер: развитие болезни Паркинсона как результат снижения эффективности шаперон-зависимой автофагии под влиянием мутантных форм альфа-синуклеина

Дэвид Шульцер (David Sulzer), PhD, профессор  

Depts. Neurology & Psychiatry, Columbia University, New York, NY 
Dept. Neuroscience, New York State Psychiatric Institute 


Научные интересы доктора Шульцера сосредоточены на молекулярном анализе причин нейродегенерации. В частности, одним из распространенных расстройств такого типа является болезнь Паркинсона. Сопровождающим ее симптомом является накопление в клетке цитозольных белков. Одним из таких белков является альфа-синуклеин, накапливающийся в клетке в так называемых тельцах Леви. 

Было выдвинуто предположение, что подобная агрегация белка внутри клетки свидетельствует о дисфункции аппарата автофагии, в том числе шаперон-зависимой. В дальнейшем стало известно, что этот белок на самом деле является одной из мишеней СМА, доставляется в лизосомы и там подвергается протеолизу. Однако мутантные формы этого белка А53Т (замена аланина в положении 53 на треонин) и А30Р (замена аланина в положении 30 на пролин), как оказалось, способны эффективно связываться с лизосомальным мембранным рецептором LAMP2A. Причем связывание оказывается настолько прочным, что в конечном итоге происходит полная блокада канальной функции этого белка и в конечном итоге деградации белков аппаратом СМА. Накопление в клетке большого количества других поврежденных белков, а также способность самого альфа-синуклеин претерпевать различные модификации и образовывать конгломераты, ведут к развитию болезни Паркинсона или других синуклеинопатий. 

Столь тесная связь развития нейродегенеративных нарушений с дисфункцией аппарата шаперон-зависимой автофагии позволяет надеяться на возможность профилактики либо непосредственно лечения больных, страдающих такими заболеваниями путем коррекции аппарата шаперон-зависимой автофагии. 

Публикации: 

Нарушение деградации мутантного альфа-синуклеина посредством шаперон-зависимой автофагии. 
Impaired degradation of mutant alpha-synuclein by chaperone-mediated autophagy. 
Cuervo AM, Stefanis L, Fredenburg R, Lansbury PT, Sulzer D. 
Science. 2004 Aug 27;305(5688):1292-5. 

Нейродегенерация и нейропротекция при болезни Паркинсона. 
Neurodegeneration and neuroprotection in Parkinson disease. 
Fahn S, Sulzer D. 
NeuroRx. 2004 Jan;1(1):139-54. 

Дофамин-зависимый альфы-синуклеин блокирует шаперон-зависимую автофагию. 
Dopamine-modified alpha-synuclein blocks chaperone-mediated autophagy. 
Martinez-Vicente M, Talloczy Z, Kaushik S, Massey AC, Mazzulli J, Mosharov EV, Hodara R, Fredenburg R, Wu DC, Follenzi A, Dauer W, Przedborski S, Ischiropoulos H, Lansbury PT, Sulzer D, Cuervo AM. 
J Clin Invest. 2008 Feb;118(2):777-88. 

Оверэкспрессия альфа-синуклеина увеличивает концентрацию катехоламина в цитозоле. 
Alpha-synuclein overexpression increases cytosolic catecholamine concentration. 
Mosharov EV, Staal RG, Bové J, Prou D, Hananiya A, Markov D, Poulsen N, Larsen KE, Moore CM, Troyer MD, Edwards RH, Przedborski S, Sulzer D. 
J Neurosci. 2006 Sep 6;26(36):9304-11. 

Контактная информация: 
Адрес: Columbia University Medical Center, 630 West 168th Street, New York, NY 10032 
e-mail: ds43@columbia.edu  
Вебсайт: http://sulzerlab.org/index.html

Зиксу Мао: развитие болезни Паркинсона как результат нарушения метаболизма клеточных белков при дисфункции аппарата шаперон-зависимой автофагии.

Зиксу Мао (Zixu Mao), MD PhD

 

Отделение фармакологии, Отделение нейрологии Университета Эмори, Атланта(Department of Pharmacology, Department of Neurology, Emory University School of Medicine, Atlanta).

