معلومة

محددات / حاصرات PGC-1β Sod2


أرغب في حظر نسبة مئوية من تعبير PGC-1β أو Sod2. وفقًا للشكل الوارد في الورقة التالية ، تمنع حاصرات بيتا بعض تعبيرات PGC-1α. هل توجد أي أدوية / مواد كيميائية تمنع بشكل آمن ومؤقت التعبير 50٪ -60٪ من PGC-1β أو Sod2 في الفئران أو البشر المطورين بالكامل؟ شكرا لك

http://jap.physiology.org/content/107/1/8.full

التين. 1. تفاعلات حاصرات بيتا والتكوين الحيوي للميتوكوندريا. تنشط التمارين الهوائية مستقبلات β2 الأدرينالية (β-AR) على العضلات الهيكلية وتحث على النسخ المنشط للبيروكسيسوم - γ coactivator-1α (PGC-1α) ، وهو منظم للتكوين الحيوي للميتوكوندريا. يمكن لحاصرات بيتا الانتقائية وغير الانتقائية أن تثبط إشارات β2-AR ، مما يقيد الاستجابة المتوقعة لـ PGC-1α بعد التمرين ويمكن أن يضعف التكيف مع الميتوكوندريا والقدرة الهوائية. V̇O2max ، أقصى استهلاك للأكسجين.


يمكن استخدام ديكساميثازون لتنظيم PGC-1β http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20647557


استجابة النسخ اللاخطية لتناول الدهون الغذائية في الأمعاء الدقيقة للفئران C57BL / 6J

النظام الغذائي عالي السعرات الحرارية ، جنبًا إلى جنب مع انخفاض مستويات النشاط البدني ، يعزز السمنة. تتوفر العديد من الدراسات المتعلقة بالعلاقة بين الدهون المشبعة الغذائية ومسببات السمنة ، ولكن معظمها يركز على الكبد والعضلات والأنسجة الدهنية البيضاء. علاوة على ذلك ، تسعى غالبية دراسات النسخ إلى تحديد التأثيرات الخطية لمحفز خارجي على التعبير الجيني ، على الرغم من أن هذا الافتراض لا يصح بالضرورة. يقيم عملنا التأثيرات المعتمدة على الجرعة لتناول الدهون الغذائية على التعبير الجيني التفاضلي في الأقسام القريبة والمتوسطة والبعيدة من الأمعاء الدقيقة في الفئران C57BL / 6J. يتم تحليل التعبير الجيني من حيث الاستجابات الخطية أو غير الخطية لتناول الدهون.

نتائج

ولوحظ أكبر عدد من الجينات المعبر عنها تفاضليًا في القسم الأوسط. في جميع أقسام الأمعاء ، أظهرت معظم العمليات المحددة استجابة خطية لزيادة تناول الدهون. كانت الأهمية النسبية للاستجابات اللوغاريتمية والأسية أعلى في القسمين القريب والبعيد ، على التوالي. سلط تحليل التخصيب الوظيفي الضوء على التنظيم الخطي المستمر لاستجابة المرحلة الحادة على طول الأمعاء الدقيقة بأكملها ، مع التنظيم الأعلى لـ سيربينا 1 ب. أظهرت دراسة التعبير الجيني أن التنظيم الأسي لنقل الكوليسترول في القسم الأوسط يقترن بالتنظيم اللوغاريتمي الأعلى لتوازن الكوليسترول. لوحظ تحول من الاستجابة الخطية إلى الاستجابة الأسية في الجينات المشاركة في التنظيم السلبي لنشاط كاسباس ، من القسم الأوسط إلى القسم البعيد (على سبيل المثال ، بيرك 5، خاضعة للتنظيم).

الاستنتاجات

حافظ التوقيع النسخي المرتبط بالعمليات الالتهابية على استجابة خطية في الأمعاء الدقيقة بأكملها (على سبيل المثال ، التنظيم الأعلى لـ سيربينا 1 ب). كانت العمليات المتعلقة بتوازن الكوليسترول نشطة بشكل خاص في الأمعاء الدقيقة الوسطى وفقط أعلى كمية من الدهون يتم تنظيم نقل الكوليسترول وتدفقه (مع دور رئيسي يلعبه التنظيم السفلي لناقلات الكاسيت الملزمة لـ ATP). يعد توصيف الأنماط غير الخطية للتعبير الجيني الناتج عن مستويات مختلفة من الدهون الغذائية حداثة مطلقة في دراسات الأمعاء. يساعد هذا النهج في تحديد العمليات التي يتم تحميلها فوق طاقتها (أي التنظيم اللوغاريتمي الإيجابي) أو التي تم إيقافها (أي التنظيم السلبي الأسي) استجابةً للإفراط في تناول الدهون ، ويمكن أن يلقي الضوء على العلاقات التي تربط تناول الدهون بالسمنة والاضطرابات الجزيئية المرتبطة بها .


خيارات الوصول

احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


الانشطار مقابل الاندماج في السرطان

يتم تنظيم إعادة نمذجة شبكة الميتوكوندريا في الخلايا ميكانيكيًا عن طريق منتجات الجينات الانشطارية والاندماجية المرتبطة بالدينامين ، وتحدث استجابة لنقص الأكسجة ، وإشارات دورة الخلية ، ومتطلبات الطاقة المتغيرة ، والضغوط الخلوية الأخرى (1 ، 2 ، 39 ، 40) ، 44 & # x0201346).

ميكانيكا الانشطار والاندماج

يتم تعزيز اندماج الميتوكوندريا من خلال تفاعلات النمط المتماثل / غير المتجانسة من Mitofusin 1 و Mitofusin 2 المرتبطة بالدينامين GTPases في الغشاء الخارجي للميتوكوندريا (OMM) من الميتوكوندريا المجاورة و Opa-1 ، وهو أيضًا GTPase المرتبط بالدينامين ، في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ( IMM) (1 ، 39 ، 40 ، 45). تثبيط أو فقدان أي من هذه البروتينات يعيق اندماج الميتوكوندريا مما يؤدي إلى زيادة تجزئة الميتوكوندريا ويرتبط بالاعتلال العصبي السريري في Charcot & # x02013Marie & # x02013 مرض الأسنان والضمور البصري الصبغي الجسدي السائد ، مما يبرز الدور الحاسم الذي يلعبه اندماج الميتوكوندريا ، لا سيما في الاتزان الخلوي الجهاز العصبي (39 ، 42).

يتطلب انشطار الميتوكوندريا تجنيد GTPase مرتبط بالدينامين ، Drp1 إلى OMM حيث يشكل أوليغومرات شبيهة بالحلقات تقطع الميتوكوندريا إلى ميتوكوندريا أصغر مجزأة (39). يعد الانشطار مهمًا قبل الانقسام الفتيلي لضمان التوزيع المتساوي للميتوكوندريا على الخلايا الوليدة (47 & # x0201349) ولكنه يحدث أيضًا عندما تخضع الخلايا للتفتت أو موت الخلايا المبرمج (2 ، 40 ، 44 ، 50 ، 51). يعد تجنيد العصارة الخلوية Drp1 للميتوكوندريا أثناء الانشطار عملية منظمة تتضمن تعديل ما بعد الترجمة لـ Drp1 (49 ، 52 & # x0201354) وتفاعلها مع المستقبلات المفترضة في OMM مثل عامل الانشطار الميتوكوندريا (Mff) ، Fis1 ، MiD49 ، MiD51 ، وربما البروتينات الأخرى التي يتفاعل معها Drp1 (45، 55 & # x0201359). سلط العمل الأخير الضوء أيضًا على دور الشبكة الإندوبلازمية (ER) التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالميتوكوندريا ، في تحديد المواقع التي سيحدث فيها الانشطار (60). تم تعيين انقباض الميتوكوندريا عند نقاط الاتصال مع ER قبل تجنيد Drp1 في الميتوكوندريا ومستقلًا عن Mff. ومن المثير للاهتمام أن بروتين اندماج الميتوكوندريا Mfn2 يلعب أيضًا دورًا في ربط الميتوكوندريا بـ ER ، بالطريقة المطلوبة لامتصاص الميتوكوندريا المناسب للكالسيوم من ER (61). حددت الشاشات الموجودة في الخميرة منظمات جزيئية مفترضة إضافية لربط الميتوكوندريا بقشرة الخلية و ER بطرق تنظم وضع الميتوكوندريا في الخلايا ووراثة الخلايا الوليدة (62) ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت الآليات المماثلة تعمل في خلايا الثدييات.

التغيرات الناجمة عن الإجهاد في معدلات الانشطار والاندماج

إلى جانب الآليات الفعلية لانشطار وانصهار الميتوكوندريا ، فإن مسارات الإشارات التي تنظم هذه العمليات تظهر فقط في المقدمة كآليات قد تتعطل في السرطان. تستجيب مسارات الإشارات هذه لضغوط محددة وتعمل على تنسيق ديناميكيات الميتوكوندريا مع جوانب أخرى من علم وظائف الأعضاء الخلوي. ثبت أن الأدوية التي تثبط تخليق البروتين ، بما في ذلك مثبطات mTOR ، بالإضافة إلى الضغوط الأخرى مثل الضوء فوق البنفسجي (UV) تعزز ما يسمى بفرط اندماج الميتوكوندريا الناجم عن الإجهاد & # x0201D الذي يعتمد على بروتينات الاندماج الكنسي (Opa- 1 ، Mfn1) (46) ، على الرغم من أن كيفية تنشيط مسارات إشارات الإجهاد هذه تنشط آلية الاندماج ليست واضحة. يعزز فرط الانصهار الناتج عن الإجهاد من هذا النوع إنتاج ATP من خلال الفسفرة المؤكسدة الأكثر كفاءة (OXPHOS) (63) ، كما يثبط الانقسام ويمنع موت الخلايا المبرمج (46 ، 64 ، 65).

إن النتائج الوظيفية لمعدلات الانشطار أو الاندماج المتغيرة لعملية التمثيل الغذائي الخلوي وحركية دورة الخلية وحيوية الخلية هي & # x0201Cwork قيد التقدم & # x0201D تعتمد على العديد من الأنظمة والأساليب التقنية. في ذبابة الفاكهة، كان مطلوبًا تنظيم up-mediation بوساطة Yorkie من Opa-1 واندماج الميتوكوندريا للتكاثر المعتمد على Yorkie / YAP وتكوين الأورام (66). في أنظمة الثدييات ، أدى الحرمان من الجلوكوز واستخدام الجالاكتوز كمصدر بديل للكربون إلى تحول الخلايا من تحلل السكر إلى OXPHOS ، كما هو متوقع ، ولكنه تسبب بشكل كبير في زيادة ملحوظة في اندماج الميتوكوندريا وزيادة مصاحبة في التعبير البروتيني لسلسلة الجهاز التنفسي وكثافة الكريست. ، دون أي زيادة في كتلة الميتوكوندريا (67).

