Abstrakt
Methylazoxymethanol (MAM), den genotoksiske metabolit af cycad azoxyglucoside cycasin, inducerer genetiske ændringer i bakterier, gær, planter, insekter og pattedyrceller, men voksne nerveceller menes at være upåvirket. Vi viser, at hjernen hos voksne C57BL6 vildtype mus behandlet med en enkelt systemisk dosis af MAM acetat display DNA-skader (
O
6-methyldeoxyguanosine læsioner,
O
6-mg), der forbliver konstant op til 7 dage efter behandling. Derimod MAM-behandlede mus, der mangler et funktionelt gen, der koder for DNA-reparation enzym
O
6 mg DNA methyltransferase (MGMT) viste forhøjet
O
6 mg DNA skader begyndende ved 48 timer efter behandling. DNA beskadigelse var forbundet med ændringer i ekspressionen af gener i celle-signalveje i forbindelse med cancer, humane neurodegenerative sygdom, og neurologiske lidelser. Disse data er i overensstemmelse med de etablerede udviklingsmæssige neurotoksiske og kræftfremkaldende egenskaber MAM i gnavere. De understøtter også hypotesen om, at tidlige liv eksponering for MAM-glucosid (cycasin) har en ætiologisk forbindelse med en faldende, prototypisk neurodegenerativ sygdom set i Guam, Japan og New Guinea populationer, der tidligere brugt den neurotoksiske cycad anlæg til mad eller medicin, eller begge. Disse resultater antyder miljømæssige genotoxins, specifikt MAM, målrette fælles involverede veje i neurodegeneration og kræft, resultatet afhængigt af, om cellen kan opdele (kræft) eller ej (neurodegeneration). Udsættelse for MAM-relaterede miljømæssige genotoxins kan have relevans for ætiologien af relaterede tauopatier, navnlig Alzheimers sygdom
Henvisning:. Kisby GE, Fry RC, Lasarev MR, Bammler TK, Beyer RP, Churchwell M, et al . (2011) De Cycad Genotoxin MAM modulerer Brain Cellular involverede veje i neurodegenerativ sygdom og kræft i en DNA Damage-Linked Manner. PLoS ONE 6 (6): e20911. doi: 10,1371 /journal.pone.0020911
Redaktør: Mel B. Feany, Brigham og kvinders Hospital, Harvard Medical School, USA
Modtaget: Januar 17, 2011; Accepteret: 16 maj 2011; Udgivet: 23 juni, 2011
Dette er en åben-adgang artiklen, fri for alle ophavsrettigheder, og kan frit gengives, distribueres, overføres, ændres, bygget på, eller på anden måde bruges af alle til ethvert lovligt formål. Værket gøres tilgængeligt under Creative Commons CC0 public domain dedikation
Finansiering:. Dette arbejde blev finansieret af National Institutes of Environmental Health Sciences: ES11384 (OHSU), ES11399 (MIT), ES011387 (FHCRC /UW ) og ES07033 (UW) (https://www.niehs.nih.gov/research/supported/centers/trc/). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser
Introduktion
Vi beskriver musehjerne celle-signalveje, der forstyrres af aglyconen (methylazoxymethanol, MAM) metabolit af en plante genotoxin (MAM-glucosid, cycasin), der er stærkt forbundet med en faldende neurodegenerativ sygdom: vestlige Stillehav amyotrofisk lateral sklerose og parkinsonisme-demens kompleks (ALS-PDC). Denne sygdom er klinisk relateret til amyotrofisk lateral sklerose, atypisk parkinsonisme og Alzheimers demens (AD) [1] – [6]. Som med AD og visse andre menneskelige neurodegenerative sygdomme, er den cellulære neuropatologi af ALS-PDC stemplet af neurofibrillære tråde bestående af parrede spiralformede filamenter, der indeholder unormalt hyperphosphorylerede former af mikrotubuli-stabiliserende protein tau [3], [6].
