Memahami Nrf2 dan Dampaknya pada Penyakit Neurodegeneratif | El Paso, TX Dokter Kiropraktik
Dr. Alex Jimenez, Chiropractor El Paso
Saya harap Anda menikmati posting blog kami tentang berbagai topik kesehatan, gizi dan cedera. Jangan ragu untuk menghubungi kami atau saya sendiri jika ada pertanyaan saat kebutuhan untuk mencari perawatan muncul. Hubungi kantor atau saya sendiri. Office 915-850-0900 - Sel 915-540-8444 Great Regards. Dr. J

Memahami Nrf2 dan Dampaknya pada Penyakit Neurodegeneratif

Penyakit neurodegeneratif, seperti penyakit Alzheimer dan penyakit Parkinson, mempengaruhi jutaan orang di seluruh dunia. Berbagai pilihan perawatan tersedia untuk mengobati gejala beberapa penyakit neurodegeneratif meskipun hasilnya seringkali terbatas. Studi penelitian telah menemukan bahwa stres oksidatif yang disebabkan oleh faktor internal dan eksternal dapat menjadi penyebab perkembangan penyakit neurodegeneratif. Itu faktor transkripsi, Nrf2, telah bertekad untuk berfungsi sebagai mekanisme pertahanan utama terhadap stres oksidatif. Tujuan artikel di bawah ini adalah untuk menunjukkan efek Nrf2 pada penyakit neurodegeneratif.

Modulasi dari Proteostasis oleh Faktor Transkripsi NRF2

Penyakit neurodegeneratif terkait dengan akumulasi agregat protein spesifik, menunjukkan hubungan intim antara otak yang terluka dan hilangnya proteostasis. Proteostasis mengacu pada semua proses di mana sel mengontrol kelimpahan dan melipat proteome berkat jaringan luas yang mengintegrasikan pengaturan jalur sinyal, ekspresi gen serta sistem degradasi protein. Ulasan ini mencoba merangkum temuan yang paling relevan tentang modulasi transkripsi dari proteostasis yang diberikan oleh faktor transkripsi NRF2 (faktor nuklir (2 yang diturunkan dari erythroid) seperti 2). NRF2 telah secara klasik dianggap sebagai pengatur utama dari respon sel antioksidan, meskipun saat ini muncul sebagai komponen kunci dari mesin transduksi untuk mempertahankan proteostasis. Seperti yang akan kita diskusikan, NRF2 dapat dibayangkan sebagai hub yang mengkompilasi sinyal-sinyal darurat yang berasal dari akumulasi protein yang gagal melipat untuk membangun respon transkripsional yang terkoordinasi dan dapat dibangkitkan. Hal ini dicapai oleh fungsi NRF2 terkait dengan kontrol gen yang terlibat dalam pemeliharaan fisiologi retikulum endoplasma, proteasome serta autophagy.

Kata kunci: Penyakit neurodegeneratif, Respon protein yang tidak dilipat, Proteasome, Ubiquitin, Autophagy, Stres oksidatif

Singkatan

Sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231716304050

pengantar

Nuclear Factor (erythroid-derived 2) -seperti 2 (NRF2) adalah protein dasar-leusin-ritsleting yang dianggap saat ini sebagai pengatur utama homeostasis seluler. Ini mengontrol ekspresi basal dan ekspresi yang diinduksi-stres dari gen 250 yang berbagi secara umum peningkat cis-acting yang disebut elemen respon antioksidan (ADALAH) [1], [2], [3], [4], [5]. Gen-gen ini berpartisipasi dalam fase I, II dan III reaksi detoksifikasi, glutathione dan peroxiredoxin / metabolisme thioredoxin, produksi NADPH melalui jalur pentosa fosfat dan enzim malat, oksidasi asam lemak, metabolisme besi, dan proteostasis [6]. Dengan adanya fungsi-fungsi sitoprotektif yang luas ini, ada kemungkinan bahwa satu pukulan farmakologi dalam NRF2 dapat mengurangi efek dari penyebab utama penyakit kronis, termasuk stres oksidatif, inflamasi dan proteotoksik. Peran NRF2 dalam modulasi pertahanan antioksidan dan resolusi peradangan telah dibahas dalam berbagai penelitian (ditinjau dalam [7]). Di sini, kami akan fokus pada perannya dalam proteostasis, yaitu kontrol homeostatik sintesis protein, lipat, perdagangan dan degradasi. Contoh akan diberikan dalam konteks penyakit neurodegeneratif.

Hilangnya Pengaruh Proteostasis Aktivitas NRF2 di Neurodegenerative Diseases

Ciri umum penyakit neurodegeneratif adalah terjadinya agregasi yang menyimpang dari beberapa protein. Dengan demikian, agregat protein misfold dari α-synuclein (α-SYN) ditemukan pada penyakit Parkinson (PD), plak β-amyloid (Aβ) dan kusut neurofibrillaris TAU hyper-terfosforilasi pada penyakit Alzheimer (AD), huntingtin (Htt) di Huntington penyakit (HD), superoxide dismutase 1 (SOD1) dan TAR DNA binding protein 43 (TDP-43) pada amyotrophic lateral sclerosis (ALS), protein prion (PrP) pada ensefalopati spongiform, dll. Agregat protein dapat berdampak pada beberapa sel jalur, yang pada gilirannya dapat mempengaruhi tingkat dan aktivitas NRF2.

Lapisan Peraturan yang Berbeda Mengontrol Aktivitas NRF2 dengan Ketat

Di bawah kondisi fisiologis, sel menunjukkan tingkat protein NRF2 yang rendah karena perputarannya yang cepat. Menanggapi rangsangan yang berbeda, protein NRF2 terakumulasi, memasuki nukleus dan meningkatkan transkripsi gen yang mengandung ARE. Oleh karena itu, manajemen tingkat protein NRF2 adalah titik kunci yang harus mengintegrasikan sinyal input positif dan negatif. Seperti yang akan kita bahas lebih lanjut, NRF2 diaktifkan oleh mekanisme tumpang tindih yang beragam untuk mengatur respons yang cepat dan efisien tetapi di sisi lain NRF2 dapat dihambat, mungkin dalam fase kedua, untuk mematikan responsnya.

Dari sudut pandang klasik, aktivasi NRF2 telah dianggap sebagai konsekuensi dari respon seluler terhadap oksidan atau senyawa elektrofilik. Dalam hal ini, ubiquitin E3 ligase adapter Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1) memainkan peran penting. Rincian molekuler akan dibahas lebih lanjut di Bagian 4.1. Singkatnya, KEAP1 bertindak sebagai sensor redoks karena residu sistein penting yang menyebabkan NRF2 ubiquitination dan degradasi proteasomal. Selain modulasi klasik ini, NRF2 sangat diatur oleh peristiwa pensinyalan. Memang, kinase yang berbeda telah terbukti memfosforilasi dan mengatur NRF2. Misalnya, NRF2 dapat difosforilasi oleh mitogen activated protein kinase (MAPKs), meskipun kontribusinya terhadap aktivitas NRF2 masih belum jelas [8], [9], [10], [11]. PKA kinase serta beberapa isozim PKC [12], CK2 [13] atau Fyn [14] memfosforilasi NRF2 memodifikasi stabilitasnya. Pekerjaan sebelumnya dari kelompok kami melaporkan bahwa glikogen sintase kinse-3β (GSK-3β) menghambat NRF2 dengan pengucilan nuklir dan degradasi proteasom [15], [25], [26], [27], [28], [29], [ 30]. Detail molekuler akan dibahas di Bagian 4.1. Selanjutnya, NRF2 diserahkan ke jenis regulasi lainnya. Misalnya, asetilasi NRF2 oleh CBP / p300 meningkatkan aktivitasnya [17], sementara itu dihambat oleh miR153, miR27a, miR142-5p, dan miR144 [16], atau dengan metilasi pulau sitosin-guanin (CG) dalam promotor NRF2 [18].

Dampak Agregat Protein pada Mekanisme Regulasi NRF2

Pada bagian ini kita akan fokus pada bagaimana akumulasi dari protein yang gagal melipat dapat mempengaruhi aktivitas NRF2 yang menyediakan beberapa jalur yang disebutkan di atas sebagai contoh ilustratif. Pertama, kita perlu mempertimbangkan bahwa akumulasi protein telah dikaitkan erat dengan kerusakan oksidatif. Memang, akumulasi protein dan agregasi yang gagal melipatgandakan menginduksi produksi abnormal spesies oksigen reaktif (ROS) dari mitokondria dan sumber lain [19]. Sebagaimana disebutkan di atas, ROS akan memodifikasi cysteines redox-sensitif KEAP1 yang mengarah pada pelepasan, stabilisasi dan lokalisasi nuklir NRF2.