تمشيا مع الدور الحاسم لانصهار الميتوكوندريا في تنظيم التمثيل الغذائي ، فإن تعطيل Mitofusin 1 أو Mitofusin 2 أو Opa-1 يمنع التمثيل الغذائي المؤكسد ونمو الخلايا (68 ، 69). إذا كان الاندماج يعزز إنتاج ATP في الميتوكوندريا (63) ، فمن المعقول أن نفترض أن هذا يتحقق عن طريق زيادة كفاءة سلسلة نقل الإلكترون (ETC) التي تعتبر مفتاح OXPHOS. يمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة أعداد / كثافة مجمعات ETC من خلال زيادة التعبير عن المكونات الرئيسية ، كما تم الإبلاغ (67) ، أو عن طريق تغيير تكوين مكونات سلسلة الجهاز التنفسي المحددة إلى تركيبات فائقة مختلفة لتعظيم الاستفادة من ركائز معينة ، مثل NADH في وجود الجلوكوز مقابل FAD في وجود الأحماض الدهنية (70). أظهرت البيانات الحديثة أن تجميع مجمعات السلاسل التنفسية (RCC) في معقدات فائقة وزيادة كفاءة الجهاز التنفسي يتم تعزيزه من خلال تشكيل cristae أكثر إحكامًا يعتمد على بروتين الانصهار ، Opa-1 (71). على العكس من ذلك ، أدى تعطيل تكوين الكرستيات بالضربة القاضية لـ Opa-1 في الفئران إلى تعزيز تجزئة الميتوكوندريا ، وانحلال cristae ، وتقليل تكوين RCC والتنفس (71). وبالتالي ، قد يعزز الاندماج التنفس من خلال التأثيرات المعتمدة على Opa-1 على كثافة الأعراف وتشكيل معقدات فائقة في سلسلة الجهاز التنفسي. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي الاندماج إلى إحداث تغييرات محتملة في غشاء الميتوكوندريا تعزز امتصاص البيروفات أو الركائز الأخرى التي تغذي أوكسفوس. من الواضح أن تجويف الميتوكوندريا الأكثر استمرارًا الذي يتم تحقيقه من خلال زيادة الاندماج من المرجح أن يعزز الانتشار السريع لـ ADP و NADH و FADH2، ومستقلبات المصفوفة الأخرى اللازمة لدفع OXPHOS بكفاءة أكبر. بهذه الطريقة ، من المحتمل أيضًا أن يعزز الاندماج زيادة تدفق الكربون من خلال دورة Krebs & # x02019 ، ومعدلات أكثر كفاءة لأكسدة الأحماض الدهنية وربما زيادة نشاط المسارات الأيضية الأخرى الموجودة في الميتوكوندريا.

لقد تم اقتراح أن الاندماج قد يعزز كفاءة الجهاز التنفسي من خلال تعزيز تكملة طفرات mtDNA (51). في حين أن هذا قد يكون هو الحال في بعض الحالات ، فإن الفشل في اكتشاف الطفرات المثلية في الوحدات الفرعية المشفرة لـ mtDNA لـ CO أو ND أو ATP synthase أو السيتوكروم ب في الخلايا الأولية ، أو في الواقع على نطاق أوسع في الخلايا السرطانية ، يشير إلى أن تكملة طفرات mtDNA ليس هو الدور الرئيسي لانصهار الميتوكوندريا في التمثيل الغذائي. في الواقع ، ثبت أن الاندماج المتزايد يعزز OXPHOS في أطر زمنية قصيرة جدًا (67) ، مما يشير إلى أن تأثيرات الاندماج على التمثيل الغذائي التأكسدي هي بعد متعدية ولا تعتمد بشكل أساسي على تكامل الجينات بين جينومات الميتوكوندريا.

تشير تأثيرات اندماج الميتوكوندريا في تعزيز التمثيل الغذائي التأكسدي في الميتوكوندريا إلى دور متناقض لانشطار الميتوكوندريا في تثبيط التمثيل الغذائي التأكسدي ، ربما عن طريق تقليل امتصاص الركيزة ، وتعطيل cristae ، وتشكيل معقد الجهاز التنفسي و / أو الحد من انتشار معادلات الاختزال. الأكسجين هو المتلقي الرئيسي للإلكترون من الوريد المعقد من السلسلة التنفسية ، وبالتالي فإنه يفيد الخلية لتقليل OXPHOS في ظل ظروف الأكسجين المحدودة (نقص الأكسجة) لتحقيق أقصى قدر من الاستخدام الفعال لكميات الأكسجين المتاحة ولكن أيضًا لمنع توليد ROS الضار . يحد نقص الأكسجة من OXPHOS بعدة طرق ، لكن تعزيز الانشطار الميتوكوندريا قد يكون أحد الآليات الرئيسية. يعزز نقص الأكسجة انشطار الميتوكوندريا عن طريق تعديل نشاط Drp1 والتفاعل مع Fis1 (72). التعبير الناجم عن نقص الأكسجة عن Siah2 ، يستهدف E3 ubiquitin ligase (73) بروتين سقالة الميتوكوندريا ، وهو بروتين تثبيت 121 (AKAP121) للتحلل (72) وبالتالي منع بروتين كيناز A (PKA) المعتمد على تثبيط Drp1. تتوافق هذه الملاحظات ، من بين أمور أخرى ، مع الدور المثبط لانشطار الميتوكوندريا في OXPHOS. لوحظ زيادة الانشطار المرتبط بالتعبير غير المنظم لـ Drp1 (زيادة) و Mfn2 (انخفض) في الخلايا السرطانية (74) ولكن إلى أي مدى يساهم هذا في تأثير Warburg أو الجوانب الأخرى لنمو الورم لا يزال يتعين تحديده.

تنسيق معدلات الاندماج / الانشطار مع دورة الخلية

تشير العديد من التقارير إلى أن زيادة اندماج الميتوكوندريا مطلوب ليس فقط من أجل التمثيل الغذائي المؤكسد الفعال (68 ، 69) ولكنه ضروري للتكاثر والدخول في المرحلة S (63). في هذه الدراسة الأخيرة ، كان استقطاب غشاء الميتوكوندريا وفرط انصهار الميتوكوندريا الذي يحدث في انتقال G1 / S مطلوبًا لتعبير cyclin E (CCNE) ودخول المرحلة S (63). أظهرت دراسات إضافية أيضًا أن الطاقة الحيوية للميتوكوندريا مرتبطة بتقدم دورة الخلية (75). ومع ذلك ، فإن التسبب في فرط الانصهار بشكل مصطنع ، إما من خلال العلاج بـ mdivi (دواء يثبط Drp1) (63) أو التعبير عن Drp1 السلبي السائد (76) ، أدى إلى تحريض غير مناسب لفرط الانصهار واستمرار تعبير cyclin E المفرط في مراحل غير مناسبة من دورة الخلية ، مثل G2 / M (76). كان هذا بدوره مصحوبًا بإجهاد النسخ المتماثل ، وتلف الحمض النووي ، والتضخيم المركزي ، وعدم استقرار الكروموسومات (63 ، 76) ، وجميع السمات المعروفة للخلايا التي تفرط في التعبير عن cyclin E (77). ومن المثير للاهتمام ، في حين أن الإفراط في التعبير عن cyclin E كان مطلوبًا للتكاثر وعدم استقرار الجينوم الناجم عن فرط الانصهار أو الانشطار غير الوظيفي (63 ، 76) ، لم يتم تحديد العوامل المحددة الناتجة عن فرط الانصهار الذي أدى إلى تنظيم cyclin E up. تم الإبلاغ سابقًا عن زيادة ROS لتعديل مستويات بروتينات دورة الخلية الرئيسية ، مثل Emi-1 (78) ولكن لم تفسر زيادة ROS في الميتوكوندريا ولا إنتاج ATP المتغير (76) زيادة الانتشار الناجم عن فرط انصهار الميتوكوندريا (على الرغم من أن هذا يتطلب مزيدًا من التحقق من الصحة) ، مما يترك لنا السؤال الذي لم تتم الإجابة عليه حول ما الذي يدفع تعبير cyclin E في هذه الظروف.

يتم تنظيم تحلل السكر أيضًا في دورة الخلية ويزيد عند حدود المرحلة G1 / S ويرجع ذلك جزئيًا إلى استقرار 6-phosphofructo-2-kinase / fructose-2،6-bisphosphatase ، isoform 3 (Pfkfb3) الذي يتم قلبه عادةً بواسطة APC / Cdh1 في المراحل المبكرة من المرحلة G1 من دورة الخلية (79). ومن المثير للاهتمام ، أن Drp1 يتم تحويله أيضًا بواسطة APC / Cdh1 في المرحلة G1 من دورة الخلية بطريقة تعتمد على CDK (47 ، 49) مما يشير إلى آلية محتملة يمكن من خلالها تنسيق التنظيم الأعلى لتحلل السكر مع ديناميكيات الميتوكوندريا. إن الدليل على أن تحلل الجلوتامين هو دورة خلوية منظمة ، ولكن نظرًا لأن كلا من c-Myc و RB / E2F يعدلان امتصاص الجلوتامين (80 & # x0201383) ، فلن يكون من المستغرب أن يتم تنظيم تحلل الجلوتامين ، مثل تحلل السكر ، مع دخول الخلايا في المرحلة S.

الدور المزدوج لأفراد عائلة Bcl-2 في ديناميكيات الميتوكوندريا وموت الخلايا المبرمج

بالإضافة إلى التأثيرات على التمثيل الغذائي الخلوي ودورة الخلية ، يمكن أن يؤخر اندماج الميتوكوندريا السيتوكروم. ج إطلاق وموت الخلايا المبرمج (46 ، 84) ، مع Opa-1 oligomerization الذي يحول دون إعادة تشكيل الكرستيات المؤيدة لموت الخلايا المبرمج بشكل مستقل عن دوره في الاندماج (85) (الشكل 2). كان اضطراب أوليغومرات Opa-1 بطريقة تعتمد على Bax / Bak بواسطة بروتين BID المؤيد للاستماتة مستقلاً عن نفاذية غشاء الميتوكوندريا (86) ولكنه كان مرتبطًا بإعادة تشكيل الكرستيات المؤيدة للاستماتة (مطلب السيتوكروم ج إطلاق) والخلايا الناقصة في Opa-1 أكثر عرضة لموت الخلايا المبرمج (87 ، 88). ومن المثير للاهتمام ، أن المحظورات تعزز الانتشار الخلوي ومقاومة موت الخلايا المبرمج عن طريق تثبيط انقسام OPA-1 في IMM وبالتالي تعزيز الاندماج والتشكل الطبيعي للكرست (89).