vestlige Stillehav ALS-PDC, et prototypisk neurodegenerativ lidelse tilsyneladende miljømæssig oprindelse, har været meget udbredt i tre genetisk forskellige ø populationer: (a) japanske i Kii halvøen Honshu Island, (b) papuanske Nye guineanere i West Papua, Indonesien, og (c) Chamorroer på Guam og Rota i Mariana Islands, indvandrere fra Guam, og et par nordamerikansk (kaukasisk) og filippinske indvandrere til Guam [6] – [8]. Alle tre berørte befolkningsgrupper brugte neurotoksiske cycad frø til medicinske formål [9] – [11]. På Guam, hvor ALS-PDC er blevet undersøgt videnskabeligt i over 60 år [4], er sygdommen blevet gentagne gange forbundet med indtagelse af fødevarer fremstillet af cycad frø, med yderst signifikante korrelationer for cycasin indholdet af cycad mel og for ALS og PD former af sygdommen i både hanner og hunner [1], [5], [12], [13]. Faldende brug af cycad frø til fødevarer og /eller medicin som berørte befolkninger vedtage moderne livsstil er i overensstemmelse med den gradvise nedgang i forekomsten sygdom i alle tre geografiske isolater af ALS-PDC [11].
Cycasin og dets aglycon methylazoxymethanol (MAM) er etableret udviklingsmæssige nervegifte. MAM acetat skader neuronal DNA, modulerer hjernens molekylære netværk og anholdelser regionaludvikling hjernen, når det administreres systemisk til postnatal dag-3 mus [14], [15], men den voksne gnaver hjerne er blevet set som stort set refraktær til genotoxin [16], [17]. Den promutagen MAM er også en etableret HEPATOTOXIN og eksperimentelt carcinogen [18]. Faktisk er gnavere, der er blevet kronisk behandlet med MAM precursor azoxymethan (AOM) i vid udstrækning anvendes som modeller til undersøgelse af patogenese og kemoforebyggelse af human colon carcinom [19]. Desværre, mens findes nyere (1998-2002) kræft data for Guam [20], langsgående tendenser i forekomsten af kræft kan sammenlignes med dem, der findes for Guam ALS-PDC er ukendte.
Vi foretog denne undersøgelse af den voksne mus hjerne til at teste den hypotese, at de DNA-skadelige egenskaber MAM, der er mutagene og tumorigene i cykling celler i tyktarmen epitel [19], aktivere molekylære netværk er forbundet med degenerering af post-mitotiske neuroner i neurodegenerativ sygdom. Mens forholdet mellem miljø-induceret DNA-skader, mutagenese og malignitet er blevet godt modtaget, er ikke-nukleare mekanismer normalt anses for at understøtte neurodegenerative sygdomme. Men i modsætning til de fleste organer, den voksne menneskelige hjerne har en lav eller fraværende evne til at reparere alkylering-induceret DNA-skader [21], [22], med konsekvenser for langsigtet overlevelse og eventuel degeneration af nerveceller [23],. Vi rettet den førnævnte hypotese ved at sammenligne forholdet mellem MAM-induceret DNA-skader (
O
6-methyldeoxyguanosine,
O
6 mg) og genekspression mønstre i hjerner af voksne mus, der funktionsmæssigt dygtige (vildtype, wt) og mangelfuld (
Mgmt
– /-
) i reparation af
O
6 mg, den sidstnævnte mangler genet kodende for den specifikke DNA-reparation enzym
O
6 mg methyltransferase [24]. To separate laboratorier behandlede grupper af wt og
Mgmt
– /-
mus med en enkelt systemisk dosis af MAM, og de kombinerede data blev udvundet til fælles hjerne transkriptionelle profiler. En tredje laboratorium udført blindede analyser af hjernen
O
6-MG-niveauer.
Vi præsenterer bevis for, at signalveje er forbundet med menneskers neurodegenerative sygdom aktiveres i modne musehjerne som følge af udbedrede MAM-induceret DNA-beskadigelse. Disse veje omfatter receptorer for visse neurotransmittere, herunder ionotropiske og metabotropiske neuronale receptorer for glutamat, en excitatorisk neurotransmitter med potentiale til at dræbe nerveceller. Mens disse resultater understøtter en rolle for MAM i ætiologien af ALS-PDC, måske fungerer som en “slow toksin” via vedvarende DNA-skader i nervecellerne underlagt kontinuerlig glutamat neurotransmission, de ikke udelukke en rolle for andre cycad nervegifte eller genetiske faktorer .
