Condividi

Le malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson, colpiscono milioni di persone in tutto il mondo. Sono disponibili varie opzioni di trattamento per trattare i sintomi di diverse malattie neurodegenerative, sebbene i risultati siano spesso limitati. Studi di ricerca hanno trovato che lo stress ossidativo causato da fattori sia interni che esterni può essere una causa per lo sviluppo di malattie neurodegenerative. Il fattore di trascrizione, Nrf2, è stato determinato a funzionare come un importante meccanismo di difesa contro lo stress ossidativo. Lo scopo dell'articolo qui sotto è quello di mostrare gli effetti di Nrf2 su malattie neurodegenerative.

Modulazione di Proteostasi mediante Fattore di trascrizione NRF2

Le malattie neurodegenerative sono legate all'accumulo di specifici aggregati proteici, suggerendo una connessione intima tra il cervello ferito e la perdita di proteostasi. La proteostasi si riferisce a tutti i processi attraverso i quali le cellule controllano l'abbondanza e il ripiegamento del proteoma grazie ad un'ampia rete che integra la regolazione delle vie di segnalazione, dell'espressione genica e dei sistemi di degradazione delle proteine. Questa recensione tenta di riassumere i risultati più rilevanti sulla modulazione trascrizionale della proteostasi esercitata dal fattore di trascrizione NRF2 (fattore 2 simile a un fattore nucleare (2 derivato da eritroidi). NRF2 è stato classicamente considerato il principale regolatore della risposta delle cellule antiossidanti, sebbene attualmente stia emergendo come componente chiave dei macchinari di trasduzione per mantenere la proteostasi. Come discuterà, NRF2 potrebbe essere immaginato come un hub che compila segnali di emergenza derivati ​​dall'accumulazione di proteine ​​misfolded al fine di costruire una risposta trascrizionale coordinata e perdurabile. Ciò è ottenuto dalle funzioni di NRF2 relative al controllo dei geni coinvolti nel mantenimento della fisiologia del reticolo endoplasmatico, del proteasoma e dell'autofagia.

parole chiave: Malattie neurodegenerative, risposta proteica non spiegata, proteasoma, ubiquitina, autofagia, stress ossidativo

Abbreviazioni

Sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231716304050

Introduzione

Fattore Nucleare (2 derivato da eritroide) 2 (NRF2) è una proteina base-leucina-cerniera considerata al giorno d'oggi come un maestro regolatore dell'omeostasi cellulare. Controlla l'espressione basale e stress-inducibile di oltre i geni 250 che condividono in comune un potenziatore cis-acting denominato elemento di risposta antiossidante (ARE) [1], [2], [3], [4], [5]. Questi geni partecipano alle reazioni di disintossicazione di fase I, II e III, al glutatione e al metabolismo di peroxiredoxin / thioredoxin, alla produzione di NADPH attraverso la via del pentoso fosfato e l'enzima malico, l'ossidazione degli acidi grassi, il metabolismo del ferro e la proteostasi [6]. Date queste ampie funzioni citoprotettive, è possibile che un singolo colpo farmacologico in NRF2 possa mitigare l'effetto dei principali colpevoli di malattie croniche, tra cui lo stress ossidativo, infiammatorio e proteotossico. Il ruolo di NRF2 nella modulazione della difesa antiossidante e la risoluzione dell'infiammazione sono stati affrontati in numerosi studi (recensione in [7]). Qui, ci concentreremo sul suo ruolo nella proteostasi, cioè il controllo omeostatico della sintesi proteica, del ripiegamento, del traffico e della degradazione. Verranno forniti esempi nel contesto delle malattie neurodegenerative.

La perdita di proteostasi influenza l'attività di NRF2 nelle malattie neurodegenerative

Un segno distintivo generale delle malattie neurodegenerative è l'occorrenza di aggregazione aberrante di alcune proteine. Così, gli aggregati di proteina atipici di α-sinucleina (α-SYN) si trovano nella malattia di Parkinson (PD), placche di β-amiloide (Aβ) e grovigli neurofibrillari di iper-fosforilata TAU nella malattia di Alzheimer (AD), huntingtina (Htt) in Huntington malattia (HD), superossido dismutasi 1 (SOD1) e proteina di legame del DNA TAR 43 (TDP-43) nella sclerosi laterale amiotrofica (ALS), proteina prionica (PrP) nelle encefalopatie spongiformi, ecc. Gli aggregati proteici possono avere un impatto su diversi cellulari percorsi, che a loro volta possono influenzare i livelli e l'attività di NRF2.

Diversi livelli di regolazione controllano strettamente l'attività di NRF2

In condizioni fisiologiche, le cellule mostrano bassi livelli di proteina NRF2 a causa del suo rapido turnover. In risposta a diversi stimoli, la proteina NRF2 viene accumulata, entra nel nucleo e aumenta la trascrizione dei geni contenenti ARE. Pertanto, la gestione dei livelli di proteina NRF2 è un punto chiave che dovrebbe integrare segnali di input positivi e negativi. Come discuterà ulteriormente, NRF2 è attivato da diversi meccanismi sovrapposti per orchestrare una risposta rapida ed efficiente ma d'altra parte NRF2 potrebbe essere inibito, probabilmente in una seconda fase, al fine di disattivare la sua risposta.

Dal punto di vista classico, l'attivazione di NRF2 è stata considerata come una conseguenza della risposta cellulare ai composti ossidanti o elettrofili. A questo proposito, l'ubiquitina E3 ligasi adattatore Kelch-like proteina ECH-associata 1 (KEAP1) svolge un ruolo cruciale. I dettagli molecolari saranno ulteriormente trattati nella Sezione 4.1. In breve, KEAP1 agisce come un sensore redox a causa dei residui critici di cisteina che portano all'ubiquitinazione e alla degradazione del proteasomal da parte di NRF2. Oltre a questa modulazione classica, NRF2 è profondamente regolato dagli eventi di segnalazione. In effetti, è stato dimostrato che diverse chinasi fosforilano e regolano NRF2. Ad esempio, NRF2 può essere fosforilato da protein chinasi mitogen-attivate (MAPKs), sebbene il suo contributo all'attività di NRF2 rimanga poco chiaro [8], [9], [10], [11]. Chinasi PKA così come alcuni isoenzimi PKC [12], CK2 [13] o Fyn [14] fosforilati NRF2 che ne modificano la stabilità. precedente lavoro del nostro gruppo ha riferito che glicogeno sintasi kinse-3β (GSK-3β) inibisce NRF2 per esclusione nucleare e la degradazione del proteasoma [15], [25], [26], [27], [28], [29], [ 30]. I dettagli molecolari saranno discussi nella Sezione 4.1. Inoltre, NRF2 è sottoposto ad altri tipi di regolamento. Ad esempio, NRF2 acetilazione da CBP / p300 aumenta la sua attività [17], mentre è inibito da miR153, miR27a, miR142-5p e miR144 [16], o mediante metilazione della citosina-guanina (CG) isole all'interno del promotore NRF2 [18].

Impatto degli aggregati proteici sui meccanismi regolatori di NRF2

In questa sezione ci concentreremo su come l'accumulo di proteine ​​misfolded potrebbe avere un impatto sull'attività di NRF2 fornendo alcuni dei percorsi sopra menzionati come esempi illustrativi. In primo luogo, dobbiamo considerare che l'accumulo di proteine ​​è strettamente legato al danno ossidativo. Infatti, l'accumulo e l'aggregazione di proteine ​​mal ripiegate inducono una produzione anormale di specie reattive dell'ossigeno (ROS) dai mitocondri e da altre fonti [19]. Come accennato in precedenza, ROS modificherà le cisteine ​​sensibili al redox di KEAP1 portando al rilascio, stabilizzazione e localizzazione nucleare di NRF2.

Per quanto riguarda le proteinopatie, un esempio di eventi di segnalazione disregolati che possono influenzare NRF2 è fornito dall'iperattivazione di GSK-3β in AD. GSK-3β, noto anche come chinasi TAU, partecipa alla fosforilazione di questa proteina associata ai microtubuli, risultante nella sua aggregazione, formazione di grovigli neurofibrillari e interruzione del trasporto assonale (rivisto in [20]). D'altra parte, GSK-3β riduce drasticamente i livelli e l'attività di NRF2 come menzionato sopra. Sebbene non ampiamente accettata, la cascata di amiloide propone che gli oligomeri di Aβ tossici aumentino l'attività di GSK-3β insieme alla iper-fosforilazione di TAU e alla morte di neuroni [21], [22]. Ci sono diversi modelli per spiegare come Aβ favorisce l'attività di GSK3-β. Ad esempio, Aβ si lega al recettore dell'insulina e inibisce le vie di segnalazione PI3K e AKT, che sono fondamentali per mantenere GSK-3β inattivato dalla fosforilazione al suo residuo Ser9 N-terminale [23]. D'altra parte, l'Aβ extracellulare interagisce con i recettori Frizzled, bloccando la segnalazione di WNT [24] e di nuovo con conseguente rilascio di GSK-3β attivo. In sintesi, l'accumulo di Aβ porta a un'iperattivazione anormale di GSK-3β, compromettendo così una risposta NRF2 appropriata.

Come discusso nella sezione seguente, le proteine ​​mal ripiegate portano all'attivazione di PERK e MAPK, che a loro volta regolano su NRF2 [31], [8], [9], [10], [11]. Inoltre, l'attività CBP / p300 disregolata è stata riportata in diverse proteinopatie [32] e una diminuzione globale della metilazione del DNA nei cervelli AD è stata anche dimostrata [33], fornendo quindi motivi per esplorare la rilevanza di questi risultati nel regolamento NRF2.

Noi e altri abbiamo osservato in necroscopie di pazienti con PD e AD un aumento dei livelli di proteina NRF2 e alcuni dei suoi bersagli, come l'ossigenoterasi 1 (HMOX1), il NADPH chinone ossidasi 1 (NQO1), p62, ecc., Sia da immunoblot che per immunoistochimica [34], [35], [36], [37], [38], [39]. L'up-regulation di NRF2 in queste malattie è interpretato come un tentativo infruttuoso del cervello malato di recuperare i valori omeostatici. Tuttavia, un altro studio ha indicato che NRF2 è prevalentemente localizzato nel citoplasma dei neuroni dell'ippocampo AD, suggerendo una ridotta attività trascrizionale di NRF2 nel cervello [40]. È concepibile che la disparità di queste osservazioni sia correlata ai cambiamenti nei fattori che controllano NRF2 lungo le fasi progressive della neurodegenerazione.

Tre sistemi principali contribuiscono alla proteostasi, vale a dire la risposta proteica dispiegata (UPR), il sistema di proteasoma ubiquitina (UPS) e l'autofagia. Successivamente, presentiamo prove per immaginare NRF2 come un hub che collega segnali di emergenza attivati ​​da aggregati proteici con il meccanismo derivato dalle proteine.

NRF2 partecipa alla risposta proteica non spiegata (UPR)

Attivazione NRF2 in risposta a UPR

Il ripiegamento proteico ossidativo nell'ER è guidato da una serie di vie distinte, la più conservata delle quali coinvolge la disolfuro-isomerasi proteica (PDI) e l'ossidoreduttina solfidrilica ossidasi endoplasmatica 1 (ERO1α ed ERO1β nei mammiferi) come donatore di disolfuro. In breve, PDI catalizza la formazione e la rottura dei legami disolfuro tra i residui di cisteina all'interno delle proteine, mentre si piegano, a causa della riduzione e dell'ossidazione dei propri amminoacidi di cisteina. Il PDI viene riciclato dall'azione dell'enzima di pulizia ERO1, che reintroduce i legami del disolfuro in PDI [41]. L'ossigeno molecolare è l'accettore di elettroni terminale di ERO1, che genera quantità stechiometriche di perossido di idrogeno per ogni legame disolfuro prodotto [42]. Perossidasi (PRX4) e glutatione perossidasi (GPX7 e GPX8) sono enzimi chiave per ridurre il perossido di idrogeno nel pronto soccorso. Quando questo sistema ossido-riduttivo non funziona correttamente, si verifica un accumulo anormale di proteine ​​mal ripiegate nel RE e un insieme di segnali chiamati risposta proteica dispiegata (UPR) viene trasmesso al citoplasma e al nucleo per ristabilire l'omeostasi dell'ER [43]. Tre proteine ​​associate alla membrana sono stati identificati per rilevare ER stress in eucarioti: attivazione del fattore di trascrizione 6 (ATF6), pancreatico ER eIF2α chinasi (PERK, anche doppio filamento RNA-activated protein chinasi-simili ER chinasi), e inositolo-che richiede kinase1 (IRE1). Il dominio luminale di ciascun sensore è legato a una chaperone kNa 78 denominata proteina regolata dal glucosio (GRP78 / BIP). Il BIP si dissocia dallo stress ER per legare le proteine ​​non sviluppate, portando all'attivazione dei tre sensori [44].

NRF2 e il suo omologo NRF1, anche in relazione alla risposta antiossidante, partecipano alla trasduzione dell'UPR nel nucleo. Nel caso di NRF1, questa proteina si trova nella membrana ER e subisce traslocazione nucleare dopo deglicosilazione o scissione. Quindi, l'attivazione di UPR porta all'elaborazione di NRF1 e all'accumulo nucleare del frammento risultante nel compartimento nucleare. Tuttavia, la capacità di transattivare i geni contenenti ARE di questo frammento NRF1 è ancora in discussione [45].

Glover-Cutter e collaboratori hanno mostrato l'attivazione dell'ortologo NRF2 di C. elegans, SKN-1, con diversi fattori di stress ER. L'aumento dell'espressione di SKN-1 dipendeva da diversi mediatori UPR, inclusi i ortologhi worm IRE1 o PERK [46]. Nelle cellule con carenza di PERK, la sintesi proteica danneggiata porta all'accumulo di perossidi endogeni e conseguente apoptosi [47]. L'effettore utilizzato da PERK per proteggere l'ER da questi perossidi potrebbe essere NRF2, poiché è stato riportato che PERK fosforila NRF2 a Ser40, impedendone così la degradazione da parte di KEAP1 [31]. L'induzione di ASK1 è anche probabile che giochi un ruolo in questa via attraverso l'azione della chinasi mediata da TRAF2 di IRE1 [48]. Sebbene il ruolo dei MAPK nella regolazione di NRF2 sia ancora controverso, è stato recentemente suggerito che il percorso IRE1-TRAF2-ASK1-JNK possa attivare NRF2 [49] (Fig. 1). È interessante notare che in C. elegans e cellule umane, nuove evidenze suggeriscono che la cisteina di solfenilazione della chinasi di IRE1 nel suo ciclo di attivazione inibisce l'UPR mediato da IRE1 e avvia una risposta antiossidante p38 guidata da NRF2. I dati suggeriscono che IRE1 ha un'antica funzione di sentinella citoplasmatica che attiva p38 e NRF2 [50].

Figura 1 Regolamento di NRF2 da parte dell'UPR. L'accumulo di proteine ​​dispiegate o misfoldate all'interno del reticolo endoplasmatico può dare inizio alla risposta proteica dispiegata (UPR). In primo luogo, il chaperone BIP viene rilasciato dal dominio intraluminale dei sensori ER IRE1 e PERK per legare le proteine ​​dispiegate / misfoldate. Ciò consente la dimerizzazione e la trans-auto-fosforilazione dei loro domini citosolici. L'attivazione di PERK provoca la fosforilazione diretta di NRF2 a Ser40, portando alla traslocazione di NRF2 nel nucleo e all'attivazione di geni target. L'attivazione di IRE1 induce il reclutamento di TRAF2 seguito da fosforilazione di ASK1 e JNK e attivazione. Poiché JNK è stato segnalato per fosforilare e attivare NRF2, è ragionevole pensare che l'attivazione di IRE1 porti ad un aumento dell'attività di NRF2.

Molti studi sull'induzione dell'UPR sono stati condotti con l'inibitore della ticamicilazione della glicosilazione proteica. NRF2 sembra essere essenziale per la prevenzione della morte cellulare apoptotica indotta da tunicamicina [31] e la sua attivazione in queste condizioni è determinata dalla degradazione autofagica di KEAP1 [51]. Di conseguenza, il silenziamento mediato da shRNA dell'espressione di NRF2 nelle cellule βTC-6, una linea di cellule β-insulinoma murino, ha aumentato significativamente la citotossicità indotta da tunicamicina e ha portato ad un aumento nell'espressione del marker di stress ER-apoptotico CHOP10. D'altra parte, l'attivazione di NRF2 da parte di 1,2-dithiole-3-thione (D3T) ha ridotto la citotossicità della tunicamicina e attenuato l'espressione di CHOP10 e PERK [52]. È interessante notare che i neuroni olfattivi sottoposti all'applicazione sistemica di tunicamicina hanno aumentato NRF2 in parallelo con altri membri UPR come CHOP, BIP, XBP1 [53]. Questi risultati sono stati estesi a studi in vivo, poiché l'infusione ventricolare laterale di tunicamicina nel ratto ha indotto l'espressione di PERK e NRF2 nell'ippocampo accompagnata da deficit cognitivi significativi, aumento della fosforilazione di TAU e depositi di Aβ42 [54].

NRF2 Up-Regola i geni chiave per il mantenimento della Fisiologia dell'ER

Il lume ER ha bisogno di un abbondante apporto di GSH dal citosol per mantenere la chimica del disolfuro. NRF2 modula enzimi cruciali del metabolismo GSH nel cervello, come cistina / trasporto glutammato, γ-glutammato cisteina sintetasi (γ-GS), glutammato-cisteina ligasi catalitica e modulatori subunità (GCLC e GCLM), glutatione reduttasi (GR) e glutatione perossidasi (GPX) (recensione in [55]). La rilevanza di NRF2 nel mantenimento di GSH nel pronto soccorso è supportata dalla scoperta che l'attivazione farmacologica o genetica di NRF2 determina una maggiore sintesi di GSH tramite GCLC / GCLM, mentre l'inibizione dell'espressione di questi enzimi da parte di NRF2-knockdown ha causato un accumulo di danni proteine ​​all'interno dell'ER che portano all'attivazione UPR [56].

In C. elegans diversi componenti dei geni target UPR regolati da SKN-1, inclusi Ire1, Xbp1 e Atf6. Sebbene NRF2 up-regola l'espressione di diversi geni perossidasi (PRX) e glutatione perossidasi (GPX) nei mammiferi (recensione in [57]), solo GPX8 è un enzima ER localizzato in buona fede, che ospita il segnale di recupero KDEL [58]. La perdita di GPX8 causa l'attivazione di UPR, la perdita di perossido di idrogeno derivato da ERO1α al citosol e alla morte cellulare. Il perossido di idrogeno derivato dall'attività di ERO1α non può diffondersi dal ER al citosol grazie all'azione concertata di GPX8 e PRX4 [59]. A questo proposito, un'analisi dell'array di espressione genica del pathway di difesa antiossidante utilizzando RNA da tessuto wild top e NRF2-null topici, ha rivelato che l'espressione di GPX8 era down-regolata in assenza di NRF2 [60]. In linea con questo, l'analisi del trascrittoma da campioni di pazienti affetti da neoplasie mieloproliferative, policitemia o mielofibrosi, malattie associate anche a stress ossidativo e infiammazione cronica di basso grado, mostrano livelli di espressione inferiori sia di NRF2 che di GPX8 rispetto ai soggetti di controllo [61]. Non ci sono ancora studi che coinvolgono specificamente GPX8 nella protezione del cervello umano, ma un'analisi del trascrittoma nei topi indica un aumento compensatorio GPX8 in risposta alla MPTP della tossina parkinsoniana [62].

Impatto di NRF2 sulla disregolazione UPR nelle malattie neurodegenerative

Il malfunzionamento degli enzimi PDI e l'attivazione cronica dell'UPR potrebbero successivamente avviare o accelerare la neurodegenerazione. Neuroni colpiti dalla malattia, modelli animali di malattie neurodegenerative e tessuti umani post-mortem hanno evidenziato l'up-regulation di diversi marcatori UPR nella maggior parte di questi disturbi. L'alterazione del pathway PDI / UPR nelle malattie neurodegenerative è stata ben rivista in [63] ma i seguenti punti salienti dei campioni post-mortem del cervello dovrebbero essere considerati. I livelli di PDI sono aumentati nei neuroni portatori di tanghi e nei corpi di Lewy dei pazienti con AD e PD, rispettivamente [64], [65]. PDI ed ERP57 sono regolati in alto nel CSF da pazienti con SLA e nel cervello da soggetti con CJD [66], [67], [68]. BIP, PERK, IRE1 e ATF6 sono elevati nei campioni da pazienti con AD, PD o ALS [69], [70], [71], [67]. BIP, CHOP e XBP1 sono elevati nei campioni cerebrali post-mortem da HD [72], [73]. Inoltre, l'up-regulation di ERP57, GRP94 e BIP è stato trovato nei tessuti della corteccia da pazienti con CJD [74]. Complessivamente, questa evidenza rivela che l'accumulo di proteine ​​mal ripiegate nel parenchima cerebrale porta a un'attivazione deleterio e cronica dell'UPR. È interessante notare che c'è uno studio recente che collega l'attivazione di NRF2 con il PERK all'inizio dell'AD. In questo studio, gli autori hanno analizzato se i cambiamenti mediati dallo stress ossidativo in NRF2 e UPR possono costituire eventi precoci nella patogenesi dell'AD utilizzando le cellule del sangue periferico umano e un modello di topo transgenico AD in diverse fasi della malattia. Aumento dello stress ossidativo e aumento di pSer40-NRF2 sono stati osservati nelle cellule mononucleate del sangue periferico umano isolate da individui con compromissione cognitiva lieve. Inoltre, hanno segnalato una compromissione dell'omeostasi del calcio ER e dei marcatori di stress ER sovrastimolati in queste cellule da individui con compromissione cognitiva lieve e lieve AD [75].

Regolazione reciproca di NRF2 e del sistema di proteasi Ubiquitin (UPS)

L'UPS modula i livelli di proteine ​​NRF2

L'UPS partecipa alla degradazione delle proteine ​​danneggiate o malriposte e controlla i livelli delle molecole regolatrici chiave nel citosol e nel nucleo. Il nucleo centrale di questo sistema è un grande enzima multisubunit che contiene un complesso proteolitico attivo denominato 20S. Il proteasoma core 20S degrada le proteine ​​dispiegate, ma il legame con i diversi complessi proteici regolatori ne modifica la specificità e l'attività del substrato. Ad esempio, l'aggiunta di una o due subunità regolatorie 19S al core 20S costituisce il proteasoma 26S e cambia la sua specificità rispetto alle proteine ​​native piegate [76], [77]. La degradazione del proteasomal ha bisogno del legame covalente dell'ubiquitina. La coniugazione dell'ubiquitina procede attraverso un meccanismo a cascata in tre fasi. Innanzitutto, l'enzima che attiva l'ubiquitina E1 attiva l'ubiquitina in una reazione che richiede ATP. Quindi, un enzima E2 (ubiquitina-carrier protein o ubiquitin-conjugating enzyme) trasferisce l'ubiquitina attivata da E1 al substrato che è specificamente legato a un membro della famiglia delle ligasi della proteina ubiquitina, chiamata E3. Sebbene il destino esatto della proteina ubiquitinata dipenda dalla natura della catena dell'ubiquitina, questo processo generalmente provoca la degradazione del proteasoma 26S [78].

L'E3-ligasi KEAP1 è il più noto inibitore di NRF2. Il meccanismo del regolamento KEAP1 spiega elegantemente come i livelli di NRF2 si adattano alle fluttuazioni ossidanti. In condizioni basali, NRF2 recentemente sintetizzato viene afferrato dall'omodimero KEAP1, che lega una molecola NRF2 a due sequenze di ammino acidi con affinità bassa (aspartato, leucina, glicina; DLG) e alta (glutammato, treonina, glicina, glutammato, ETGE). L'interazione con KEAP1 aiuta a presentare NRF2 al complesso proteico CULLIN3 / RBX1, determinando la sua ubiquitinazione e la conseguente degradazione del proteasomal. Tuttavia, la modifica redox di KEAP1 impedisce la presentazione di NRF2 all'UPS rappresentato da CULLIN3 / RBX1. Di conseguenza, NRF2 appena sintetizzato sfugge alla degradazione dipendente da KEAP1, si accumula nel nucleo e attiva i geni contenenti ARE [79], [80], [81], [82].

L'adattatore E3-ligasi β-TrCP è anche un omodimero che partecipa agli eventi di segnalazione relativi alla fosforilazione di NRF2 da parte di GSK-3β. Questi residui fosinamici della fosfolasi della chinasi di NRF2 (aspartato, serina, glicina, isoleucina serina, DSGIS) creano un dominio di degradazione che viene quindi riconosciuto da β-TrCP e contrassegnato per degradazione del proteasoma da un complesso CULLIN1 / RBX1. L'identificazione degli amminoacidi specifici che sono fosforilati da GSK-3β in questo degron è stata condotta mediante una combinazione di mutagenesi sito-diretta del dominio Neh6, elettroforesi su gel 2D [15], [26] e spettroscopia di massa [83]. Di conseguenza, l'inibizione di GSK-3β da parte di farmaci altamente selettivi o siRNA contro le isoforme di GSK-3 ha determinato un aumento dei livelli di proteina NRF2. Risultati simili sono stati trovati con siRNA contro isoforme β-TrCP 1 e 2. Stabilizzazione di NRF2 in seguito all'inibizione di GSK-3β avvenuta in fibroblasti embrionali di topo carenti di KEAP1 e in un mutante di delezione NRF2 ectopicamente espresso privo dei residui ETGE critici per il legame ad alta affinità con KEAP1, dimostrando ulteriormente una regolazione indipendente da KEAP1.

Nel contesto delle malattie neurodegenerative, possiamo immaginare la modulazione di NRF2 da parte dell'UPS in due modi diversi. Da un lato, il sistema KEAP1 percepirebbe uno squilibrio redox derivante dall'accumulo di proteine ​​mal ripiegato, mentre l'asse GSK-3 / β-TrCP agirebbe come un partecipante attivo nella trasduzione del segnale alterata dalla perdita di proteostasi (Fig. 2).

Figura 2 L'UPS controlla strettamente i livelli NRF2. In condizioni omeostatiche, i bassi livelli di NRF2 sono mantenuti dall'azione degli adattatori delle ligasi E3 KEAP1 e β-TrCP. A sinistra, NRF2 si lega ai domini Kelch di un omodimero KEAP1 tramite motivi di affinità bassi (DLG) e alti (ETGE). Attraverso il suo dominio BTB, KEAP1 si lega contemporaneamente a un complesso CULLIN3 / RBX1, consentendo l'ubiquitinazione e il degrado di NRF2 dal proteasoma 26 S. Inoltre, GSK-3β fosforila Ser335 e Ser338 residui di NRF2 per creare un dominio di degradazione (DpSGIpSL) che viene quindi riconosciuto dall'adattatore ubiquitina-ligasi β-TrCP e contrassegnato per degradazione del proteasoma da un complesso CULLIN3 / RBX1. A destra, dopo l'esposizione a specie reattive dell'ossigeno o elettrofili, i residui Cys critici in KEAP1 sono modificati, rendendo KEAP1 incapace di interagire in modo efficiente con NRF2 o CULLIN3 / RBX1 e quindi questo fattore di trascrizione aumenta la sua emivita e attività trascrizionale verso i geni ARE. Le vie di segnalazione che determinano l'inibizione di GSK-3β, come la fosforilazione di AKT a Ser9, determinano una degradazione compromessa di NRF2 da parte del proteasoma, dell'accumulo e dell'induzione dei geni bersaglio.

NRF2 aumenta l'attività dell'UPS attraverso il controllo trascrizionale delle subunità proteasiche

NRF2 regola l'espressione di diverse subunità proteasiche, proteggendo così la cellula dall'accumulo di proteine ​​tossiche. Venti geni correlati a proteasoma e ubiquitinazione sembrano essere regolati da NRF2, secondo un'ampia analisi di microarray da RNA epatico che è stato impostato con l'induttore NRF2 D3T [84]. In uno studio posteriore, gli stessi autori hanno evidenziato che l'espressione della maggior parte delle subunità del proteasoma 26S è stata aumentata fino a tre volte nei fegati dei topi trattati con D3T. I livelli di proteina subunità e l'attività proteasoma sono stati aumentati in modo coordinato. Tuttavia, nessuna induzione è stata osservata nei topi in cui il fattore di trascrizione NRF2 è stato interrotto. L'attività del promotore della subunità del proteasoma PSMB5 (20S) è aumentata con sovraespressione di NRF2 o trattamento con attivatori nei fibroblasti embrionali di topo e le ARE sono state identificate nel promotore prossimale di PSMB5 [85]. L'attivazione farmacologica di NRF2 ha portato a livelli di espressione elevati di subunità proteasoma rappresentative (PSMA3, PSMA6, PSMB1 e PSMB5) solo in fibroblasti umani non senescenti contenenti NRF2 funzionale [86]. L'attivazione di NRF2 durante l'adattamento allo stress ossidativo determina l'alta espressione delle subunità PSMB1 (20S) e PA28α (o S11, regolatore del proteasoma) [87]. Inoltre, i risultati di cellule staminali embrionali umane hanno rivelato che NRF2 controlla l'espressione della proteina di maturazione del proteasoma (POMP), una chaperone del proteasoma, che a sua volta modula la proliferazione di cellule staminali embrionali umane auto-rinnovanti, la differenziazione di tre strati germinali e la riprogrammazione cellulare [ 88]. Tutti insieme, questi studi indicano che NRF2 regola l'espressione dei componenti chiave dell'UPS e quindi contribuisce attivamente alla clearance di proteine ​​che altrimenti sarebbero tossiche.

L'asse NRF2-UPS nelle malattie neurodegenerative

Il ruolo dell'UPS nelle malattie neurodegenerative è un campo di intenso dibattito. Gli studi iniziali hanno riportato una diminuzione dell'attività proteasoma nelle necroscopie umane di pazienti affetti da diverse malattie neurodegenerative. Tuttavia, altri studi che impiegano approcci in vitro e in vivo hanno rilevato un'attività proteasoma invariata o addirittura aumentata (revisionata in [89]). Una possibile spiegazione di questa discrepanza è che i livelli dei componenti dell'UPS potrebbero cambiare durante la progressione della malattia e in diverse regioni del cervello, come è stato suggerito per gli obiettivi NRF2.

Nonostante questa controversia, va notato che l'up-regulation dei geni del proteasoma contenenti ARE rafforzerà l'UPS aumentando la clearance delle proteine ​​tossiche nel cervello. Infatti, l'ablazione di NRF1, anche modulatore della risposta antiossidante, nelle cellule neuronali porta a compromissione dell'attività del proteasoma e della neurodegenerazione. Gli esperimenti di immunoprecipitazione della cromatina e l'analisi trascrizionale hanno dimostrato che PSMB6 è regolato da NRF1. Inoltre, il profilo di espressione genica ha portato all'identificazione di NRF1 come regolatore chiave trascrizionale dei geni del proteasoma nei neuroni, suggerendo che le perturbazioni in NRF1 possono contribuire alla patogenesi delle malattie neurodegenerative [90]. È interessante notare che NRF1 e la sua isoforma lunga denominata TCF11 hanno mostrato di up-regolare i geni del proteasoma contenenti ARE sull'inibizione del proteasoma in un anello di feedback per compensare la ridotta attività proteolitica [91], [92].

Per quanto riguarda NRF2, esiste una correlazione tra la riduzione dei livelli di NRF2, RPT6 (19 S) e PSMB5 (20 S) nel mesencefalo di topi con deficit di DJ-1 trattati con il paraquat della neurotossina [93]. Inoltre, il composto sulforafano (SFN) presente in natura fornisce un'immagine più robusta di NRF2 come un modulatore cruciale dell'UPS. Esperimenti in vitro con neuroblastoma murino Le cellule di Neuro2A hanno evidenziato una maggiore espressione delle subunità catalitiche del proteasoma, nonché le sue attività peptidasi in risposta a SFN. Questo farmaco ha protetto le cellule dalla citotossicità perossido di idrogeno e dall'ossidazione delle proteine ​​in modo dipendente dalla funzione del proteasoma [94]. Inoltre, Liu e collaboratori hanno impiegato un topo reporter per monitorare l'attività dell'UPS in risposta a SFN nel cervello. Questi topi esprimono ubiquitariamente la proteina di fluorescenza verde (GFP) fusa con un segnale di degradazione costitutiva che promuove la sua rapida degradazione da parte dell'UPS (GFPu). Nella corteccia cerebrale, SFN ha ridotto il livello di GFPu con un aumento parallelo delle attività simili a chimotripsina (PSMB5), caspase (PSMB2) e trypsin-like (PSMB1) del proteasoma 20 S. Inoltre, il trattamento delle cellule derivate da Huntington con SFN ha rivelato che l'attivazione di NRF2 ha migliorato la degradazione di mHtt e ridotto la citotossicità di mHtt [95]. Il principale meccanismo dell'azione SFN è attraverso l'induzione di NRF2 [96]. Il contributo specifico di NRF2 deve essere affrontato impiegando sistemi NRF2-null in ulteriori studi.

Connessione funzionale tra NRF2 e Macroautophagy

I livelli delle proteine ​​NRF2 sono modulati dalla proteina dell'adattatore P62

L'autofagia si riferisce alla degradazione dei componenti citosolici all'interno dei lisosomi. Questo processo viene utilizzato per la rimozione di proteine ​​a lunga vita e malriposte e di organelli danneggiati. Un collegamento diretto tra NRF2 e autofagia è stato osservato per la prima volta in relazione alla proteina dell'adattatore p62, anche denominata SQSTM1 [97], [98], [99], [100], [101]. Questa proteina trasferisce le proteine ​​ubiquitinate alle macchine di degradazione proteasomale e lisosomiale e sequestra le proteine ​​danneggiate in aggregati prima della loro degradazione. P62 presenta un dominio UBA (ubiquitin-associated), per il legame alle proteine ​​ubiquitinate e una regione LIR (LC3-interacting) per l'integrazione con la membrana autofagosomica attraverso il recettore dell'autofagia LC3.

Sebbene l'induzione mediata da p62 di NRF2 e dei suoi geni target sia stata inizialmente riportata in 2007 [102], il meccanismo molecolare non è stato completamente compreso fino alla scoperta della sua interazione con KEAP1 [103], [98], [99], [100 ], [101]. Komatsu e colleghi hanno identificato una regione di interazione KEAP1 (KIR) in p62 che legava KEAP1 nella stessa tasca di superficie di base di NRF2 e con un'affinità di legame simile al motivo ETGE in NRF2, suggerendo la competizione tra p62 e NRF2. La fosforilazione di Ser351 nel motivo KIR in p62 (349-DPSTGE-354) ha mostrato di aumentare la sua affinità per KEAP1, in competizione con il legame NRF2 e permettendo il suo accumulo e l'attivazione trascrizionale dei suoi geni bersaglio [98], [99]. Infatti, la sovraespressione di p62 ha portato alla riduzione dell'ubiquitinazione e della conseguente stabilizzazione di NRF2 nonché all'induzione dei suoi geni bersaglio [104]. Alcune chinasi sono state suggerite per partecipare alla fosforilazione di p62. L'obiettivo dei mammiferi del complesso rapamicina 1 (mTORC1) può essere implicato, in quanto il trattamento con la rapamicina inibitore mTOR sopprimeva la fosforilazione di p62 e la down-regulation di KEAP1 dopo trattamento con arsenito. Recentemente, è stato dimostrato che la chinasi TGN-β-attivata 1 (TAK1) potrebbe anche fosforilare p62, migliorando la degradazione di KEAP1 e NRF2-up-regulation. Gli autori di questo studio suggeriscono che questo è un modo per regolare la ridosassia cellulare in condizioni di stato stazionario, poiché la carenza di TAK1 regola i ROS in assenza di qualsiasi ossidante esogeno in diversi tessuti di topo in parallelo con una riduzione dei livelli di proteina NRF2 [105 ].

Un costrutto p62 privo del dominio UBA era ancora in grado di legare KEAP1, implicando che l'interazione non dipendesse da KEAP1 ubiquitinato [101]. Tuttavia, l'omologo di p62 in Drosophila melanogaster, denominato Ref (2), non contiene un motivo KIR e non interagisce direttamente con DmKEAP1, sebbene possa legarsi a DmKEAP1 ubiquitinato attraverso il dominio UBA. Inoltre, DmKEAP1 può interagire direttamente con Atg8 (omologo ai mammiferi LC3). Il deficit di KEAP1 risulta in Atg8 e l'induzione dell'autofagia dipendente dall'ortologo di NRF2 CncC e indipendente da TFEB / MITF [106]. La relazione tra NRF2 e autofagia sembra essere conservata, evidenziando la sua rilevanza funzionale.

L'induzione di NRF2 da parte di p62 è il risultato di entrambe le gare per legare KEAP1 e la degradazione di KEAP1 nel lisosoma. Il silenziamento di p62 con siRNA ha raddoppiato l'emivita di KEAP1 in parallelo con una diminuzione di NRF2 e dei suoi geni bersaglio [101]. In accordo, l'ablazione dell'espressione di p62 ha evidenziato un aumento dei livelli di KEAP1 rispetto ai topi wild type. Molto rilevante, l'incremento dei livelli di KEAP1 non è stato influenzato dagli inibitori del proteasoma, ma è stato ridotto con l'autophagy inducente la fame [107]. Infatti, KEAP1 è presente nelle cellule di mammifero in vescicole autofagiche decorate con p62 e LC3 [99], [100], [103]. Tutti questi dati suggeriscono che KEAP1 è un substrato del macchinario di macroautofagia, ma questo problema dovrebbe essere analizzato con maggiori dettagli a causa dell'esistenza di alcuni risultati controversi. I livelli di proteina KEAP1 sono aumentati nei topi Atg7 null, un effettore chiave della macroautofagia [107], ma l'inibizione farmacologica della macroautofagia con torin1, E64 / pepstatin o bafilomicina non ha accumulato KEAP1 [107], [100]. Nel complesso, questi risultati suggeriscono che l'aumento dei livelli di p62 sequestra KEAP1 in vacuoli autofagici e probabilmente questi risultati nella degradazione autofagica di KEAP1 permettendo l'attivazione di NRF2 (Fig. 3). Due diversi studi hanno riportato che l'acido sulfinico riduttasi SESTRINS svolge un ruolo importante in questo contesto. SESTRIN 2 interagisce con p62, KEAP1 e RBX1 e facilita la degradazione dipendente da p62 dell'attivazione di KEAP1 e NRF2 dei geni target [108]. Un altro studio ha dimostrato che SESTRIN 2 interagiva con ULK1 e p62, promuovendo la fosforilazione di p62 a Ser403 che ha facilitato il degrado delle proteine ​​del carico incluso KEAP1 [109].

Figura I livelli di 3 NRF2 sono regolati dalla proteina dell'adattatore p62. La fosforilazione di Ser 351 nel motivo KIR di p62 (349-DPSTGE-354) da mTORC1, TAK1 o altre chinasi determina una maggiore affinità per il legame con KEAP1 a causa della somiglianza con il motivo ETGE in NRF2. Di conseguenza, p62 fosforilato sposta NRF2 e lega KEAP1. Il motivo LIR in p62 consente l'interazione con LC3 nella membrana autofagosomica, in modo tale che il complesso p62-KEAP1 venga infine degradato nel lisosoma. Di conseguenza NRF2 è in grado di accumularsi, traslocare nel nucleo e aumentare la trascrizione dei geni contenenti ARE, incluso p62. Questo meccanismo di regolazione fornisce una risposta NRF2 duratura, poiché KEAP1 deve essere nuovamente sintetizzato per inibire l'attività di NRF2.

Modulazione dei geni Macroautophagy di NRF2

NRF2 regola l'espressione di geni rilevanti per la macroautofagia, così come per l'UPR e l'UPS. La prima evidenza proviene da studi in cui è stato dimostrato che l'espressione di p62 è indotta dall'esposizione a elettrofili, ROS e ossido nitrico [110], [111], [112]. Il meccanismo di induzione è stato descritto alcuni anni dopo con la scoperta che p62 contiene un ARE funzionale nel suo promotore genico [99]. In un recente studio, sono state trovate diverse altre ARE funzionali e validate in seguito a analisi bioinformatica e analisi ChIP. Inoltre, i fibroblasti embrionali di topo e i neuroni corticali dei topi knockout di Nrf2 presentavano un'espressione ridotta di p62, che poteva essere salvata con un lentivirus che esprimeva NRF2. Allo stesso modo, il deficit di NRF2 ha ridotto i livelli di p62 nei neuroni feriti da topi ippocampo [36]. Pertanto, è stato suggerito che l'attivazione di NRF2 aumenta i livelli di p62, con conseguente degradazione di KEAP1 e favorendo l'ulteriore stabilizzazione di NRF2 in un ciclo di feedback positivo. Questo meccanismo non canonico di induzione NRF2 richiede cambiamenti nell'espressione genica e potrebbe essere una risposta rilevante allo stress cellulare prolungato.

La proteina di riconoscimento del carico NDP52 ha dimostrato di essere regolata per via trascrizionale da NRF2. NDP52 funziona in modo simile a p62, riconoscendo proteine ​​ubiquitinate e interagendo con LC3 attraverso un dominio LIR, in modo che i carichi siano degradati nei lisosomi. Sono stati trovati cinque ipotetici valori nella sequenza del DNA del promotore Ndp52. Tre di essi sono stati identificati con diversi costrutti mutanti e test ChIP come indispensabili per la trascrizione Ndp2 mediata da NRF52 [113]. Di nota, i livelli di mRNA di Ndp52 sono stati ridotti nell'ippocampo di topi knockout Nrf2. Una di queste sequenze è stata anche validata in uno studio indipendente come ARE [2] regolato da NRF36.

Tuttavia, il ruolo di NRF2 nella modulazione dell'autofagia non è limitato all'induzione di queste due proteine ​​di riconoscimento del carico. Al fine di ottenere una visione più approfondita del ruolo di NRF2 nella modulazione di ulteriori geni correlati all'autofagia, il nostro gruppo ha esaminato il database di immunoprecipitazione della cromatina ENCODE per due proteine, MAFK e BACH1, che legano le ARE regolate da NRF2. Usando uno script generato dalla sequenza ARE di consenso di JASPAR, abbiamo identificato diverse POS putative in molti geni dell'autofagia. Dodici di queste sequenze sono state convalidate come ARE regolate da NRF2 in nove geni autofagici, la cui espressione è stata ridotta nei fibroblasti di embrioni di topo di topi knockout Nrf2, ma potrebbe essere ripristinata da un lentivirus che esprime NRF2. Il nostro studio ha dimostrato che NRF2 attiva l'espressione di alcuni geni coinvolti in diverse fasi del processo autofagico, tra cui l'inizio dell'autofagia (ULK1), il riconoscimento del carico (p62 e NDP52), la formazione di autofagosomi (ATG4D, ATG7 e GABARAPL1), l'allungamento (ATG2B e ATG5) ) e clearance del autososoma (ATG4D). Di conseguenza, il flusso di autofagia in risposta al perossido di idrogeno è stato compromesso quando NRF2 era assente [36].

Rilevanza Dell'espressione Genica Dei Macroautofagia Mediata Da NRF2 Nei Disturbi Neurodegenerativi

L'autofagia difettosa ha dimostrato di svolgere un ruolo importante in diverse malattie neurodegenerative [114] e l'ablazione dell'autofagia porta alla neurodegenerazione nei topi [115], [116]. Topi knockout di Atg7 hanno rivelato che il deficit di autofagia si traduce in un accumulo di p62 in corpi di inclusione ubiquitina-positivi. KEAP1 è stato sequestrato in questi corpi di inclusione, portando alla stabilizzazione di NRF2 e all'induzione dei geni bersaglio [103]. È importante notare che l'accumulo eccessivo di p62 insieme a proteine ​​ubiquitinate è stato identificato nelle malattie neurodegenerative, tra cui AD, PD e ALS [117]. Infatti, i neuroni che esprimono alti livelli di APP o TAU di pazienti con AD hanno espresso anche p62 e NRF2 nucleare, suggerendo il loro tentativo di degradare gli aggregati intraneuronali attraverso l'autofagia [36].

Il deficit di NRF2 aggrava l'aggregazione proteica nel contesto di AD. Infatti, livelli aumentati di TAU fosforilati e sarkosyl-insolubili si trovano nei topi knockout Nrf2, sebbene non sia stata rilevata alcuna differenza nelle attività della chinasi o fosfatasi rispetto allo sfondo wild-type [113]. È stato dimostrato che NDP52 è stato co-localizzato con TAU in neuroni murini e l'interazione diretta tra fosfo-TAU e NDP52 è stata dimostrata da esperimenti di co-immunoprecipitazione sia nei topi che nei campioni di AD, indicando il suo ruolo nella degradazione del TAU. È interessante notare che il silenziamento di NDP52, p62 o NRF2 nei neuroni ha provocato un aumento del fosfo-TAU [113], [118]. Inoltre, aumentati aggregati intraneuronali di APP sono stati trovati nell'ippocampo di topi APP / PS1ΔE9 quando NRF2 era assente. Questo è correlato con marcatori autofagici alterati, compresi aumentati rapporti fosfoMTOR / mTOR e fosfo-p70S6k / p70S6k (indicativi di inibizione dell'autofagia), livelli aumentati di pre-catepsina D e un numero maggiore di corpi multivesicolari [119]. Nei topi che co-esprimono l'APP umana (V717I) e TAU (P301L), il deficit di NRF2 ha portato a livelli aumentati di fosforo-TAU totali nella frazione insolubile e aumentati aggregati intraneuronali di APP, insieme a ridotti livelli neuronali di p62, NDP52, ULK1, ATG5 e GABARAPL1. La co-localizzazione tra la proteina adattatrice p62 e APP o TAU è stata ridotta in assenza di NRF2 [36]. Nel complesso, questi risultati evidenziano l'importanza di NRF2 nell'autofagia neuronale.

I diversi fattori di trascrizione agiscono coordinatamente per modulare la proteostasi

In condizioni di stato stazionario, la proteostasi viene controllata tramite interazioni proteina-proteina e modificazioni post-traduzionali ottenendo una risposta rapida. Tuttavia, l'adattamento cellulare richiede la regolazione trascrizionale dei geni UPR, UPS e autofagia. Considerando che le cellule nervose sono continuamente sottoposte a insulti tossici di basso grado, tra cui lo stress ossidativo e proteotossico, un rinforzo della proteostasi indotta dalla modulazione trascrizionale potrebbe aiutare a prevenire la degenerazione del cervello.

Nel caso dell'UPR, l'attivazione di ciascuna delle tre braccia porterà infine all'induzione trascrizionale di alcuni geni (rivisti in [43]). Ad esempio, un frammento derivato da ATF6 (ATF6f) si lega agli elementi di risposta allo stress ER (ERSE) e induce l'espressione di diversi geni, tra cui XBPI, BIP e CHOP. Inoltre, la segnalazione PERK porta all'attivazione del fattore di trascrizione ATF4, che controlla l'espressione di più geni correlati a UPR e alcuni altri tra cui i geni bersaglio NRF2 Hmox1 e p62. Infine, l'attivazione di IRE1 determina la generazione di un fattore di trascrizione attivo XBP1 (XBP1s), che controlla la trascrizione dei geni che codificano le proteine ​​coinvolte nel ripiegamento delle proteine.

D'altra parte, NRF1 si è dimostrato necessario per l'espressione genica del proteasomal nel cervello, in quanto i topi knockout Nrf1 hanno esibito un'espressione ridotta di geni che codificano varie subunità del core 20S, così come il complesso regolatore 19S insieme a funzionalità proteasomica compromessa [90 ]. Sia NRF1 che NRF2 si legano alle sequenze ARE nelle regioni del promotore dei suoi geni bersaglio, il che suggerisce che hanno attività trascrizionali sovrapposte, sebbene differiscano nei loro meccanismi regolatori e nella localizzazione cellulare [120].

I fattori di trascrizione della famiglia Forkhead box O (FOXO) controllano l'espressione di più geni correlati all'autofagia. Simile a ciò che avviene con NRF2, ci sono più livelli di regolazione dell'attività dei membri FOXO, che possono essere indotti su stress nutrizionale o ossidativo [121]. Infine, il fattore di trascrizione TFEB, considerato il principale regolatore della biogenesi lisosomiale, svolge un ruolo cruciale nella regolazione dell'autofagia in condizioni di stress nutrizionale. Pertanto, l'inibizione di mTORC1 porta alla traslocazione nucleare di TFEB e all'induzione dell'espressione di geni autofagici [122].

Nel complesso, l'esistenza di diversi regolatori trascrizionali di questi macchinari suggerisce anche diafonia e meccanismi parzialmente ridondanti che possono assicurare la proteostasi in diverse circostanze. Di conseguenza, NRF2 può avere un ruolo rilevante nei tessuti che supportano alti livelli di stress ossidativo. Ad esempio, NRF2 indotto da stress ossidativo può funzionare in condizioni ricche di sostanze nutritive per autophagy sovraregolare in modo trascrizionale, simile a quanto è stato trovato per TFEB in condizioni di fame. Inoltre, il cervello funziona in gran parte sotto condizioni nutritive, ponendo NRF2 come un meccanismo rilevante per attivare l'autofagia nei neuroni.

Potenziale terapeutico promettente per NRF2 in Proteinopatie

Negli ultimi anni sono stati compiuti notevoli progressi nella conoscenza dei ruoli normativi dell'UPR, dell'UPS e dell'autofagia sull'attività di NRF2, nonché della trascrizione reciproca mediata da NRF2 di componenti di questi tre sistemi. Pertanto, possono sorgere nuove possibilità terapeutiche basate sullo sfruttamento di NRF2 come regolatore cruciale della clearance delle proteine ​​nelle malattie neurodegenerative.

Tuttavia, una domanda chiave rimanente è se sarà utile o deleteria aumentare i livelli di NRF2 nel cervello. L'analisi dei dati epidemiologici può fornire una risposta parziale, poiché indica che il gene NFE2L2 è altamente polimorfico e alcuni polimorfismi a singolo nucleotide trovati nella regione regolatrice del promotore possono fornire una gamma di variabilità "fisiologica" nell'espressione genica a livello di popolazione e alcuni aplotipi erano associati a riduzione del rischio e / o insorgenza ritardata di AD, PD o ALS [123]. Inoltre, come discusso da Hayes e colleghi [124], l'effetto NRF2 potrebbe avere una risposta a forma di U, il che significa che livelli troppo bassi di NRF2 possono causare una perdita di citoprotezione e una maggiore suscettibilità agli stressors, mentre troppa NRF2 potrebbe disturbare l'equilibrio omeostatico verso uno scenario riduttivo (stress riduttivo), che favorirebbe il misfolding e l'aggregazione delle proteine. Bassi livelli di NRF2 nel cervello supportano l'idea che una leggera sovraregolazione potrebbe essere sufficiente per ottenere un beneficio in condizioni patologiche. In effetti, il ruolo protettivo dell'attivazione farmacologica mediata da NRF2 della clearance delle proteine ​​è stato dimostrato in diverse colture cellulari di neurodegenerazione e modelli in vivo.

SFN è un attivatore farmacologico NRF2 che è stato dimostrato per indurre espressione di gene proteasomale e autofagico [95], [36]. È interessante notare che Jo e colleghi hanno dimostrato che SFN ha ridotto i livelli di TAU fosforilata e aumentato Beclin-1 e LC3-II, suggerendo che l'attivazione di NRF2 può facilitare la degradazione di questa proteina tossica attraverso l'autofagia [113]. Inoltre, la degradazione di mHtt è stata migliorata con SFN, e questo è stato ripristinato con l'uso di MG132, che indica la degradazione del proteasoma di questa proteina tossica [95]. Degradazione mediata dall'autofagia di fosforo e TAU insolubile è stata segnalata con la fisetina flavonoide organica. Questo composto è stato in grado di indurre l'autofagia promuovendo simultaneamente l'attivazione e la traslocazione nucleare di TFEB e NRF2, insieme ad alcuni dei suoi geni target. Questa risposta è stata impedita dal silenziamento TFEB o NRF2 [125]. Bott e colleghi hanno riportato effetti benefici di un simultaneo attivatore NRF2, NRF1 e HSF1 sulla tossicità proteica nell'atrofia muscolare spinale e bulbare, una malattia neurodegenerativa causata dall'espansione delle ripetizioni CAG codificanti la poliglutamina in cui sono presenti aggregati proteici [126]. Il potenziale dell'attivazione di NRF2 per il trattamento delle patologie neurodegenerative è stato dimostrato con l'approvazione di BG-12, la formulazione orale dell'induttore di NRF2 dimetilfumarato (DMF), per il trattamento della sclerosi multipla [127], [128]. Il successo del DMF con malattie autoimmuni con una forte componente infiammatoria suggerisce che le malattie neurodegenerative potrebbero trarre beneficio dal riposizionamento di questo farmaco. In un recente studio preclinico di un modello α-synucleinopathy di PD, è stato dimostrato che il DMF è neuroprotettivo a causa, in parte, della sua induzione dell'autofagia [129]. Gli studi che riportano gli effetti benefici di NRF2 sulla neurodegenerazione ma non si focalizzano sul suo effetto sulla clearance delle proteine ​​sono ancora più abbondanti (per una revisione completa, vedi [7]). Questo è abbastanza rilevante, in quanto evidenzia i molteplici processi dannosi che possono essere contemporaneamente presi di mira da un singolo colpo in NRF2, includendo anche lo stress ossidativo, la neuroinfiammazione o la disfunzione mitocondriale. Tuttavia, sarà necessario un lavoro futuro per determinare definitivamente se l'attivazione farmacologica di NRF2 possa essere una valida strategia per facilitare la degradazione delle proteine ​​tossiche nel cervello.

Come spiegato in precedenza, l'attività GSK-3β esacerbata è stata riportata nelle malattie neurodegenerative ed è stato ipotizzato che la conseguente riduzione di NRF2 possa essere parzialmente responsabile del risultato deleterio. In queste condizioni patologiche, gli inibitori di GSK-3 potrebbero anche cooperare per aumentare i livelli di NRF2 e la proteostasi. Gli effetti benefici degli inibitori di GSK-3 sono stati riportati in diversi modelli di neurodegenerazione e, più interessante, è stata dimostrata la repressione di GSK-3 per ridurre i livelli di proteine ​​tossiche [130], [131], [132], [133]. Sebbene non siano stati ancora osservati collegamenti diretti tra l'inibizione di GSK-3 e la regolazione trascrizionale NRF2 dei geni che promuovono la proteostasi, è ragionevole ipotizzare che la down-regulation dell'attività di GSK-3 provocherebbe un aumento dei livelli di NRF2, che alla fine si tradurranno in rinforzi proteostasis.

L'attività trascrizionale di NRF2 e la capacità cellulare di mantenere la proteostasi diminuiscono con l'età, il principale fattore di rischio per lo sviluppo di malattie neurodegenerative. È ragionevole pensare che il rinforzo di NRF2 e, di conseguenza, la proteostasi ritarderebbe almeno l'accumulo di aggregati proteici e neurodegenerazione. In effetti, il trattamento dei fibroblasti senescenti umani con l'attivazione del triterpenoide 18α-glycyrrhetinic acid (18α-GA) promosse NRF2, portando all'induzione del proteasoma e al miglioramento della durata della vita. Questo studio suggerisce che l'attivazione farmacologica di NRF2 è possibile anche in età avanzata [86]. Inoltre, uno studio successivo ha dimostrato che questo composto ha mediato SKN-1 e l'attivazione del proteasoma in C.elegans con effetti benefici sulla progressione dell'AD in modelli di nematodi rilevanti [134].

Tutto sommato, l'induzione mediata da NRF2 di geni correlati alla proteostasi sembra essere benefica in diverse proteinopatie.

Sulforaphane e suoi effetti su cancro, mortalità, invecchiamento, cervello e comportamento, malattie cardiache e altro ancora

Gli isotiocianati sono alcuni dei composti vegetali più importanti che si possono ottenere nella dieta. In questo video faccio il caso più completo per loro che sia mai stato fatto. Soglia di attenzione breve? Passa al tuo argomento preferito facendo clic su uno dei seguenti punti temporali. Timeline completa di seguito.

Sezioni chiave:

  • 00: 01: 14 - Cancro e mortalità
  • 00: 19: 04 - Invecchiamento
  • 00: 26: 30 - Cervello e comportamento
  • 00: 38: 06 - Riassunto finale
  • 00: 40: 27 - Dose

Timeline completa:

  • 00: 00: 34 - Introduzione di sulforaphane, uno degli obiettivi principali del video.
  • 00: 01: 14 - Consumo di verdure crocifere e riduzione della mortalità per tutte le cause.
  • 00: 02: 12 - Rischio di cancro alla prostata.
  • 00: 02: 23 - Rischio di cancro alla vescica.
  • 00: 02: 34 - Carcinoma polmonare nei fumatori.
  • 00: 02: 48 - Rischio di cancro al seno.
  • 00: 03: 13 - Ipotetico: cosa succede se hai già un cancro? (Interventistica)
  • 00: 03: 35 - Meccanismo plausibile che guida i dati associativi sul cancro e sulla mortalità.
  • 00: 04: 38 - Sulforaphane e cancro.
  • 00: 05: 32 - Prova animale che mostra un forte effetto dell'estratto di germogli di broccolo sullo sviluppo del tumore della vescica nei ratti.
  • 00: 06: 06 - Effetto dell'integrazione diretta di sulforafano nei pazienti affetti da cancro alla prostata.
  • 00: 07: 09 - Bioaccumulo di metaboliti di isotiocianato nel tessuto mammario effettivo.
  • 00: 08: 32 - Inibizione delle cellule staminali del carcinoma mammario.
  • 00: 08: 53 - Lezione di storia: le brassiche sono state istituite come aventi proprietà sanitarie anche nell'antica Roma.
  • 00: 09: 16 - La capacità del Sulforaphane di potenziare l'escrezione di cancerogeno (benzene, acroleina).
  • 00: 09: 51 - NRF2 come interruttore genetico tramite elementi di risposta antiossidante.
  • 00: 10: 10 - Come l'attivazione di NRF2 migliora l'escrezione di cancerogeno tramite glutatione-S-coniugati.
  • 00: 10: 34 - I cavoletti di Bruxelles aumentano la glutatione-S-transferasi e riducono il danno al DNA.
  • 00: 11: 20 - La bevanda di germogli di broccoli aumenta l'escrezione di benzene di 61%.
  • 00: 13: 31 - L'omogenato di germogli di broccoli aumenta gli enzimi antiossidanti nelle vie aeree superiori.
  • 00: 15: 45 - Consumo di verdure crocifere e mortalità per malattie cardiache.
  • 00: 16: 55 - La polvere di germogli di broccoli migliora i lipidi nel sangue e il rischio complessivo di malattie cardiache nei diabetici di tipo 2.
  • 00: 19: 04 - Inizio della sezione di invecchiamento.
  • 00: 19: 21 - La dieta arricchita con sulforafano migliora la durata della vita dei coleotteri da 15 a 30% (in determinate condizioni).
  • 00: 20: 34 - L'importanza della bassa infiammazione per la longevità.
  • 00: 22: 05 - Le verdure crocifere e la polvere di germogli di broccoli sembrano ridurre un'ampia varietà di marcatori infiammatori negli esseri umani.
  • 00: 23: 40 - Ricapitolazione di metà video: cancro, sezioni di invecchiamento
  • 00: 24: 14 - Gli studi sui topi suggeriscono che il sulforafano potrebbe migliorare la funzione immunitaria adattativa in età avanzata.
  • 00: 25: 18 - Sulforaphane ha migliorato la crescita dei peli in un modello murino di calvizie. Immagine su 00: 26: 10.
  • 00: 26: 30 - Inizio della sezione cervello e comportamento.
  • 00: 27: 18 - Effetto dell'estratto di germogli di broccoli sull'autismo.
  • 00: 27: 48 - Effetto del glucorapanin sulla schizofrenia.
  • 00: 28: 17 - Inizio della discussione sulla depressione (meccanismo e studi plausibili).
  • 00: 31: 21 - Lo studio del mouse utilizzando 10 diversi modelli di depressione indotta da stress mostra sulforapano in modo simile efficace come fluoxetina (prozac).
  • 00: 32: 00 - Lo studio mostra che l'ingestione diretta di glucorafanina nei topi è altrettanto efficace nel prevenire la depressione dal modello di stress sociale di sconfitta.
  • 00: 33: 01 - Inizio della sezione di neurodegenerazione.
  • 00: 33: 30 - Sulforaphane e malattia di Alzheimer.
  • 00: 33: 44 - Sulforaphane e morbo di Parkinson.
  • 00: 33: 51 - Sulforaphane e la malattia di Hungtington.
  • 00: 34: 13 - Sulforaphane aumenta le proteine ​​da shock termico.
  • 00: 34: 43 - Inizio della sezione traumatica di lesioni cerebrali.
  • 00: 35: 01 - Sulforaphane iniettato immediatamente dopo TBI migliora la memoria (studio del mouse).
  • 00: 35: 55 - Sulforaphane e plasticità neuronale.
  • 00: 36: 32 - Sulforaphane migliora l'apprendimento nel modello di diabete di tipo II nei topi.
  • 00: 37: 19 - Distrofia muscolare sulforapano e duchenne.
  • 00: 37: 44 - Inibizione della miostatina nelle cellule muscolari satelliti (in vitro).
  • 00: 38: 06 - Ricapitolazione tardiva: mortalità e cancro, danno al DNA, stress ossidativo e infiammazione, escrezione di benzene, malattie cardiovascolari, diabete di tipo II, effetti sul cervello (depressione, autismo, schizofrenia, neurodegenerazione), via NRF2.
  • 00: 40: 27 - Pensieri sulla determinazione di una dose di germogli di broccoli o sulforafano.
  • 00: 41: 01 - Aneddoti su germinazione a casa.
  • 00: 43: 14 - Sulle temperature di cottura e sull'attività del sulforafano.
  • 00: 43: 45 - Conversione batterica intestinale del sulforafano da glucorafanina.
  • 00: 44: 24 - Gli integratori funzionano meglio se combinati con la mirosinasi attiva delle verdure.
  • 00: 44: 56 - Tecniche di cottura e verdure crucifere.
  • 00: 46: 06 - Isotiocianati come goitrogens.

Il fattore 2 (NF-E2), derivato da eritroide, derivato da eritroide, è un fattore di trascrizione che regola l'espressione di una varietà di enzimi antiossidanti e disintossicanti. Studi di ricerca hanno anche dimostrato il suo ruolo nel controllo dello stress ossidativo. La maggior parte delle malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson, sono caratterizzate da stress ossidativo e infiammazione cronica, gli obiettivi comuni di Approcci trattamento Nrf2.

Dr. Alex Jimenez DC, CCST Insight

Osservazioni conclusive

Il fattore di trascrizione NRF2 orchestra una risposta proteostatica rilevando e modulando i cambiamenti in UPR, UPS e autofagia (Fig. 4). Di conseguenza, la mancanza di NRF2 ha dimostrato di aggravare la proteinopatia, suggerendo che NRF2 è necessario per una clearance ottimale delle proteine. Tutti insieme, possiamo ipotizzare che NRF2 potrebbe essere un obiettivo terapeutico interessante per le proteinopatie.

Figura 4 NRF2 come hub che collega segnali di emergenza derivati ​​da proteotoxic a una risposta trascrizionale protettiva. L'accumulo di proteine ​​unfolded / misfolded porterà all'attivazione della risposta proteica dispiegata (UPR) nel pronto soccorso. L'attivazione di PERK o MAPK può comportare l'induzione transcriptional di Gpx8 residente con ER e diversi enzimi che regolano i livelli di GSH, fondamentali per assicurare il corretto ripiegamento delle proteine. Gli aggregati proteici inibiscono l'attività del proteasoma (UPS), probabilmente evitando la degradazione di NRF2. NRF2 ha dimostrato di modulare specificamente la trascrizione dei geni Psma3, Psma6, Psmb1, Psmb5 e Pomp. Diverse altre sottounità sono state regolate in modo dipendente da NRF2 in risposta a D3T, probabilmente ingrandendo la lista delle subunità proteasiche regolate da NRF2. L'autofagia è la via principale per la degradazione degli aggregati proteici. L'autofagia regola anche NRF2, collegando questo percorso di degradazione con l'induzione trascrizionale NRF2 di p62, Ndp52, Ulk1, Atg2b, Atg4c, Atg5, Atg7 e Gabarapl1.

Ringraziamenti

Sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231716304050

Secondo l'articolo precedente, mentre i sintomi delle malattie neurodegenerative possono essere trattati attraverso una varietà di opzioni di trattamento, studi di ricerca hanno dimostrato che l'attivazione di Nrf2 può essere un approccio terapeutico utile. Perché Gli attivatori di Nrf2 prendono di mira ampi meccanismi di malattiatutte le malattie neurodegenerative possono trarre beneficio dall'uso del fattore di trascrizione Nrf2. I risultati di Nrf2 hanno rivoluzionato il trattamento delle malattie neurodegenerative. Lo scopo delle nostre informazioni è limitato ai problemi di salute chiropratica e spinale. Per discutere l'argomento, non esitate a chiedere al Dr. Jimenez o contattaci a 915-850-0900 .

A cura di Dr. Alex Jimenez

Riferito da: Sciencedirect.com

Discussione aggiuntiva sull'argomento: alleviare il dolore al ginocchio senza chirurgia

Il dolore al ginocchio è un sintomo ben noto che può verificarsi a causa di una varietà di lesioni al ginocchio e / o condizioni, tra cui lesioni sportive. Il ginocchio è una delle articolazioni più complesse del corpo umano in quanto è costituito dall'intersezione di quattro ossa, quattro legamenti, vari tendini, due menischi e cartilagine. Secondo l'American Academy of Family Physicians, le cause più comuni di dolore al ginocchio sono la sublussazione patellare, la tendinite rotulea o il ginocchio del saltatore e la malattia di Osgood-Schlatter. Anche se il dolore al ginocchio è più probabile che si verifichi nelle persone sopra 60 anni, il dolore al ginocchio può verificarsi anche nei bambini e negli adolescenti. Il dolore al ginocchio può essere trattato a casa seguendo i metodi del RISO, tuttavia, gravi lesioni al ginocchio possono richiedere cure mediche immediate, inclusa la cura chiropratica.

EXTRA EXTRA | ARGOMENTO IMPORTANTE: consigliato El Paso, TX Chiropractor

***

Post Recenti

Non tutti gli alimenti sono utili per la salute delle ossa e la prevenzione dell'osteoporosi

Ci sono alcuni alimenti che, sebbene sani, per le persone che cercano di prevenire l'osteoporosi, potrebbero ... Leggi di più

7 Agosto 2020

Esercizio di nuoto senza impatto per mal di schiena, lesioni e riabilitazione

Gli studi rivelano che il nuoto e gli esercizi acquatici possono aiutare ad alleviare il mal di schiena. Fatto correttamente ... Leggi di più

6 Agosto 2020

Opzioni di trattamento per fratture da compressione spinale

Le procedure chirurgiche mininvasive possono essere utilizzate per trattare le fratture da compressione spinale. Queste procedure sono ... Leggi di più

5 Agosto 2020

Qual è il ruolo del glutatione nella disintossicazione?

Antiossidanti come resveratrolo, licopene, vitamina C e vitamina E possono essere trovati in molti alimenti ... Leggi di più

4 Agosto 2020

Piano di prevenzione dell'osteoporosi

La prevenzione dell'osteoporosi può essere realizzata anche con una diagnosi di osteoporosi. Ci sono passaggi insieme a ... Leggi di più

4 Agosto 2020
Nuova registrazione paziente
Chiamaci oggi 🔘