الشكل 2. الأدوار المزدوجة والمتعارضة ظاهريًا لأفراد عائلة Bcl-2 وبروتينات الانشطار / الاندماج في موت الخلايا المبرمج وديناميات الميتوكوندريا. يبدو أن بروتينات الانشطار والاندماج في الميتوكوندريا تعدل موت الخلايا المبرمج من خلال أنشطة تختلف عن أدوارها في ديناميات الميتوكوندريا ولكنها تشمل أفرادًا من عائلة Bcl-2. على العكس من ذلك ، يعدل أفراد عائلة Bcl-2 الانشطار والاندماج في الميتوكوندريا بطريقة تبدو مستقلة عن وظائفهم في موت الخلايا المبرمج.

على النقيض من اندماج الميتوكوندريا ، يعزز الانشطار الميتوكوندريا إزالة الاستقطاب من غشاء الميتوكوندريا ، السيتوكروم ج إطلاق وموت الخلايا المبرمج (90) ، مع قيام Drp1 بتعزيز قلة قلة Bax من خلال آليات مستقلة عن نشاط GTPase (91) ، ربما يشرح كيف تكون الميتوكوندريا المجزأة أكثر قابلية لتكوين قناة Bax / Bak. وهكذا يبدو أن كلا من بروتينات الانشطار والانصهار للميتوكوندريا تعدل موت الخلايا المبرمج من خلال أنشطة تختلف عن أدوارها في ديناميات الميتوكوندريا ولكنها تشمل أعضاء من عائلة Bcl-2 (الشكل 2).

يتميز أعضاء عائلة Bcl-2 الفائقة لمنظمي موت الخلايا على نطاق واسع لدورهم الرئيسي في تنظيم موت الخلايا المبرمج (2 ، 44) ولكن لديهم أيضًا دورًا ناشئًا في ديناميات الميتوكوندريا (44 ، 92 ، 93). يعد كل من Bak و Bax ضروريين لموت الخلايا المبرمج ، مثل أن خلايا Bax / Bak مزدوجة الضربة القاضية تقاوم موت الخلايا المبرمج (94 ، 95). عندما يتم تنشيط Bak و Bax عن طريق إشارات مؤيدة للاستماتة ، فإنهما يخضعان لعملية قلة القلة لتشكيل قناة في OMM يتم من خلالها السيتوكروم ج يتم تحريره مما يؤدي إلى تكوين موت الخلايا المبرمج وتفعيل الكاسبيسات (96). تُظهر خلايا Bax / Bak الفارغة المقاومة لموت الخلايا المبرمج تفتيتًا واسعًا للميتوكوندريا يتم إنقاذه من خلال الإفراط في التعبير عن باك في غياب إشارات موت الخلايا المبرمج التي تشير إلى أن باك و باكس يمكنهما تعزيز اندماج الميتوكوندريا (92). في الواقع ، يتفاعل شكل Bax القابل للذوبان مباشرة مع Mfn2 لتعزيز نشاط GTPase بينما يتفاعل كل من Bak و Bax مع Mfn1 (90 ، 92 ، 97). على العكس من ذلك ، فإن مضادات الاستماتة Bcl-Xإل لقد ثبت أنه يعزز الانشطار الميتوكوندريا في الخلايا العصبية من خلال التفاعلات مع Drp1 التي تعزز نشاط GTPase (98). في الآونة الأخيرة ، تورط Mcl-1 في تعديل ديناميكيات الميتوكوندريا من خلال شكل مبتور طرفي أميني يتم توطينه في مصفوفة الميتوكوندريا ، على عكس Mcl-1 كامل الطول في OMM (99). مطلوب Mcl-1 المقتطع في المصفوفة من أجل اندماج الميتوكوندريا وتجميع F0F1- سينسيز ATP وللتنفس الفعال (99). قد تفسر هذه الوظيفة الجديدة لـ Mcl-1 ، المتميزة عن وظيفتها المضادة للاستماتة ، فشل القلب الملحوظ في الفئران الخالية من Mcl-1 ، حيث أظهرت خلايا عضلة القلب بنية ميتوكوندريا شاذة وعيوبًا في التنفس لم يتم إنقاذها بواسطة حذف Bax / Bak (100) ) ، على الرغم من أن العيوب تم إنقاذها جزئيًا عن طريق حذف السيكلوفيلين D ، وهو منظم رئيسي لمسام انتقال نفاذية الميتوكوندريا (101). وبالتالي هناك تنظيم لنشاط موت الخلايا المبرمج للبروتينات المرتبطة بـ Bcl-2 عن طريق بروتينات الاندماج / الانشطار وتنظيم نشاط بروتين الانشطار / الاندماج بواسطة البروتينات المرتبطة بـ Bcl-2. ما هو غير واضح هو ما إذا كانت أنشطة بروتينات Bcl-2 ، و Bax / Bak على وجه الخصوص ، في موت الخلايا المبرمج والانشطار / الاندماج حصرية.تشير الزيادة في تجزئة الميتوكوندريا التي تحدث أثناء موت الخلايا المبرمج إلى أن النشاط المؤيد للاندماج لـ Bak / Bax يتم قمعه من خلال وظائفهم المؤيدة للاستماتة ولكن الأدلة التجريبية الرسمية التي تدعم ذلك غير متوفرة. وبالمثل ، من غير المعروف ما إذا كان انخفاض أوكسفوس الناتج عن زيادة الانشطار قد يساهم في قابلية الخلايا للاستماتة. أخيرًا ، ليس من الواضح ما إذا كانت ديناميكيات الميتوكوندريا المتغيرة تساهم في نشاط الأورام لأفراد عائلة Bcl-2 الرئيسيين ، مثل Bcl-2 أو Bcl-Xإل كلاهما يتم التعبير عنه بشكل مفرط في بعض الأورام الخبيثة البشرية (102). على سبيل المثال ، زيادة Bcl-Xإل قد يعزز التعبير في الأورام انشطار الميتوكوندريا ، كما يظهر في الخلايا العصبية (98) ، والذي بدوره من المتوقع أن يحد من OXPHOS الميتوكوندريا وبالتالي تعزيز تأثير واربورغ.


وصف النماذج التوضيحية

يمكن استخدام أنثراسيكلين ، مثل دوكسوروبيسين ، كعلاجات فعالة للغاية مضادة للسرطان. ومع ذلك ، من المعروف أن هذه المركبات تسبب ضررًا لخلايا عضلة القلب بطريقة تعتمد على الجرعة. بسبب تلقي هذا المريض للعلاج بالأنثراسيكلين ، مثل العلاج بالدوكسوروبيسين ، يجب مراقبته بعناية لاكتشاف علامات تلف القلب و / أو إعطاء عوامل ثانوية للمساعدة في الحد من تلف القلب. كان هذا التأثير الجانبي الخطير للعلاج بالأنثراسيكلين هو القيد الرئيسي لاستخدامه السريري ولم تكن هناك طريقة معروفة سابقًا للتنبؤ بما إذا كان المريض سيعرض السمية القلبية استجابة للعلاج أو مدى خطورة السمية القلبية.

توضح الدراسات المفصلة هنا أن الحذف الخاص بخلايا عضلة القلب لتعبير Top2b كان قادرًا على حماية خلايا عضلة القلب من فواصل الحمض النووي التي يسببها دوكسوروبيسين. أظهرت الخلايا العضلية القلبية التي تفتقر إلى تعبير Top2b أيضًا تغييرات في نسختها المسؤولة عن التكوّن الحيوي المعيب للميتوكوندريا وتكوين ROS. علاوة على ذلك ، حذف الفئران المحمية Top2b من تطوير قصور القلب التقدمي الناجم عن دوكسوروبيسين ، مما يشير إلى أن Top2b هو الأساس الجزيئي للسمية القلبية التي يسببها دوكسوروبيسين. في ضوء نتائج الدراسات التي أجريت لتحديد ما إذا كان تعبير Top2b سيكون علامة بيولوجية مفيدة للتنبؤ بالسمية القلبية. نظرًا لأن اكتشاف Top2b في قلب المريض سيكون صعبًا وغازًا ، فقد تم استخدام ELISA لتحديد مستوى تعبير الدم المحيطي لـ Top2b كبديل لتعبير Top2b في القلب. أظهرت الدراسات في FIG. يوضح الشكل 8 أن المرضى الذين يعانون من انخفاض مستوى Top2b في الدم المحيطي يكونون أكثر مقاومة لسمية القلب التي يسببها دوكسوروبيسين ، في حين أن المرضى الذين يعانون من ارتفاع مستوى Top2b يكونون أكثر حساسية للدوكسوروبيسين. وبالتالي ، يمكن استخدام مستوى التعبير Top2b (مثل مستوى البروتين Top2b المقاس في الدم المحيطي) كعلامة جينية للتنبؤ بقابلية الإصابة بسمية القلب التي يسببها دوكسوروبيسين.

يمكن للطرق الجديدة المقدمة هنا أن تحسن بشكل كبير الاستخدام العلاجي لمركبات الأنثراسيكلين مثل دوكسوروبيسين. قبل العلاج ، يمكن اختبار المرضى لتحديد مستوى تعبير Top2b. إذا كان مستوى Top2b منخفضًا ، فيمكن للمرضى تلقي جرعة عالية من العلاج بأمان ، مثل ما يصل إلى 450 مجم / م 2 من دوكسوروبيسين حتى بدون المراقبة المنتظمة لأضرار القلب. من ناحية أخرى ، إذا كان مستوى تعبير Top2b مرتفعًا ، فيجب أن يتلقى المرضى جرعة أولية أقل من الدواء ، ومراقبة مكثفة لأضرار القلب والأدوية الوقائية للقلب حيث يتلقون كميات متزايدة من العلاج الأنثراسيكلين.


تعديل ما بعد الترجمة لـ PGC-1α

تؤثر العديد من التعديلات اللاحقة للترجمة على PGC-1α. 9، 15-25 من بينها ، الفسفرة ، الأستلة ، المثيلة والتواجد في كل مكان هي المسؤولة في الغالب عن نشاط النسخ واستقرار PGC-1α (الشكل 2).