Vi viser også, at MAM-induceret DNA-beskadigelse modulerer signalveje i musen hjernen, der er associeret med cancer samt neurodegeneration, de to fænotyper muligvis repræsenterer responser af cykling og ikke-cykling celler. Andre har foreslået forbindelser mellem neurodegeneration /kræft og cellecyklus regulering, DNA-reparation, reaktion på oxidativ stress [25], [26], afvigende vingeløse og proto-onkogen Int-1 (Wnt) signalering [27], glycogensyntasekinase 3
beta
(GSK3p) regulering [28], modulering af tumor protein (TP53 eller P53) udtryk [29], og forstyrrelser af tau i AD og prostatakræft [30]. Kronisk inflammation er en anden karakteristisk for både kræft og AD [31].
Resultater
Organ Reaktion på MAM
En indledende undersøgelse blev udført for at bestemme de umiddelbare transkriptionelle svar af muse vægt- hjernen til systemisk behandling med MAM forhold til den for en ikke-neuralt væv (lever), der er specifikt målrettet i mennesker med akut cycad toksicitet. Sammenlignelige mønstre af genekspression blev fundet for de to væv ved de to undersøgelsessteder. Ud fra følgende betragtninger leveren (et primært mål for cycad toksicitet i mennesker og gnavere) viste en robust respons på MAM blev relativt få ændringer noteret i hjernen (fig. 1).
Forsøget blev udført på to uafhængige laboratorier anvendelse af identiske protokoller. Green betegner nedregulering og rød opregulering af genekspression. OHSU: Oregon Health Science University. . FHCRC: Fred Hutchinson Cancer Research Center
DNA Damage
Brain væv af wt og
Mgmt
– /- iBooked.dk mus viste minimale påviselige mængder (MDQ se metoder) af
O
6
-mg DNA-læsioner på 6 timer, 24 timer, 48 timer, og 168 timer efter behandling med køretøjet. Efter en enkelt dosis af MAM, tidsforløbet af DNA-skader i hjernen vs. leveren (positiv kontrol) gav forholdsvis ensartede oplysninger på de to uafhængige undersøgelse sites (fig. 2). Niveauer af
O
6
-mg var tre størrelsesordener lavere i hjernen end lever for både wt og
Mgmt
– /-
mus. Betydelig afvigelse mellem svarene fra wt og
Mgmt
– /-
hjerne (
s 0,01
) og lever (
s 0,01
) blev fundet ved 48 time, og dette blev opretholdt indtil 168 timer efter MAM behandling (tabel S1) [32] – [34]. Mens DNA-skader blev opretholdt ved lav (hjernen) eller faldende (lever) niveauer i væv af wt dyr, der var vedholdenhed af de relativt højere niveauer af
O
6
-mg DNA-læsioner i begge væv af
Mgmt
– /-
mus. I summen,
O
6
-mg læsioner i begge organer var meget højere i
Mgmt
– /-
vs wt mus, og DNA-skader forblev forhøjet i hjerner af både wt og
Mgmt
– /-.
mus
Resultater for de to studier steder er vist som separate røde og blå linjer. Plotning symboler (OHSU: cirkel; FHCRC: firkantet) betegner de estimerede medianerne; linjer udvide ± 2 standardafvigelser fra medianerne. DNA-skader (
O
6
-mg) er tre størrelsesordener højere i leveren end i hjernen, og de væsentligt forhøjede
O
6
-mg niveauer i
Mgmt
– /- iBooked.dk vs wt væv ved 48 timer fastholdes på 168 timer efter MAM behandling. Diskontinuiteter i de røde og blå linjer tilskrives tekniske fejl, eller hvor prøverne ikke blev indsamlet. Den stiplede grå linje i B angiver den maksimale observerede
O
6
-mg niveau i hjernen (~330 læsioner pr 10
8 normale nukleotider).