Mengenai proteinopathies, contoh peristiwa pensinyalan yang tidak diregulasi yang dapat mempengaruhi NRF2 disediakan oleh hiperaktivasi GSK-3β pada AD. GSK-3β, juga dikenal sebagai TAU kinase, berpartisipasi dalam fosforilasi protein terkait mikrotubulus ini, menghasilkan agregasi, pembentukan kusut neurofibrillaris dan gangguan transportasi aksonal (ditinjau dalam [20]). Di sisi lain, GSK-3β secara dramatis mengurangi tingkat dan aktivitas NRF2 sebagaimana disebutkan di atas. Meskipun tidak diterima secara luas, kaskade amiloid mengusulkan bahwa oligomer Aβ beracun meningkatkan aktivitas GSK-3β bersama dengan TAU hyper-fosforilasi dan kematian neuron [21], [22]. Ada beberapa model berbeda untuk menjelaskan bagaimana Aβ menyukai aktivitas GSK3-β. Misalnya, Aβ berikatan dengan reseptor insulin dan menghambat jalur pensinyalan PI3K dan AKT, yang sangat penting untuk mempertahankan GSK-3β yang dilemahkan oleh fosforilasi pada residu N-terminal Ser9 [23]. Di sisi lain, Aβ ekstraseluler berinteraksi dengan reseptor Beredam, memblokir pensinyalan WNT [24] dan kembali menghasilkan pelepasan GSK-3β aktif. Singkatnya, akumulasi Aβ menyebabkan hiperaktivasi abnormal GSK-3β, sehingga merusak respon NRF2 yang tepat.

Sebagaimana dibahas dalam bagian berikut, protein yang gagal melipat menyebabkan aktivasi PERK dan MAPKs, yang pada gilirannya mengatur NRF2 [31], [8], [9], [10], [11]. Selain itu, aktivitas CBP / p300 yang tidak diregulasi telah dilaporkan pada beberapa proteinopathies [32] dan penurunan global dalam metilasi DNA pada otak AD juga ditunjukkan [33], oleh karena itu memberikan alasan untuk mengeksplorasi relevansi dari temuan ini dalam regulasi NRF2.

Kami dan orang lain telah mengamati pada nekropsi pasien PD dan AD peningkatan kadar protein NRF2 dan beberapa targetnya, seperti heme oxygenase 1 (HMOX1), NADPH quinone oxidase 1 (NQO1), p62, dll., Baik oleh immunoblot dan oleh imunohistokimia [34], [35], [36], [37], [38], [39]. Pengaturan NRF2 pada penyakit ini ditafsirkan sebagai upaya gagal otak yang sakit untuk memulihkan nilai homeostatik. Namun, penelitian lain menunjukkan bahwa NRF2 sebagian besar terlokalisasi di sitoplasma neuron hippokampus AD, menunjukkan aktivitas transkripsi NRF2 berkurang di otak [40]. Bisa dibayangkan bahwa perbedaan pengamatan ini terkait dengan perubahan faktor-faktor yang mengontrol NRF2 sepanjang tahapan progresif neurodegenerasi.

Tiga sistem utama berkontribusi terhadap proteostasis, yaitu respon protein yang terbentang (UPR), sistem proteasome ubiquitin (UPS) dan autophagy. Selanjutnya, kami menyajikan bukti untuk membayangkan NRF2 sebagai hub yang menghubungkan sinyal darurat yang diaktifkan oleh agregat protein dengan mesin turunan protein.

NRF2 Berpartisipasi dalam Protein R yang Dibukaesponse (UPR)

Aktivasi NRF2 dalam Tanggapan ke UPR

Lipatan protein oksidatif di UGD digerakkan oleh sejumlah jalur yang berbeda, yang paling dilestarikan yang melibatkan protein disulfida-isomerase (PDI) dan oksidase oksidase endoplasmik sulfida 1 (ERO1α dan ERO1β pada mamalia) sebagai donor disulfida. Secara singkat, PDI mengkatalisis pembentukan dan pemecahan ikatan disulfida antara residu sistein dalam protein, karena mereka melipat, karena reduksi dan oksidasi dari asam amino sisteinnya sendiri. PDI didaur ulang oleh aksi enzim housekeeping ERO1, yang memperkenalkan kembali ikatan disulfida ke dalam PDI [41]. Molekul oksigen adalah akseptor elektron terminal ERO1, yang menghasilkan jumlah stoikiometri hidrogen peroksida untuk setiap ikatan disulfida yang dihasilkan [42]. Peroksidase (PRX4) dan glutathione peroxidases (GPX7 dan GPX8) adalah enzim kunci untuk mengurangi hidrogen peroksida di UGD. Ketika sistem oksido-reduktif ini tidak berfungsi dengan baik, akumulasi abnormal dari protein yang gagal melipat muncul di UGD dan satu set sinyal yang dinamakan protein unfolded response (UPR) ditransmisikan ke sitoplasma dan nukleus untuk membangun kembali homeostasis ER [43]. Tiga protein yang berhubungan dengan membran telah diidentifikasi untuk mendeteksi tekanan ER pada eukariota: mengaktifkan faktor transkripsi 6 (ATF6), ER eIF2α kinase pankreas (PERK, juga kinase kinase-mirip ER kinase-kinase-kinase-seperti ERG), dan inositol-yang membutuhkan kinase1 (IRE1). Domain luminal masing-masing sensor terikat pada chaperone 78 kDa yang disebut protein yang diatur glukosa (GRP78 / BIP). BIP berdisosiasi pada ER stress untuk mengikat protein yang tidak dilipat, mengarah ke aktivasi ketiga sensor [44].

NRF2 dan homologinya NRF1, juga terkait dengan respon antioksidan, berpartisipasi dalam transduksi UPR ke nukleus. Dalam kasus NRF1, protein ini terletak di membran ER dan mengalami translokasi nuklir pada deglikosilasi atau pembelahan. Kemudian, aktivasi UPR mengarah pada pemrosesan NRF1 dan akumulasi nuklir dari fragmen yang dihasilkan dalam kompartemen nuklir. Namun, kemampuan untuk mentransmisikan gen yang mengandung ARE dari fragmen NRF1 ini masih dalam pembahasan [45].

Glover-Cutter dan rekan kerja menunjukkan aktivasi ortholog NRFPNUMX dari C. elegans, SKN-2, dengan berbagai ER stressor. Peningkatan ekspresi SKN-1 tergantung pada mediator UPR yang berbeda, termasuk IRE1 atau PERK cacing orthologues [1]. Dalam sel PERK-defisiensi, sintesis protein terganggu menyebabkan akumulasi peroksida endogen dan apoptosis [46] berikutnya. Efektor yang digunakan oleh PERK untuk melindungi ER dari peroksida ini mungkin NRF47, karena telah dilaporkan bahwa PERK memfosforilasi NRF2 di Ser2, sehingga mencegah degradasi oleh KEAP40 [1]. Induksi ASK31 juga cenderung berperan dalam rute ini melalui aksi kinase yang dimediasi TRAF1 dari IRE2 [1]. Meskipun peran MAPK dalam regulasi NRF48 masih kontroversial, baru-baru ini disarankan bahwa jalur IRE2-TRAF1-ASK2-JNK mungkin mengaktifkan NRF1 [2] (Gambar 49). Menariknya, pada C. elegans dan sel manusia, bukti baru menunjukkan bahwa cysteine ​​sulfenylation dari IRE1 kinase pada loop aktivasi menghambat IRE1-mediated UPR dan memulai respon antioksidan p1 yang digerakkan oleh NRF38. Data menunjukkan bahwa IRE2 memiliki fungsi kuno sebagai sentinel sitoplasma yang mengaktifkan p1 dan NRF38 [2].

Gambar 1 Peraturan NRF2 oleh UPR. Akumulasi protein yang tidak terbuka atau salah dalam retikulum endoplasma dapat memicu respon protein yang tidak terbuka (UPR). Pertama, BIP pendamping dilepaskan dari domain intraluminal dari sensor ER IRE1 dan PERK untuk mengikat protein yang tidak dilipat / gagal melipat. Hal ini memungkinkan dimerisasi dan trans-auto-fosforilasi domain sitosol mereka. Aktivasi PERK menghasilkan langsung fosforilasi NRF2 di Ser40, menyebabkan translokasi NRF2 ke inti dan aktivasi gen target. Aktivasi IRE1 menginduksi perekrutan TRAF2 diikuti oleh ASK1 dan fosforilasi dan aktivasi JNK. Karena JNK telah dilaporkan memfosforilasi dan mengaktifkan NRF2, masuk akal untuk berpikir bahwa aktivasi IRE1 akan menyebabkan peningkatan aktivitas NRF2.

