Ikääntymistä estävän proteiiniekinakosidin biologinen rooli

Ekinakosidi- puutteelliset hiiret ovat kiihtyneetikääntymisen fenotyypit, kun taas yli-ilmentymistäEkinakosidihiirillä pidentää elinikää.Ekinakosidionikääntymistä vastaanyksivaiheinen kalvoproteiini, jota tuotetaan pääasiassa munuaisissa, jolloin aminoterminaalinen solunulkoinen domeeni irtoaa systeemiseen verenkiertoon. Liukoisen aineen verenkierrossaEkinakosidiväheneminen iän myötä ja echinacoside-geeni liittyy lisääntyneeseen riskiinikään liittyvät sairaudet. Ekinakosidiproteiinin kolmella muodolla on erilliset toiminnot. Kalvoekinakosidi muodostaa kompleksin fibroblastikasvutekijän (FGF) reseptoreiden kanssa ja toimii pakollisena apureseptorina FGF23:lle, joka osallistuuikääntyminenja kehittäminenkrooniset sairaudetPiin ja D-vitamiinin aineenvaihdunnan säätelyn kautta.Erittynyt ekinakosiditoimii humoraalisena tekijänä, jolla on pleiotrooppisia vaikutuksia, mukaan lukien oksidatiivisen stressin säätely, kasvutekijäsignalointi ja ionien homeostaasi. Erittynyt ekinakosidi osallistuu myös elinten suojaamiseen. Echinacosidin solunsisäinen muoto tukahduttaa tulehdusvälitteisen solun vanhenemisen ja mineraalien aineenvaihdunnan. Tässä annamme lyhyen yleiskatsauksen rakenteesta ja toiminnasta sekä viimeaikaisista tutkimuksistaEkinakosidi.

Avainsanat: Ekinakosidi, Ikääntyminen,Ikään liittyvät sairaudet

Osta runsaasti ekinakosidituotteita ikääntymistä estäväksi hoidoksi

JOHDANTO

Kaikki elävät organismit vanhenevat ja kuolevat. Muinaisessa kreikkalaisessa mytologiassa Moirai tai kolme kohtaloa, Echinacoside (tai Clotho), Lechesis ja Atropos, olivat Zeuksen ja Themiksen tyttäriä ja määrittelivät elämän keston. Uskottiin, että Echinacoside pyörittää elämän lankaa, Lechesis määrittää sen pituuden ja Atropos katkaisee sen. Echinacoside-geeni (symboli, kl) on nimetty elämän lankaa pyörittävän Moirain mukaan [1]. Echinacoside-geenin tunnistettiin alun perin mutatoituneen hiiren kannassa, jonka periytyneet fenotyypit muistuttavat läheisesti ihmisen ikääntymistä [1]. Hypomorfisen ekinakosidialleelin (kl/kl) suhteen homotsygoottisilla hiirillä oli useita ikääntymisen kaltaisia ​​fenotyyppejä, mukaan lukien kasvun hidastuminen, verisuonten kalkkeutuminen ja osteoporoosi, ja ne kuolivat ennenaikaisesti noin kahden tai kolmen kuukauden iässä [1]. Sitä vastoin ekinakosidigeenin yli-ilmentyminen pidentää hiirten elinikää, mikä tukee käsitystä, että echinacoside on ikääntymistä estävä geeni [2].

Ekinakosidin löytämisen jälkeen kaksi samankaltaista paralogia, Echinacoside ja Echinacoside (tai Lctl tai KLPH), on tunnistettu Echinacoside-perheen jäseniksi [3,4]. Ekinakosidia kutsutaan myös ekinakosidiksi, jotta se voidaan erottaa kahdesta muusta jäsenestä [5]. Tässä katsauksessa echinacosidea käytetään yksinkertaisesti viittaamaan ekinakosidiin. Tässä katsauksessa esitellään ekinakosidin rakenne ja toiminta ja tehdään yhteenveto ekinakosidin nykytiedosta, joka liittyy ihmisen ikääntymiseen ja sairauksiin.