الفسفرة لـ PGC-1α

إن بروتين كيناز أدينوسين أحادي الفوسفات (AMP) (AMPK) ، كيناز البروتين المنشط بالميتوجين p38 (MAPK) ، Akt ، S6 كيناز و glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) هي أفضل كينازات بروتينية تميزًا تستهدف PGC-1α من أجل الفسفرة. 16 ، 26

يمكن أن تعزز الفسفرة تنشيط PGC-1α. على سبيل المثال ، يرتبط AMPK بـ PGC-1α وينشطه في العضلات الهيكلية عن طريق الفسفرة المباشرة على Thr177 و Ser538. هذا يزيد من نشاط النسخ لـ PGC-1α وهو مطلوب للتعبير الجيني الناجم عن AMPK لناقل الجلوكوز 4 (غلوت 4) ، وجينات الميتوكوندريا ، وكذلك PGC-1α بحد ذاتها. 20 فسفوريلات p38 MAPK PGC-1α على Thr 262 و Ser265 و Thr298 مما أدى إلى زيادة استقرار البروتين. 16

من ناحية أخرى ، مثل السيف ذي الحدين ، يمكن أن تؤدي الفسفرة أيضًا إلى تقليل نشاط PGC-1α أيضًا. يحتوي C-terminus لـ PGC-1α على عدة مواقع محتملة من فسفرة Akt (RXRXXS / T ، حيث X هو أي حمض أميني). يمنع Akt كلاً من استحداث السكر وأكسدة الأحماض الدهنية (الفاو) من خلال الفسفرة وتثبيط PGC-1α. 19 وبالمثل ، عندما يتم تحفيزها بواسطة إشارات المغذيات ، يتم أيضًا تثبيط برنامج الجينات المكونة للجلوكوز من خلال الفسفرة لـ PGC-1α في Ser568 و Ser572 بواسطة سيرين / ثريونين كيناز S6K1. ومع ذلك ، لا تؤثر عمليات الفسفرة هذه على استقرار PGC-1α أو برامج الجينات الأخرى التي تتوسط فيها PGC-1α ، مثل نقل الإلكترون في الميتوكوندريا ومنظمة الأغذية والزراعة. 15 نظرًا لأن جميع المواقع التي تمت الفسفرة بواسطة Akt أو S6K1 تقع داخل منطقة RS (الأحماض الأمينية 551-635) ، فإن التكهن بأن الفسفرة في مجال RS قد تخفف من نشاط النسخ لـ PGC-1α أمر معقول.

على عكس PGC-1α كامل الطول ، من المحتمل أن يتم تصدير NT-PGC-1α إلى السيتوبلازم من خلال التفاعل مع البروتين النووي ، صيانة الكروموسومات 1 (المعروف أيضًا باسم exportin 1 ، CRM1) ، من خلال مجال LxxLL (التصدير النووي) تسلسل). يمكن حظر هذه العملية عن طريق الفسفرة المعتمدة على بروتين كيناز أ لـ NT-PGC-1α على Ser194 و Ser241 و Thr256. إن الفسفرة لـ NT-PGC-1α بواسطة PKA لا تمنع فقط تصدير CRM1 بوساطة من النواة ، بل تؤثر أيضًا على إمكانات النسخ. 11

تعديل الأستلة لـ PGC-1α

يتم التحكم في PGC-1α عن طريق الأستلة لتعديل قدرتها على تجنيد مجمع إعادة تشكيل الكروماتين وبدء النسخ الجيني. يتم أسيتيل PGC-1α ديناميكيًا ومثبطًا بواسطة GCN5 (بروتين غير مضغوط للتحكم العام 5) عند نزع الأسيتيل وتنشيطه بواسطة SIRT1 (منظم المعلومات الصامت 2 homolog 1).

على الرغم من أن PGC-1α يمكن أن يتفاعل مع العديد من ترانسفيرازات الأسيتيل بما في ذلك GCN5 و p300 و SRC-1 و SRC-3 ، إلا أن GCN5 هو الوحيد الذي يتميز باستلة وتثبيط PGC-1α. 17 GCN5 هو أول ما تم اكتشافه هيستون ليسين أسيتيل ترانسفيراز ، والذي يربط أستيل هيستون بتنشيط النسخ. 27 إلى جانب بروتينات الهيستون ، يمكن لـ GCN5 أيضًا أسيتيل البروتينات غير الهيستون ، مثل PGC-1α ، التي تضم مواقع أستلة متعددة تمتد عبر التسلسل الكامل للبروتين. يمكن تعديل حالة الأستلة لـ PGC-1α بواسطة GCN5 اعتمادًا على كميات الأسيتيل النووي CoA. في الثدييات ، يمكن توليد أسيتيل CoA من TCA (دورة حمض الكربوكسيليك) المشتقة من ACL (ATP سترات لياز). بالنظر إلى أن GCN5 ، مثل جميع ناقلات الأسيتيل الأخرى ، تتطلب acetyl-CoA كركيزة لتفاعل الأستلة ، قد يربط ACL توازن الطاقة بـ GCN5 ويؤثر على حالة أستلة PGC-1α من خلال التحكم في الإنتاج النووي لـ acetyl-CoA. 28

يسهل SRC-3 أستلة PGC-1α في العضلات وأفضل التقنيات المتاحة عن طريق تعزيز التعبير عن GCN5. 18 في ظل ظروف تقييد السعرات الحرارية ، يؤدي انخفاض التعبير عن SRC-3 و GCN5 إلى انخفاض مستويات الأستلة ، ولكن تعزيز نشاط PGC-1α ، الذي يعزز استخدام الأحماض الدهنية المخزنة في الأنسجة الدهنية كمصدر للطاقة. 18 على الرغم من أن SRC-1 يمكن أن يتفاعل أيضًا مع PGC-1α ، فإن ما إذا كان يؤثر على نشاط GCN5 بطريقة مشابهة لـ SRC-3 لا يزال بحاجة إلى مزيد من التحقيق.

حتى الآن ، فإن SIRT1 و هيستون ديستيلاز 3 (HDAC3) هما الوحيدان اللذان تم تحديدهما لـ PGC-1α. SIRT1 هو عضو في عائلة Sir2 من نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) - ديسيتيلاز هيستون المعتمدة التي تستهدف هيستون H4 في Lys16 و هيستون H3 في Lys9. نظرًا لكونه نازع الأسيتيل الأساسي المعتمد على NAD + في خلايا الثدييات ، فإن SIRT1 يزيل أيضًا مجموعة واسعة من البروتينات غير الهيستونية ، مثل p53 و p300 و FOXO-1 و 3a و 4 و Ku70 و PGC-1α. 29 نظرًا لأن SIRT1 يتطلب الإنزيم المساعد NAD + كركيزة لوظيفته ، فعند الحاجة إلى طاقة عالية ، يتم تنشيط PGC-1α بواسطة نزع الأسيتيل بوساطة SIRT1 على الأرجح استجابة للتغيرات في كميات NAD + أو NADH أو NAD + / NADH النسبة في الخلايا. بدوره ، يعزز PGC-1α تحريض استخدام الأحماض الدهنية وأيض الميتوكوندريا. 23 بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لـ AMPK إدراك إجهاد الطاقة وتعديل نشاط SIRT1 عن طريق تغيير المستوى داخل الخلايا لـ NAD +. 30 لذلك ، يزيد AMPK من نشاط PGC-1α عن طريق الفسفرة المباشرة وأيضًا عن طريق تحفيز نزع PGC-1α بوساطة SIRT1.

في الآونة الأخيرة ، Emmett وآخرون. ذكرت أن HDAC3 يمكنه أيضًا نزع الأسيتيل PGC-1α وعكس القمع بوساطة GCN5 لنشاط المنشط PGC-1α. في BAT ، يعمل HDAC3 كعامل محفز لـ ERRα. يتوسط نزع الأسيتيل لـ PGC-1α في التفعيل المشترك لـ ERRα الناجم عن HDAC3 وهو مطلوب لنسخ جينات الفسفرة المؤكسدة (OXPHOS) ، والتي تعد أفضل التقنيات المتاحة لمواجهة التحدي الحراري الحاد. 21

تشير جميع هذه النتائج إلى أن الأسيتيل القابل للانعكاس لـ PGC-1α يربط حالة طاقة الخلية بالدوائر التنظيمية النسخية التي تتوسط في وظيفة الميتوكوندريا ويضمن المرونة الأيضية.

مثيلة PGC-1α

تعديل آخر بعد الترجمة يساهم في المرونة الأيضية هو المثيلة العكسية لـ PGC-1α. تم ربط مثيلة الأرجينين في تنظيم العمليات الخلوية المتعددة ، بما في ذلك توطين البروتينات تحت الخلوية وتفاعلات البروتين والبروتين وتفعيل النسخ. PRMT1 هو أحد أفراد عائلة بروتين أرجينين ميثيل ترانسفيراز (PRMT) الرئيسي في خلايا الثدييات. يعمل كمنشط لـ NRs وعوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي الأخرى ، مثل p53 وعامل ربط عنصر البادئ (YY1) ويتوسط إعادة تشكيل الكروماتين وبدء النسخ. تم تأكيد 31 ، 32 PGC-1α ليتم ميثليتها بواسطة PRMT1 في أرجينين 665 و 667 و 669. هذه المواقع موجودة في تسلسل RERQR داخل منطقة C-الطرفية Glu-rich E من PGC-1α. يعزز مثيلة PGC-1α بواسطة PRMT1 بقوة نسخ الجينات المستهدفة المهمة للتكوين الحيوي ووظيفة الميتوكوندريا. 24 نظريًا ، تحتوي المنطقة E من PGC-1α على إشارة توطين نووي وقد تنظم ميثلة الأرجينين لـ PGC-1α في هذه المنطقة وظيفة التصدير النووي الخاصة بها.

SET7 / 9 هو أحادي ميثيل ترانسفيراز ميثيلات هيستون 3 Lys4 (H3K4) ، والذي يوجد في الغالب في الكروماتين النشط. على الرغم من أنه يُعتقد أن الدور الرئيسي لـ SET7 / 9 ينظم تنشيط الجينات من خلال مثيلة الهيستون وتغيير بنية الكروماتين ، فقد تم اكتشاف العديد من ركائز البروتين غير الهيستوني لـ SET7 / 9 ، بما في ذلك PGC-1α ، p53 ، مستقبل هرمون الاستروجين النووي ألفا (ERα) و DNMT1. 9 ، 33 ، 34 Lysine-specific demethylase 1 (LSD1) هو أول إنزيم تم تحديده ليكون قادرًا على إزالة مجموعة الميثيل من اللايسينات الميثيلية في بروتينات الهيستون. يقال إن LSD1 يزيل ميثيلات هيستون H3 على Lys4 (H3K4) وعلى Lys9 (H3K9) 35 و 36 و PGC-1α يتم ميثيلته بواسطة SET7 / 9 وإزالة الميثيل بواسطة LSD1 في Lys779.

