Park7 faolligini yo'qotish Parkinson kasalligining Zebrafsh modelidagi miya transkriptomidagi temirga sezgir element (IRE) gen to'plamining ifodalanishiga farqli ta'sir ko'rsatadi.
Aug 14, 2023
Abstrakt
PARK7 (DJ1) genining mutatsiyasi odamlarda monogen avtosomal retsessiv Parkinson kasalligini (PD) keltirib chiqaradi. PARK7 oqsili funktsiyasining keyingi o'zgarishlari PD patologiyasining asosiy elementi bo'lgan mitoxondriyal disfunktsiyaga olib keladi. Park7 zebrafishidagi PARK7-ortologik genlari uchun gomozigota mutantlar oksidlovchi fosforillanish yo‘lida gen ekspressiyasidagi o‘zgarishlarni ko‘rsatib, energiya ishlab chiqarishning buzilishi PDda neyrodegeneratsiyaning asosiy xususiyati ekanligini tasdiqlaydi.
Resessiv irsiy Parkinson kasalligi qaytarilmas neyrodegenerativ kasallikdir. So'nggi yillarda aholi qarishining tezlashishi bilan kasallanish darajasi ortib bormoqda. Kasallikning tana harakati bilan bog'liq muammolari odamlarning diqqat markazida bo'lsa-da, u kognitiv qobiliyat, diqqatni jamlash va xotira kabi omillar bilan ham kuchli bog'liqdir.
Biroq, Parkinson kasalligi bilan bog'liq kognitiv va xotira muammolari haqida gapirishdan oldin, kasallikning nevrologik ta'sirini tushunishimiz kerak. Resessiv irsiy Parkinson kasalligida eng ko'p uchraydigan neyropatologik o'zgarish qora rangli moddaning shikastlanishi bo'lib, bu dofamin darajasining pasayishiga olib keladi va harakat buzilishlarini keltirib chiqaradi. Bundan tashqari, ko'plab bog'liq geomorfologik xususiyatlar miya yarim korteksi, korteks va istmus kabi hududlarda ham mavjud. Ushbu o'zgarishlar tufayli Parkinson kasalligi bo'lgan odamlar xotirani yo'qotish va kognitiv pasayish kabi muammolarni boshdan kechirishi mumkin.
Biroq, Parkinson kasalligining retsessiv shakli bo'lgan, xotirasi ta'sirlangan odamlar uchun biz ushbu qiyinchiliklarni engishimizga yordam beradigan bir nechta proaktiv strategiyalarni qabul qilishimiz mumkin. Diqqat va xotirani yaxshilash bo'yicha ko'plab strategiyalarni o'rganish Parkinson kasalligining hayotimizdagi oqibatlarini yaxshiroq engishimizga yordam beradi.
Eng muhim strategiyalardan biri shundaki, biz o'zimizga chegara qo'yishimiz va yordamni qabul qilishimiz kerak. Misol tariqasida, agar Parkinson kasalligi bilan og'rigan odam supermarketga tashrif buyursa va supermarketda oziq-ovqat topa olmayotgani kabi vazifani bajarishda qiynalayotganini sezsa, u yordam so'rashi kerak. Bunday harakat ajoyib kognitiv stimul bo'lib, ko'p jihatdan bilish va xotirani kuchaytirishga yordam beradi.
Kundalik hayotimizda idrok va xotiramizni yaxshilash uchun boshqa strategiyalarni ham sinab ko'rishimiz mumkin. Misol uchun, biz kitob o'qish yoki yangi ko'nikmalarni o'rganish orqali qiyin o'quv muhitini yaratishimiz mumkin. Bundan tashqari, oila a'zolarining yuzlarini tanib olish va taqvimingizni muntazam tekshirish kabi oddiy kundalik mashqlar kognitiv va xotira qobiliyatingizni yaxshilashning juda samarali usuli bo'lishi mumkin.
Parkinson kasalligi bizning bilish va xotira qobiliyatimizga ma'lum darajada ta'sir qilsa-da, ijobiy munosabat va oddiy mashqlar yaxshi bilish va xotira qobiliyatini saqlab qolishimizga yordam beradi. Shuning uchun biz qiyinchilikka ishonch bilan qarshi turishimiz va idrok va xotiramizni yaxshilash uchun turli strategiyalarni sinab ko'rishimiz kerak. Shuning uchun men xotiramizni yaxshilashimiz kerak deb o'ylayman. Cistanche xotirani sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, chunki go'sht pastasi ko'plab noyob ta'sirga ega an'anaviy xitoylik dorivor material bo'lib, ulardan biri xotirani yaxshilashdir. Qiymaning samaradorligi uning tarkibidagi turli faol moddalar, jumladan, karboksilik kislota, polisakkaridlar, flavonoidlar va boshqalardan kelib chiqadi. Bu ingredientlar turli kanallar orqali miya salomatligini mustahkamlashi mumkin.
Xotirani yaxshilash uchun qo'shimchalarni bosing
Temir normal mitoxondrial funktsiya uchun juda muhimdir va biz ilgari Altsgeymer kasalligida temir dishomeostazasi mavjudligini tasdiqlovchi dalillarni topish uchun miya transkriptomlarida IRE ni o'z ichiga olgan transkriptlarning bioinformatik tahlilidan foydalanganmiz. Bu erda biz homozigot park7−/− mutant zebrafish miyasidan olingan transkriptom ma'lumotlarida IREga ega bo'lgan transkriptlarni tahlil qildik. Biz ularning 5' tarjima qilinmagan hududlarida "yuqori sifatli" IREga ega bo'lgan genlar to'plami (UTRs, HQ5'IRE gen to'plami) ushbu 4-oylik park7−/− miyalarida sezilarli darajada o'zgarganligini aniqladik.
Biroq, 3' UTRlarida IREga ega bo'lgan genlar to'plami ta'sirlanmagan ko'rinadi. HQ5'IRE genlariga ta'siri, ehtimol, temir dishomeostazasi va / yoki oksidlovchi stress bilan bog'liq, ammo 5' va 3' IRElarga differentsial umumiy ta'sir ko'rsatadigan hozirda noma'lum mexanizmlarning mavjudligini yoritadi.
Kalit so‘zlar:
DJ-1, PARK7, Parkinson kasalligi, Zebrafish, RNK-seq, Boyitish tahlili, Temir dishomeostazi.
Kirish
Parkinson kasalligi (PD) ikkinchi eng keng tarqalgan neyrodegenerativ kasallik bo'lib, 60 yoshdan oshgan aholining taxminan 1% ga ta'sir qiladi. PDning aksariyat holatlari idiopatikdir, ammo PD holatlarining taxminan 5-10 foizida aniq genetik bog'liqlik aniqlangan [1]. Avtosomal retsessiv erta boshlangan PD bilan bog'liq bo'lgan PARK7 genlaridan biri Parkinson kasalligi oqsili 7 (PARK7) ni kodlaydi.
PARK7 oqsili metilglioksalni detoksifikatsiya qilish uchun GSHga bog'liq bo'lmagan glyoksalaz sifatida va oksidlovchi stress tufayli zararlangan oqsillarning funktsiyasini tiklash uchun mas'ul bo'lgan protein glikozasi sifatida taklif qilingan. Biroq, bu faoliyatlar PDda bahsli ([2] da ko'rib chiqilgan va tahlil qilingan). PARK7 shuningdek, mitoxondriyal funktsiyani saqlash, reaktiv kislorod turlarini (ROS) sezish va ularga javob berishda muhim rollarga ega va nihoyat, neyroproteksiyada ishlaydi ([3] da ko'rib chiqilgan).
PD substantia nigra pars compacta dopaminergik (SNc DA) neyronlarining o'ziga xos tükenmesi bilan tavsiflanadi. Ushbu neyronlar bazal ganglionlarda ko'p sonli sinapslarni hosil qiladi. Binobarin, ularning yuqori energiya talablari SNc DA neyronlarini energiya tanqisligiga sezgir qilishi mumkin [4]. Ko'pgina omillar oksidlovchi fosforlanish jarayoni orqali energiya ishlab chiqarishga ta'sir qilishi mumkin.
Xususan, temir temir (Fe2+) oksidlovchi fosforillanishda elektron tashish zanjiri (ETC) funktsiyasi uchun markaziy Fe-S klasterlariga kiritilgan [5]. ETC disfunktsiyasi oksidlovchi stressni keltirib chiqaradi, bu (birinchi navbatda) sitozolik PARK7 oqsilining reaktiv kislorod turlarining (ROS) ta'sirini tartibga solish uchun mitoxondriyaga o'tishiga olib keladi [5].
Bu jarayon PARK7 mutatsiyasiga ega bo'lgan odamlarda o'zgarishi mumkin, bu ETC disfunktsiyasiga va temirning dishomeostazasiga (temirni tartibga soluvchi oqsillarga, IRP1 va IRP2 ta'siriga) olib keladi va dopaminerjik neyronlarga zarar etkazadi.
IRP1 va IRP2 temir gomeostazida ishtirok etuvchi genlarning mRNKlarida IRElarni ularning tarjimasi va barqarorligini tartibga solish uchun bog‘laydi ([6] da ko‘rib chiqilgan). IRPlar temir temirning hujayra holati va oksidlovchi stress bilan tartibga solinadi [6]. Ilgari biz odamlar, sichqonlar va zebrafishlarda ularning transkriptlarining 5' yoki 3'UTRlarida (IRE konsensus ketma-ketligiga past yoki yuqori o'xshashlikda) IREga ega bo'lgan genlar to'plamini aniqladik [7]. Ulardan foydalanib, biz Altsgeymer kasalligi (AD) miyalarida temir dishomeostazini qo'llab-quvvatlovchi dalillarni topdik va ADning hayvonlar modellari [7].
PD genlarining ortologlari ilgari zebrafishlarda aniqlangan va manipulyatsiya qilingan. Masalan, Hughes va boshqalar. [8] PARK7 funksiyasini tekshirish uchun yangi zebrafish modelini ishlab chiqdi. PARK7- ortologik geniga ega boʻlmagan zebrafishlar: park7 (park7−/−) uch oylik boʻlganda harakat fenotipini namoyon qiladi va ularning miya transkriptomida mitoxondriyal metabolizm buzilganligidan dalolat beruvchi gen ekspressiyasidagi oʻzgarishlarni koʻrsatadi. oksidlovchi fosforillanish bilan bog'liq genlar) to'rt oyligida [8].
Shuning uchun biz park7−/− zebrafish miyalarida oksidlovchi stress va/yoki temir dishomeostazi IRPlarning IRElarni o'z ichiga olgan transkriptlarga ulanishini o'zgartirishi va shu bilan transkript barqarorligini o'zgartirishi haqida faraz qildik. Buni o'rganish uchun biz Hughes va boshqalarning zebrafish miya transkriptom ma'lumotlarini qayta tahlil qildik. park7−/− zebrafish miyalarida IRE o'z ichiga olgan genlar to'plamining vakilligidagi o'zgarishlarni sinab ko'rish. Biz HQ5′IRE gen toʻplami 4-oylik park7−/− miyada sezilarli darajada oʻzgarganligini, HQ3′IRE gen toʻplami esa oʻzgarmasligini aniqladik.
Usullari
Park7−/− zebrafish miyalarida mumkin bo'lgan temir dishomeostazining dalillarini tekshirish uchun biz IRE gen to'plamlarida fry [9] yordamida boyitish tahlilini o'tkazdik [7]. Hughes va boshqalarning ushbu qayta tahlili haqida batafsil ma'lumot olish uchun. [8] maʼlumotlar, 1-qoʻshimcha faylga qarang.
Natijalar
Biz ilgari zebrafish genlari to'plamlarini ularning mRNKlarining 5' yoki 3' UTRlarida IREga o'xshash motivlarga ega ekanligiga va ularning IRElari kanonik (yuqori sifatli, HQ) yoki kanonik bo'lmagan IRE ketma-ketligiga (barchasi) mos kelishiga qarab aniqlagan edik. 7]. Biz HQ5'IRE gen to'plamining faqat transkriptlari 4-oylik park7−/− miyalarida guruh sifatida (1a-rasm) gen ifodasida statistik jihatdan muhim o'zgarishlarni ko'rsatishini aniqladik. Qizig'i shundaki, HQ5'IRE gen to'plamining eng yuqori tartibga solinadigan geni taassufki.
Munozara
RNK-seq ma'lumotlarida temir dishomeostazining dalillarini aniqlash uchun bizning usulimizdan foydalanib, biz 4-oylik park7−/− miyalarida ularning mRNKlarining 5'UTRlarida IRElar bilan genlarning ifodalanishida sezilarli o'zgarishlarni topdik.
Temir gomeostazi gen ekspressiyasini bir necha darajalarda, shu jumladan transkripsiya, mRNK barqarorligi va mRNK tarjimasi orqali tartibga solish orqali ta'minlanadi ([10] da ko'rib chiqilgan). Oxirgi ikkita hodisa temirni tartibga soluvchi IRP1 va IRP2 oqsillari tomonidan modulyatsiya qilinadi, ular IRElar bilan bog'lanadi. 4-oylik park7−/− miyalarida HQ5′IRE genining ifodalanishining sezilarli oʻzgarishi, ehtimol, ushbu genlarning transkriptlarida IRP1 va/yoki IRP2 ning IRE bilan bogʻlanishidagi oʻzgarishlar bilan bogʻliq.
Biroq, PARK7 mutatsiyasi oksidlovchi stressni [11] keltirib chiqarishi va oksidlovchi stress IRP hosil bo'lishiga ham ta'sir qilishi ma'lum bo'lganligi sababli ([6] da ko'rib chiqilgan), HQ5'IREdagi o'zgarishlarga hissa qo'shadigan oksidlovchi stress va temir dishomeostazini farqlash qiyin. gen transkriptining ko'pligi. Haqiqatan ham, temir mitoxondriyal funktsiya uchun juda muhim bo'lganligi sababli, temir dishomeostazi va oksidlovchi stress ko'pincha birga sodir bo'ladi [12].
Qizig'i shundaki, HQ3′IRE gen to'plami park7−/− miyalarida ta'sirlanmagan holda paydo bo'ldi va biz hozirda nima uchun bunday bo'lishi kerakligini tushuntira olmaymiz. Biroq, agar HQ5'IRE transkriptining ko'pligiga ta'siri, albatta, IRPlarning bog'lanishi bilan bog'liq bo'lsa, bu IRPlarni IRElarga bog'lashda kamsitishlari mumkin bo'lgan mexanizmlar mavjudligiga ishora qiladi (yoki bunday bog'lanish ta'sirida farqlarni keltirib chiqaradi) , IRE transkriptning 5′ yoki 3′ UTR da joylashganligiga qarab.
HQ5'IRE gen to'plamining a'zolari orasida park7−/− miyalarida afsuski, transkript darajasining oshishi kuzatildi. alas2 faoliyati va IRP o'rtasidagi munosabatlar Qo'shimcha fayl 1da muhokama qilinadi.
Birgalikda olib borilganda, park7−/− zebrafish miyasidan olingan transkriptom ma’lumotlarini tahlil qilishimiz temir dishomeostazi va/yoki oksidlovchi stressni PDda erta klinikadan oldingi hodisalar sifatida qo‘llab-quvvatlaydi. Kelgusi tadqiqotlarda biz zebrafishlarda PD bilan bog'langan genlarning temir gomeostazasiga va mitoxondrial funktsiyaga ta'sirining tabiatini o'rganamiz. Ushbu ta'sirlarni tushunish terapevtik vositalarni rivojlantirish uchun PD haqida mexanik tushuncha berishi mumkin.
Minnatdorchilik
Biz Meri Elizabeth Pownall va Ketrin Nyulingga [8] ning xom transkriptlarini taqdim etgani uchun va Nhi Xinga temirga sezgir elementlarni o'z ichiga olgan zebrafish genlari to'plamini taqdim etgani uchun minnatdorchilik bildirmoqchimiz.
Mualliflarning hissalari
HYC qo'lyozmani tayyorladi. KB metodologiyani yozdi, diagrammalarni yaratdi va bioinformatik tahlilni amalga oshirdi. ML, LCP va KB ushbu maqolani tahlil qilish bo'yicha rahbarlik qildi va maslahat berdi. ML, KB, LCP va HYC qo'lyozmani tahrir qilgan. Barcha mualliflar yakuniy qo'lyozmani o'qib chiqdilar va tasdiqladilar.
Moliyalashtirish
KB Avstraliya hukumati tadqiqot o'quv dasturi stipendiyasi va Carthew Family Charity Trust jamg'armasi tomonidan qo'llab-quvvatlanadi. ML Adelaida universitetining ilmiy xodimi. LCP Adelaida universitetining ilmiy xodimi va keyinchalik Barbara Kidman stipendiyasi tomonidan qo'llab-quvvatlanadi.
Ma'lumotlar va materiallarning mavjudligi
Hughes va boshqalarning xom transkript sonlarini qayta tahlil qilish uchun ishlatiladigan R kodi. https://github.com/karissa-b/dj1KO-RNAseq-IRE saytida topishingiz mumkin. Hughes va boshqalarning xom ma'lumotlari. Gene Expression Omnibus(GEO) GSE135271 maʼlumotlar bazasidan (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi? acc=GSE135271) mavjud. Zebra baliqlaridagi mRNKlarining tarjima qilinmagan hududlarida temirga sezgir elementni (IRE) o'z ichiga olgan genlar ro'yxatini https://github.com/nhihin/ire saytida topish mumkin.
Deklaratsiyalar
Etikani tasdiqlash va ishtirok etishga rozilik
Qo'llanilmaydigan, qo'llab bo'lmaydigan.
Nashr qilishga rozilik
Qo'llanilmaydigan, qo'llab bo'lmaydigan.
Raqobatdosh manfaatlar
Mualliflar o'zlarining raqobatdosh manfaatlari yo'qligini e'lon qiladilar.
Ma'lumotnomalar
Li JH, Xan Jh, Kim X, Park SM, Jo E, Jou I. Parkinson kasalligi bilan bog'liq LRRK2-G2019S mutant astrositlarda ER stressini nazorat qilish uchun SERCA faoliyatini tartibga solish orqali harakat qiladi. Acta Neuropathol Commun. 2019;7(1):68.
2. Andreeva A, Bekxojin Z, Omertassova N, Baizhumanov T, Yeltay G, Axmetali M va boshqalar. DJ-1ning ko'rinadigan nozik faolligi tez muvozanatda mavjud bo'lgan erkin metilglioksalning hemitioasetallar va hemiaminallar bilan konversiyasidan kelib chiqadi. J Biol Chem. 2019;294(49):18863–72.
3. Dolgacheva LP, Berejnov AV, Fedotova EI, Zinchenko VP, Abramov AY. Parkinson kasalligi patogenezi mexanizmida DJ-1 roli. J Bioenerg biomembr. 2019;51(3):175–88.
4. Pacelli C, Giguère N, Bourque MJ, Lévesque M, Slack RS, Trudeau L. Ko'tarilgan mitoxondriyal bioenergetika va aksonal arborizatsiya hajmi dopamin neyronlarining zaifligiga asosiy hissa qo'shadi. Curr Biol. 2015;25(18):2349–60.
5. Junn E, Jang WH, Zhao X, Jeong BS, Mouradian MM. DJ-1 ning mitoxondrial lokalizatsiyasi kuchaytirilgan neyroproteksiyaga olib keladi. J Neurosci Res. 2009;87(1):123–9. 6. Urrutia PJ, Bórquez DA, Núñez MT. Miyani temir bilan bulg'ash. Antioksid raqs. 2021;10(1).
7. Hin N, Nyuman M, Pederson S, Lardelli M. Altsgeymer kasalligida temir dishomeostazasiga temirga sezgir element (IRE) vositachiligidagi javoblar. bioRxiv. 2021; 2020.05.01.071498.
8. Hughes GL, Lones MA, Bedder M, Currie PD, Smith SL, Pownall ME. Mashinani o'rganish Parkinson kasalligining zebrafish modelidagi harakat buzilishini ajratadi. Dis Models Mech. 2020;13(10):d045815.
9. Wu D, Lim E, Vaillant F, Asselin-Labat ML, Visvader JE, Smyth GK. ROAST: murakkab mikroarray tajribalari uchun aylanish geni to'plami testlari. Bioinformatika. 2010;26(17):2176–82.
For more information:1950477648nn@gmail.com