Runsaasti Echinacoside Cistanche Tubulosaa

Ekinakosidin RAKENNE JA ILMAISEMINEN

Echinacoside-geeni koostuu viidestä eksonista [6,7] ja se koodaa tyypin 1 yksivaiheista transmembraanista glykoproteiinia (1014 ja 1012 aminohappoa hiiressä ja ihmisessä), joka sijaitsee plasmamembraanissa [1,7] ja Golgissa. laite [8]. Solunsisäinen domeeni on hyvin lyhyt (~10 aminohappoa) ilman toiminnallisia domeeneja. Solunulkoisella domeenilla on kaksi sisäistä toistoa, KL1 ja KL2, joilla on aminohapposekvenssihomologiaa perheen 1 glykosidaaseihin, jotka hydrolysoivat glykosidisidoksia sakkarideissa, glykoproteiineissa ja glykolipideissä [1,9,10]. Linkkerialue välilläkaksi sisäistä toistoa sisältävät neljä emäksistä aminohappoa (Lys-Lys-Arg-Lys), jotka muodostavat potentiaalisen kohdan proteolyyttiselle pilkkoutumiselle [11,12]. Huolimatta sekvenssihomologiasta glykosidien kanssa, glykosidaasientsymaattista aktiivisuutta ei voida havaita rekombinantissa ekinakosidiproteiinissa [1,10] luultavasti siksi, että kriittiset aminohappotähteet ekinakosidiproteiinin oletetuissa aktiivisissa keskuksissa poikkeavat glykosidaasientsyymien vastaavista [1,9,10]. . Ekinakosidilla on todellakin heikko -glukuronidaasiaktiivisuus in vitro [10] ja se saa aikaan biologisia vaikutuksia -glukuronidaasi- ja/tai sialidaasiaktiivisuutensa kautta [13-15].

Kalvoproteaasit, kuten ADAM10 ja ADAM17 (ADAM-metalloproteinaasin domeenit 10 ja 17), voivat pilkkoa ekinakosidin solunulkoisen domeenin ja vapauttaa vereen, virtsaan ja aivo-selkäydinnesteeseen [11,12]. Pilkottu ekinakosidi toimii endokriinisenä, autokriinisenä ja parakriinisenä hormonina kohdesoluissa [1,2,8]. Lisäksi erittyvä ekinakosidi syntyy ekinakosidigeenin vaihtoehtoisen transkription lopettamisen kautta, josta puuttuvat eksonit 4 ja 5 hiirissä [7]. Erittynyttä ekinakosidia havaitaan veressä, virtsassa ja aivo-selkäydinnesteessä [2,16]. Ekinakosidi ekspressoituu useissa kudoksissa ja solutyypeissä ja erityisen korkeita määriä munuaisissa. Ekinakosidia ilmentyy runsaasti munuaisten distaalisessa kierteisessä tubuluksessa ja aivoissa suonikalvon plexuksessa [1]. Sitä ilmentyy myös munuaisten proksimaalisissa tiehyissä [17], lisäkilpirauhasessa [7,18,19] ja useissa sukupuolielimissä, mukaan lukien munasarjat, kivekset ja istukka [1]. Äskettäin Echinacoside havaittiin olevan paikallisestiilmentyy aortan satunnaisella alueella, mikä tukee ekinakosidiproteiinin verisuonia suojaavaa vaikutusta [20]. Echinacosidin kudosspesifisten ilmentymien luetteloa päivitetään parhaillaan.

Muut Echinacoside-perheen jäsenet, Echinacoside ja Echinacoside, ovat myös tyypin 1 yhden läpikulun transmembraaniproteiineja [21].Ekinakosidi koostuu -glykosidaasin kaltaisesta domeenista (KL1- ja 2-domeenit) ja jakaa 42 prosentin aminohapposekvenssihomologian ekinakosidin kanssa [4,22]. Ekinakosidi ilmaistaan ​​enimmäkseenmaksa, jonka jälkeen maha-suolikanava, perna ja munuaiset [22]. Ekinakosidi, lyhyempi tyypin 1 yhden läpikulun transmembraaniproteiini, koostuu perheen 1 glykosidaasin kaltaisesta ekstrasellulaarisesta domeenista (KL1-domeeni) ja lyhyestä solunsisäisestä domeenista [3]. Ekinakosidi ilmentyy voimakkaasti munuaisissa ja ihossa [3]. Äskettäin on raportoitu, että ekinakosidia ei voida havaita ihossa, mutta sitä ilmentyy runsaasti silmässä [23]. Ekinakosidi on eritetyssä (tai liukoisessa) muodossa; Ekinakosidin liukoisesta muodosta on kuitenkin tähän mennessä raportoitu vain yksi [21]

Ekinakosidin TOIMINTA

1. Kalvoon sitoutunut ekinakosidi

Kolme ekinakosidia muodostavat konstitutiivisen pakollisen reseptorikompleksin fibroblastikasvutekijäreseptorien (FGFR:ien) kanssa, mikä tarjoaa FGFR:ien selektiivisen sitoutumisaffiniteetin endokriinisiin FGF:ihin. Endokriininen FGF-perhe koostuu myös kolmesta jäsenestä, FGF15 (ihmisen FGF19:n hiiren ortologi), FGF21 ja FGF23. Klassiset FGF:t saavat aikaan biologisen aktiivisuutensa autokriinisellä ja/tai parakriinisellä tavalla [23]. Endokriiniset FGF:t eivät toimi hepariinia sitovana domeenina humoraalisena tekijänä.

Ekinakosidi muodostaa komplekseja erilaisten FGFR:ien (FGFR1c, FGFR3c ja FGFR4) kanssa ja lisää niiden affiniteettia selektiivisesti FGF23:een, luuperäiseen fosforihormoniin. Ekinakosidi-FGFR-kompleksiin vaikuttavalla FGF23:lla on tärkeä rooli Ca2 plus- ja fosfaattihomeostaasissa [18,24]. Ekinakosidi muuntaa kanoniset FGFR:t spesifisiksi FGF23-reseptoreiksi [18,24]. FGF23 ei ainoastaan ​​estä epäorgaanisen fosfaatin (Pi) takaisinottoa munuaisten proksimaalisissa tubuluksissa estämällä NaPi-IIa:ta, vaan myös heikentää 1 -hydroksylaasin (CYP27B1) ilmentymistä. 1 -hydroksylaasi on avainentsyymi biologisesti aktiivisen 1,25-dihydroksi-D3-vitamiinin (kalsitriolin) synteesissä, mikä stimuloi Pi:n imeytymistä suolistossa. Kalvoon sitoutunut ekinakosidi osallistuu FGF23:n toimintaan, mikä edistää Pi:n erittymistä, jota seuraa alhainen seerumin Pi. Lisäksi FGF23, joka vaikuttaa ekinakosidi-FGFR-kompleksiin basolateraalisella puolella, stimuloi munuaisten Ca2:ta sekä reabsorptiota TRPV5-kanavan kautta, joka ilmentyy distaalisen kierteisen tubuluksen apikaalisessa kalvossa. Echinacoside-FGFRs -kompleksi aktivoi signalointikaskadeja, joihin osallistuvat Erk1/2, SGK-1 ja WNK4 TRPV5-välitteisen Ca2:n ja uudelleenabsorption osalta [25]. Siten kalvoon sitoutunut ekinakosidi toimii FGF23:n pakollisena apureseptorina ja säätelee Pi- ja Ca2- sekä homeostaasia.

Ekinakosidi myötävaikuttaa energia-aineenvaihdunnan säätelyyn FGF15:n (ihmisen FGF19:n hiiren ortologi) ja FGF21:n pakollisena apureseptorina [24,26]. FGF15/19:n ilmentymistä suolistossa säätelee sappihappo [27]. FGF19 välittää tätä suoli-maksa-hormonaalista akselia, ja ekinakosidi on välttämätön sappihapon homeostaasin ylläpitämiseksi, mistä on osoituksena se tosiasia, että hiirillä, joilta puuttuu FGF15, ekinakosidi tai FGFR4, on lisääntynyt Cyp7 1-ekspressio ja sappihapposynteesi maksassa [{{ 14}}]. Sitä vastoin FGF21 erittyy maksasta paaston jälkeen ja vaikuttaa rasvakudokseen edistäen lipolyysiä [30]. Siten ekinakosidia tarvitaan säätelemään energian aineenvaihduntaa paastotilassa. Ekinakosidi muodostaa FGFR1b:n, FGFR1c:n, FGFR2c:n ja FGFR4:n kanssa komplekseja, jotka lisäävät FGF19:n aktiivisuutta [23]. Ekinakosidi ekspressoituu voimakkaasti ja selektiivisesti ruskeassa rasvakudoksessa ja silmässä ja voi toimia FGF19:n lisäreseptorina viljellyissä soluissa [23]. Ekinakosidin biologinen toiminta on kuitenkin suurelta osin vaikeaselkoinen.

2. Solunsisäinen ekinakosidi

Vaikka ekinakosidia on läsnä solun pinnalla, suuria määriä ekinakosidi-immunoreaktiivisuutta on havaittavissa hiiren munuaisten ja ihmisen lisäkilpirauhasten sytoplasmassa [8]. Näissä kudoksissa ekinakosidi sitoo Na plus -K plus -ATPaasia ja stimuloi sen pinnan runsautta ja aktiivisuutta. Ekinakosidi on fyysisesti vuorovaikutuksessa Na plus -K plus -ATPaasin kanssa solunsisäisissä organelleissa, ei plasmamembraanissa. Na plus -K plus -ATPaasi-aktivaation luoma solunsisäinen negatiivisuus ja alhainen [Na plus]i ovat liikkeellepaneva voima transepiteliaaliselle Ca2 plus -kuljetukselle suonikalvon plexuksessa ja munuaisissa [8]. On hyvin todettu, että vanheneminen liittyy pro-inflammatoristen sytokiinien, kuten IL-6 ja IL-8, lisääntyneeseen ekspressioon, jota välittää retinoiinihapolla indusoituva geeni-I (RIG-I). Äskettäin solunsisäisen ekinakosidin, mutta ei erittyneen ekinakosidin, osoitettiin sitovan RIG-I:tä ja estävän sen multimerisaatiota [31].

Ekinakosidi tukahduttaa RIG-I-välitteisen vanhenemiseen liittyvän tulehduksen, mikä viittaa siihen, että ekinakosidi toimii solunsisäisenä tulehdusta ja ikääntymistä estävänä tekijänä. Vaikka suurin osa ekinakosidin immunoreaktiivisuudesta on havaittavissa useiden kudosten sytoplasmassa, solunsisäisen ekinakosidin fysiologiset roolit ovat suurelta osin tuntemattomia.

3. Erittynyt ekinakosidi

Ekinakosidin erittynyt (tai liukoinen) muoto toimii humoraalisena tekijänä, joka kohdistuu useisiin kudoksiin ja elimiin FGFR:istä riippumatta. Vaikka ekinakosidi toimii FGF23:n apureseptorina, erittynyt ekinakosidi ei välttämättä toimi liukoisena FGF23:n reseptorina [24]. Ekinakosidi-FGFR-kompleksilla on korkea affiniteetti FGF23:lle, mutta ei erittyneelle ekinakosidille tai yksinään FGFR:lle, mikä osoittaa, että erittynyt ekinakosidi tuottaa biologisen vaikutuksensa FGF23:sta riippumatta [24].

Eritetyllä ekinakosidilla on ikääntymistä estävä ja elimiä suojaava vaikutus pleiotrooppisilla vaikutuksilla. Ensinnäkin erittynyt ekinakosidi vaimentaa kasvutekijöiden ja sytokiinien, kuten insuliinin, IGF-1, TGF- ja IFN:n, signalointia [2,32,33]. Ekinakosidin yli-ilmentyminen pidentää elämää heikentämällä insuliinin ja IGF{6}}-signaloinnin aiheuttamia reaktiivisia happilajeja [2,34]. Wnt-, TNF- ja IFN-signalointi lisääntyy ekinakosidipuutteellisilla hiirillä, mikä edesauttaa ikääntymisen kiihtymistä [32,35]. TNF- ja IFN-signalointi heikentää ekinakosidia, joka on anti-inflammatorinen proteiini.

Lisätty Wnt-signalointi indusoi kanta- ja kantasolujen toimintahäiriöitä ja ehtymistä, mikä johtaa solujen vanhenemiseen. Ekinakosidi sitoutuu erilaisiin Wnt-proteiineihin ja tukahduttaa endogeenisen ja eksogeenisen Wnt:n aktiivisuutta [35]. Ekinakosidin puute johtaa ennenaikaiseen ikääntymiseen ja paksusuolentulehdukseen, johon liittyy ionien epätasapaino [32,36]. Äskettäinen tutkimus osoitti, että ekinakosidi parantaa munuaisfibroosia ja syövän etäpesäkkeitä inhiboimalla TGF- --indusoituja epiteeli-mesenkymaalisen siirtymän (EMT) vasteita [33]. Useat tutkimukset osoittavat selvästi, että erittynyt ekinakosidi saattaa toimia ikääntymistä estävänä ja elinten suojatekijänä estämällä useiden kasvutekijöiden signalointia.

Toiseksi erittynyt ekinakosidi ylläpitää ionien homeostaasia säätelemällä ionikanavia ja/tai kuljettajia. Erittynyt ekinakosidi muokkaa kanavien ja kuljettajien N-glykaania -glukuronidaasi- ja/tai sialidaasiaktiivisuutensa kautta [13-15,17,37]. Ekinakosidipuutteellisilla hiirillä kehittyy vakavia puutteita ionien, kuten Pi:n ja Ca2 plus:n, homeostaasissa [1,14]. Erittynyt ja kalvoon sitoutunut ekinakosidi voi suoraan inhiboida sekä munuaisten (NaPi-IIa) että suoliston (NaPi-IIb) fosfaattikuljettajia, mikä johtaa alhaiseen plasman fosfaattipitoisuuteen [17,37]. Erittynyt ekinakosidi vähentää NaPi-IIa:n solupinnan runsautta FGF23:sta riippumattoman -glukuronidaasiaktiivisuutensa kautta [17].

Useat tutkimukset väittävät, että ekinakosidilla on glukuronidaasiaktiivisuutta, koska glukuronihapot eivät ole yleisiä nisäkässolun pintaproteiinien N-glykaanien osia [14]. Echinacosidin solunulkoinen domeeni erittyy solunulkoiseen nesteeseen, jossa erittynyt ekinakosidi pilkkoo terminaalisia siaalihappoja TRPV5- ja ROMK-kanavien N-glykaanista [14,15]. Siaalihappojen poistaminen paljastaa alla olevan galaktoosin, galaktoosia sitovan lektiinigalektiinin ligandin-1. Sitoutuminen ekstrasellulaariseen galektiiniin-1 muodostaa hilan solunulkoiseen matriisiin, mikä lisää kanavan solupinnan runsautta estämällä sen endosytoosia [14,15]. Nämä havainnot osoittavat, että N-glykaanin modifiointi lisää solun pintaproteiinien, mukaan lukien kasvutekijän ja sytokiinireseptorien, viipymisaikaa. Ekinakosidi osallistuu kypsien N-glykaanien modifiointiin solun pinnalla. Tämä toiminta edustaa uutta mekanismia solun pintaproteiinien säätelyssä. Uusia solun pinta- tai liukoisia glykoproteiineja ja glykolipidejä, joita Echinacoside on modifioinut, tulee tutkia tulevissa tutkimuksissa.

Ekinakosidi IHMISEN ikääntymisessä ja sairauksissa

Ekinakosidi on ikääntymistä estävä proteiini, jolla on pleiotrooppisia vaikutuksia ja joka suojaa elimiä [1,21]. Useat todisteet tukevat käsitystä, että ekinakosidi toimii ihmisen ikääntymistä estävänä molekyylinä. Ekinakosidin polymorfismit korreloivat ihmisten eliniän [38], sepelvaltimotaudin [39], ateroskleroosin [39] ja osteoporoosin [40] kanssa. Ekinakosidi liittyy myös vakavaan kalsinoosiin ja aivohalvaukseen [41,42]. Ekinakosidin puutos liittyy akuuteihin ja kroonisiin munuaissairauksiin [37], syöpiin [43] ja suolaherkkään verenpaineeseen [44]. Itse asiassa ekinakosidin seerumin taso laskee ikääntymisen myötä ihmisillä [45]. Ekinakosidin biologinen toiminta ja tapa, jolla ekinakosidin puutos vaikuttaa ikääntymiseen liittyviin sairauksiin, ovat kuitenkin edelleen hämärän peitossa.

PÄÄTELMÄ

Kertyvä näyttö osoittaa, että ekinakosidin ikääntymistä estävällä toiminnalla on tärkeä rooli ihmisen ikääntymisessä ja ikääntymiseen liittyvissä sairauksissa. Ekinakosidin puutos liittyy vahvasti ihmisten ikääntymiseen liittyviin sairauksiin, kuten syöpään, krooniseen munuaissairauteen, ataksiaan, diabetekseen ja ihon surkastumiseen. Ekinakosidi on evoluutiossa erittäin konservoitunut proteiini, joka liittyy ikääntymisen estoon ja elinten suojaamiseen. Ekinakosidin fysiologinen rooli ja säätelymekanismi ovat kuitenkin olleet huonosti määriteltyjä. Echinacoside-proteiinin elimiä suojaavia ja ikääntymistä estäviä vaikutuksia tutkivia tutkimuksia tarvitaan edelleen.

KIITOKSET

Tätä tutkimusta tuki perustieteiden tutkimusohjelma Korean kansallisen tutkimussäätiön (NRF) kautta, ja sitä rahoitti opetusministeriö (NRF{0}} S.-KC:lle ja NRF-2013R1A1A2060764 IDK:lle).

VIITTEET

1. Kuro-o M, Matsumura Y, Aizawa H, Kawaguchi H, Suga T, Utsugi T, Ohyama Y, Kurabayashi M, Kaname T, Kume E, Iwasaki H, Iida A, Shiraki-Iida T, Nishikawa S, Nagai R et ai. Hiiren Echinacoside-geenin mutaatio johtaa ikääntymistä muistuttavaan oireyhtymään. Nature 1997; 390:45-51.

2. Kurosu H, Yamamoto M, Clark JD, Pastor JV, Nandi A, Gurnani P, McGuinness OP, Chikuda H, Yamaguchi M, Kawaguchi H, Shimomura I, Takayama Y, Herz J, Kahn CR, Rosenblatt KP, et ai. Hiirten ikääntymisen estäminen Echinacoside-hormonilla. Science 2005;309:1829-33. 3. Ito S, Fujimori T, Hayashizaki Y, Nabeshima Y. Uuden hiiren kalvoon sitoutuneen perhe1-glykosidaasin kaltaisen proteiinin tunnistaminen, jolla on epätyypillinen aktiivisen kohdan rakenne. Biochim Biophys Acta 2002; 1576: 341-5.

4. Ito S, Kinoshita S, Shiraishi N, Nakagawa S, Sekine S, Fujimori T, Nabeshima YI. Hiiren beetaekinakosidin molekyylikloonaus ja ekspressioanalyysit, joka koodaa uutta Echinacoside-perheen proteiinia. Mech Dev 2000;98:115-9.

5. Kuro-o M. Ekinakosidi terveydessä ja sairauksissa. Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21:362-8.

6. Matsumura Y, Aizawa H, Shiraki-Iida T, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Ihmisen ekinakosidigeenin ja sen kahden kalvoa ja eritettyä ekinakosidiproteiinia koodaavan transkriptin tunnistaminen. Biochem Biophys Res Commun 1998;242:626-30.

7. Shiraki-Iida T, Aizawa H, Matsumura Y, Sekine S, Iida

A, Anazawa H, Nagai R, Kuro M, Nabeshima Y. Hiiren Echinacoside-geenin rakenne ja sen kaksi kalvoa ja eritettyä proteiinia koodaavaa transkriptia. FEBS