في الآونة الأخيرة ، تم الكشف عن آلية جديدة تعزز وظيفة المنشط لـ PGC-1α عن طريق المثيلة. 9 SET7 / 9 يتوسط الحالة الميثيلية لـ PGC-1α. على وجه الخصوص ، استجابةً للإجهاد الأيضي للصيام في الكبد ، يمكن أن يؤدي تفاعل PGC-1α (K779Me) الميثلي مع RNA methytransferase 7 (NSUN7) إلى زيادة إثراء eRNAs المعدلة بـ m 5 C (RNAs المحسن) في معززات PGC- الجينات المستهدفة 1α ، مما يزيد من برنامج النسخ لهذه الجينات. تبعا لذلك ، الاجتثاث مجموعة 7/9 و NSUN7 أدى إلى استنفاد الجينات المستهدفة PGC-1α. 9 بشكل جماعي ، قد تربط المثيلة الدائرة اللاجينية ببدء النسخ لبرامج الجينات المستهدفة PGC-1α وتعزز تكاثر الميتوكوندريا في ظل ظروف أزمة الطاقة.

انتشار PGC-1α في كل مكان

PGC-1α هو بروتين قصير العمر ويتم التحكم في مستوياته الخلوية بإحكام من خلال التوازن الديناميكي للتخليق والتحلل. يؤثر التواجد والتحلل اللاحق بوساطة البروتياز بشكل كبير على مستوى التعبير عن PGC-1α. تم اعتبار N-terminal AD (الأحماض الأمينية 1–185) لـ PGC-1α سابقًا ليس لها أي تأثير على استقرار البروتين والتوزيع الخلوي. يعتمد انتشار PGC-1α على سلامة المنطقة الطرفية C ، والتي قد تتفاعل مع Ligases E3 الخاصة بـ PGC-1α. تم إثبات أن حذف الجزء C- الطرفي من PGC-1α (الأحماض الأمينية 565-798) يمنع تمامًا التواجد ويثبت البروتين. ومن المثير للاهتمام ، كشفت دراسة أخرى أنه بدلاً من الدخول في البروتيازوم للتحلل ، كان PGC-1α متعدد الفقاعات عرضة لتكوين تجميع داخل النواة ، وكانت المحطة N الخاصة بـ PGC-1α مطلوبة لاستهداف PGC-1α متعدد النوى إلى البروتيازوم. وبالتالي ، فإن التفاعلات داخل الجزيئية بين المناطق الطرفية N و C قد تضبط بشكل تعاوني وظيفة المنشط المشترك PGC-1α من خلال تنظيم استقرار البروتين والتوطين الفرعي.

في الواقع ، تعمل دائمًا تعديلات متعددة بعد الترجمة بالتنسيق للتحكم الدقيق في نشاط واستقرار PGC-1α ، والذي يتجلى من خلال تنظيم انتشار PGC-1α بطريقة تعتمد على الفسفرة. تم تحديد SCF Cdc4 على أنه E3 ubiquitin ligase الذي ينظم استقرار PGC-1α من خلال تحلل البروتين بوساطة اليوبيكويتين. يحتوي PGC-1α على اثنين من الفوسفات Cdc4 التي تربط Cdc4 عند الفسفرة بواسطة GSK3β على T295 وبواسطة p38 MAPK على Thr262 و Ser265 و Thr298 ، مما أدى إلى تواجد SCF Cdc4 وتدهور في النواة PGC-1α. 37

بشكل عام ، توفر تعديلات ما بعد الترجمة المختلفة نظامًا فعالًا ومرنًا لتنظيم النشاط وتوطين العضيات لـ PGC-1α ، مما يساهم بشكل كبير في أدواره العقدية في استقلاب طاقة الميتوكوندريا.


مسارات الإشارات

يعد ضعف وحدة تحويل الإشارة بوساطة IRS / PI3-K / Akt في صميم الأنماط الظاهرية لمقاومة الأنسولين. نتيجة لذلك ، خضعت هذه الجزيئات لفحص مكثف لعدد من السنوات. ناقش موريس بيرنباوم تنظيم استقلاب الجلوكوز والدهون بواسطة Akt / PKB. ولخص الأنماط الظاهرية للفئران بالضربة القاضية للأشكال الإسوية الثلاثة من Akt. بينما تكون زائدة عن الحاجة في بعض الجوانب ، تلعب الأشكال الإسوية الثلاثة وظائف فريدة في مناطق أخرى. مثال على ذلك هو Akt2 في سياق إشارات الأنسولين في الكبد. على الرغم من وجود تعويض جزئي من Akt1 عن خسارة Akt2 ، إلا أن 80٪ من فسفرة FoxO1 بوساطة الأنسولين يتم بواسطة Akt2 ، في حين أن 20٪ فقط يرجع إلى نشاط Akt1. على الرغم من هذا الاختلاف في النشاط ، فإن Akt1 قادر على تقليل التعبير عن الجينات المستهدفة FoxO1 ، PEPCK و G6Pase ، في الفئران Akt2 (- / -). ومع ذلك ، لا يزال الأنسولين غير قادر على كبح إنتاج الجلوكوز في الفئران Akt2 (- / -) ، وقد يكون هذا بسبب انخفاض فسفرة Ser570 بوساطة Akt لـ PGC-1α.

شدد موريس وايت على اكتشاف الأدوار المتداخلة والتعويضية إلى حد كبير لـ IRS1 و IRS2 في الكبد على تنظيم التعبير الجيني للجلوكوز والشحوم. فقط فقدان وظيفة كل من IRS1 و IRS2 في الكبد تسبب في زيادة PEPCK و GLUT2 و PGC-1α بالإضافة إلى تغييرات كبيرة في استقلاب الجلوكوز ، وزيادة طفيفة في تخليق الدهون الثلاثية ، وتغيرات في مقاومة الأنسولين لكامل الجسم. تعتبر بروتينات IRS كبيرة نوعًا ما وتوفر عددًا كبيرًا من مواقع الفسفرة التنظيمية. حددت سارة دن مواقع فسفرة Ser / Thr & gt30 في الفئران Irs2 ، لكنها ركزت على Ser965 ، الذي تم العثور عليه في حالة الفسفرة بمستويات عالية في الحالة القاعدية للخلايا المتعطشة للمصل وزاد قليلاً عند العلاج بالأنسولين. تعتمد أحداث الفسفرة القاعدية والمحفزة بالأنسولين على سلسلة كيناز ERK / MAP ، وتعد الفسفرة القاعدية في هذا الموقع ضرورية لوظيفة IRS2. تلعب MAPKs الأخرى ، مثل JNK ، أدوارًا تفاضلية وهي مطلوبة من أجل الفسفرة التي يسببها عامل النمو. ركز رونالد كان أيضًا على سلسلة نقل إشارات مستقبلات الأنسولين. وشدد على "العقد الحرجة" IRS و PI3K و AKT لأن الثلاثة جميعها ضرورية لعمل الأنسولين ، ولديهم العديد من الأشكال الإسوية ، ويلعبون أدوارًا إيجابية وسلبية ، ويتحدثون مع بعضهم البعض. يتكون PI3K من وحدة فرعية حفزية p110 ووحدة فرعية تنظيمية p85. ومن المثير للاهتمام أن الفئران التي تم إخراجها من فئة Pik3r1 (p85α) أو Pik3r2 (p85β) تُظهر حساسية محسّنة للأنسولين. بالإضافة إلى ذلك ، تعرض الفئران الفارغة Pik3r1 نقص السكر في الدم ونقص أنسولين الدم وانخفاض إنتاج الجلوكوز الكبدي. تقلل الفئران القاضية Pik3r1 من نشاط JNK ولديها حالة فسفرة منخفضة من Ser307 على IRS1 استجابة للأنسولين. إعادة التكوين الفيروسي لـ p85 ينقذ نشاط JNK وفسفرة Ser307 على IRS1.

لطالما كان نقل إشارة الأنسولين في المحيط هو المجال الوحيد لعمل الأنسولين. ومع ذلك ، فإن البيانات المثيرة الحديثة حول التأثيرات المركزية للأنسولين تسلط الضوء على الدور المهم لعمل الأنسولين في الدماغ. تحدث لوتشيانو روسيتي بالتفصيل عن إشارات الأنسولين في منطقة الوطاء القاعدية الوسطى (MBH) وتأثيرها على تكوين السكر في الكبد. إن استخدام منشط PI3K أو حقن PtdIns (3،4،5) P3 في منطقة ما تحت المهاد يحاكي تأثيرات الأنسولين على قمع التعبير الجيني للجلوكوز وإنتاج الجلوكوز في الكبد. تم تثبيط هذه التأثيرات في قناة Sur1-KATP (- / -)

الفئران وأيضًا في Akt2 (- / -) ، ولكن ليس في Akt1 (- / -) ، الفئران. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإفراط في إطعام الفئران لمدة 3 أيام يحفز مقاومة الأنسولين في الكبد ، والتي يتم تخفيفها جزئيًا عن طريق تسريب PtdIns (3،4،5) P3 في منطقة ما تحت المهاد ويتم استعادتها بالكامل باستخدام الديازوكسيد. لذلك ، يبدو أن الإشارات المعيبة من الدماغ إلى الكبد هي حدث مبكر في تطور مقاومة الأنسولين. تشمل الأهداف النهائية الأخرى لعمل الأنسولين عوامل نسخ Foxo. ناقش دومينيكو أكسيلي دور عوامل نسخ رأس الشوكة في مرض السكري والسمنة ، مع التركيز على دور بروتين رأس الشوكة FoxO1 في حماية خلايا البنكرياس من الإجهاد التأكسدي. يشكل FoxO1 مركبًا مع بروتينين آخرين ، Pml و Sirt1 ، من أجل تنشيط العوامل المشاركة في نسخ جين الأنسولين ، مثل MafA. يعزز الجلوكوز أستلة FoxO1 ، والذي يستهدفه إلى أجسام PML في النواة ويحميها من التحلل بوساطة ubiquitin. خارج مسار تحويل إشارة الأنسولين ، يلعب FoxO1 أيضًا دورًا في مسار اللبتين. أدى الإفراط في التعبير الغدي للفيروس عن FoxO1 النشط بشكل أساسي إلى فقدان عمل اللبتين في الخلايا العصبية AGRP ، من خلال آلية قد تنطوي على منافسة مع Stat3 للارتباط بمروجي AGRP و POMC. ينتج عن الإفراط في التعبير عن FoxO1 أيضًا تراكم الدهون في الكبد ، وزيادة إفراز VLDL ، وزيادة تخليق الدهون الثلاثية ، وانخفاض أكسدة FFA.