Brain Transkriptionel Profiles
Analyser blev udført på data aggregerede fra to laboratorier. Ingen signifikante forskelle i genekspression sås i hjernerne hos wt mus behandlet med MAM vs. vehikel. Derimod signifikant modulation af genekspression var til stede i hjernerne hos behandlet på lignende måde
Styringsprotokoller
– /- Restaurant mus. Analyser blev først udført for at bestemme den transkriptionelle reaktion på MAM i
Mgmt
– /-
mus og for det andet, at udforske MAM vs. køretøjets effekt i hver genotype og om modulation af effekten forskellig mellem genotyperne. Efterfølgende blev Ingenuity® pathway analyse (IPA), der anvendes til at identificere de mest markant beriget biofunctions for hvert datasæt ved at kombinere betydelige genekspression ændringer på alle tidspunkter, og sammenligning af disse data. Genekspression ændringer blev også forankret til
O
6
-mg DNA-læsioner at bestemme, hvilke gener blev moduleret af DNA-skader. En tredje analyse, der kombinerede de to første analyser, blev brugt til at udforske Kyoto Encyclopedia of Gener og genomer (Kegg) veje forstyrres af MAM forhold til køretøj, der enten var enestående til
Mgmt
– /-
eller der afveg mellem de to genotyper. De øverste Kegg veje blev bestemt ved hjælp DAVID (Databasen for anmærkning, Visualisering og integreret Discovery) bioinformatik software [35], [36].
Indledende undersøgelser blev udført for at bestemme respons af hjernen transkriptomet til MAM vs . køretøj i DNA reparation-mangel mus. Det første sæt afslørede 362 gener (af 41,000), som blev differentielt udtrykte i hjernerne hos
Mgmt
– /- Salg mus behandlet med MAM vs. vehikel (tabel 1). Af disse 362 gener, blev 57 højt korreleret (
r 0,7
) med
O
6 mg-niveauer. De fire mest betydende sygdom biologiske funktioner svarede til Neurologisk sygdom (133 gener), psykiske sygdomme (65 gener), Cancer (105 gener) og genetisk lidelse (170 gener). En liste over de gener, der er forbundet med hver af disse biologiske funktioner findes i de supplerende data (tabel S2).
De væsentligste molekylære netværk stammer fra MAM-udløst, differentielt udtrykte gener (362 gener) afslørede hubs involverer NF-KB (nuklear faktor
kappa
lys polypeptid genenhancer i B-celler), calcium-bindende proteiner (dvs. calcineurin, calmodulin), hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF), glutamatreceptorer
N
methyl-D-aspartat (NMDA) og alfa-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionsyre (AMPA), CREB (cyklisk AMP-responselement-binding), og microRNA1 ( MIR1-1) (fig. 3). Når disse MAM-induceret differentielt udtrykte gener blev forankret til
O
6
-mg niveauer, en delmængde af 57 gener afslørede fremtrædende knudepunkter for NF-KB, ekstracellulært signal-reguleret kinase (ERK) og ERK1 /2, p38-mitogenaktiveret proteinkinase /c-Jun
N
terminale kinaser (MAPK /JNK), TP53, og AKT (v-akt murine thymoma viral onkogen homolog) (fig. 4).
De fleste betydelige hjerne udtryk sub-netværk moduleres af MAM vs. køretøj i
Mgmt
– /-.
mus (alle tidspunkter kombineret) bestående af 362 differentielt udtrykte gener
De fleste betydelige hjerne udtryk sub-netværk moduleres af MAM vs. køretøj i
Mgmt
– /-
mus (alle tidspunkter kombineret) afledt af 57 differentielt udtrykte gener (en sub -sæt af de 362 gener), der blev forankret til
O
6 mg-niveauer.
den anden analyse udforsket effekten af MAM i forhold til køretøjet mellem de to genotyper (vægt vs.
Mgmt
– /-
); således, bestemmes det, om DNA-reparation kapacitet påvirker responset af hjernen transkriptomet til MAM. Denne analyse var følsom over for de gener, der kan have vist forskellige retninger af graduering mellem genotyper, selv hvis hverken modulation var signifikant på egen hånd. Der var 153 differentielt udtrykte gener, der afspejler genotype forskelle mellem wt og
Mgmt
– /-
i hjernens reaktion på MAM vs. køretøj. Af de 153 gener, blev 60 gener (~ 40%) forankret til
O
6 mg-niveauer. Hjerner af disse dyr viste de samme fire biologiske funktioner for sygdomme og lidelser som i tabel 1, med en enkelt undtagelse, at kategorien Psykologiske lidelser ikke var signifikant i den forankrede gruppe (Tabel 2). En liste over de gener, der er forbundet med hver af disse biologiske funktioner findes i de supplerende data (tabel S3).
De væsentligste molekylære netværk i 153 gen sæt indeholdt knudepunkter for NF-KB og CREB og gener, der regulerer transkription gennem epigenetiske mekanismer, herunder DNMT3A (DNA [cytosin-5 -] – methyltransferase 3
alpha
) og SMARCC1 (SWI /SNF relateret, Matrix-associeret, actin-afhængig regulator af kromatin, underfamilie c, medlem 1) og nuklear transskription, nemlig PPARa (peroxisomproliferatoraktiveret receptor
alpha
), molekylære chaperoner (HSP90B1, varmechokprotein 90 kDa
beta
[Grp94], medlem 1 ), GSK3p og Sema domæne, immunoglobulindomæne [Ig], kort- basiske domæne, der udskilles, [semaphorin] 3A (SEMA3A), der er impliceret i Parkinsons og /eller Alzheimers sygdom (fig. 5). Som i figur 3, det forankrede sæt af 60 gener omfattede TP53, ERK1 /2 og NF-KB som de mest fremtrædende hubs, sammen med en række andre knudepunkter (Akt, NF-KB, P38-MAPK og calmodulin) (fig. 6). Glutamatreceptorer er også repræsenteret i dette datasæt
Mest betydningsfulde MAM-moduleret udtryk sub-netværk i hjernen af
Mgmt
-. /- Vs
vildtype mus (hele tiden -point tilsammen) sammensat af 153 differentielt udtrykte gener. Bemærk gener involveret i epigenetiske funktioner er også moduleret: DNMT3A og SMARCC1 regulere kromatin funktion
Mest betydningsfulde MAM-moduleret udtryk sub-netværk i hjernen af
Mgmt
– /- vs. .
vildtypemus (alle tidspunkter kombineret) sammensat af 60 differentielt udtrykte gener, der blev forankret til
O
6 mg niveauer. Bemærk tilstedeværelsen af NF-KB, ERK1, og p38-MAPK hubs, og inddragelse af TP53 og glutamatreceptorer.
Den tredje sæt transkriptionel data analyser kombineret de to første datasæt (for en alt 443 ikke-duplikeret gener), herunder den differentierede respons af genotyper at Mam vs køretøj (tabel 2) og svaret fra
Mgmt
– /- iBooked.dk hjerner til systemisk behandling med MAM vs. køretøj (tabel 1). Den mest markante scoring undernetværk af MAM genprodukter (p 10
-46) indeholdt knudepunkter for F-actin, NF-KB, microRNA-1, cofilin, calcium /calmodulin-afhængig proteinkinase II (CaMKII), glycogensyntase, AMPA-receptoren, BDNF, og andre. De samme fire sygdomme og lidelser var den mest betydningsfulde af listen biologiske funktioner baseret på IPA-analyse, mens nervesystem udvikling og funktion, og hud og hår udvikling og funktion, dukkede op i listen over de mest væsentlige fire urolig fysiologiske systemer Udvikling og funktioner ( tabel 3)
tabel 4 viser de øverste Kegg veje betegner molekylære interaktioner forstyrres af MAM i enten vildtype eller
Mgmt
-. /-
hjerner. Veje er involveret i kræft, Wnt signalering og insulin-signalveje var blandt de mest betydningsfulde. Andre prominente Kegg veje indgår de involverede i purin metabolisme, MAPK signalering, neurotrophin signalering, kemokinsignalering og neuroligand-receptor-interaktion (tabel 4).
Vi udførte også en PAINT (Promoter Analyse og Interaction Network Tool ) analyse for at identificere biologisk relevante transskriptionsfaktorbindingssteder i de gener, der blev beriget blandt genotyperne og differentielt udtrykte gener mellem MAM og vehikelbehandlede dyr. 5′-flankerende regioner af de differentielt udtrykte gener (2000 bp opstrøms for transkriptionsstartsitet) blev undersøgt for berigelse af almindeligt udtrykte transkriptionelle regulatoriske elementer (TRES). Tabel 5 viser tres blandt den unikke genotype-specifik (n = 153) og en undergruppe af forankrede (n = 60) gener målrettet mod MAM. Kun tres, der var betydeligt beriget (p 0,05) i MAM målrettet gener er vist (fig. 7). Den højest scorende TRE var den stærkt konserverede hepatocyt nuklear faktor 4 (HNF-4), som binder til konsensussekvensen AGGTCAaAGGTCA at aktivere transkription.
Analyse af promotorområder af 60-forankrede gen undergruppe afledt fra stammespecifikke differentielt udtrykte gener mellem MAM og køretøj-behandlede dyr til transskription regulerende elementer. Et zonekort (interaktion matrix) viser generne (rækker) og motiver (kolonner), der blev identificeret klynger og findes i 5% af alle projektledere. Bemærk HNF4 bindingssted er fælles for 60% af de 60 forankrede gener
Diskussion
Brain og Colon:. Fælles Pathways men forskellige resultater
Vi har vist, at cycad genotoxin MAM inducerer vedvarende DNA-skader (dvs.
O
6
-mg læsioner) og modulerer flere celle signalveje (dvs. TP53, NF-KB, MAPK) i hjernen af unge voksne
Mgmt
– /-
mus. Vore data understøtter den hypotese, at MAM-induceret
O
6 mg DNA-læsioner ændrer purinmetabolisme og modulerer celle-signalveje forbundet med både neurodegeneration og kræft. Mens MAM ikke inducerer hjernetumorer i enkeltvis behandlede voksne mus, den genotoxin konsekvent udløser tumorer i perifere organer, især tarmen [37], [38]. Den fremtrædende graduering af “cancer gener” i “tumor-ufølsomme” hjerner af MAM-behandlede voksne dyr tyder på, at forstyrrelser af disse gener i hjernen har andre end kræft konsekvenser.
Molekylære mekanismer bag MAM-induceret kolon kræft er blevet etableret i azoxymethan (AOM) musemodel af kolorektal adenocarcinom, hvor MAM (cytochrom P
4502E1-medieret metabolit af AOM) er den eneste udløsende middel [39], [40]. I AOM musemodel, MAM-induceret mutation af
K-ras
(dvs. transversion fra G: C til A: T ved codon 12 afledt af
O
6
-mg læsioner) aktiverer denne vej og den nedstrøms MAPK og Phosphoinositid 3-kinase /Akt (PI3K /Akt) mediatorer, hvilket indikerer, at MAM forstyrrer genekspression i disse veje af en DNA-beskadigelse-afhængig mekanisme. Mutationer i
β-catenin Salg blokerer dens nedbrydning af en GSK-3β-medieret mekanisme resulterer i intracellulær akkumulering og aktivering af Wnt /β-catenin-signalvejen. Den nukleare transport af β-catenin fører til aktivering af gener, der regulerer celleproliferation, mens ekspression af pro-apoptotiske proteiner inhiberes [40], [41]. Sådanne begivenheder kan forklare, hvordan MAM modulerer ekspressionen af gener med afgørende roller i celle signalering i hjernen hos unge voksne mus (fig. 8).
genotoksiske stoffer, der inducerer
O
6
-methylguanine læsioner (DNA-skade) (fx via methylazoxymethanol, MAM) forstyrre celle signalveje, herunder transformerende vækstfaktor-β (TGF-β), vingeløse og proto-onkogen Int-1 (Wnt), og mitogenaktiveret proteinkinase ( MAPK). Generelt litteraturen understøtter opregulering (grøn) og nedregulering (lyserød-rød) i forbindelse med de to særskilte phenoptypes. (Modificeret fra Chen og Huang [40])
Kræft og neurodegenerativ sygdom:. To sider af samme sag
Nøglen finde relevant for ALS-PDC er tilstedeværelsen af? MAM-induceret transkriptionelle ændringer i hjernen hos unge voksne mus, der mangler en effektiv reparation af
O
6-methylguanin DNA-læsioner. Dette er i modsætning til fraværet af signifikante transskriptionelle forandringer i den voksne hjerne af MAM-behandlede vildtype-mus. Den menneskelige hjerne viser varierende mængder af MGMT aktivitet, men de fleste voksne hjerner undersøgt har minimale niveauer sammenlignes med
Mgmt
– /-
mus [21]. Hvis den menneskelige hjerne reagerer på MAM på en måde, der kan sammenlignes med den
Mgmt
– /-
musehjerne, ville svaret være ændringer i celle signalveje knyttet til både neurodegeneration og neuropsykologiske abnormiteter. Mens de foreliggende resultater er baseret på kortsigtede undersøgelser, den tilsyneladende sammenhæng mellem de væsentligste MAM-associerede biologiske funktioner i den voksne mus hjernen og cycasin-associeret ALS-PDC er indlysende. Deres konsekvens giver klar støtte til yderligere undersøgelse af den mulige ætiologiske rolle cycasin i induktion af ALS-PDC, en form (demens), hvoraf viser imponerende kliniske og neuropatologiske relationer med AD [42].
Behrens og kolleger [29] har rapporteret et omvendt forhold i forekomsten af kræft og AD: i et prospektivt langsgående undersøgelse blev risikoen for at udvikle kræft med tiden væsentligt reduceret i deltagere med AD, mens dem med en historie af kræft havde en lavere AD. Den efterforskere tilstand: “
i kræft, er celle reguleringsmekanismer forstyrret med forstærkning af celle overlevelse og /eller spredning, mens omvendt, er AD forbundet med øget neuronal død, enten forårsaget af, eller samtidig med, β-amyloid ( . Ap) og tau deposition
“de diskuterer den formodede rolle P53 og Wnt signalvejen i disse omvendte sygdom foreninger: hvorimod reduceret P53 udtryk som følge af mutationer kan føre til ukontrolleret celledeling, som, i kolorektal cancer, knoglekræft (osteosarkom), og andre tumorer, kan forøget p53-ekspression aktivere veje, der fører til celledød, såsom det forekommer i AD [29]. Genet koder for TP53 blev moduleret af MAM i begge DNA læsion-forankrede sæt hjernen gener: mens TP53 aktivering vides at forekomme efter DNA skader, fortsatte aktivering i
Mgmt
– /-
hjerne kunne fremme neuronal død.
Links med Brain Patologi i ALS-PDC og AD
Wnt signalering og insulin signalering er også blandt de øverste Kegg veje forstyrret i hjernen efter systemisk MAM behandling. Mens MAM-induceret aktivering af Wnt /β-catenin pathway fører til ukontrolleret celleproliferation i AOM model af tyktarmskræft, kan undertrykkelse af denne pathway i hjernen fremme celledød. Boonen og kolleger [43] foreslår, at forstyrre stramt reguleret hjerne Wnt signalvej kan udgøre en central patologisk begivenhed i AD. De foreslår, at amyloid
beta
(Ap), en central protein i senile plaques, kan nedregulere Wnt /β-catenin pathway, hvorved opregulere GSK3p og dens efterfølgende hyperphosphorylering af tau, der forbinder Ap og neurofibrillær sammenfiltring patologi. Andre har vist, at inhibering af GSK3p øger musehjerne insulin-lignende vækstfaktor-1 (IGF-1) [44], som igen fremmer AP-dannelse [45], [46]. IGF-1 og GSK3p er forhøjet i hippocampus og rygmarv fra personer med Guam og Kii ALS [47]. IGF-1 er en potent overlevelse faktor for motoriske neuroner i dyr, og GSK3p er mistænkt for at spille en vigtig rolle i apoptose og tau phosphorylering [47].