Banyak penelitian tentang induksi UPR telah dilakukan dengan inhibitor tunikamycin glikosilasi protein. NRF2 tampaknya sangat penting untuk pencegahan kematian sel apoptosis tunikamycin yang diinduksi [31] dan aktivasinya dalam kondisi ini didorong oleh degradasi autophagic KEAP1 [51]. Dengan demikian, pembungkaman yang diperantarai oleh SHRNA dari ekspresi NRF2 pada sel βTC-6, garis sel insulin β-sel murine, secara signifikan meningkatkan sitotoksisitas yang disebabkan oleh tunikamycin dan menyebabkan peningkatan ekspresi penanda ER EROPROMSUM PROPEROTIK. Di sisi lain, aktivasi NRF10 oleh 2-dithiole-1,2-thione (D3T) mengurangi sitotoksisitas tunikamycin dan mengurangi ekspresi CHOP3 dan PERK [10]. Menariknya, neuron olfaktori yang diajukan ke aplikasi sistemik dari tunicamycin meningkatkan NRF52 secara paralel dengan anggota UPR lain seperti CHOP, BIP, XBP2 [1]. Hasil ini telah diperpanjang untuk studi in vivo, sebagai infus ventrikel lateral tunikamisin pada tikus yang menginduksi ekspresi PERK dan NRF53 di hippocampus disertai dengan defisit kognitif yang signifikan, peningkatan TAU fosforilasi dan deposit Aβ2 [42].

NRF2 Mengatur-Up Gen-Gen Utama untuk Pemeliharaan Fisiologi ER

Lumen ER membutuhkan pasokan GSH yang melimpah dari sitosol untuk menjaga disulfida kimia. NRF2 memodulasi enzim penting dari metabolisme GSH di otak, seperti transportasi sistin / glutamat, γ-glutamat cysteine ​​sintetase (γ-GS), glutamat-sistein ligase subunit katalitik dan modulator (GCLC dan GCLM), glutathione reduktase (GR) dan glutathione peroxidase (GPX) (diulas di [55]). Relevansi NRF2 dalam pemeliharaan GSH di ER didukung oleh temuan bahwa aktivasi farmakologis atau genetika NRF2 menghasilkan peningkatan sintesis GSH melalui GCLC / GCLM, sementara menghambat ekspresi enzim ini oleh NRF2-knockdown menyebabkan akumulasi kerusakan. protein dalam ER yang mengarah ke aktivasi UPR [56].

Dalam C. elegans beberapa komponen gen target UPR diatur oleh SKN-1, termasuk Ire1, Xbp1 dan Atf6. Meskipun NRF2 up-mengatur ekspresi beberapa peroksidase (PRX) dan glutathione peroxidase (GPX) gen pada mamalia (ditinjau dalam [57]), hanya GPX8 adalah enzim ER-lokal yang bonafide, menyimpan sinyal pengambilan KDEL [58]. Hilangnya GPX8 menyebabkan aktivasi UPR, kebocoran hidrogen peroksida ERO1α yang diturunkan ke sitosol dan kematian sel. Hidrogen peroksida yang berasal dari aktivitas ERO1α tidak dapat berdifusi dari ER ke sitosol karena aksi gabungan GPX8 dan PRX4 [59]. Dalam hal ini, analisis lintasan ekspresi ketahanan jalur evolusi-antioksidan menggunakan RNA dari wild type dan NRF2-null mice tissue, mengungkapkan bahwa ekspresi GPX8 turun-diatur dalam ketiadaan NRF2 [60]. Sejalan dengan ini, analisis transkriptom dari sampel pasien yang menderita neoplasma myeloproliferative, polycythemia atau myelofibrosis, penyakit juga berhubungan dengan stres oksidatif dan peradangan kronis tingkat rendah, menunjukkan tingkat ekspresi yang lebih rendah dari kedua NRF2 dan GPX8 dibandingkan dengan subyek kontrol [61]. Belum ada penelitian yang secara khusus melibatkan GPX8 dalam perlindungan otak manusia tetapi analisis transkriptom pada tikus menunjukkan peningkatan GPX8 sebagai respons terhadap toksin Parkinsonian MPTP [62].

Dampak NRF2 pada Disregulasi UPR di Neurodegenerative Diseases

Malfungsi enzim PDI dan aktivasi kronis dari UPR mungkin selanjutnya memulai atau mempercepat neurodegeneration. Neuron yang terkena penyakit, model hewan dari penyakit neurodegeneratif serta jaringan manusia post-mortem dibuktikan dengan pengaturan beberapa penanda UPR di sebagian besar gangguan ini. Perubahan jalur PDI / UPR pada penyakit neurodegeneratif telah ditinjau dengan baik di [63] tetapi sorotan berikut dari sampel post-mortem otak harus dipertimbangkan. Tingkat PDI meningkat pada neuron kusut dan pada pasien Lewy Bodies of AD dan PD, masing-masing [64], [65]. PDI dan ERP57 diregulasi di CSF dari pasien ALS dan otak dari subjek CJD [66], [67], [68]. BIP, PERK, IRE1 dan ATF6 meningkat dalam sampel dari pasien dengan AD, PD atau ALS [69], [70], [71], [67]. BIP, CHOP dan XBP1 meningkat pada sampel otak post-mortem dari HD [72], [73]. Selain itu, up-regulasi ERP57, GRP94 dan BIP ditemukan dalam jaringan korteks dari pasien CJD [74]. Secara keseluruhan, bukti ini mengungkapkan bahwa akumulasi dari protein yang gagal melipat dalam parenkim otak mengarah pada aktivasi UPR yang merusak dan kronis. Yang menarik, ada penelitian terbaru yang mengaitkan aktivasi NRF2 oleh PERK pada awal AD. Dalam studi ini, penulis menganalisa apakah stres oksidatif yang memediasi perubahan pada NRF2 dan UPR dapat merupakan kejadian awal dalam patogenesis AD dengan menggunakan sel darah perifer manusia dan model tikus transgenik AD pada stadium penyakit yang berbeda. Peningkatan stres oksidatif dan peningkatan pSer40-NRF2 diamati pada sel mononuklear darah perifer manusia yang diisolasi dari individu dengan kerusakan kognitif ringan. Selain itu, mereka melaporkan kerusakan homeostasis kalsium ER dan penanda ER-stres yang diatur di dalam sel-sel ini dari individu dengan kerusakan kognitif ringan dan AD ringan [75].

Peraturan Reksa NRF2 dan Proteinome Ubiquitin System (UPS)

UPS memodulasi tingkat protein NRF2

UPS berpartisipasi dalam degradasi protein yang rusak atau gagal melipat dan mengontrol tingkat molekul pengatur utama dalam sitosol dan nukleus. Inti inti dari sistem ini adalah enzim multisubunit besar yang mengandung kompleks aktif proteolitik bernama 20S. Proteinome inti 20S mendegradasi protein yang tidak dilipat, tetapi mengikat ke kompleks protein pengatur yang berbeda mengubah spesifisitas substrat dan aktivitasnya. Sebagai contoh, penambahan satu atau dua subunit peraturan 19S ke inti 20S merupakan proteasome 26S dan mengubah spesifisitasnya terhadap protein terlipat asli [76], [77]. Degradasi protein membutuhkan pengikatan kovalen ubiquitin. Konjugasi hasil ubiquitin melalui mekanisme kaskade tiga langkah. Pertama, enzim pengaktif ubiquitin E1 mengaktifkan ubiquitin dalam reaksi yang membutuhkan ATP. Kemudian, satu enzim E2 (protein pembawa ubiquitin atau enzim konjugasi ubiquitin) memindahkan ubiquitin yang diaktifkan dari E1 ke substrat yang secara khusus terikat pada anggota famili ligase ubiquitin-protein, bernama E3. Meskipun nasib pasti dari ubiquitinated-protein akan tergantung pada sifat rantai ubiquitin, proses ini umumnya menghasilkan degradasi oleh 26S proteasome [78].

E3-ligase KEAP1 adalah inhibitor NRF2 yang paling dikenal. Mekanisme regulasi KEAP1 secara elegan menjelaskan bagaimana tingkat NRF2 menyesuaikan dengan fluktuasi oksidan. Dalam kondisi basal, NRF2 yang baru disintesis diambil oleh KEAP1 homodimer, yang mengikat satu molekul NRF2 pada dua sekuens asam amino dengan rendah (aspartat, leusin, glisin, DLG) dan afinitas tinggi (glutamat, treonin, glisin, glutamat, ETGE). Interaksi dengan KEAP1 membantu menyajikan NRF2 ke kompleks protein CULLIN3 / RBX1, yang menyebabkan ubiquitinasi dan degradasi proteasomal berikutnya. Namun, modifikasi redox KEAP1 menghambat penyajian NRF2 ke UPS yang diwakili oleh CULLIN3 / RBX1. Akibatnya, NRF2 yang baru saja disintesis lolos degradasi bergantung-bergantung KEAP1, terakumulasi dalam nukleus dan mengaktifkan gen-gen yang mengandung AD [79], [80], [81], [82].