 

Научные интересы доктора Мао направлены на изучение белка MEF2 (myocyte enhancer factor 2), который существует в клетке в 4 формах, от A до D. Этот белок является транскрипционным фактором, связывается с ДНК и необходим для выживания некоторых типов нейронов. Генетический полиморфизм по MEF2А является показателем риска болезни Альцгеймера. Высокое содержание MEF2D в нейронах- один из признаков болезни Паркинсона.

Этот белок в своей последовательности имеет несколько районов, аналогичных KFERQ-мотиву на N-конце белка. Известно, что MEF2D является мишенью для аппарата шаперон-зависимой автофагии.

Особенностью метаболизма этого белка является зависимость его лизосомальной деградации от альфа-синуклеина. Как было описано выше, мутантная форма альфа-синуклеина  А53Т блокирует шаперон-зависимую автофагию, что как следствие ведет к накоплению MEF2D  в клетке и нарушению его функциональной активности. Однако особенностью MEF2D  является то, что даже альфа-синуклеин дикого типа снижает уровень деградации MEF2D посредством СМА. Альфа-синуклеин дикого типа способен прочно связывается с hsc70 и соответственно  препятствует связыванию hsc70 MEF2D  и транспорту MEF2D к лизосоме, что приводит к накоплению MEF2D в клетке и к 40% снижению его функциональной активности (в избытке он плохо связывается с ДНК).

Дополнительная экспрессия hsc70 снижает токсическое воздействие альфа-синуклеина и  способствует транспорту MEF2D к лизосоме, что, в свою очередь, восстанавливает нормальное функционирование клетки.

Таким образом, токсическое действие альфа-синуклеина может заключаться в блокировании аппарата шаперон-зависимой автофагии на всех этапах СМА. Если мутантная форма альфа-синуклеина связывается с LAMP2A и тем самым препятствует проникновению белка-мишени в лизосому, то альфа-синуклеин дикого типа способен связывать hsc70 и тем самым препятствует транспорту белка-мишени к лизосоме.  Соответственно, лечение разных форм болезни Паркинсона и аналогичных нейродегенеративных расстройств должно различаться по выбору мишени воздействия и будет иметь разную эффективность. 

Публикации:

Регуляция активности фактора нейронного выживания MEF2D посредством шаперон-зависимой автофагии
Regulation of neuronal survival factor MEF2D by chaperone-mediated autophagy.
Yang Q, She H, Gearing M, Colla E, Lee M, Shacka JJ, Mao Z.
Science. 2009 Jan 2;323(5910):124-7. 

Фосфорилирование фактора нейронного выживания MEF2D посредством гликоген-синтазе киназы 3 {бета} при нейрональном апоптозе.
Phosphorylation of neuronal survival factor MEF2D by glycogen synthase kinase 3{beta} in neuronal apoptosis.
Wang X, She H, Mao Z.
J Biol Chem. 2009 Sep 29.

Комплексность регуляции MEF2D посредством шаперон-зависимой автофагии.
The complexity in regulation of MEF2D by chaperone-mediated autophagy.
Yang Q, Mao Z.
Autophagy. 2009 Oct 15;5(7).

Регулирование транскрипционной активности MEF2 посредством скоординированного фосфорилирования и воздействия SUMO белков
Control of MEF2 transcriptional activity by coordinated phosphorylation and sumoylation.
Grégoire S, Tremblay AM, Xiao L, Yang Q, Ma K, Nie J, Mao Z, Wu Z, Giguère V, Yang XJ.
J Biol Chem. 2006 Feb 17;281(7):4423-33. Epub 2005 Dec 15.

Контактная информация:
Адрес: Emory University School of Medicine, 505L Whitehead Building, 615 Michael Street, Atlanta, GA 30322-3090.
Телефон: 404-712-8581, 404-712-9924 (Lab)
Факс: 404-727-3728
e-mail: zmao@pharm.emory.edu
Вебсайт университета: http://www.pharm.emory.edu/mao.html

Кейджи Вада: ведущая к развитию болезни Паркинсона блокада аппарата шаперон-зависимой автофагии может осуществляться разными способами.

Кейджи Вада (Keiji Wada), Ph.D. 