كيناز البروتين المنشط AMP (AMPK) هو إنزيم يعمل كمقياس للوقود ، يتم تنشيطه في حالات الطاقة المنخفضة. يمكن لـ AMPK تعديل مسارات التمثيل الغذائي المتنوعة.في الكبد ، يؤدي تنشيط AMPK إلى زيادة أكسدة الأحماض الدهنية ويقمع تكوين السكر وإنتاج الكوليسترول والدهون الثلاثية. وصف روبن شو تنظيم AMPK واستتباب الجلوكوز في الكبد بواسطة سيرين / ثريونين كيناز ، LKB1 ، ومتطلباته للتأثيرات المفيدة للميتفورمين. مطلوب LKB1 من أجل الفسفرة وتنشيط AMPK في الكبد ، ولكن ليس في العضلات. الفئران ذات الضربة القاضية الخاصة بالكبد من LKB1 قللت من P-AMPK وزادت من تعبير PGC-1α و G6Pase ، كما أنها تعاني من فرط سكر الدم وعدم تحمل الجلوكوز. بالإضافة إلى ذلك ، في كبد هذه الفئران ، يكون المنشط المشترك CREB TORC2 ناقص الفسفرة على Ser171 ، مما يؤدي إلى زيادة نشاط TORC2 و CREB والتعبير الجيني اللاحق لـ PGC-1α والتعبير الجيني المولّد للجلوكوز. قلل TORC2 RNAi من تعبير PGC-1α في الكبد ومستويات الجلوكوز في الدم في الفئران التي خرجت منها ضربة قاضية. وبالتالي يؤدي LKB1 إلى تنشيط AMPK و Sik2 ، مما يؤدي بعد ذلك إلى الفسفرة والاستبعاد النووي لـ TORC2 و CREB وتقليل التعبير عن الجينات PGC-1α والجينات المولدة للجلوكوز. ركز ماركوس ستوفيل على عامل النسخ المنظم بالأنسولين FoxA2 ، والذي يتم فسفرته بواسطة Akt في البقايا الحرجة والمحفوظة Thr156. في الفئران البرية ، الأنسولين فسفوريلات FoxA2 ويستبعده من النواة ، مما يؤدي إلى تثبيط نسخ الجينات الكيتونية والمحللة للدهون المستهدفة في الكبد. عندما يتم التعبير عن متحولة T156A FoxA2 التي لا يمكن فسفرتها ، هناك زيادة في الجينات المحللة للدهون ، وأكسدة الميتوكوندريا ، والجينات المولدة للكيتون. التعبير الفيروسي الغدي عن هذا متحولة في كبد ob / ob خفضت الفئران مستويات الجلوكوز والأنسولين في البلازما وزادت من استهلاك الأكسجين وإنتاج الحرارة. علاوة على ذلك ، يبدو أن FoxA2 مطلوب لتعبير ApoM وتشكيل ما قبل HDL اللاحق. لذلك ، يؤدي انخفاض نشاط FoxA2 إلى عكس تدفق الكوليسترول. تم عرض نتائج إضافية تشير إلى أن فسفرة FoxA2 تعتمد على IRS1 أو IRS2 ، بينما تعتمد فسفرة FoxO1 بشكل صارم على IRS2.

ناقش تاكاشي كادواكي الاختلافات في إشارات الأديبونيكتين الكروية والطول الكامل: يؤثر أديبونيكتين كامل الطول على الكبد والعضلات ، ويشير في الغالب من خلال مستقبل الأديبونيكتين -2 (أديبو آر 2) ، ويؤدي إلى زيادة نشاط AMPK و PPARα وزيادة أكسدة الأحماض الدهنية في يؤثر الأديبونكتين الكروي في الكبد على العضلات فقط ، ويشير في الغالب من خلال مستقبل الأديبونكتين -1 (adipoR1) ، ويؤدي إلى تنشيط p38 MAPK و AMPK وزيادة أكسدة الأحماض الدهنية. ناقش نماذج الضربة القاضية من adipoR1 و adipoR2 وأنماطها الظاهرية الأيضية ، بالإضافة إلى البيانات المقدمة عن الفئران ذات الضربة القاضية المزدوجة adopoR1 / 2. هذه الفئران قابلة للحياة ، وهو اكتشاف يختلف عن البيانات التي قدمها فيل شيرير ، الذي أظهر أن الفئران ذات الضربة القاضية المزدوجة ليست قابلة للحياة في يديه. يمكن تفسير الاختلافات في الجدوى من خلال استراتيجيات الضربة القاضية المختلفة المستخدمة ، نظرًا لأن مجموعة Kadowaki حددت مستويات منخفضة من الرسائل المقسمة بدلاً من ذلك في الفئران ذات العدم المزدوج ، مما قد يفسر سبب تمكن هذه الفئران من البقاء على قيد الحياة. لا يزال يتعين الإجابة على العديد من الأسئلة فيما يتعلق بكيفية نقل هذه المستقبلات لإشارة الأديبونكتين إلى السيتوبلازم ، وما هي خصوصيتها ، وما إذا كانت توجد مستقبلات إضافية للأديبونكتين أم لا. ومع ذلك ، فقد وصفت العديد من المجموعات أن الأديبونكتين ينشط AMPK بشكل فعال في عدد من أنواع الخلايا المختلفة ، وبالتالي يؤثر إيجابًا على استقلاب الطاقة الخلوية. ناقش Juleen Zierath آلية تنشيط AMPK المستقلة عن adiponectin يمكن تنشيط AMPK دوائيًا بواسطة 5-aminoimidazole-4-carbox-amide-1-β-4-ribofuranoside (AICAR) ، وهو فسفرته في الجسم الحي لـ AMP التناظري AICAR - مونوفوسفات (ZMP). يؤدي العلاج باستخدام AICAR إلى تطبيع مذهل لمستويات الجلوكوز في الدم وتحمل الجلوكوز في ob / ob الفئران بعد العلاج في الجسم الحي ، مما يوفر دليلًا على أن استهداف مسار AMPK يحسن بشكل فعال عيوب التمثيل الغذائي في مرض السكري.


DAMPs المتقدرية المتداولة: أكثر بكثير من الجزيئات المشتقة من النفايات

بالاتفاق مع "نظرية الخطر" الأصلية للالتهاب ، 46 تم العثور على العديد من المتلازمات التي تتميز بالاستجابة الالتهابية الجهازية ، بما في ذلك الصدمات وفيروس نقص المناعة البشرية والسرطان ، لتكون مرتبطة بمستويات متزايدة من DAMPs المنتشرة في الميتوكوندريا. 15،57،58

ومن المثير للاهتمام ، مع السيتوكينات المنشطة للالتهابات (على سبيل المثال، IL6 ، عامل نخر الورم ألفا [TNF-α] ، المنظم على تنشيط الخلايا التائية العادية التي يتم التعبير عنها وإفرازها [RANTES] ، ومضاد مستقبلات IL1) ، تم العثور على زيادة مستويات جزيئات mtDNA المنتشرة بعد سن 50. 59 في في هذا السياق ، فإن اكتشاف زيادة إنتاج TNF-α بعد تعرض الخلايا الوحيدة لتركيزات mtDNA مماثلة لتلك التي تم اكتشافها في الجسم الحي يدعم فكرة تداول mtDNA كعامل يساهم في الالتهاب الجهازي أثناء الشيخوخة ("الشيخوخة الالتهابية"). 59

تم اقتراح TFAM مؤخرًا ليكون بمثابة DAMP للميتوكوندريا في كل من القوارض والبشر. تظهر الأرومات الليفية الجنينية في الماوس 60 التي تعبر عن أليل TFAM واحد فقط انخفاضًا بنسبة 50 ٪ في محتوى mtDNA المرتبط بالتنشيط التأسيسي لمسار cGAS-STING-IRF3. علاوة على ذلك ، تعمل TFAM كاستجابة محددة مسببة للالتهابات والسمية للخلايا في في المختبر نماذج من الخلايا الدبقية الصغيرة في الدماغ البشري. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن TFAM مناسب أثناء الالتهاب من خلال تعديل ارتباطه بـ mtDNA. في الواقع ، شاركت TFAM في إعادة توجيه mtDNA المؤكسد إلى الليزوزومات من أجل التحلل في العدلات. 16 إن قذف النيوكلييدات المؤكسدة بواسطة العدلات في مرض الذئبة الحمراء يمثل منشطًا قويًا لجهاز المناعة. 16

الالتهاب الجهازي هو سمة معروفة للعديد من الاضطرابات العضلية الهيكلية. في الآونة الأخيرة ، تم توثيق متلازمة الاستجابة الالتهابية الجهازية الناشئة عن الكسور (SIRS) ، والتي تتميز بمستويات متزايدة من mtDNA الخالي من الخلايا ، في المرضى الذين يعانون من كسر في الورك. 62 في مثل هذا السياق ، يبدو أن mtDNA المنتشر يعزز تطور الالتهاب عن طريق تجنيد الكريات البيض. 62 من الجدير بالذكر أنه تم تحديد تعديلات معينة لمحور MQC في خزعات العضلات التي تم الحصول عليها من مرضى كسر الورك القدامى. 63 مجتمعة ، تشير هذه النتائج إلى وجود رابط وظيفي بين الخلل الوظيفي العضلي في الميتوكوندريا والالتهاب الجهازي ، ربما بوساطة إطلاق mtDNA في الدورة الدموية. على العكس من ذلك ، فإن التمارين الهوائية المعتدلة ، وهي تدخل مضاد للالتهابات معروف ، 64 تقلل من مستويات mtDNA الخالية من الخلايا في البالغين الأصحاء. 65

على الرغم من الأدلة التي تدعم mtDNA الخالي من الخلايا و mtDNA المرتبط بـ TFAM مثل DAMPs ، فإن الآلية الدقيقة لإيصال mtDNA إلى العصارة الخلوية ثم في الدورة الدموية غير معروفة حاليًا. كما استعرض بأناقة سافدار وزملاؤه 66 ، فإن إحدى الآليات التي تتواصل من خلالها الخلايا حقيقية النواة مع بعضها البعض هي نظام إشارات يعتمد على طرد البروتينات التي تحتوي على تسلسل استهداف إفراز. 67 لكون البروتينات والجزيئات الكبيرة الأخرى (بما في ذلك mtDNA) قابلة للتغير داخل البيئة خارج الخلية ، فقد تفرز داخل حويصلات غشائية صغيرة خارج الخلية. 68-70 يُعتقد أن نظامًا من الحويصلات يسمى exosomes يستخدم مثل هذا المسار لإطلاق مجموعة من الجزيئات (اكسيركينس) في العضلات تحت تمرين التحمل. 66 إكسيركينس المساهمة في التوسط في التأثير المفيد للتمرين من خلال السماح بالتكيفات المنهجية من خلال إشارات الأوتوكرين ، والباراكرين ، و / أو الغدد الصماء. 66 ومن المثير للاهتمام ، أنه تم تحديد mtDNA الخالي من الخلايا بين الجزيئات التي تم إطلاقها عبر exosomes. 66 بغض النظر عن الآليات الفعلية التي تولد وتطلق DAMPs ، والتي تتجاوز الغرض من هذه المراجعة ، فقد ثبت أن تراكمها ينشط الخلايا الضامة المقيمة في الأنسجة ويفضل أيضًا تسلل خلايا الدم البيضاء في الأنسجة. 71

تم إثبات تورط الخلل الوظيفي في الميتوكوندريا والالتهاب في التسبب في اضطرابات هزال العضلات. ومع ذلك ، ما إذا كان وكيفية مشاركة DAMPs الميتوكوندريا في الاستجابة الالتهابية المرتبطة بهذه الحالات غير معروف حاليًا. يعد وجود الحديث المتبادل بين الميتوكوندريا والجسم الملتهب مجالًا واعدًا للغاية للتحقيق ، خاصة في سياق اضطرابات الهزال العضلي.


Nrf2 والتعرض للإشعاع

في مقالتين نُشرا في عام 2010 ، تم الإبلاغ عن أن تعريض خلايا وأنسجة الثدييات للإشعاع أدى إلى تنشيط النسخ بوساطة Nrf2 للعديد من البروتينات المضادة للأكسدة. وهكذا ، تسوكيموتو وآخرون. (46 ) أظهر أن تعرض خلايا البلاعم الخام 264.7 من الفئران لجرعة منخفضة من الأشعة في النطاق 0.1-2.5 Gy تسبب في زيادة مبكرة (1-2 ساعة) تعتمد على الجرعة في مستويات Nrf2 السيتوبلازمية وكذلك تراكمها النووي بمقدار 4 ساعات و الارتفاع المقابل لمستويات HO-1 بمقدار 24 ساعة. ماكدونالد وآخرون. (5 ) لوحظ بالمثل تحريض الجين المعتمد على Nrf2 / ARE بعد التشعيع ، وإن كان مع حركية متأخرة بشكل ملحوظ ، في العديد من أنواع الخلايا. على الرغم من تعرض خط خلية مراسل ARE-luciferase المعبر بشكل ثابت MCF7-AREc32 (المشتق من خط خلايا سرطان الثدي البشري MCF7) إما لجرعة واحدة من الإشعاع في النطاق 0.05-10 Gy أو لثلاثة كسور يومية من 0.5 أو 2 أو 4 لم يزيد Gy بشكل كبير من تعبير luciferase في 24 ساعة بعد الانتهاء من التشعيع ، لوحظ تنشيط يعتمد على الجرعة في الخلايا التي تتلقى خمسة كسور يومية من 0.5 أو 1 أو 2 أو 3 أو 4 Gy وتم تقييمها عند 3 ساعات بعد الجرعة النهائية (5 ). تم تأكيد الطبيعة المتأخرة لهذا التنشيط من خلال الملاحظة التي تشير إلى أن الجرعات المفردة من 2-8 Gy قد عززت بالفعل إشارة مراسل ARE في الأيام 5-15 بعد التشعيع قبل أن تهدأ ، مما يشير إلى أنها تمثل استجابة مضادة للأكسدة من الدرجة الثانية. أظهرت الخلايا الليفية لجنين الفئران من النوع البري (MEFs) و NIH-3T3 الخلايا الليفية الفأرية والخلايا التغصنية للفئران DC2.4 (ولكن ليس Nrf2-knockout MEFs) نمطًا مشابهًا من تأخر تحريض mRNAs لاثنين من الجينات الخاضعة للتنظيم Nrf2 ، HO-1 و GSTA2 ، بعد جرعات مفردة أو مجزأة. شوهدت الزيادات المقابلة في مستويات بروتين HO-1 في MEFs من النوع البري ، و NIH-3T3 وخلايا نخاع عظم الفئران الأولية ، ولكن مرة أخرى ليس في Nrf2-knockout MEFs. زاد نشاط GSH الوظيفي في اليوم الخامس بعد جرعة واحدة من 8 Gy بنسبة ∼50 ٪ في MEFs من النوع البري (ولكن ليس في Nrf2-knockout). لوحظت ردود مماثلة في الجسم الحي في C57BL / 6 الفئران بعد خمسة كسور 2 Gy يوميًا ، حيث زاد التعبير الجيني HO-1 الطحالي (ولكن ليس GSTA2) بشكل ملحوظ. أظهرت الفئران Nrf2-knockout MEFs و C57BL / 6 حساسية إشعاعية متزايدة مقارنة بنظرائهم من النوع البري (5 ). كان تنشيط Nrf2 في MEFs بعد تشعيع 8 Gy مرتبطًا مؤقتًا بإنتاج ROS المتأخر ، وبلغ ذروته عند ∼5 أيام ، مع زيادة تحريض ROS بشكل كبير في Nrf2-knockout MEFs (5 ).

وصفت الدراسات اللاحقة التي تم الإبلاغ عنها السمات المظهرية والميكانيكية لاستجابة Nrf2 للإشعاع في أنظمة نموذجية مختلفة فيما يتعلق بتعزيز بقاء الخلية. تمت مراجعة العديد من هذه الدراسات بواسطة Sekhar و Freeman (37 ). على سبيل المثال ، تبين أن تنشيط إشارات Nrf2 / ARE يقلل من أنواع ROS داخل الخلايا ويمنح مقاومة إشعاعية في الخلايا الليفية والخلايا الظهارية في الشعب الهوائية والثدي وخلايا البروستات DU145 والورم الأرومي الدبقي وخلايا سرطان الرئة الحرشفية. تؤدي ضربة قاضية أو تثبيط Nrf2 في خطوط الخلايا السرطانية البشرية عادةً إلى ارتفاع مستويات ROS والتحسس الإشعاعي ، كما حدث في Nrf2-knockout MEFs. بشكل جماعي ، تشير هذه النتائج إلى أن Nrf2 يعزز بالفعل استجابة مؤيدة للبقاء في الخلايا المشععة. تم إجراء ملاحظات مماثلة في في الجسم الحي النماذج ، بما في ذلك الحساسية الراديوية المتزايدة لفئران Nrf2-knockout (37 ). بالإضافة إلى الاستجابات المضادة للأكسدة ، تشارك بعض الإنزيمات التي تنظمها Nrf2 / ARE في إصلاح تلف الحمض النووي الناجم عن الإشعاع / ROS ، مثل بروتين BER 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) وبروتين إعادة التركيب المتماثل (HRR) RAD51 (47 ) علاوة على ذلك ، قد تؤثر التفاعلات بين Nrf2 وعوامل مثل البروتين المرتبط بـ p53 1 (53BP1) وبروتين سرطان الثدي 1 (BRCA1) على الاختيار الخلوي لمسار إصلاح كسر الشد المزدوج (DSB) ، أي الانضمام غير المتماثل لنهاية ( NHEJ) مقابل HRR (37 ). سيخار وفريمان (37 ) أكدوا أيضًا على أهمية السيتوكينات الالتهابية في الاستجابة الإشعاعية للأنسجة الطبيعية و Nrf2 في تنظيم التعبير الخلوي ، واقترحوا أن الدور الداعم للبقاء لـ Nrf2 مرتبط بقدرته على تعديل استجابة السيتوكينات المؤيدة للالتهابات التي يمكن أن تولد ROS كمؤثر ضد التحدي الميكروبي. العديد من الدراسات المنشورة باستخدام أنواع مختلفة من الخلايا [على سبيل المثال ، (46, 48, 49 )] تشير أيضًا إلى أن تنشيط Nrf2 الناجم عن الإشعاع والتأثيرات النهائية يمكن تثبيتها بواسطة مثبطات بروتين كيناز (MAPK) 1/3 مثل U0126 أو ضربة قاضية لـ shRNA MAPK ، مما يشير إلى أن هذا المسار قد يلعب دورًا رئيسيًا في هذه الاستجابة .

لقد تم أيضًا تحريض مضادات الأكسدة بوساطة Nrf2 في الاستجابة التكيفية المذكورة أعلاه للإشعاع حيث يمكن للخلايا الأولية بجرعة منخفضة من الإشعاع أن تستدعي مقاومة لجرعة التحدي الأعلى التي يتم تسليمها بعد عدة ساعات. ومع ذلك ، فإن تحديد آلية هذا التأثير معقد ليس فقط لأنه لا يتم ملاحظته عالميًا (20 ) ولكن أيضًا لأن العديد من العمليات المساهمة من المحتمل أن تعدل الاستجابات التكيفية ، بما في ذلك إصلاح الحمض النووي ، ونقاط فحص دورة الخلية ، وبروتينات مرافقة الإجهاد ومسارات الإشارات بين الخلايا التي تتضمن ، على سبيل المثال ، p53 و MAPK1 / 3 (50 ). برافارد وآخرون. (51 ) فحص تأثير rays على نشاط ومستويات البروتينات المضادة للأكسدة المختلفة في خلايا الخلايا الليمفاوية البشرية AHH-1 باستخدام نموذج تكيفي من جرعة تمهيدية 0.02 Gy تليها 6 ساعات لاحقًا بجرعة تحدي 3 Gy. على الرغم من أن الجرعة الأولية نفسها كان لها تأثير ضئيل ، إلا أن الخلايا المكيفة أظهرت نشاطًا / مستويات مرتفعة قليلاً من SOD2 و GST و GPx و catalase مقابل خلايا التحكم في 3 ساعات بعد جرعة التحدي 3 Gy ، مما يشير إلى أن مثل هذه الأحداث قد تساهم في التكيف. وبالمثل ، فإن توصيل جرعة تمهيدية مقدارها 5 cGy إلى AG1522 الخلايا الليفية لجلد الإنسان الطبيعي تسبب في انتقال Nrf2 من السيتوبلازم إلى النواة وتحريض جين HO-1 والبروتين ، والذي يُفترض أنه ساهم في التكيف الملحوظ مع جرعة تحدي 2 Gy لاحقة من الأشعة السينية بعد 12 ساعة (52 ). في المقابل ، ميورا (50 ) لم يبلغ عن أي تغييرات في نشاط GST و GSR والكتلاز في الخلايا الدبقية للجرذان التي تتلقى جرعة تمهيدية 0.1 Gy 3 ساعات قبل جرعة تحدي 2 Gy. على الرغم من أنه في الحالتين الأخيرتين لم يتم إثبات الاستجابة التكيفية المظهرية ، فهناك دليل على أن Nrf2 يستجيب للإشعاع بجرعة منخفضة. على سبيل المثال ، في الخلايا الجذعية المكونة للدم البشرية (HSCs) ، كانت فرط الحساسية للجرعات المنخفضة من الإشعاع تعتمد على المستويات الفورية المتزايدة من ROS التي تنشط مسار مضادات الأكسدة Keap1-Nrf2 مما يؤدي إلى الالتهام الذاتي (52 ).