Adaptor E3-ligase β-TrCP juga merupakan homodimer yang berpartisipasi dalam peristiwa pensinyalan yang terkait dengan fosforilasi NRF2 oleh GSK-3β. Kinase ini memfosforilasi residu serin spesifik NRF2 (aspartat, serin, glycine, isoleucine serine; DSGIS) untuk menciptakan domain degradasi yang kemudian diakui oleh β-TrCP dan ditandai untuk degradasi proteasome oleh kompleks CULLIN1 / RBX1. Identifikasi asam amino spesifik yang terfosforilasi oleh GSK-3β dalam degron ini dilakukan oleh kombinasi mutagenesis situs-diarahkan dari domain Neh6, 2D-gel elektroforesis [15], [26] dan spektroskopi massa [83]. Akibatnya, penghambatan GSK-3β oleh obat-obatan yang sangat selektif atau siRNA terhadap isoform GSK-3 menghasilkan peningkatan kadar protein NRF2. Hasil serupa ditemukan dengan siRNAs melawan β-TrCP isoform 1 dan 2. Stabilisasi NRF2 menyusul penghambatan GSK-3β terjadi pada fibroblas embrio tikus KEAP1-defisien dan pada mutan deluks NRF2 yang dinyatakan secara ektopik yang tidak memiliki residu ETGE penting untuk ikatan afinitas tinggi ke KEAP1, yang selanjutnya menunjukkan regulasi independen KEAP1.

Dalam konteks penyakit neurodegeneratif, kita dapat membayangkan modulasi NRF2 oleh UPS dalam dua cara berbeda. Di satu sisi, sistem KEAP1 akan merasakan ketidakseimbangan redoks yang berasal dari akumulasi protein gagal melipat, sementara sumbu GSK-3 / β-TrCP akan bertindak sebagai peserta aktif dalam menandakan transduksi diubah oleh hilangnya proteostasis (Gambar 2).

Gambar 2 UPS secara ketat mengontrol level NRF2. Di bawah kondisi homeostatik, tingkat NRF2 rendah dipertahankan oleh aksi E3 ligases adapter KEAP1 dan β-TrCP. Kiri, NRF2 berikatan dengan domain Kelch dari homodimer KEAP1 melalui motif afinitas rendah (DLG) dan tinggi (ETGE). Melalui domain BTB-nya, KEAP1 secara bersamaan berikatan dengan kompleks CULLIN3 / RBX1, memungkinkan NRVNUMX ubiquitination dan degradasi oleh 2 S proteasome. Selain itu, GSK-26β memfosforilasi Ser3 dan residu Ser335 dari NRF338 untuk membuat domain degradasi (DpSGIpSL) yang kemudian dikenali oleh adaptor ligase ubiquitin β-TrCP dan ditandai untuk degradasi proteasome oleh kompleks CULLIN2 / RBX3. Benar, Setelah terpapar spesies oksigen reaktif atau elektrofil residu Cys penting dalam KEAP1 dimodifikasi, rendering KEAP1 tidak dapat berinteraksi secara efisien dengan NRF1 atau CULLIN2 / RBX3 dan kemudian faktor transkripsi ini meningkatkan aktivitas paruh waktu dan transkripsinya terhadap ARE-gen. Jalur pensinyalan yang menghasilkan penghambatan GSK-1β, seperti fosforilasi AKT di Ser3, menghasilkan penurunan NRF9 oleh proteasome, akumulasi dan induksi gen target.

NRF2 Meningkatkan Aktivitas UPS Melalui Kontrol Transkripsi dari Subunit Proteasome

NRF2 meregulasi ekspresi beberapa subunit proteasome, sehingga melindungi sel dari akumulasi protein beracun. Dua puluh gen yang terkait dengan proteasome dan ubiquitination tampaknya diatur oleh NRF2, menurut analisis microarray yang luas dari RNA hati yang dibentuk dengan NRF2 inducer D3T [84]. Dalam studi posterior, penulis yang sama membuktikan bahwa ekspresi sebagian besar subunit dari proteasome 26S ditingkatkan hingga tiga kali lipat dalam hati dari tikus yang diobati dengan D3T. Level protein subunit dan aktivitas proteasome ditingkatkan secara terkoordinasi. Namun, tidak ada induksi yang terlihat pada tikus di mana faktor transkripsi NRF2 terganggu. Aktivitas promotor dari subunit proteasome PSMB5 (20S) meningkat dengan baik pengekspresian NRF2 atau pengobatan dengan aktivator pada fibroblast embrio tikus, dan AREs diidentifikasi dalam promotor proksimal PSMB5 [85]. Aktivasi farmakologi NRF2 menghasilkan tingkat ekspresi yang tinggi dari subunit proteasome representatif (PSMA3, PSMA6, PSMB1, dan PSMB5) hanya pada fibroblast manusia non-senescent yang mengandung NRF2 fungsional [86]. Aktivasi NRF2 selama adaptasi terhadap stress oksidatif menghasilkan ekspresi yang tinggi dari subunit PSMB1 (20S) dan PA28α (atau S11, proteasome regulator) [87]. Selain itu, hasil dari sel induk embrionik manusia mengungkapkan bahwa NRF2 mengontrol ekspresi protein pematangan proteasome (POMP), pendamping proteasome, yang pada gilirannya memodulasi proliferasi sel induk embrionik memperbarui diri, tiga diferensiasi lapisan kuman dan pemrograman ulang sel [ 88]. Secara bersama-sama, penelitian ini menunjukkan bahwa NRF2 meregulasi ekspresi komponen utama UPS dan oleh karena itu secara aktif berkontribusi pada pembersihan protein yang jika tidak akan menjadi beracun.

The NRF2-UPS Axis di Neurodegenerative Diseases

Peran UPS dalam penyakit neurodegeneratif adalah bidang perdebatan intensif. Studi awal melaporkan penurunan aktivitas proteasome pada necropsi manusia dari pasien yang terkena beberapa penyakit neurodegeneratif. Namun, penelitian lain yang menggunakan pendekatan in vitro dan in vivo menemukan aktivitas proteasome yang tidak berubah atau bahkan meningkat (ditinjau dalam [89]). Satu penjelasan yang mungkin untuk perbedaan ini adalah bahwa tingkat komponen UPS mungkin berubah selama perkembangan penyakit dan di daerah otak yang berbeda seperti yang telah disarankan untuk target NRF2.

Terlepas dari kontroversi ini, perlu dicatat bahwa up-regulasi gen proteasome yang mengandung ARE akan memperkuat UPS dengan meningkatkan pembersihan protein beracun di otak. Memang, ablasi NRF1, juga modulator dari respon antioksidan, dalam sel-sel saraf menyebabkan gangguan aktivitas proteasome dan neurodegeneration. Percobaan kromatin immunoprecipitation dan analisis transkripsi menunjukkan bahwa PSMB6 diatur oleh NRF1. Selain itu, profil ekspresi gen menyebabkan identifikasi NRF1 sebagai pengatur transkripsi utama gen proteasome dalam neuron, menunjukkan bahwa gangguan pada NRF1 dapat berkontribusi pada patogenesis penyakit neurodegeneratif [90]. Menariknya, NRF1 dan isoform panjangnya yang disebut TCF11 ditunjukkan untuk meningkatkan gen proteasome yang mengandung AD pada penghambatan proteasome dalam umpan balik untuk mengkompensasi aktivitas proteolitik yang berkurang [91], [92].

Mengenai NRF2, ada korelasi antara pengurangan NRF2, RPT6 (19 S) dan tingkat PSMB5 (20 S) di otak tengah tikus defisien DJ-1 yang diterapi dengan neurotoxin paraquat [93]. Selain itu, senyawa sulforaphane (SFN) yang terjadi secara alami memberikan citra NRF2 yang lebih kuat sebagai modulator penting dari UPS. Percobaan in vitro dengan neuroblastoma murine Sel Neuro2A membuktikan ekspresi yang ditingkatkan dari subunit katalitik proteasome, serta aktivitas peptidase dalam menanggapi SFN. Obat ini melindungi sel dari sitotoksisitas yang dimediasi hidrogen peroksida dan oksidasi protein dengan cara yang bergantung pada fungsi proteasome [94]. Selain itu, Liu dan rekan kerja menggunakan mouse reporter untuk memantau aktivitas UPS dalam menanggapi SFN di otak. Tikus-tikus ini di mana-mana mengekspresikan protein fluoresensi hijau (GFP) menyatu dengan sinyal degradasi konstitutif yang mendorong degradasi cepat oleh UPS (GFPu). Dalam korteks serebral, SFN mengurangi tingkat GFPu dengan peningkatan paralel dalam aktivitas seperti chymotrypsin (PSMB5), caspase-like (PSMB2), dan trypsin (PSMB1) dari proteasome 20. Selain itu, pengobatan sel-sel yang diturunkan Huntington dengan SFN mengungkapkan bahwa aktivasi NRF2 meningkatkan degradasi mHtt dan mengurangi sitotoksisitas mHtt [95]. Mekanisme utama tindakan SFN adalah melalui induksi NRF2 [96]. Kontribusi spesifik NRF2 harus ditangani menggunakan sistem NRF2-null dalam studi lebih lanjut.