Директор Отделения нейродегенеративных заболеваний, Национальный институт нейрологии, Национальный центр нейрологии и психиатрии, Токио (Department of Degenerative Neurological Diseases, National Institute of Neuroscience, National Center of Neurology and Psychiatry, Kodaira, Tokyo Japan). 

Тематика работы лаборатории доктора Вады сосредоточена вокруг проблем, связанных с нейродегенеративными заболеваниями, в том числе опосредованными возрастом. Особое внимание уделяется таким вещам, как выяснение молекулярных механизмов патогенеза нейродегенеративных расстройств и исследование возможности их всесторонней терапии.

Одним из сопутствующих признаков болезни Паркинсона является модификация убиквитин-С-концевой гидролазы L1 (UCH-L1), при карбонилировании которой развивается спорадическая форма заболевания, а при мутации I93M (замена изолейцина в положении 93 на метионин) к развитию наследственной формы болезни. Как и в случае с альфа-синуклеином, оказалось, что и нормальный и мутантный фермент UCH-L1 способен взаимодействовать с белками аппарата шаперон-зависимой автофагии, причем как с LAMP-2A, так и с hsc70, при этом мутация I93M значительно усиливает такое взаимодействие. Это ведет к ингибированию функции СМА и, как следствие, к избыточному накоплению в клетках альфа-синуклеина и развитию болезни Паркинсона. Помимо этого, в клетке происходит накопление GAPDH (глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназы), одного из ферментов, участвующего в активации апоптоза.

Интересно, что возникновение и развитие болезни Паркинсона протекает по одной и той же схеме, но исходная причина возникновения болезни может оказаться принципиально различной. Более того, воздействие вызывающих болезнь факторов может оказаться взаимодополняющим и взаимоусиливающим, вызывая обострение протекания болезни.

Публикации:

Абберантные молекулярные свойства, демонстрируемые связанным с наследуемой болезнью Паркинсона мутантом UCH-L1 и карбонил-модифицированным UCH-L1.
Aberrant molecular properties shared by familial Parkinson's disease-associated mutant UCH-L1 and carbonyl-modified UCH-L1.
Kabuta T, Setsuie R, Mitsui T, Kinugawa A, Sakurai M, Aoki S, Uchida K, Wada K.
Hum Mol Genet. 2008 May 15;17(10):1482-96. Epub 2008 Feb 4.

Понимание связи между наследственной и спорадической формами болезни Паркинсона: физическая связь между UCH-L1 мутантами и шаперон-зависимой автофагией.
Insights into links between familial and sporadic Parkinson's disease: Physical relationship between UCH-L1 variants and chaperone-mediated autophagy.
Kabuta T, Wada K.
Autophagy. 2008 Aug 16;4(6):827-9. Epub 2008 Jul 8.

Абберантное взаимодействие между связанным с болезнью Паркинсона мутантом UCH-L1 и лизосомальным рецептором шаперон-зависимая автофагии.
Aberrant Interaction between Parkinson Disease-associated Mutant UCH-L1 and the Lysosomal Receptor for Chaperone-mediated Autophagy.
Tomohiro Kabuta, Akiko Furuta, Shunsuke Aoki, Koh Furuta and Keiji Wada.
J Biol Chem. 2008 Aug 29;283(35):23731-8. Epub 2008 Jun 12.

Контактная информация:
Адрес: 4-1-1 Ogawa-Higashi, Kodaira, Tokyo 187, Japan
Телефон: 81-42-341-2712
+ Director's Room (Ext.)5141 or 5840
+ Meeting Room (Ext.)5142
+ Staff Room (Ext.)5144
Факс: 81-42-346-1745
e-mail:  wada@ncnp.go.jp
Вебсайт отдела: http://www.ncnp.go.jp/nin/guide/r4/index_e.html

 
Шаперон-зависимая автофагия является частью системы поддержания внутриклеточного гомеостаза за счет специфической деградации клеточных белков. Однако, как и всякая живая система, она подвержена воздействию внешних и внутренних факторов, приводящих к нарушению ее нормального функционирования. Накопление таких ошибок с возрастом может привести к дисфункции клеточной активности, что выражается в многочисленных известных в настоящее время геронтологических заболеваниях. Своевременная коррекция функциональной активности шаперон-зависимой автофагии является одним из обязательных компонентов профилактики и лечения связанных с возрастом заболеваний.

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter