13. Az autofágia szerepe az idegsejtek pusztulásával járó betegségekben

A neurodegeneratív betegségek meghatározása

A központi idegrendszert sújtó, az idegsejteknek a fiziológiás mértéket jóval meghaladó intenzív, regionális és többnyire szelektív pusztulásával járó kórképeket a neurodegeneratív betegségek gyűjtőnévvel illetjük. Klinikai és neuropatológiai szempontból igen heterogén, sőt, sok esetben kevert tüneteket mutató betegség-csoportról van szó.

A neurodegeneratív rendellenességek legismertebb és leggyakrabban előforduló típusai az Alzheimer-, a Parkinson- és a Huntington-kór, az amiotrófiás laterálszklerózis (ALS) és a prion betegségek.

A közös jellemző: patogén konformációjú fehérje formák megjelenése

Molekuláris sejtpatológiai szinten valamennyi kórkép hátterében az áll, hogy a sejtek egy vagy több, egyébként fiziológiás funkciójú fehérjéjének megváltozik a natív konformációja, és e változás következményeként intra- vagy extracelluláris aggregációra fokozottan hajlamos, részlegesen vagy teljesen proteáz rezisztens, patológiás hatású peptidek halmozódnak fel (konformációs betegségek). A definitív diagnózis legbiztosabb eszköze még ma is a páciensek agyából származó (poszt-mortem) metszeteken az aggregátumok legfőbb fehérje komponenseinek, illetve azok szöveti és sejtes eloszlási mintázatának immunhisztokémiai módszerrel történő kimutatása.

Az Alzheimer-kórban (AK) az amiloid prekurzor fehérje (amyloid precursor protein, APP) egyik, kóros hasítási terméke, az amiloid-beta (Aβ42) igen nagy és jellegzetes filamentáris szerkezetű aggregátumokat (plakkokat) formál az extracelluláris térben[1] (13.1. és 13.2. ábra).

A fotó rózsaszínes-lilás színű, közepén az amiloid plakk rózsaszínű.

13.1. ábra Filamentáris szerkezetű amiloid plakk Alzheimer-kóros páciens agyszövetében (hematoxilin-eozin festés). A felvétel közepén jól látható a sugaras elrendeződésű filamentumokból álló extracelluláris amiloid lerakódás, melynek központi része tömör, perifériája lazább szerkezetű (nyílhegyek). A plakkot sötétlila sejtmagvú mikroglia sejtek veszik körük (nyilak).

A felvétel közepén a sötétbarna színű folt a plakk.

13.2. ábra Amiloid-beta immunhisztokémiai kimutatása Alzheimer-kóros beteg agyszövet mintájában. Az immunhisztokémiai jelölés egyértelműen bizonyítja, hogy az amiloid-plakk legfőbb fehérje-komponense az Aβ Az extracelluláris plakk sugaras felépítésű, a perifériáján lazább szerkezetű, a beta-amiloid kötegek közé beékelődve néhány apró glia sejtmag is azonosítható (világoskék nyilak). (DAB előhívás, hemalaun magfestés.)

Az AK másik, a betegség súlyosságával rendkívül jól korreláló szövetpatológiai bélyege a mikrotubulus asszociált fehérjék (MAP) csoportjába tartozó tau fehérjéből álló intracelluláris neurofibrilláris kötegek (neurofibrillary tangle, NFT) megjelenése és regionális expanziója (13.3. ábra).

Az egész kép sötétbarna foltokkal és vonalakkal átszőtt, a közepén 3 nagy, tömör folttal. A felső kettő a tau kötegeket tartalmazó sejt.

13.3. ábra Tau fehérje immunhisztokémiai kimutatása Alzheimer-kóros beteg agymintájában. Az immunpozitivitást barna csapadék jelzi, ami kiemeli a felvétel közepén látható két idegsejtet (fehér nyilak). A bal oldali sejtet szaggatott fehér vonallal körülrajzoltuk, citoplazmájában a tau tartalmú neurofibrilláris köteg gyertyaláng alakú. A jobb oldali neuron sejtmagjára piros nyíl mutat. (DAB előhívás, hemalaun magfestés.)

A Parkinson-kór (PK) legjellegzetesebb neuropatológiai bélyegei az úgynevezett Lewy-testek és a Lewy-neuritek. Immunhisztokémiai jelölés alapján egyértelmű, hogy mindkét intraneuronális aggregátum fő komponense az α-szinuklein (13.4. ábra).

A kép halványbarna alapszínű, a közepén egy sötétbarna kerek folttal. Ez a Lewy-test. Felette a halványabb barna, apró pigment szemcsék között a halványkék sejtmag alig látható.

13.4. ábra Lewy-test és Lewy-neurit Parkinson-kóros beteg középagyának substantia nigra magjában. A felvétel közepén jellegzetes (világosbarna központú és sötétbarna szélű) αszinuklein pozitív intracelluláris aggregátum (Lewy-test) látható (piros nyilak), mellette jobbra két megvastagodott, szintén immunpozitív Lewy-neurit (piros nyílhegyek). A Lewy-testet tartalmazó sejt magjára világoskék, a citoplazmában felhalmozódó melanin pigment szemcsékre zöld nyíl mutat. (α-szinuklein immunhisztokémiai kimutatás, DAB előhívás, hematoxilin magfestés.)

A prion betegségeknél a kóros prion protein (PrPP: patogén prion protein, PrPSc: scrapie prion protein) extra- és intracelluláris felhalmozódást is mutat. Az extracelluláris lokalizáció típusa is kétféle: lehet úgynevezett plakk-szerű (13.5. ábra) vagy perivakuoláris (13.6. ábra).

A kép közepén a halványkék, nagy setjmagvú Purkinje-sejt van, fölötte és alatta sötét a barna foltok aprion plakkok. Ezek között a kerek, kék sejtmagok a szemcsesejtek magjai.

13.5. ábra Kóros prionfehérje immunhisztokémiai kimutatása Creutzfeldt-Jakob beteg (CJB[2]) kisagykérgében. Nagyméretű, plakk-szerű, extracelluláris fehérje lerakódások (piros nyíl) egy Purkinje sejt (csillag) közelében és a szemcsesejtek (kék nyíl) között. (DAB előhívás, hemalaun magfestés.)

A prion fehérje lerakódás a kép közepén a rózsaszínes-pirosas, nagyobb, kerek fehér foltokat tartalmazó terület. Benne a fehér, nem festődő foltok a szivacsos léziók.

13.6. ábra Kóros prion fehérje perivakuoláris felhalmozódása Creutzfeldt-Jakob beteg agyának parietális kérgében. A fénymikroszkópos felvételen jól láthatók a prion betegség jellegzetes neuropatológiai bélyegei, az úgynevezett szivacsos léziók és a körülöttük, közöttük felhalmozódó prion fehérje lerakódások (piros csapadék). (PrP immunhisztokémiai kimutatás, FAST-red előhívás, hemalaun magfestés.)

A PrPSc intracelluláris felhalmozódása szemcsés jellegű (13.7. ábra), ami arra utal, hogy a kóros prion fehérje a citoplazmában membránnal határolt struktúrákban akkumulálódik.