Koneksi Fungsional Antara NRF2 dan Macroautophagy

Tingkat Protein NRF2 Dimodulasi oleh Adaptor Protein P62

Autophagy mengacu pada degradasi komponen sitosol di dalam lisosom. Proses ini digunakan untuk pembersihan protein yang berumur panjang dan salah lipat serta organel yang rusak. Sebuah hubungan langsung antara NRF2 dan autophagy pertama kali diamati sehubungan dengan protein adaptor p62, juga disebut SQSTM1 [97], [98], [99], [100], [101]. Protein ini mengangkut protein ubiquitinated ke mesin degradasi proteasomal dan lisosom dan sekuester merusak protein menjadi agregat sebelum degradasi. P62 menyajikan domain ubiquitin-associated (UBA), untuk mengikat ke ubiquitinated proteins, dan sebuah region yang berinteraksi LC3 (LIR) untuk integrasi dengan membran autophagosomal melalui autophagy receptor LC3.

Meskipun induksi p62-dimediasi NRF2 dan gen targetnya pertama kali dilaporkan dalam 2007 [102], mekanisme molekuler tidak sepenuhnya dipahami sampai penemuan interaksinya dengan KEAP1 [103], [98], [99], [100 ], [101]. Komatsu dan rekan kerja mengidentifikasi wilayah berinteraksi KEAP1 (KIR) di p62 yang mengikat KEAP1 di saku permukaan dasar yang sama dengan NRF2 dan dengan afinitas pengikatan yang mirip dengan motif ETGE dalam NRF2, menunjukkan persaingan antara p62 dan NRF2. The fosforilasi Ser351 dalam motif KIR di p62 (349-DPSTGE-354) terbukti meningkatkan afinitas untuk KEAP1, bersaing dengan NRF2 mengikat dan memungkinkan akumulasi dan aktivasi transkripsional dari gen targetnya [98], [99]. Bahkan, overekspresi p62 menyebabkan berkurangnya NRVNNUMX ubiquitination dan stabilisasi konsekuen serta induksi gen targetnya [2]. Beberapa kinase telah disarankan untuk berpartisipasi dalam fosforilasi p104. Target mamalia kompleks rapamycin 62 (mTORC1) mungkin terlibat, karena pengobatan dengan mTOR inhibitor rapamycin menekan fosforilasi p1 dan pengaturan turun KEAP62 pada perawatan arsenit. Baru-baru ini, ditunjukkan bahwa TGF-β-activated kinase 1 (TAK1) bisa juga memfosforilasi p1, meningkatkan degradasi KEAP62 dan NRF1-up-regulation. Para penulis studi ini menyarankan ini adalah cara untuk mengatur redokstasis seluler dalam kondisi steady-state, karena defisiensi TAK2 meningkatkan ROS dengan tidak adanya oksidan eksogen dalam jaringan tikus yang berbeda secara paralel dengan penurunan tingkat protein NRF1 [2 ].

Konstruksi p62 yang tidak memiliki domain UBA masih mampu mengikat KEAP1, menyiratkan bahwa interaksi tidak bergantung pada KEAP1 [101] yang mana-mana. Namun, homolog p62 di Drosophila melanogaster, bernama Ref (2), tidak mengandung motif KIR dan tidak secara langsung berinteraksi dengan DmKEAP1, meskipun dapat mengikat DmKEAP1 yang dimanisakan melalui domain UBA. Selain itu, DmKEAP1 dapat langsung berinteraksi dengan Atg8 (homolog ke mamalia LC3). KEAP1 kekurangan hasil di Atg8 dan induksi autophagy tergantung pada NRF2 orthologue CncC dan independen pada TFEB / MITF [106]. Hubungan antara NRF2 dan autophagy tampaknya dilestarikan meskipun, menyoroti relevansi fungsionalnya.

Induksi NRF2 oleh p62 adalah hasil dari kedua kompetisi untuk mengikat KEAP1 dan degradasi KEAP1 di lisosom. Membungkam p62 dengan siRNA menggandakan KEAP1 paruh waktu secara paralel dengan penurunan NRF2 dan gen targetnya [101]. Dalam kesepakatan, ablasi ekspresi p62 dibuktikan peningkatan tingkat KEAP1 dibandingkan dengan tikus wild type. Sangat relevan, peningkatan dalam tingkat KEAP1 tidak dipengaruhi oleh inhibitor proteasome tetapi berkurang di bawah autophagy yang menyebabkan kelaparan [107]. Bahkan, KEAP1 hadir dalam sel mamalia di vesikel autophagic yang dihiasi dengan p62 dan LC3 [99], [100], [103]. Semua data ini menunjukkan bahwa KEAP1 adalah substrat dari mesin macroautophagy, tetapi masalah ini harus dianalisis dengan lebih detail karena adanya beberapa hasil yang kontroversial. Kadar protein KEAP1 meningkat pada tikus Atg7-null, efektor kunci dari macroautophagy [107], tetapi inhibisi farmakologi dari macroautophagy dengan torin1, E64 / pepstatin atau bafilomycin gagal mengakumulasi KEAP1 [107], [100]. Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan bahwa peningkatan tingkat p62 menyita KEAP1 menjadi vakuola autophagic dan mungkin hasil ini dalam degradasi autophagic KEAP1 memungkinkan aktivasi NRF2 (Gambar 3). Dua penelitian yang berbeda melaporkan bahwa asam sulfinat reduktase SESTRIN memainkan peran penting dalam konteks ini. SESTRIN 2 berinteraksi dengan p62, KEAP1, dan RBX1 serta memfasilitasi degradasi dependen P62 dari KEAP1 dan NRF2 dari gen target [108]. Studi lain menunjukkan bahwa SESTRIN 2 berinteraksi dengan ULK1 dan p62, mempromosikan fosforilasi p62 di Ser403 yang memfasilitasi degradasi protein kargo termasuk KEAP1 [109].

Gambar tingkat 3 NRF2 diatur oleh protein adaptor p62. The fosforilasi Ser 351 dalam motif KIR dari p62 (349-DPSTGE-354) oleh mTORC1, TAK1 atau kinase lainnya menghasilkan peningkatan afinitas untuk mengikat KEAP1 karena kemiripan dengan motif ETGE di NRF2. Sebagai akibatnya, p62 terfosforilasi menggantikan NRF2 dan mengikat KEAP1. Motif LIR di p62 memungkinkan interaksi dengan LC3 di membran autophagosomal, sehingga kompleks p62-KEAP1 akhirnya terdegradasi di lisosom. Sebagai akibatnya NRF2 mampu berakumulasi, mentranslokasi ke nukleus dan meningkatkan transkripsi gen yang mengandung ARE, termasuk p62. Mekanisme pengaturan ini memberikan respons NRF2 yang dapat diperdebatkan, karena KEAP1 harus disintesis baru untuk menghambat aktivitas NRF2.

Modulasi Gen Macroautophagy oleh NRF2

NRF2 mengatur ekspresi gen yang relevan untuk macroautophagy dan juga untuk UPR dan UPS. Bukti pertama berasal dari penelitian di mana ekspresi p62 terbukti diinduksi pada paparan elektrofil, ROS dan nitrat oksida [110], [111], [112]. Mekanisme induksi dijelaskan beberapa tahun kemudian dengan temuan bahwa p62 berisi ARE fungsional dalam promotor gennya [99]. Dalam penelitian terbaru, beberapa ARE fungsional lainnya ditemukan dan divalidasi berikut analisis bioinformatika dan tes ChIP. Selain itu, fibroblas embrio tikus dan neuron kortikal dari tikus Nrf2-knockout menunjukkan penurunan ekspresi p62, yang dapat diselamatkan dengan lisisvirus NRF2-expressing. Demikian pula, defisiensi NRF2 mengurangi tingkat p62 pada neuron yang cedera dari tikus hippocampus [36]. Oleh karena itu, telah disarankan bahwa aktivasi NRF2 meningkatkan level p62, menghasilkan degradasi KEAP1 dan mendukung stabilisasi NRF2 lebih lanjut dalam loop umpan balik positif. Mekanisme non-kanonik ini dari induksi NRF2 membutuhkan perubahan dalam ekspresi gen dan mungkin merupakan respons yang relevan terhadap stres seluler yang berkepanjangan.

Protein pengenalan muatan NDP52 ditunjukkan diatur secara transkripsi oleh NRF2. NDP52 bekerja dengan cara yang mirip dengan p62, mengenali protein ubiquitinated dan berinteraksi dengan LC3 melalui domain LIR, sehingga kargo terdegradasi di lisosom. Lima Warisan yang diduga ditemukan dalam urutan DNA promoter Ndp52. Tiga dari mereka diidentifikasi dengan konstruksi mutan yang berbeda dan tes CHIP sebagai sangat diperlukan untuk transkripsi Ndp2 yang dimediasi NRF52 [113]. Dari catatan, tingkat mRNA Ndp52 berkurang pada hippocampus tikus Nrf2-knockout. Salah satu dari sekuens ini juga divalidasi dalam penelitian independen sebagai ARE yang diatur oleh NRF2 [36].

Namun, peran NRF2 dalam modulasi autophagy tidak terbatas pada induksi dua protein pengakuan kargo ini. Untuk mendapatkan wawasan yang lebih dalam tentang peran NRF2 dalam modulasi gen-gen terkait autophagy tambahan, kelompok kami melakukan skrining pada chromatin immunoprecipitation database ENCODE untuk dua protein, MAFK dan BACH1, yang mengikat NRMPNUMX-regulated AREs. Menggunakan skrip yang dihasilkan dari urutan JASPAR, AD, kami mengidentifikasi beberapa ARE yang diduga dalam banyak gen autophagy. Dua belas dari sekuens ini divalidasi sebagai NRF2 mengatur ARE di sembilan gen autophagy, yang ekspresinya berkurang pada fibroblas embrio tikus pada tikus Nrf2-knockout tetapi dapat dipulihkan oleh lisisvirus NRF2-expressing. Studi kami menunjukkan bahwa NRF2 mengaktifkan ekspresi beberapa gen yang terlibat dalam berbagai langkah proses autophagic, termasuk inisiasi autophagy (ULK2), pengenalan muatan (p1 dan NDP62), pembentukan autophagosome (ATG52D, ATG4 dan GABARAPL7), pemanjangan (ATG1B dan ATG2) ), dan izin autolysosome (ATG5D). Akibatnya, fluks autophagy sebagai respons terhadap hidrogen peroksida terganggu ketika NRF4 tidak ada [2].

hubungan Ekspresi Gen NRPNMX-Mediated Makroautophagy pada Gangguan Neurodegeneratif

Autophagy yang rusak telah terbukti memainkan peran penting dalam beberapa penyakit neurodegeneratif [114] dan ablasi autophagy menyebabkan neurodegeneration pada tikus [115], [116]. Tikus Atg7-knockout mengungkapkan bahwa defisiensi autophagy menghasilkan akumulasi p62 di badan inklusi ubiquitin-positif. KEAP1 diasingkan di badan inklusi ini, mengarah ke stabilisasi NRF2 dan induksi gen target [103]. Yang penting, akumulasi berlebihan p62 bersama dengan protein ubiquitinated telah diidentifikasi dalam penyakit neurodegeneratif, termasuk AD, PD dan ALS [117]. Bahkan, neuron yang mengekspresikan tingkat tinggi APP atau TAU pasien AD juga menyatakan p62 dan NRF2 nuklir, menunjukkan upaya mereka untuk menurunkan agregat intraneuronal melalui autophagy [36].

Kekurangan NRF2 memperburuk agregasi protein dalam konteks AD. Faktanya, peningkatan kadar TAU terfosforilasi dan sarkosil ditemukan pada tikus Nrf2-knockout, meskipun tidak ada perbedaan dalam aktivitas kinase atau fosfatase yang dapat dideteksi dibandingkan dengan latar belakang tipe liar [113]. Yang penting, NDP52 didemonstrasikan untuk melakukan co-localize dengan TAU dalam neuron murine dan interaksi langsung antara phospho-TAU dan NDP52 ditunjukkan oleh percobaan co-immunoprecipitation baik pada tikus dan sampel AD, menunjuk pada perannya dalam degradasi TAU. Menariknya, membungkam NDP52, p62 atau NRF2 di neuron menghasilkan peningkatan phospho-TAU [113], [118]. Selain itu, peningkatan agregat APP intraneuronal ditemukan di hippocampus dari tikus APP / PS1ΔE9 ketika NRF2 tidak ada. Hal ini berkorelasi dengan penanda autophagy yang diubah, termasuk peningkatan rasio phospho-mTOR / mTOR dan phospho-p70S6k / p70S6k (menunjukkan inhibisi autophagy), peningkatan kadar pra-cathepsin D dan jumlah yang lebih besar dari badan multivesikular [119]. Pada tikus yang mengekspresikan APP manusia (V717I) dan TAU (P301L), defisiensi NRF2 menyebabkan peningkatan kadar total dan phospho-TAU dalam fraksi yang tidak larut dan peningkatan agregat APP intraneuronal, bersama dengan penurunan tingkat neuronal p62, NDP52, ULK1, ATG5 dan GABARAPL1. Ko-lokalisasi antara protein adaptor p62 dan APP atau TAU berkurang tanpa NRF2 [36]. Secara keseluruhan, hasil ini menyoroti pentingnya NRF2 dalam autophagy neuronal.

Berbagai Faktor Transkripsi Bertindak Koordinasi untuk Memodulasi Proteostasis

Di bawah kondisi steady state, proteostasis dikendalikan melalui interaksi protein-protein dan modifikasi pasca-translasi mendapatkan respon cepat. Namun, adaptasi seluler membutuhkan pengaturan transkripsi gen UPR, UPS dan autophagy. Mempertimbangkan bahwa sel-sel saraf secara terus-menerus diserahkan kepada penghilang racun tingkat rendah, termasuk stres oksidatif dan proteotoksik, penguatan proteostasis yang disebabkan oleh modulasi transkripsi dapat membantu mencegah degenerasi otak.

Dalam kasus UPR, aktivasi masing-masing dari ketiga lengan akhirnya akan menghasilkan induksi transkripsi gen tertentu (ditinjau dalam [43]). Sebagai contoh, sebuah fragmen ATF6 yang diturunkan (ATF6f) berikatan dengan elemen-elemen respons ER-stress (ERSE) dan menginduksi ekspresi beberapa gen, termasuk XBPI, BIP dan CHOP. Selain itu, pensinyalan PERK mengarah pada aktivasi faktor transkripsi ATF4, yang mengontrol ekspresi beberapa gen terkait UPR dan beberapa lainnya termasuk gen target NRF2 Hmox1 dan p62. Akhirnya, aktivasi IRE1 menghasilkan generasi faktor transkripsi aktif, XBP1 yang disambung (XBP1s), yang mengontrol transkripsi gen yang mengkode protein yang terlibat dalam pelipatan protein.

Di sisi lain, NRF1 terbukti diperlukan untuk ekspresi gen proteasomal di otak, karena tikus Nrf1-knockout menunjukkan berkurangnya ekspresi gen yang mengkode berbagai subunit inti 20S, serta kompleks pengaturan 19S bersama dengan fungsi proteasomal yang terganggu [90 ]. NRF1 dan NRF2 terikat pada urutan ARE di wilayah promotor gen targetnya, yang menunjukkan bahwa mereka memiliki aktivitas transkrip yang tumpang tindih, meskipun mereka berbeda dalam mekanisme pengaturan dan lokalisasi seluler [120].

Faktor-faktor transkripsi dari keluarga kotak Forkhead O (FOXO) mengendalikan ekspresi gen-gen yang berhubungan dengan autophagy. Mirip dengan apa yang terjadi dengan NRF2, ada beberapa lapisan regulasi aktivitas anggota FOXO, yang dapat diinduksi pada stres nutrisi atau oksidatif [121]. Akhirnya, faktor transkripsi TFEB, dianggap sebagai pengatur utama dari biogenesis lisosom, memainkan peran penting dalam pengaturan autophagy di bawah kondisi stres nutrisi. Dengan demikian, penghambatan mTORC1 menyebabkan translokasi nuklir TFEB dan induksi ekspresi gen autophagy [122].

Secara keseluruhan, keberadaan regulator transkripsi yang berbeda dari mesin-mesin ini juga menunjukkan crosstalk dan mekanisme sebagian redundan yang dapat menjamin proteostasis dalam keadaan yang berbeda. Dengan demikian, NRF2 mungkin memiliki peran yang relevan dalam jaringan yang mendukung tingkat stres oksidatif yang tinggi. Misalnya, NRF2 yang diinduksi stres oksidatif mungkin berfungsi dalam kondisi yang kaya nutrisi secara transkripsi hingga mengatur autophagy, mirip dengan apa yang telah ditemukan untuk TFEB dalam kondisi kelaparan. Selain itu, fungsi otak sebagian besar di bawah kondisi kaya nutrisi, berpose NRF2 sebagai mekanisme yang relevan untuk mengaktifkan autophagy di neuron.

Potensi Terapi yang Menjanjikan untuk NRF2 di Proteinopathies

Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan besar telah dibuat dalam pengetahuan tentang peran pengatur dari UPR, UPS serta autophagy pada aktivitas NRF2, serta transkripsi yang diperantarai oleh NRF2 komponen dari ketiga sistem ini. Oleh karena itu, kemungkinan terapeutik baru mungkin timbul berdasarkan eksploitasi NRF2 sebagai pengatur penting pembebasan protein pada penyakit neurodegeneratif.

Namun, pertanyaan kunci yang tersisa adalah apakah itu akan berguna atau merusak untuk meningkatkan tingkat NRF2 di otak. Analisis data epidemiologi dapat memberikan jawaban parsial, karena menunjukkan bahwa gen NFE2L2 sangat polimorfik dan beberapa polimorfisme nukleotida tunggal yang ditemukan di wilayah pengaturan promotornya dapat memberikan berbagai variabilitas “fisiologis” dalam ekspresi gen pada tingkat populasi dan beberapa haplotype dikaitkan dengan penurunan risiko dan / atau onset tertunda AD, PD atau ALS [123]. Selain itu, seperti yang dibicarakan oleh Hayes dan rekan [124], efek NRF2 mungkin memiliki respons berbentuk U, yang berarti bahwa tingkat NRF2 terlalu rendah dapat mengakibatkan hilangnya sitoproteksi dan meningkatkan kerentanan terhadap stresor, sementara terlalu banyak NRF2 dapat mengganggu keseimbangan homeostatik terhadap skenario reduktif (stres reduktif), yang akan mendukung protein misfolding dan agregasi. Kadar NRF2 yang rendah di otak mendukung gagasan bahwa regulasi sedikit mungkin cukup untuk mencapai manfaat di bawah kondisi patologis. Faktanya, peran protektif aktivasi NRF-mediasi-mediasi farmakologi dari clearance protein telah ditunjukkan pada kultur sel neurodegenerasi yang berbeda dan model in vivo.

SFN adalah aktivator NRF2 farmakologi yang ditunjukkan untuk menginduksi ekspresi gen proteasomal dan autophagy [95], [36]. Menariknya, Jo dan rekan menunjukkan bahwa SFN mengurangi tingkat TAU ​​terfosforilasi dan meningkatkan Beclin-1 dan LC3-II, menunjukkan aktivasi NRF2 dapat memfasilitasi degradasi protein beracun ini melalui autophagy [113]. Selain itu, degradasi mHtt ditingkatkan dengan SFN, dan ini dikembalikan dengan penggunaan MG132, menunjukkan degradasi proteasom dari protein beracun ini [95]. Degradasi autofagi-dimediasi dari phospho- dan insoluble-TAU dilaporkan dengan fisetin flavonoid organik. Senyawa ini mampu menginduksi autophagy dengan secara bersamaan mempromosikan aktivasi dan translokasi nuklir dari TFEB dan NRF2, bersama dengan beberapa gen targetnya. Tanggapan ini dicegah dengan pembungkaman TFEB atau NRF2 [125]. Bott dan rekan melaporkan efek menguntungkan dari NRF2, NRF1, dan aktivator HSF1 secara bersamaan pada toksisitas protein pada atrofi otot tulang belakang dan bulbar, gangguan neurodegeneratif yang disebabkan oleh ekspansi pengulangan CAG poligutamin di mana terdapat agregat protein [126]. Potensi aktivasi NRF2 untuk pengobatan gangguan neurodegeneratif telah dibuktikan dengan persetujuan BG-12, formulasi oral dari inducer NRF2 dimethyl fumarate (DMF), untuk pengobatan multiple sclerosis [127], [128]. Keberhasilan DMF dengan penyakit autoimun dengan komponen peradangan yang kuat menunjukkan bahwa penyakit neurodegeneratif mungkin mendapat manfaat dari reposisi obat ini. Dalam studi praklinis terbaru dari model α-synucleinopathy dari PD, DMF terbukti menjadi neuroprotektif karena, sebagian, ke induksi autophagy [129]. Studi melaporkan efek menguntungkan dari NRF2 pada neurodegeneration tetapi tidak berfokus pada efeknya pada pembukaan protein bahkan lebih melimpah (untuk tinjauan komprehensif, lihat [7]). Hal ini cukup relevan, karena menyoroti berbagai proses merusak yang dapat ditargetkan secara bersamaan oleh satu pukulan di NRF2, juga termasuk stres oksidatif, neuroinflammation atau disfungsi mitokondria. Namun, pekerjaan di masa depan akan diperlukan untuk menentukan apakah aktivasi farmakologi NRF2 mungkin merupakan strategi yang valid untuk memfasilitasi degradasi protein beracun di otak.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, aktivitas GSK-3β yang diperburuk dilaporkan pada penyakit neurodegeneratif dan telah berspekulasi bahwa pengurangan NRF2 yang konsekuen dapat secara parsial bertanggung jawab atas hasil yang merusak. Di bawah kondisi patologis ini, inhibitor GSK-3 juga dapat bekerja sama untuk meningkatkan tingkat NRF2 dan proteostasis. Efek menguntungkan dari inhibitor GSK-3 telah dilaporkan dalam berbagai model neurodegenerasi dan, lebih menarik, represi GSK-3 ditunjukkan untuk mengurangi tingkat protein beracun [130], [131], [132], [133]. Meskipun tidak ada hubungan langsung antara penghambatan GSK-3 dan regulasi NRcriptNUMX-transkripsi gen yang mempromosikan proteostasis telah diamati, adalah wajar untuk berspekulasi bahwa down-regulation aktivitas GSK-2 akan menghasilkan peningkatan tingkat NRF3, yang akhirnya akan menghasilkan penguatan. proteostasis.

Aktivitas transkripsi NRF2 serta kapasitas seluler untuk mempertahankan proteostasis menurun seiring usia, faktor risiko utama untuk pengembangan penyakit neurodegeneratif. Adalah masuk akal untuk berpikir bahwa penguatan NRF2 dan, akibatnya, proteostasis akan, setidaknya, menunda akumulasi agregat dan neurodegenerasi protein. Memang, pengobatan fibroblast senescent manusia dengan 18α-glycyrrhetinic acid (18α-GA) triterpenoid mempromosikan aktivasi NRF2, yang mengarah ke induksi proteasome dan peningkatan rentang hidup. Studi ini menunjukkan bahwa aktivasi farmakologi NRF2 dimungkinkan bahkan di akhir kehidupan [86]. Selain itu, studi selanjutnya menunjukkan bahwa senyawa ini memediasi SKN-1 dan aktivasi proteasome di C.elegans dengan efek menguntungkan pada perkembangan AD dalam model nematoda yang relevan [134].

Semua hal dipertimbangkan, induksi NRF2-induksi gen terkait-proteostasis tampaknya bermanfaat dalam berbagai proteinopathies.

Sulforaphane dan Pengaruhnya Terhadap Kanker, Kematian, Penuaan, Otak dan Perilaku, Penyakit Jantung & Lainnya

Isothiocyanate adalah beberapa senyawa tanaman yang paling penting yang bisa Anda dapatkan dalam diet Anda. Di dalam video Saya membuat kasus yang paling komprehensif untuk mereka yang pernah dibuat. Rentang perhatian yang pendek? Lewati ke topik favorit Anda dengan mengklik salah satu poin waktu di bawah ini. Penuh garis waktu di bawah ini.

Bagian utama:

  • 00: 01: 14 - Kanker dan kematian
  • 00: 19: 04 - Penuaan
  • 00: 26: 30 - Otak dan perilaku
  • 00: 38: 06 - Rekap terakhir
  • 00: 40: 27 - Dosis

Lini waktu penuh:

  • 00: 00: 34 - Pengantar sulforaphane, fokus utama dari video.
  • 00: 01: 14 - konsumsi sayuran Cruciferous dan pengurangan dalam semua penyebab kematian.
  • 00: 02: 12 - Risiko kanker prostat.
  • 00: 02: 23 - Risiko kanker kandung kemih.
  • 00: 02: 34 - Kanker paru-paru berisiko pada perokok.
  • 00: 02: 48 - Risiko kanker payudara.
  • 00: 03: 13 - Hipotetis: bagaimana jika Anda sudah menderita kanker? (intervensi)
  • 00: 03: 35 - Mekanisme mengemudi yang masuk akal kanker dan data asosiatif mortalitas.
  • 00: 04: 38 - Sulforaphane dan kanker.
  • 00: 05: 32 - Bukti binatang menunjukkan kuat efek ekstrak kecambah brokoli pada perkembangan tumor kandung kemih pada tikus.
  • 00: 06: 06 - Pengaruh suplementasi langsung sulforaphane pada pasien kanker prostat.
  • 00: 07: 09 - Bioakumulasi metabolit isothiocyanate dalam jaringan payudara yang sebenarnya.
  • 00: 08: 32 - Penghambatan sel induk kanker payudara.
  • 00: 08: 53 - Pelajaran sejarah: brassica ditetapkan memiliki sifat-sifat kesehatan bahkan di Roma kuno.
  • 00: 09: 16 - Kemampuan Sulforaphane untuk meningkatkan ekskresi karsinogen (benzena, akrolein).
  • 00: 09: 51 - NRF2 sebagai saklar genetik melalui elemen respons antioksidan.
  • 00: 10: 10 - Bagaimana aktivasi NRF2 meningkatkan ekskresi karsinogen melalui glutathione-S-conjugates.
  • 00: 10: 34 - kubis Brussel meningkatkan glutathione-S-transferase dan mengurangi kerusakan DNA.
  • 00: 11: 20 - Broccoli sprout drink meningkatkan ekskresi benzena oleh 61%.
  • 00: 13: 31 - Broccoli sprout homogenate meningkatkan enzim antioksidan di saluran napas bagian atas.
  • 00: 15: 45 - konsumsi sayuran Cruciferous dan kematian penyakit jantung.
  • 00: 16: 55 - Bubuk tunas brokoli meningkatkan lipid darah dan risiko penyakit jantung secara keseluruhan pada penderita diabetes tipe 2.
  • 00: 19: 04 - Awal mula penuaan bagian.
  • 00: 19: 21 - Diet yang diperkaya Sulforaphane meningkatkan masa hidup dari kumbang dari 15 ke 30% (dalam kondisi tertentu).
  • 00: 20: 34 - Pentingnya peradangan rendah untuk umur panjang.
  • 00: 22: 05 - Sayuran dan tunas kecambah brokoli tampaknya mengurangi beragam penanda inflamasi pada manusia.
  • 00: 23: 40 - Rekap video pertengahan: kanker, bagian penuaan
  • 00: 24: 14 - Studi pada tikus menunjukkan sulforaphane dapat meningkatkan fungsi imun adaptif di usia tua.
  • 00: 25: 18 - Sulforaphane meningkatkan pertumbuhan rambut pada model tikus botak. Gambar di 00: 26: 10.
  • 00: 26: 30 - Awal dari bagian otak dan perilaku.
  • 00: 27: 18 - Pengaruh ekstrak kecambah brokoli pada autisme.
  • 00: 27: 48 - Pengaruh glucoraphanin pada skizofrenia.
  • 00: 28: 17 - Mulai dari diskusi depresi (mekanisme dan studi yang masuk akal).
  • 00: 31: 21 - Studi mouse menggunakan 10 model yang berbeda dari depresi yang diinduksi stres menunjukkan sulforaphane sama efektifnya dengan fluoxetine (prozac).
  • 00: 32: 00 - Studi menunjukkan konsumsi langsung glukoraphanin pada tikus juga efektif mencegah depresi dari model stres kekalahan sosial.
  • 00: 33: 01 - Awal dari bagian neurodegenerasi.
  • 00: 33: 30 - Sulforaphane dan penyakit Alzheimer.
  • 00: 33: 44 - Sulforaphane dan penyakit Parkinson.
  • 00: 33: 51 - Sulforaphane dan penyakit Hungtington.
  • 00: 34: 13 - Sulforaphane meningkatkan protein heat shock.
  • 00: 34: 43 - Awal dari bagian cedera otak traumatis.
  • 00: 35: 01 - Sulforaphane disuntikkan segera setelah TBI meningkatkan daya ingat (studi pada tikus).
  • 00: 35: 55 - Sulforaphane dan plastisitas neuronal.
  • 00: 36: 32 - Sulforaphane meningkatkan pembelajaran di model diabetes tipe II pada tikus.
  • 00: 37: 19 - Sulforaphane dan duchenne distrofi otot.
  • 00: 37: 44 - Myostatin inhibition dalam sel-sel satelit otot (in vitro).
  • 00: 38: 06 - Rekap video-ulang: mortalitas dan kanker, kerusakan DNA, stres oksidatif dan peradangan, ekskresi benzena, penyakit kardiovaskular, diabetes tipe II, efek pada otak (depresi, autisme, skizofrenia, neurodegenerasi), jalur NRF2.
  • 00: 40: 27 - Pikiran tentang mencari tahu kecambah brokoli atau sulforaphane.
  • 00: 41: 01 - Anekdot saat bertumbuh di rumah.
  • 00: 43: 14 - Pada suhu memasak dan aktivitas sulforaphane.
  • 00: 43: 45 - Konversi bakteri usus dari sulforaphane dari glucoraphanin.
  • 00: 44: 24 - Suplemen bekerja lebih baik ketika dikombinasikan dengan myrosinase aktif dari sayuran.
  • 00: 44: 56 - Teknik memasak dan sayuran silangan.
  • 00: 46: 06 - Isothiocyanate sebagai goitrogens.
Dr Jimenez White Coat

Faktor nuklir yang berasal dari 2 erythroid (NF-E2) terkait faktor 2, atau dikenal sebagai Nrf2, adalah faktor transkripsi yang mengatur ekspresi dari berbagai enzim antioksidan dan detoksifikasi. Studi penelitian juga menunjukkan perannya dalam mengendalikan stres oksidatif. Sebagian besar penyakit neurodegeneratif, seperti penyakit Alzheimer dan penyakit Parkinson, ditandai oleh stres oksidatif dan peradangan kronis, target umum Pendekatan pengobatan Nrf2.

Dr Alex Jimenez DC, CCST Insight

Catatan Penutup

Faktor transkripsi NRF2 mengatur suatu a proteostatik respons dengan merasakan dan memodulasi perubahan dalam UPR, UPS serta autophagy (Gambar. 4). Akibatnya, kurangnya NRF2 telah terbukti memperburuk proteinopati, menunjukkan bahwa NRF2 diperlukan untuk pembersihan protein yang optimal. Bersama, kita dapat berspekulasi bahwa NRF2 mungkin menjadi target terapi yang menarik untuk proteinopat.

Gambar 4 NRF2 sebagai hub yang menghubungkan sinyal darurat yang diturunkan dari proteotoxic ke respons transkripsi protektif. Akumulasi protein yang tidak dilipat / gagal melipat akan menyebabkan aktivasi respon protein yang tidak terbuka (UPR) di UGD. Aktivasi PERK atau MAPK dapat menghasilkan induksi transkripsi ER-residen Gpx8 dan beberapa enzim yang mengatur kadar GSH, penting untuk memastikan lipatan protein yang benar. Agregat protein menghambat aktivitas proteasome (UPS), mungkin menghindari degradasi NRF2. NRF2 telah ditunjukkan untuk secara khusus memodulasi transkripsi Psma3, Psma6, Psmb1, Psmb5 dan gen Pomp. Beberapa subunit lainnya diregulasi dengan cara NRF2 sebagai respon terhadap D3T, mungkin memperbesar daftar subunit proteasome yang diatur oleh NRF2. Autophagy adalah jalur utama untuk degradasi agregat protein. Autophagy juga mengatur NRF2, menghubungkan jalur degradasi ini dengan induksi transkripsi NRF2 dari p62, Ndp52, Ulk1, Atg2b, Atg4c, Atg5, Atg7, dan Gabarapl1.

Ucapan Terima Kasih

Sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231716304050

Menurut artikel di atas, sementara gejala penyakit neurodegeneratif dapat diobati melalui berbagai pilihan pengobatan, penelitian telah menunjukkan bahwa aktivasi Nrf2 dapat menjadi pendekatan perawatan yang bermanfaat. Karena Aktivis Nrf2 menargetkan mekanisme luas penyakit, semua penyakit neurodegeneratif dapat mengambil manfaat dari penggunaan faktor transkripsi Nrf2. Temuan Nrf2 telah merevolusi pengobatan penyakit neurodegeneratif. Ruang lingkup informasi kami terbatas pada masalah kesehatan chiropraktik dan tulang belakang. Untuk mendiskusikan materi pelajaran, silakan bertanya kepada Dr. Jimenez atau hubungi kami di 915-850-0900 .

Diundangkan oleh Dr. Alex Jimenez

Direferensikan dari: Sciencedirect.com

Tombol Panggilan Hijau Sekarang H .png

Diskusi Topik Tambahan: Menghilangkan Nyeri Lutut tanpa Pembedahan

Nyeri lutut adalah gejala terkenal yang dapat terjadi karena berbagai cedera lutut dan / atau kondisi, termasuk cedera olahraga. lutut adalah salah satu sendi yang paling kompleks dalam tubuh manusia seperti yang dibuat-buat dari simpang empat tulang, empat ligamen, tendon berbagai, dua menisci, dan tulang rawan. Menurut American Academy of Family Physicians, penyebab paling umum nyeri lutut termasuk patella subluksasi, tendinitis patella atau lutut jumper, dan penyakit Osgood-Schlatter. Meskipun nyeri lutut paling mungkin terjadi pada orang di atas usia 60 tahun, nyeri lutut juga dapat terjadi pada anak-anak dan remaja. Nyeri lutut dapat dirawat di rumah mengikuti metode RICE, namun, cedera lutut yang parah mungkin memerlukan perhatian medis segera, termasuk perawatan chiropractic.

gambar blog kartun kertas anak laki-laki

EXTRA EXTRA | TOPIK PENTING: Direkomendasikan El Paso, TX Chiropractor

***