Inddragelsen af insulin signalering i AD har ført til forslaget om, at denne neurodegenerative lidelse er en “særlig form for diabetes mellitus af hjernen” [48]. Tilstedeværelsen af microRNA1 som et differentielt reguleret hub i MAM-behandlede dyr er bemærkelsesværdigt på grund af dens evne til at regulere insulin signalering (især IGF-1-receptoren) [49], dens association med tyktarmskræft [50], og de centrale roller ERK1 og microRNA’er i tau phosphorylering og AD [51]. Insulinet signalvejen i diabetes mellitus type 2 er reguleret af en række transkriptionsfaktorer, navnlig HNFs, især MODY1 (HNF4α), som regulerer en stor del af den hepatiske og pancreas transcriptomes ved binding direkte til omtrent halvdelen af de transskriberede gener. Derfor HNF-4 fungerer som en “master regulator” af det humane genom [52], [53]. Der er betydelig dokumentation for, at HNF-4 har en enestående rolle i glucose-afhængige insulin sekretoriske veje [54], [55], da mutationer i
HNF-4α
gen er knyttet til monogenetic lidelse Ældre Onset Diabetes af Young (MODY-1) [56]. HNF-4 var det mest overrepræsenteret transkriptionsfaktor-bindingssted blandt promotorområder af hjerne-gener, der blev moduleret af MAM og forankret til DNA-læsioner. Siden HNF-4 binder som en homodimer til en DNA-genkendelses-site, der indeholder en guanin-rige direkte gentagelse element (AGGTCAaAGGTCA), dette transskription faktor kan være en “hotspot” for MAM-induceret
O
6
– mG DNA-læsioner. Adskillige undersøgelser har vist, at mindre ændringer i en nukleobase (fx
O
6
-mg, 8-oxoG) på et afgørende stilling i en promotorelement kan forstyrre transskriptionsfaktorbindende og potentielt ændre genekspression [ ,,,0],57] – [61]. En sådan mekanisme kan forklare, hvorfor det HNF-4 konsensus sekvens blev primært rettet af MAM i generne, der blev forankret til
O
6
-mg DNA-læsioner.
P38-MAPK signalvejen er også blandt de bedste Kegg veje forstyrres af MAM. Denne kaskade aktiveres efter genotoksisk stress [62], der er involveret i AOM model af colorektal cancer. og er almindeligt menes at bidrage til neuroinflammation i AD [63]. P38-MAPK har vigtige roller i hjernens funktion, herunder glutamat (AMPA) receptor menneskehandel, NMDA-induceret ydre strømme, excitotoksicitet, synaptisk plasticitet og tau phosphoryleringsbegivenheder [63] – [66]. P38-MAPK hubs, knyttet til ionotropiske og metabotropiske glutamatreceptorer, var fremtrædende i de forankrede DNA skader datasæt stammer fra hjerne af MAM-behandlede mus tyder på, at MAM-induceret genotoksisk stress forstyrrer glutamaterg funktion via en P38-MAPK-medieret mekanisme. I betragtning af, at MAM modulerer glutamat-stimuleret neuronal tau mRNA-ekspression
in vitro
[67], har vi foreslået andre steder at kontinuerlig MAM aktivering af glutamat-stimuleret tau udtryk kunne udløse en langsomt fremadskridende neurodegenerativ sygdom (tauopati) af den type set i vestlige Stillehav ALS-PDC [68]. Denne mekanisme er i overensstemmelse med den observation, at menneskers eksponering for cycad efterfølges af en klinisk tavs, lang latent periode spænder år eller årtier [7], [13].
Andre links med ALS-PDC
Der er andre grunde til at formode en ætiologisk forhold mellem cycad genotoxins cycasin /MAM og vestlige Stillehav ALS-PDC. Først, behandling af postnatal mus med MAM anholdelser cerebellar udvikling [69] fører til produktion af ektopiske, flerkernede Purkinje-lignende celler sammenlignelig med dem rapporteret i Guam og Kii ALS hjerner [70]. For det andet, personer med ALS-PDC og cycad-eksponerede dyr udvikler hud og knogler ændringer (sammenfattet af Spencer [71]). Wnt signalvej, som blev forstyrres af MAM, spiller en central rolle i reguleringen af knoglemasse, med pathway aktivering i knogleregenerering [72], [73]. Wnt proteiner (Wnt5a) også regulere epidermal differentiering i voksne hud [74]. Dyr på græs på koglepalmer har en tendens til at miste deres horn og hove, i tillæg til at udvikle neuromuskulær sygdom, og Guam Chamorroerne har haft en høj og familiær forekomst af godartede benede knuder eller flere Exostoses (diafyseal aclasis) [71] og fortykket kranier (ikke offentliggjort data). Cycads hastighed hud reparation hos gnavere, og huden af ALS og ALS-PDC patienter er ualmindelig modstandsdygtig over for liggesår [68]. ALS hud viser forøget ekspression af TDP-43 [75], en af de proteiner, der ophobes i ALS /PDC hjerner sammen med tau, Ap, α-synuclein og ubiquitin [42].
Der er vigtige implikationer for https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?token=rxmhhmkgwmiwedq acc=GSE26600.
Anchoring
Leave a Reply
Du skal være logget ind for at skrive en kommentar.