A kép egésze apró, barna szemcsékkel finoman pöttyözött. A pöttyök között kicsit nagyobb, kék sejtmagok láthatók elszórva. A kép jobb alsó térfelén a pöttyök koncentrálódva több sejtet rajzolnak ki.

13.7. ábra A prion fehérje patológiás konformációjú izomerjének intraneuronális felhalmozódása. Genetikai (E200K mutáns) CJB páciens idegsejtjeiben kisebb, szemcsés (nyíl) és nagyobb, granuláris (szaggatott nyíl) jellegű prion fehérje felhalmozódások figyelhetők meg az immunhisztokémiai kimutatást követően. (PrP immunhisztokémiai kimutatása, DAB előhívás, hemalaun magfestés.)

A fehérje homeosztázis fenntartásának eszközei

Az eukarióta sejtekben a kiegyensúlyozott fehérje háztartás (protein homeosztázis vagy proteosztázis) biztosítása alapvető a sejt normális, fiziológiás működése szempontjából. Miután a (fehérje) konformációs neurodegeneratív betegségekben valamilyen külső (pl. prion-fertőzés) vagy belső (pl. mutáns fehérje expresszió) ok miatt éppen ez az egyensúly borul fel, s az aggregációra hajlamos (úgynevezett amiloidogén) fehérjék termelődése kerül túlsúlyba, nem meglepő, hogy aktiválódnak a fehérje háztartást karbantartó intracelluláris stresszválasz mechanizmusok.

Amint erről már korábban is volt szó, a fehérjék térszerkezetét megváltoztató stresszel szemben az első védvonalat a dajkafehérjék (molekuláris chaperonok) hálózata képezi (19. fejezet). A dajkafehérjék – a transzlációhoz kapcsolódva – alapvető szerepet játszanak a frissen szintetizált fehérjék natív szerkezetének kialakításában. A fehérjék konformációjának megváltozását előidéző stresszhatások az indukálható dajkafehérjék (pl. Hsp72) expressziójának nagymértékű fokozódását váltják ki. Azok a sejttípusok, amelyek képesek arra, hogy a krónikus stresszre folyamatosan magas szinten expresszálják a dajkafehérjéket és a citoplazmájukban fel is halmozzák azokat (pl. a kisagyi Purkinje-sejtek), kiemelten védettek a sejtkárosító hatásokkal szemben, míg az erre képtelen sejtek (pl. kisagyi szemcsesejtek) tömegesen pusztulnak (13.8. és 13.9. ábra).

A képen középen, a vízszintes sík mentén 5 nagy, barna sejt sorakozik: ezek a Purkinje-sejtek. Alattuk az elszórt, nagyon apró kék sejtmagok a szemcsesejteket jelzik.

13.8. ábra Hsp72 immunhisztokémiai lokalizációja CJB páciens kisagykérgében. A str. ganglionare (str. gangl.) rétegében szembetűnőek a hatalmas méretű, még a végstádiumban is jelentős mennyiségű Hsp72-t expresszáló (barna) Purkinje-sejtjek (az egyikre zöld nyílhegy mutat). Alattuk, a str. granulosumban alig maradtak szemcsesejtek (a piros nyilak szemcsesejt magokat mutatnak). (DAB előhívás, hemalaun magfestés.)

A kép középvonalában a vízszintes síkban egy vastag, kék, apró pöttyökből álló sáv húzódik végig: ezek a szemcsesejtek, A vonulat felső szegélyén ülnek a nagyobb, halványbarna Purkinje-sejtek.

13.9. ábra Hsp72 immunhisztokémiai lokalizációja a fenti Creutzfeld-Jakob beteggel közelítőleg azonos életkorú, nem demens személy kisagykérgében. A str. ganglionare (str. g.) Purkinje-sejtjei halványbarnák (az egyikre zöld nyílhegy mutat). A str. granulosumban rengeteg szemcsesejt azonosítható (apró, kék sejtmagok, kettőre piros nyíl mutat).

A dajkafehérjék általában chaperon-komplexek formájában végzik a fehérjék (kliensek) térszerkezetének alakítgatását (folding-refolding). Ezen komplexek működésében a dajkafehérjéken kívül többnyire „társult”, segítő molekulák, úgynevezett co-chaperonok is részt vesznek.

A fehérje homeosztázis fenntartásában és a proteinek intracelluláris lebontásában két nagy rendszernek kiemelkedő szerepe van. Ezek az ubiquitin-proteaszóma és az endoszóma-lizoszóma rendszer (UPR és ELR).

Az UPR és az ELR, valamint az autofágia strukturális és molekuláris komponenseit a tankönyv több fejezete is részletesen tárgyalja. Ennek a fejezetnek az a célja, hogy a neurodegeneratív betegségek molekuláris sejtpatológia folyamatainak bemutatása kapcsán felhívja a figyelmet arra, hogy milyen finoman hangolt kapcsolat és munkamegosztás van a kóros fehérje stresszre adott citoprotektív válasz mechanizmusok között, a dajkafehérjéktől – az UPR-en és az autofágián át – egészen az aktív sejthalálig.

A két sejten belüli degradációs rendszerről (UPR, ELR) és az autofágiáról tudjuk, hogy megfelelő működésük meghatározza a fehérjék életidejét és a szintézissel együtt biztosítja azok körforgalmát (turnover). Az UPR alapvetően a citoszólikus, általában rövid féléletidejű, valamint a stresszhatások (pl. oxidatív stressz) által károsított, de oldható fehérjék lebontását végzi. Az ELR ennek kiegészítéseként a hosszú életidejű (általában szerkezeti) fehérjék, valamint a sejtorganellumok lebontását végzi. Korábban úgy gondolták, hogy ezek a struktúrák a nem szelektív makroautofágia révén kerülnek lizoszómális lebontásra. Ma már tudjuk, hogy az autofágia folyamata szelektív is lehet (l. 11. fejezet).

Az ELR-be kétféle úton kerülhetnek be a sejt saját fehérjéi vagy fehérje tartalmú komponensei: 1) ubiquitin mediált receptor endocitózis és 2) az autofágia különböző formái, úgymint a) mikroautofágia, b) chaperon-mediált autofágia és c) makroautofágia révén (l. 10 fejezet).

A krónikus neurodegeneratív betegségek során folyamatosan termelődő, kóros konformációjú, aggregációra hajlamos és többé-kevésbé proteáz rezisztens fehérjék alaposan próbára teszik, sőt, az idő (életkor) előre haladásával, illetve a betegség progressziójával ki is merítik a fenti degradációs rendszerek kapacitását. (Ne feledjük, hogy a neuronok hosszú élettartamú sejtek, egész életünk során végigkísérnek minket.) Ugyanilyen probléma lehet, ha valamilyen oknál fogva (pl. valamelyik molekuláris komponens mutációja következtében) ezek a rendszerek eleve csökkentett „üzemmódban” működnek. A parkin gén mutációja pl. familiáris (öröklődő) PK kialakulásához vezet azért, mert a hibás parkin fehérje nem tudja megfelelően ellátni az ubiquitin-ligáz funkcióját (l. Parkinson-kór patogenezise).

A citoprotektív mechanizmusok egymásra épülése

Az intracelluláris citoprotektív stresszválasz mechanizmusok egymásra épülésének szép példáját figyelhetjük meg az Alzheimer-kór esetében. A mikrotubuláris rendszer dinamikus stabilitását és átrendeződését biztosító egyik mikrotubulus asszociált fehérje a tau. Feladatának betöltése közben dinamikus foszforilációja és defoszforilációja meghatározza azt, hogy mikor kapcsolódjon a sejtvázhoz, s mikor váljon le arról. A fiziológiásnál nagyobb mértékű, úgynevezett hiperfoszforilációja azonban olyan konformáció változáshoz vezet, aminek következtében megindul a fehérje aggregációja. A kezdetben még oldható oligomerek egyre rendezettebb filamentáris (páros helikális filament, PHF) majd fibrilláris struktúrákká (neurofibrilláris kötegek, NFT) szerveződnek (13.10. és 13.11. ábra), miközben proteáz rezisztenciájuk fokozatosan nő.

A felvétel fekete-fehér, a közepén vonalas mintázattal (ez az NFT), alatta és fölötte sötét foltokkal (ezek az autofág vekuólumok).

13.10. ábra Neurofibrilláris köteg Alzheimer-kóros beteg agyszöveti metszetében. A felvétel degenerálódó axon keresztmetszetét mutatja, benne számtalan autofág vakuólummal (nyilak) és neurofibrilláris köteggé (NFT) szerveződött páros helikális filamentumokkal (csillag).

A felső képen középen sávozott terület az NFT, alatta és jobbra mellette sötétebb autofág vakuólumok. Az alsó kép háttere szürke foltos, előtte ferdén csavart vonalú fonalak húzódnak, amiket fekete, kerek pöttyök, az aranyszemcsék kísérnek.

13.11. ábra Neurofibrilláris köteg (NFT) szöveti környezetben és páros helikális filamentumok izolálás után. A kötegekbe rendeződő páros helikális filamentumok (PHF) fotóján sejthető az egyedi filamentumok csavart, helikális szerkezete (A). Az NFT-ből izolált filamentumok nagyobb nagyítással, tau immun-arany jelölés után (B).

A Hsp70/Hsp90 dajkafehérjékből és a CHIP (carboxyl terminus of Hsp70-interacting protein) co-chaperonból álló komplexek próbálják helyreállítani a hiperfoszforilált tau konformációját és elősegíteni a defoszforilációját. (A defoszforilált tau fehérje ismét hozzá tud kapcsolódni a mikrotubulushoz és stabilizálja annak hálózatát.) A permanensen termelődő, még oldható hiperfoszforilált tau fehérjéknek azonban csak egy kis részét sikerül a dajkafehérjéknek megfelelő konformációs állapotba hozni, így előtérbe kerül a CHIP ubiquitin-ligáz funkciója, melynek révén a hiperfoszforilált taut poli-ubiquitinilálja, azaz proteaszómális degradációra jelöli ki. Sajnos a hiperfoszforilált tau az ubiquitiniláció ellenére sem tökéletes szubsztrátja a proteaszómának, miután a „merev” konformációjával előbb-utóbb „eltömi” azt, s így nem csak a saját lebontását gátolja, hanem elzárja az utat a többi citoszólikus proteaszómális szubsztrát lebontása elől is. Ez tovább fokozza az intracelluláris fehérje stresszt.

Mai ismereteink szerint a patológiás konformációjú, aggregációra hajlamos fehérjék szolubilis oligomerek formájában fejtik ki a legkárosabb hatásukat (nem kívánatos reakciókba lépnek más fehérjékkel, lipidekkel), így a sejt védelmi rendszerének mindenképpen törekednie kell ezen formák szegregációjára, s lehetőség szerint az eliminációjára is.

A patogén fehérjék szolubilis, citotoxikus oligomereinek nagyon rendezett és oldhatatlan citoplazmatikus zárványokba történő szegregációja (izolációja) a következő olyan védekezési lehetőség, amelyben az ubiquitinilációnak és a dajkafehérjéknek is szerepe van. Az ubiquitinilált fehérje zárványok immunhisztokémiai kimutatásának szintén differenciál diagnosztikai jelentősége van. Az Alzheimer-kóros páciensekből származó agymintákban jól látható, hogy a neurofibrilláris kötegekbe szerveződő úgynevezett PHF-tau intenzíven ubiquitinilált (13.12. ábra és 13.13. ábra).

A kép aranybarna, a kép közepén egy olyan sejt található, amiben egy tömör, sötétbarna folt az NFT köteg.

13.12. ábra Ubiquitin jelenlétének kimutatása Alzheimer-kóros beteg NFT-tau tartalmú idegsejtjeiben. Az immunpozitívitást jelző barna (DAB) csapadék kirajzolja az intraneuronális, gyertyaláng alakú neurofibrilláris kötegeket mindkét sejtben, ami azt bizonyítja, hogy az NFT-tau ubiquitinilált. (Ubiquitin immunhisztokémia, DAB előhívás.)

A kép fekete-fehér, a közepe világos, ezt jobb kéz felé félkörívben egy vonalrendszer veszi körül, amin apró fekete pöttyök, aranyszemcsék láthatók.

13.13. ábra PHF-tau-ból rendeződött neurofibrilláris köteg (NFT) ubiquitin immun-arany lokalizációja után. Az ubiquitin(ált fehérjék) jelenlétét jelző fekete aranyszemcsék kirajzolják a sarló alakban rendeződött tau filamentumokat (fehér nyilak).

A Parkinson-kór esetében is hasonló folyamat zajlik a középagy substantia nigra régiójában a nagy, melanopigment tartalmú, dopaminerg sejtek citoplazmájában. Az α-szinuklein, mint citoszólikus fehérje, természetes szubsztrátja lehet az UPR-nek (l. 2-5. fejezet) és a chaperon-mediálta autofágiának (13.15. és 13.16. ábra) is. A patológiás konformáció kialakulása azonban korlátozza az α-szinuklein ezen degradációs mechanizmusok révén történő lebontását, következményként az aggregációra hajlamos fehérjék hatalmas, aggreszóma-szerű, ubiquitin-pozitív zárványokba (Lewy-testek) tömörülnek (13.14. ábra).

A képek szinesek, a két alsó képen található nagy, piros foltok a Lewy-testek.

13.14. ábra Formálódó Lewy-test ubiquitin pozitivitásának kimutatása immunhisztokémiai módszerrel Parkinson-kóros beteg substantia nigra idegsejtjeiben. A Lewy-test immunpozitivitását piros szín jelzi (fekete nyíl). Mellette a citoplazmában melanopigment szemcsék (zöld csillag) és a sejtmag (kék nyíl) látható. Az A– B) képeken formálódó, a C–D képeken már kialakult Lewy-test látható. (Fast Red előhívás, hemalaun magfestés.)

Ubiquitin-pozitív fehérje-zárványok megfigyelhetők a Huntington-kóros páciensek idegsejtjeinek citoplazmájában, sőt, sejtmagvában is. Citoplazmatikus felhalmozódás az ALS esetében is detektálható.

Az endoszóma-lizoszóma rendszer és az autofágia

Az endoszóma-lizoszóma rendszernek és az autofágiának kettős szerepe van a neurodegeneratív betegségek patogenezisében. A kísérleti eredmények alapján több mint 20 éve vetődött fel az az elképzelés, miszerint a prion betegségek és az AK esetében a kóros konformációjú fehérje (PrPSc), illetve oligopeptid (Aβ1-42) kialakulásában az ELR központi szerepet játszik. Ezt a későbbi kutatások a prion betegségek esetében teljes mértékben igazolták, az Alzheimer-kór kapcsán pedig egyre inkább megerősítik. Immun-arany elektronmikroszkópos módszerrel a prion fertőzött kísérleti állatok agyából készült szövettani mintákban jelentős mennyiségű kóros prion fehérjét lehet azonosítani az ELR-ben, különösen a multivezikuláris testekben (13.15. ábra). Azt is kimutatták, hogy az enyhén savas pH különösen kedvez a β-redőben gazdag, proteáz rezisztens PrP konformáció kialakulásának és az amiloid prekurzor fehérje (APP) amiloidogenikus hasításának, azaz az Aβ1-42 képződésének is.

A kép fekete-fehér, sötét árnyalatú. A vízszintes közepvonala felett találhatók a multivezikuláris testek, amiket apró, fekete aranyszemcsék díszítenek.

13.15. ábra Kóros prion fehérje ultrastrukturális lokalizácója prion-fertőzött egér agyszövetében. Az elektronmikroszkópos felvétel egy idegsejt nyúlványának keresztmetszetét mutatja (fehér nyilhegyek) számos multivezikuláris testtel (MVB, fekete nyilak), amelyekben a kóros prion fehérjét reprezentáló aranyszemcsék specifikus felhalmozódása látható (ICC).

Jogos tehát az a felvetés, hogy ezeknél a betegségeknél az ELR finoman szabályozott szelektív gátlása szóba jöhet, mint terápiás lehetőség. Nem hagyható figyelmen kívül azonban az a tény, hogy az autofágiának és az ELR normális működésének alapvetően citoprotektív szerepe van, és az intracelluláris stresszválasz markáns résztvevői a neurodegeneratív betegségek esetében is.

Az autofágia szerepe

Az autofágia különböző formáiról, és azok molekuláris mechanizmusáról az előző fejezetekben már volt szó.

A chaperon-mediált autofágia (CMA), illetve annak rendellenes működése a szinukleinopátiák, így a Parkinson-kór sejtpatológiájának kialakulásában játszhat jelentős szerepet. Az α-szinuklein, mint egy olyan citoszólikus fehérje, amelyen hozzáférhető az a KFERQ aminosav motívum, amelyet a Hsp70 felismer, a CMA természetes szubsztrátja. Így a CMA minden bizonnyal részt vesz a natív (fiziológiás) konformációjú szinuklein lebontásában (13.16. ábra). Az aggregációra hajlamosító konformáció változás nem érinti a KFERQ motívumot, így a dajkafehérje komplex a kóros térszerkezetű fehérjét is odaszállítja a lizoszóma membránjához. Az α-szinuklein patológiás konformációja azonban gátolja a LAMP-2A membrán-transzlokációs funkcióját (13.17. ábra), s így az α-szinuklein a saját lebontása mellett más citoszólikus fehérjék lizoszómális degradációját is hátráltatja, tovább fokozva ezzel a fehérje felhalmozódásból adódó stresszt.

A kép színes rajz, a közepén lévő kör a lizoszóma. A folyamat részletei, egyes lépései körülötte balról jobbra követhetők. A KFERQ szekvencia narancssárga, a fehérje kék, a Hsc70 molekulák zöldek, a többi chaperon kék és világoszöd. A LAMP-2A fehérje lila.

13.16. ábra A chaperon-mediált autofágia folyamatának fő eseményei. A KFERQ szekvenciát hordozó citoplazmatikus fehérjéket Hsc70 tartalmú chaperon komplex ismeri fel (1), ami a proteint a lizoszóma membránjának LAMP-2A transzlokációt végző fehérjéjéhez irányítja (2). A LAMP-2A és a lizoszómális Hsp90 (L-Hsp90) közreműködésével a fehérje transzlokációja megkezdődik, miközben a citoplazmatikus chaperon komplex elemei leválnak róla (3). A transzlokáció során a fehérje megfelelő konformációjának fenntartását a lizoszómális Hsc70 (L-Hsc70) biztosítja (4). A bejutott proteint, valamint az életidejét betöltött LAMP-2A fehérjét a lizoszómális enzimek lebontják (5, 6).

A kép színes rajz, a közepén lévő kör a lizoszóma. A folyamat részletei, egyes lépései körülötte balról jobbra követhetők. A KFERQ szekvencia narancssárga, a fehérje kék, benne az aggregációt kiváltó szakasz sötétkékkel jelölt, a Hsc70 molekulák zöldek, a többi chaperon kék és világoszöd. A LAMP-2A fehérje lila.

13.17. ábra A kóros konformációjú a-szinuklein gátolja a chaperon-mediált autofágiát. A hibás térszerkezetű α-szinuklein KFERQ szekvenciája révén felismerésre kerül (1) és hozzákapcsolódik (2) ugyan a lizoszóma felszínéhez (3), de „hajtogatási nehézségek” miatt nem képes átjutni a LAMP-2A fehérjék által formált transzlokációs póruson (5). Ezzel saját maga (7) és más fehérjék lebontását is akadályozza (6), illetve képződő oligomerjei kölcsönhatásba lépnek a lizoszómális membránnal is, ami annak károsodásához vezethet. Mivel a hibás térszerkezetű α-szinuklein lebontás híján a citoszólban egyre halmozódik, oligomerjei aggregátumokat képeznek (8).

KFERQ motívuma az APP-nek, a tau-nak és a Huntington-kórban szerepet játszó huntingtin fehérjének is van. Eddig azonban csak a tau esetében születtek olyan kísérleti eredmények, amelyek azt bizonyítják, hogy a fiziológiás tau természetes szubsztrátja lehet a chaperon-mediált autofágiának, és a hiperfoszforilációval járó konformáció változás – az α-szinukleinhez hasonlóan – akadályozza a CMA működését.

A makroautofágia jelenlétét és fiziológiás szerepét a bazális protein körforgalomban a neuronok esetében sokáig vitatták. Két japán kutatócsoport azonban egyértelműen kimutatta, hogy az autofágia szelektív gátlása az idegsejtek esetében ubiquitinilált fehérje gócok felhalmozódását idézi elő a citoplazmában. A kísérletben használt transzgénikus állatok neurodegeneratív rendellenességekre utaló tüneteket mutattak.

Az (auto)lizoszómális rendszer működésének fontosságára hívja fel a figyelmet az a tény is, hogy az öregedő szervezet központi idegrendszerének idegsejtjeiben egyre nagyobb tömegben halmozódnak fel az úgynevezett lipofuszcin granulumok, vagy más néven kopási pigmentek, amelyek tulajdonképpen az autolizoszómális degradáció lassulása és egyre kevésbé hatékony módja miatt fennmaradó reziduális testek (13.18. ábra).

A kép fekete-fehér, alapvetően sötét árnyalatú, a fehér csillagokkal jelzett lipofuszcin szemcsék közül kettő a vízszintes középvonalban, a jobb oldalon található.

13.18. ábra Lipofuszcin granulumokkal teli neuron. A sejtmagot (SM) a kép tetején találjuk, a lipofuszcin granulumokat fehér csillag, a plazmamembránt fehér nyílfejek jelzik.

A szelektív makroautofágia

A krónikus neurodegeneratív betegségekben a hibás konformációjú fehérjék termelődése és felhalmozódása folyamatos. Amint azt a korábbi példáinkban bemutattuk, az érintett neuronok minden rendelkezésükre álló védelmi rendszert (dajkafehérjék, UPR, CMA) mozgósítanak az őket ért fokozódó fehérje stressz negatív hatásainak kiküszöbölése és a kóros fehérjék eliminálása vagy legalább szegregálása érdekében. Ezek a mechanizmusok azonban egyrészt jellegükből adódóan nem alkalmasak nagyobb tömegű hibásan feltekeredett és aggregálódó fehérje szubsztrát feldolgozására, másrészt a hozzájuk kötődő kóros fehérjék által „telítődnek” és funkcionálisan is károsodnak (13.17. ábra). Újabb véderő mozgósítására és bevetésére van tehát szükség és ez a citoplazma nagyobb részleteit szegregálni és degradálni képes makroautofágia. Az utóbbi évek vizsgálatai derítettek fényt arra, hogy ennek a lizoszómális lebontási rendszernek a korábbi „hiedelmekkel” ellentétben bizonyos körülmények között és egyes sejttípusokban van szubsztrát specifikus, azaz szelektív formája is (l. 11. fejezet).

Proteinofágia vagy aggrefágia

A konformációs neurodegeneratív betegségek esetében különös jelentősége van a hibás szerkezetű, aggregálódó fehérjék specifikus felismerésének, megjelölésének, szelektív szegregációjának és lebontásának (13.19. ábra).

A kép fekete-fehér, világos szürke hátterű, a sötét, tömör beltartalmú, kerek autofág vakuólumok feltűnőek, nagyok.

13.19. ábra Autofág vakuólumokba szegregált fehérje aggregátumok α-szinukleint túltermelő SH-SY5Y idegsejtekben. A tömör aggregátumokat membránok határolják (fehér nyilak).

A lebontandó fehérjék felismerése és megjelölése ebben az esetben is ubiquitinilációval történik. Az ubiquitinilált, kisebb-nagyobb fehérje aggregátumok autofág szegregációjához olyan közvetítő molekulákra van szükség, amelyek egyrészt poli-ubiquitin láncon keresztül kapcsolatba tudnak lépni a szekvesztrálandó fehérjékkel, másrészt a formálódó autofág izoláló membránnal is. Ilyen citoszólikus adapter fehérjék vagy más néven „autofág-receptorok” például a p62 (sequestosome-1) és az NBR1 (neighbour of BRCA1), amelyeknek funkcionális doménjei: az ubiquitin lánc kötéséért felelős UBA (ubiquitin assiciated), az autofág izoláló membrán LC3 komponensét felismerő LIR (LC3 interacting region) és végül a p62 molekulák egymáshoz kapcsolódásáért is felelős PB1 (N-terminal Phox and Bem1p) regió (13.20. és 13.21. ábra).

A molekulák egyes doménjeit különböző szín jelzi: a PB1 narancssárga, a ZNF lila, a LIR domén piros, az ubiquitin kötő domének kékek, a CC domének zöldek, a többi domén szürke.

13.20. ábra A szelektív (makro)autofágia receptor (adapter) fehérjéi és azok funkcionális doménjei (Rövidítések: PB1: N-terminal Phox and Bem1p; ZNF: zinc-finger domain; LIR: LC3: interacting region; HDAC: histon deacetylase; UBA: ubiquitin associated domain; BUZ: ubiquitin-binding zinc finger; CC: coiled coil domain; RING: C-terminal RING[3] zink finger; BEACH, BEACH domain; BH3: Bcl-2 homology 3 domain; Dysf: Dysferlin domain; FYVE: Fab1,YOTB/ZK632.12, Vac1, and EEA1 domain; PH: Pleckstrin homology domain; TM: transmembrane domain; WD40: WD40 repeats; WW: WW domain.)

Az ábrák egymás mellett vannak, az izoláló membrán sötétzöld, dupla vonal, az LC3 molekulák világoszöld, ovális foltok mindkét rajzon. A bal oldalon a mirtokondrium és a két ER ciszterna zöld, a jobb oldali rajzon az ubiquitin lánc világoskék, kerek ubiquitin molekulákból áll, a fehérje, a baktérium és a mitokondrium pedig fekete-szürke.

13.21. ábra A nem szelektív és a szelektív autofágia összehasonlítása. A) A nem szelektív autofágia során a citoplazma egyes komponensei előzetes megjelölés nélkül, véletlenszerűen határolódnak el a környező citoplazmától és kerülnek be egy-egy dupla izoláló membrán által körbezárt térbe. B) A szelektív autofágia során viszont ubiquitin lánccal megjelölt fehérjék, mikrobiális kórokozók és sérült mitokondriumok célzott bekebelezése történik, amely során az ubivitinált célpontok és az izoláló membrán LC3 komponensei között adapter fehérjék, „autofág-receptorok” teremtenek kapcsolatot.

Elvileg tehát az aggregációra hajlamos és (poli-)ubiquitinilált fehérjék szelektív autofágiájának (proteinofágia) és lizoszómális degradációjának a lehetősége adott a citoszólban hozzáférhető fehérjék esetében (13.22. ábra). Ugyanakkor a nagyméretű aggreszómákat[4] (pl. Lewy-test) sem szegregálni, sem lebontani nem lehet autofágia révén. Ennek bizonyítéka, hogy az intenzíven ubiquitinilált Lewy-testek a dopaminerg neuronok pusztulása után „érintetlen formában” láthatók a sejtközötti térben (13.23. ábra).

A képek fekete-fehérek, az aranyszemcsék rajtuk nagyon aprók, de minden fotón a középpont környékén lévő, sötétszürke, kerek, tömör struktúrán láthatók.

13.22. ábra Ubiquitinilált fehérjék immuncitokémiai kimutatása proteinofágiában. Ubiquitin immun-arany jelöléssel (kisebb aranyszemcsék) pozitív fehérje aggregátum a citoplazmában (A) és attól izolálva, membránnal körülvett térben (B, C).

A Lewy-test nagyon feltűnő, hatalmas piros folt a kép jobb alsó negyedében. Felette a vízszintes sík magasságában lévő barna foltok a melanopigment szemcsék, s ezek fölött található a halványkék sejtmag.

13.23. ábra Extracelluláris Lewy-test. A neuron által lebontani nem tudott fehérje aggregátum (fekete nyíl) a sejt halála után a sejtközötti térben marad. Szomszédságában egy nagyméretű dopaminerg neuron látható ép sejtmaggal (kék nyíl) és nagymennyiségű melanopigmenttel (zöld csillag).

A szelektív proteinofágia jelentősége inkább abban áll, hogy a citotoxikus, kisebb méretű, de az UPR és a CMA számára már feldolgozhatatlan pre-aggregátumokat szegregálja és a lizoszómális enzimek révén megpróbálja lebontani. Erre látunk példát az a-szinukleint fokozottan expresszáló humán eredetű SH-SY5Y (dopaminerg) neuronokban, ahol az ubiquitinilált szinuklein aggregátumokat autofág izoláló membrán határolja.

Mitofágia

A makroautofágiának a számtalan, korábban már ismertetett élettani funkciója mellett (l. 10. fejezet), alapvető szerepe van a sejteket ért károsító (stressz) hatások kivédésében (mérséklésében), a túlélés biztosításában, azaz a citoprotekcióban. Különösen „életbevágó” az autofágia megfelelő szintű és folyamatos működése az olyan végdifferenciált sejttípusokban, mint az idegsejtek, amelyek többségének élethossza megegyezik az egyed élethosszával. Selye János óta tudjuk, hogy az élet együtt jár a folyamatos stresszel, s ez az idegsejtek szintjén is igaz. Az „életfogytig” tartó stressz kifinomult, specifikus és lehetőleg szelektív intracelluláris stresszválaszokat igényel. Amint azt a 18. fejezetben bemutatjuk, az eukarióta sejtek számára az egyik legnagyobb veszélyforrást a saját sérült mitokondriumaik jelentik, miután azok citoplazmába áramló egyes molekulái a programozott sejthalál belső (intrinsic) útvonalának központi szereplői.

A hosszú nyúlványokkal rendelkező, rendkívül polarizált idegsejtekben a mitokondriumok egy igen hatékony elektron- és energia transzportot biztosító dinamikus hálózatba szerveződnek (18. fejezet), amely egyben védettséget is jelent számukra. A különböző külső és belső (itt nem részletezendő) membránkárosító hatásokra elsősorban e hálózatról lefűződő, kicsi (a legnagyobb felszín/térfogat aránnyal rendelkező) egyedi mitokondriumok a legérzékenyebbek (l. 18. fejezet). A sérült mitokondriumok szelektív izolálása és lebontása tehát a sejt további fiziológiás működése szempontjából nélkülözhetetlen.

Sejtorganellumok szegregálása és lizoszómális lebontása csak makroautofágia útján történhet. Az elmúlt évek kutatási eredményei hívták fel a figyelmet arra, hogy ez a folyamat a sérült mitokondriumok esetében valóban szelektív lehet (l. 11. fejezet). Az idegsejtekben a mitokondrium hálózatról lefűződött, elöregedett, megváltozott membránpotenciálú mitokondriumok szelektív mitofágiája a sejt egyedi élete során minden bizonnyal folyamatosan zajlik. Erre utal az a megfigyelés is, hogy az öregedő idegsejtekben az egyre lassuló lebontás miatt felszaporodó, autolizoszómális eredetű lipofuszcin granulumok (kopási pigmentek) beltartalma valószínűleg degradálódó mitokondriumokból származik (13.24. ábra).

A kép fekete-fehér, a vízszintes középvonal alatt feltűnő sötétszürke foltokkal. Ezek között található a lebontódó mitokondrium, aminek a közepe világos foltként látszik.

13.24. ábra Degenerálódó, de még felismerhető mitokondrium (fehér nyíl) egy membránnal határolt lipofuszcin granulumban.

A neurodegeneratív betegségek általános jellemzője („köszönhetően” elsősorban a fokozódó oxidatív stressznek és a Ca2+ toxicitásnak), hogy tömegessé válik a mitokondriumok sérülése. A károsodás elsőként az idegsejtek perifériáján, a nyúlványokba behúzódó mitokondrium hálózatról lefűződő mitokondriumokat érinti. Ezen mitokondriumok lokális koncentrálódása vezet(het) a neuropatológusok számára jól ismert, gyöngysor-szerűen megduzzadt, úgynevezett disztrófiás neuritek kialakulásához (13.25. ábra).

A rajz színes, egyes részei egymás alatt vannak. A sejtek membránjai sötétkékek, a citoplazma világoskék, a lizoszómák pirosak, az autofág vakuolumok feketék, a mikrotubulus zöld, az ubiquitinlánc molekulái világoskék körök.

13.25. ábra A disztrófiás neuritek kialakulása. A) Ép idegsejtben az axon végeken és a perikarionban is képződnek (1) autofagoszómák (2), amelyek tartalma a lizoszómával (3) történő fúzió után lebomlik (4). A perikarionális autofágiához a mikrotubulus hálózat (zöld vonal az axonban) közreműködésével zajló retrográd transzporttal érkező autofág vakuólumok is hozzájárulnak (5). Az egész folyamat olyan gyors, hogy a sejtekben egyik komponens felhalmozódása sem tapasztalható. B) Neurodegeneratív betegség esetében az ubiquitin lánccal jelölt (kék körök) rossz térszerkezetű fehérjék és a károsodott mitokondriumok szekvesztrációja megtörténik (1). Az autofagoszómák (2), ha fuzionálnak is a lizoszómákkal (3), beltartalmuk – éppen a kóros fehérjék aggregációja miatt – nagyrészt lebontatlan marad. A mikrotubulus hálózat szétesésével (kis zöld vonalak) a retrográd transzport is károsodik, ami az egyre szaporodó autofág vakuolumok axon mentén történő, csoportos felhalmozódásához vezet. A hibás konformációjú fehérjék a sejttestben és az axonban is olyan aggregátumokat képeznek, amelyek nem csak a citoszólikus fehérjéket károsítják, hanem a membránokat is.

Ralph Nixon ultrastrukturális vizsgálatai hívták fel a figyelmet arra, hogy az Alzheimer-kóros agyszövetben az amiloid plakkok körül tömegesen előforduló disztrófiás neuriteket (13.26. ábra) a degradáció különböző fokán álló autofág vakuólumok töltik meg (13.27. ábra).

A fotó aranybarna alapszínű, a disztrófiás neuritek sötétbarnák.

13.26. ábra Disztrófiás neuritek beta-amiloid plakkok körül Alzheimer-kóros beteg hippocampus metszetén (Bielschowsky-féle ezüst impregnáció). A gyrus dentatus (GD) szemcsesejtjeinek rétege fölött számos neuritikus plakk látható (az egyik középpontját csillag jelzi), amiket vastag, disztrófiás neuritek vesznek körül. A neurit metszetek között vannak hosszmetszetek (nyilak) és nagy átmérőjű keresztmetszetek (nyílhegy) is.

A fénykép fekete-fehér, a középső részén tömör, sötétszürke és fekete foltokkal: ezek az autofág vakuólumok.

13.27. ábra Disztrófiás neurit Alzheimer-kóros beteg agyából származó elektronmikroszkópos metszeten. Látható, hogy a mielinizált axont terét teljesen kitöltik a különböző denzitású autofág vakuólumok (fehér nyilak).

További, finomabb ultrastruktúrális és immuncitokémiai vizsgálatokat igényel azonban annak az alapos feltételezésnek a bizonyítása, hogy ezen vakuólumok többségének beltartalma szelektíven szegregált mitokondrium-e. Meg kell jegyezzük, hogy az autofág vakuólumok és a lebontandó mitokondriumok tömeges felhalmozódásával létrejött disztrófiás neuritek nem csak az AK-ra jellemzőek, hanem más neurodegeneratív betegségekben, így pl. a prion betegségek esetén (13.28. ábra), sőt, az öregedés során is megfigyelhetők.

A kép alapszíne középszürke, a membránok sötét vonalak, amik kirajzolják a sejtfelszíneket és a mitokondriumokat.

13.28. ábra Disztrófiás neuritek prion beteg agyszövetben. Jól kivehető, hogy a neuritekben mitokondriumok koncentrálódnak (fehér nyilak).

Bár a folyamat fokozatos axon degenerációval jár (13.25. ábra), a neuron egésze szempontjából mégis egy szelektív stresszválasznak tekinthető, hiszen a sejt igyekszik szegregálni és a perikarionális régiótól távol tartani az apoptózist indukáló sérült sejtorganellumokat.

A szelektív mitofágia létezését a Parkinson-kór esetében sikerült egyértelműen bizonyítani. A folyamat részletes leírását és molekuláris komponenseinek bemutatását a Parkinson-kór patogenezise fejezet tartalmazza. Mindenképpen megjegyzendő azonban, hogy a mitokondrium hálózat fragmentálódásának és a lefűződött mitokondriumok membránpotenciálja csökkenésének iniciáló szerepe van a folyamatban, és nem meglepő módon a szegregációs/degradációs jelet itt is az ubiquitiniláció jelenti. Ma már azt is tudjuk, hogy a mitokondrium külső membránjában a parkin által ubiquitinilált fehérjék éppen azok a molekulák (mitofuzin1/2), amelyek az izolált mitokondrium hálózatba történő visszaépülését segítenék. Az a tény, hogy az ubiquitin-ligáz funkciót ellátó parkin fehérje génjének mutációja, azaz a parkin rendellenes működése és ennek következtében a szelektív mitofágia zavara juvenilis Parkinson-kór kialakulásához vezet, alátámasztja azt a feltételezést, hogy az ubiquitin-mediált szelektív mitofágia az idegsejtek esetében a mitokondriális homeosztázis biztosításának élethosszig tartó, alapvetően neuroprotektív eszköze.

Mitől is pusztulnak a neuronok?

Láthatjuk, hogy a hibás térszerkezetű fehérjék jelenlétéből adódó stressz kivédésére a neuronok minden rendelkezésükre álló citoprotektív rendszert mozgósítanak (13.29. ábra). A citoszólikus fehérjéket dajkafehérjék segítségével megpróbálják helyreállítani (indukálható hősokk fehérjék expressziója nő). Ha ez nem eredményes, akkor a stresszt kiváltó proteineket ubiquitin lánccal megjelölik, és az UPR vagy a chaperon-mediált autofágia révén megpróbálják lebontani. Miután ezek a rendszerek telítődnek, a folyamatosan újra termelődő és/vagy képződő hibás térszerkezetű fehérjéket a dajkafehérjék közreműködésével aggregátumokba (aggreszóma) „terelik” annak érdekében, hogy az oligomerek citoszóllal érintkező, nem kívánt reakciókat indukáló felszínét minimalizálják. Az aggregációra hajlamos proteinek ugyan önmaguktól is hajlamosak aggregátumokat létrehozni, egyértelműen kimutatható azonban, hogy az idegsejtekben ezt egyes dajkafehérjék még segítik is. Ma már elfogadott állítás az, hogy az aggregátumok képzése citoprotektív folyamat, s hogy a patológiás tünetek megjelenése és súlyossága az oligomerek mennyiségével áll kapcsolatban. Az idegsejtek az aggregátumokat, valamint az oligomerek által károsított organellumokat (pl. mitokondriumokat) makroautofágiával (proteinofágia vagy aggrefágia és mitofágia) igyekeznek eliminálni. Miután a feladat „menet közben” egyre szaporodik, s a lebontó rendszerek kimerülnek, az oligomerek mellett az autofág vakuólumok is felhalmozódnak. Ráadásul a lizoszómális kompartmentumba bejutó és a részleges vagy teljes proteáz rezisztenciájuk miatt folyamatosan halmozódó patológiás konformációjú fehérjék egyre nagyobb mértékben gátolják a lizoszómális enzimek működését is. Az autofág fluxus kimeneti oldalának gátlása tovább fokozza az autolizoszómák felhalmozódását.

A neuronok az életben maradásért elmennek a legvégsőkig, ám amikor a működőképes citoplazma és sejtorganellumok aránya egy kritikus érték alá csökken, a szöveti integritás megőrzése érdekében nem marad számukra más lehetőség, mint a programozott sejtpusztulás, az apoptózis.

A rajz színes. A natív fehérja a bal felső sarokban zöld gombolyag, a hibás konformációjú fehérje kék. Az aggregációt segítő szakasza pirossal kiemelt. A neuronok vázlatos rajza a jobb oldalon található, bennük a mitokondrium hálózat zöld, az autofág vakuólumok membránja piros, az aggregálódó fehérje kék.

13.29. ábra Az aggregációra hajlamos fehérjék eliminációját célzó citoprotektív mechanizmusok összefoglalása. A) A hibás térszerkezetű fehérjét a neuronok dajkafehérjék segítségével igyekeznek helyreállítani, vagy ha ez nem megy, akkor ubiquitinnel való megjelölés után lebontani. Ez az ubiquitin-proteaszóma rendszer (UPR) és/vagy a chaperon-mediált autofágia (CMA) intenzitásának emelését igényli (zöld felfelé mutató nyíl). A jobb oldalon látható sejtben a zöld vonalakkal jelölt mitokondriális hálózat és a sejt ultrastruktúrája ép. B) A folyamatosan termelődő rossz térszerkezetű fehérje előbb-utóbb kimeríti az UPR/CMA rendszert (piros lefelé mutató nyíl), de az oligomerekből keletkező aggregátumok és a károsodott sejtorganellumok (pl mitokondriumok) eltávolítása ekkor még makroautofágia (proteinofágia és mitofágia) révén lehetséges. Ez a makroautofágia rendszerének felpörgését eredményezi (felfelé mutató zöld nyíl), így a jobb oldalon látható sejtben megjelennek az autofág vakuólumok. Kezdetben ezek a perikariontól távol, a neuritben halmozódnak fel (disztrófiás neurit). Beltartalmuk lebontása azonban egyre lassul. C) Amikor a makroautofágia rendszerének kapacitása is kimerül, a sejtnek nem marad további eszköze a permanens stressz károsító hatásainak kivédésére, a zsugorodott, kapcsolatait vesztett sejt apoptózis révén elpusztul.

Ellenőrző kérdések

  1. Mit értünk konformációs neurodegeneratív betegségen? Soroljon fel olyan fehérjéket, amelyek e betegségekben központi szerepet játszanak!

  2. Mik a dajkafehérjék és milyen szerepük van a sejt lebontó rendszereinek működtetésében?

  3. Mutassa be, hogy milyen citoprotektív mechanizmusokat aktivál egy Alzheimer-kóros beteg neuronja annak érdekében, hogy a tau fehérje patogén konformációjú változatának káros hatásit kivédje?

  4. Az endoszóma-lizoszóma rendszernek milyen szerepe van a konformációs neurodegeneratív betegségekben?

  5. Az autofágiának milyen szerepe van a konformációs neurodegeneratív betegségekben? Miért nem tudja az idegsejt lebontani a hibás térszerkezetű α-szinukleint?

  6. Mit nevezünk makroautofágiának? Mit jelent a proteinofágia vagy aggrefágia kifejezés? Milyen molekuláris komponensek vesznek részt a folyamatban?

  7. Mit jelent a mitofágia kifejezés? Mi a fiziológiás szerepe?

  8. Mit nevezünk disztrófiás neuritnek? Milyen folyamat során és hogyan keletkezik?

  9. A parkin génjének mutációja melyik betegség kialakulásához vezet?

  10. Egy folyamatábrán foglalja össze azt, hogy a neuron milyen citoprotektív mechanizmusokat aktivál egy aggregációra hajlamos fehérje által kiváltott neurodegeneratív betegség lefolyása során!

Felhasznált és ajánlott irodalom

Funderburk, S. F., Marcellino, B. K., Yue, Z. (2010) Cell "self-eating" (autophagy) mechanism in Alzheimer's disease. Mt Sinai J Med. 77(1), 59-68. doi: 10.1002/msj.20161.

Hara, T., Nakamura, K., Matsui, M., Yamamoto, A., Nakahara, Y., Suzuki-Migishima, R., Yokoyama, M., Mishima, K., Saito, I., Okano, H., Mizushima, N. (2006) Suppression of basal autophagy in neural cells causes neurodegenerative disease in mice. Nature 441(7095), 885-9.

Heiseke, A., Aguib, Y., Schatzl, H. M. (2010) Autophagy, prion infection and their mutual interactions. Curr Issues Mol Biol.12(2), 87-97.

Jin, S. M., Youle, R. J. (2012) PINK1- and Parkin-mediated mitophagy at a glance. J Cell Sci.125(Pt 4), 795-9. doi: 10.1242/jcs.093849.

Johansen, T., Lamark, T. (2011) Selective autophagy mediated by autophagic adapter proteins. Autophagy7(3), 279-96.

Kaushik, S., Cuervo, A. M. (2012) Chaperones in autophagy. Pharmacol Res. 66(6), 484-93. doi: 10.1016/j.phrs.2012.10.002.

Koga, H., Cuervo, A. M. (2011) Chaperone-mediated autophagy dysfunction in the pathogenesis of neurodegeneration. Neurobiol Dis.43(1), 29-37. doi: 10.1016/j.nbd.2010.07.006.

Komatsu, M., Waguri, S., Chiba, T., Murata, S., Iwata, J., Tanida, I., Ueno, T., Koike, M., Uchiyama, Y., Kominami, E., Tanaka, K. (2006) Loss of autophagy in the central nervous system causes neurodegeneration in mice. Nature441(7095), 880-4.

Kroemer, G., Marino, G., Levine, B. (2010) Autophagy and the integrated stress response. Mol Cell.40(2), 280-93. doi: 10.1016/j.molcel.2010.09.023.

Lamark, T., Johansen, T. (2010) Autophagy: links with the proteasome. Curr Opin Cell Biol.22(2), 192-8. doi: 10.1016/j.ceb.2009.11.002.

Laszlo, L., Lowe, J., Self, T., Kenward, N., Landon, M., McBride, T., Farquhar, C., McConnell, I., Brown, J., Hope, J., Mayer, R. J. (1992) Lysosomes as key organelles in the pathogenesis of prion encephalopathies. Journal of Pathology166(4), 333-341. doi: 10.1002/path.1711660404

Mayer, R. J., Landon, M., Laszlo, L., Lennox, G., Lowe, J. (1992) Protein processing in lysosomes - the new therapeutic target in neurodegenerative disease. Lancet340(8812), 156-159. doi: 10.1016/0140-6736(92)93224-b

Mizushima, N. (2005) A(beta) generation in autophagic vacuoles. J Cell Biol. 171(1), 15-7. doi: 10.1083/jcb.200508097

Nixon, R. A. (2007) Autophagy, amyloidogenesis and Alzheimer disease. J Cell Sci. 120(Pt 23, 4081-91. doi: 10.1242/jcs.019265

Nixon, R. A., Yang, D. S., Lee, J. H. (2008) Neurodegenerative lysosomal disorders: a continuum from development to late age. Autophagy 4(5), 590-9.

Park, C., Cuervo, A. M. (2013) Selective Autophagy: Talking with the UPS. Cell Biochem Biophys. doi: 10.1007/s12013-013-9623-7

Sahn, R., Kaushik, S., Clement, C., C. Cannizzo, E. S., Scharf, B., Follenzi, A., Potolicchio, I., Nieves, E., Cuervo, A. M., Santambrogio, L. (2011) Microautophagy of cytosolic proteins by late endosomes. Dev. Cell20(1), 131-139. doi: 10.1016/j.devcel.2010.12.003.

Shaid, S., Brandts, C. H., Serve, H., Dikic, I. (2013) Ubiquitination and selective autophagy. Cell Death Differ.20(1), 21-30. doi: 10.1038/cdd.2012.72.

Son, J. H., Shim, J. H., Kim, K. H., Ha, J. Y., Han, J. Y. (2012) Neuronal autophagy and neurodegenerative diseases. Exp Mol Med.44(2), 89-98. doi: 10.3858/emm.2012.44.2.031.

Tanaka, A. (2010) Parkin-mediated selective mitochondrial autophagy, mitophagy: Parkin purges damaged organelles from the vital mitochondrial network. FEBS Lett.584(7), 1386-92. doi: 10.1016/j.febslet.2010.02.060.

Xu, Y., Tian, C., Wang, S. B., Xie, W. L., Guo, Y., Zhang, J., Shi, Q., Chen, C., Dong, X. P. (2012) Activation of the macroautophagic system in scrapie-infected experimental animals and human genetic prion diseases. Autophagy8(11), 1604-20. doi: 10.4161/auto.21482.

Yamamoto, A., Simonsen, A. (2011) The elimination of accumulated and aggregated proteins: a role for aggrephagy in neurodegeneration. Neurobiol Dis. 43(1), 17-28. doi: 10.1016/j.nbd.2010.08.015.

Youle, R., R., Narendra, D. P. (2011) Mechanisms of mitophagy. Nature Rev. Mol. Cell.Biol.12, 9-14.



[1] Az APP egy másik hasítási terméke az Aβ1-40 is képez extracelluláris aggregátumokat. Ezek az úgynevezett szenilis plakkok, amelyeknek a száma az öregedéssel párhuzamosan általában gyarapszik, de jelenlétük nem párosul patológiás tünetekkel.

[2] CJB = Creutzfeldt-Jakob betegség, a leggyakoribb humán prion betegség, amelynek családi halmozódású, örökletes formája (az összes CJB eset 10-15 %-a) és ún. sporadikus formája (az összes CJB eset 85-90 %-a) is ismert. A genetikai eredetű CJB hátterében a prion fehérje génjének, a PRNP-nek a mutációja áll.

[3] RING: really interesting new gene

[4] Az aggreszóma egy olyan, nagy citoplazmatikus fehérje aggregátum, amely hibás konformációjú, többnyire poli-ubiquitinilált, már oldhatatlan fehérjéket tartalmaz. Jellegzetes helye a sejtközpont környezete, mivel e fehérjék összegyűjtését a mikrotubulus rendszer végzi. Képzésében az intermedier filamentum hálózat is részt vesz (l. vimentin).