من الواضح أن الاستجابة التكيفية للإشعاع متعددة العوامل والمناقشة الآلية الواسعة خارج نطاق هذه المراجعة. هنا ، نأخذ في الاعتبار دراستين تم نشرهما مؤخرًا ألقتا بعض الضوء على دور Nrf2 في مثل هذه الاستجابات. أولاً ، الدراسات الموصوفة حتى الآن تضمنت عادةً حزمًا منخفضة LET (الأشعة السينية أو الأشعة). في دراستهم المنشورة ، تشين وآخرون. (53 ) فحص ما إذا كانت جسيمات LET α العالية قد أثارت استجابة تكيفية مماثلة في خلايا سرطان الرئة البشرية A549 ، وإذا كان الأمر كذلك ، فهل يمكن أن يلعب تحريض مضادات الأكسدة بوساطة Nrf2 دورًا في ذلك. كانت استجابة تكيفية واضحة لجزيئات ألفا (زيادة في بقاء الخلية) واضحة في الخلايا التي تتلقى جرعة تمهيدية من 5 cGy تم تسليمها 6 ساعات قبل جرعة التحدي 75 cGy. شوهد ارتفاع Nrf2 وتراكمه في النواة وكذلك التنشيط النسخي للجين المستهدف HO-1 في 6 ساعات بعد 5 إشعاع cGy. أيضًا ، انخفضت مستويات DSB (بؤر γ-H2AX) في 3 ساعات بعد جرعة التحدي 75 cGy في الخلايا التي تلقت جرعة تمهيدية 5 cGy مقارنة بالخلايا غير الجاهزة ، مما يُفترض أنه يعكس إصلاح الحمض النووي المحسن. أدت ضربة قاضية لـ Nrf2 باستخدام shRNA إلى كبت الاستجابة التكيفية ، كما فعل مثبط MAPK1 / 3 U0126. كما أدى مثبط الالتهام الذاتي 3-ميثيل أدينين و ROS scavenger n -acetyl cysteine ​​إلى منع الزيادة في مستويات Nrf2 و HO-1 والاستجابة التكيفية ، مع منع الأخير أيضًا استجابة الالتهام الذاتي. بشكل جماعي ، تشير هذه الملاحظات إلى أن الاستجابة التكيفية لجزيئات α في خلايا A549 تتم بوساطة ارتفاع ROS والالتهام الذاتي وتفعيل مسار مضادات الأكسدة Nrf2 ، والذي يشبه إلى حد بعيد النتائج في الخلايا الجذعية السرطانية البشرية (52 ). ثانيًا ، يبدو أن هناك جانبًا أكثر عمومية للتكيف بوساطة Nrf2 من حيث جرعة الأشعة السينية لكامل الجسم من 7.5 cGy المعطاة للفئران المصابة بداء السكري C57BL / 6J في 1 أو 3 كسور يومية (ولكن ليس 1 × 2.5 cGy) كان قادرًا على الحماية من مظاهر إصابة مرض السكري المرتبطة بتوليد ROS المفرط في الكلى (54 ). أدت الجرعة الأولية إلى زيادة تعبير Nrf2 في الكلى عند 3-6 ساعات بعد التشعيع بالإضافة إلى وظيفة Nrf2 ، كما يتضح من مستويات مضادات الأكسدة في مجرى النهر (NQO1 عند 3-6 ساعات و HO-1 عند 3-9 ساعات) كما أنها خففت أيضًا بشكل مختلف. مظاهر التلف التأكسدي الناجم عن مرض السكري (التهاب ، خلل وظيفي).

التنظيم الخلوي لـ Nrf2 هو في الواقع أكثر تعقيدًا مما هو مذكور أعلاه. في الواقع ، هناك دليل على الحديث المتبادل بين بروتينات استشعار الإجهاد التأكسدي Ref1 و Nrf2. على سبيل المثال ، تم الإبلاغ عن أن المرجع 1 ينظم بشكل سلبي Nrf2 في مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا عبر وظيفة الأكسدة والاختزال الخاصة به (55 ). تم اقتراح بروتينات سيسترين الموصوفة سابقًا لتحفيز استجابة مضادات الأكسدة التي تتم بوساطة Nrf2 عن طريق تعزيز تعطيل تفاعل Keap1-Nrf2 عبر بروتين p62 / SQSTM1 (عنصر عزل 1) ، وبالتالي تعزيز التحلل الذاتي لـ Keap1 (56 ). كلا الجينين p62 و sestrin2 هما في حد ذاته أهداف نسخية لـ Nrf2 ، مما أدى إلى حلقة تغذية مرتدة إيجابية. تجدر الإشارة أيضًا إلى أن الاستجابة التماثلية الخلوية للإشعاع / الإجهاد بوساطة ROS تتضمن عنصرًا حاسمًا من الحديث المتبادل بين مسارات Nrf2 و p53-p21 WAF1. سيتم مناقشة هذه التفاعلات لاحقًا.

هناك نقطة أخيرة ولكنها مهمة تتعلق بحركية تحريض Nrf2 بالإشعاع في أنظمة نموذجية مختلفة. على الرغم من أن التقريرين الأوليين لهذا المعنى (5, 46 ) سلط كلاهما الضوء على أهمية تحريض Nrf2 في الاستجابة الخلوية للإشعاع ، كما أشاروا إلى حركية تنشيط مختلفة جدًا. في حين لوحظ تسوكيموتو تحريض سريع (24 ساعة) للأحداث التي تعتمد على Nrf2 / ARE عن طريق التعرض. وآخرون. (46 ) في الفئران الخام 264.7 خلايا بلاعم وفي الدراسات اللاحقة مع مجموعة متنوعة من خطوط الخلايا البشرية ، ماكدونالد وآخرون. (5 ) وجد أن الحث كان ضئيلًا عند أقل من 48 ساعة في عدة أنواع من الخلايا ويتطلب تأخيرًا لمدة 5 أيام للظهور بالكامل. ومع ذلك ، رودريغز موريرا وآخرون. (52 ) تشير إلى حالة متكررة من الإجهاد التأكسدي المستمر التي قد تدفع موجات متأخرة من تحريض Nrf2. قد يكون هذا ناتجًا عن موجات من موت الخلايا وتكوين النوى الصغيرة ويعتمد على اختلافات خط الخلية المتعلقة بمصير الخلية ، على سبيل المثال ، التنشيط المتأخر الذي شاهده ماكدونالد وآخرون. (5 ) يبدو أنه يعكس إنتاج ROS متأخرًا بوساطة إنزيم مرتبط بالشيخوخة التي يسببها الإشعاع (وهو شكل من أشكال توقف نمو الخلايا سيتم مناقشته أدناه) ، والذي يثبطه Nrf2 بشكل عام.في الخلايا الكيراتينية ، على سبيل المثال ، يرتبط الشيخوخة المستحثة بالإشعاع بمستويات ROS المتزايدة في أربعة أيام بعد التشعيع بسبب تنشيط الإنزيمات مثل بروتينات NOX ، والأحداث التي يتم حظرها بواسطة منطقة B lymphoma Mo-MLV إدراج 1 homolog (Bmi-1 ) بروتين مركب متعدد الخلايا ينظم ، من بين أنشطة أخرى ، مستويات الإجهاد التأكسدي للميتوكوندريا ويزيد من مقاومة الإشعاع (57 ). يمكن أن يؤدي الشيخوخة أيضًا إلى اتخاذ قرارات بشأن مصير الخلية المرتبطة بإعادة البرمجة حيث يبدو أن Nrf2 يلعب دورًا مهمًا. على وجه الخصوص ، Nrf2 ، الذي ربما يكون ناتجًا عن إنتاج ROS المتأخر ، ينسق التحول الأيضي من إنتاج الطاقة المؤكسدة إلى الحالة للجلوكوز المرتبط بإعادة برمجة الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (58 ) ويقود المسارات الابتنائية الضرورية لإعادة البرمجة الأيضية من خلال الاستخدام المعزز للجلوكوز ودورة فوسفات البنتوز (59–61 ) ، والذي يرتبط أيضًا بزيادة المقاومة الإشعاعية. على الرغم من أن التركيز هنا كان على دور Nrf2 في تنظيم توازن الأكسدة والاختزال ، إلا أن هذه الأدوار الإضافية في تنظيم مجموعة متنوعة من الإنزيمات الأيضية التي تساهم في التوليف السريع للجزيئات الكبيرة (على سبيل المثال ، عن طريق تنشيط الإنزيمات المشاركة في تخليق النوكليوتيدات) وتكاثر الخلايا بشكل واضح ذات الصلة في الاستجابة الخلوية للإجهاد التأكسدي. يعد دور Nrf2 ذا صلة أيضًا في الاستبدال المبكر للوحدات الفرعية البروتيازوم بعد التفكيك السريع الناتج عن الإشعاع لبروتيازوم 26S ، والذي يعتمد على خط الخلية ، ويفترض أنه يتم تنظيمه بواسطة الأكسدة والاختزال وحالة التمثيل الغذائي (62 ). في الواقع ، يمكن أن تكون استجابة Nrf2 المبكرة لهذا الغرض بالذات.


إخلاص الميتوكوندريا وخفة الحركة الأيضية يتحكمان في مصير الخلية المناعية ووظيفتها

مختبر بيولوجيا الميتوكوندريا والتمثيل الغذائي ، فرع القلب والأوعية الدموية ، المعهد القومي للقلب والرئة والدم ، المعاهد الوطنية للصحة ، بيثيسدا ، ماريلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية.

مراسلات العنوان إلى: Michael N. Sack ، مختبر بيولوجيا الميتوكوندريا والتمثيل الغذائي ، فرع القلب والأوعية الدموية ، معهد القلب والرئة والدم القومي ، المعهد الوطني للصحة ، المبنى 10CRC ، الغرفة 5-3150 ، 10 سنتر درايف ، بيثيسدا ، ماريلاند 20892 ، الولايات المتحدة الأمريكية. الهاتف: 301.402.9259 البريد الإلكتروني: [email protected]

تلعب إعادة تشكيل التمثيل الغذائي للميتوكوندريا دورًا مهمًا في تنظيم مصير الخلايا المناعية وتكاثرها ونشاطها. علاوة على ذلك ، نظرًا لأسلافهم البكتيرية ، فإن الاضطراب في إخلاص الميتوكوندريا الذي يؤدي إلى تسرب محتواها يؤدي إلى بدء المراقبة المناعية الفطرية وتضخيمها مع عدد لا يحصى من العواقب الفسيولوجية والمرضية. برزت التحقيقات في دور الميتوكوندريا في الجهاز المناعي ، وقد عزز تقدير وظيفة الميتوكوندريا ومراقبة الجودة في تنظيم المناعة من فهمنا لإحداث المرض وحدد أهدافًا جديدة لتعديل المناعة. تركز هذه المراجعة التي تركز على الميتوكوندريا على دور التمثيل الغذائي للميتوكوندريا والإخلاص ، بالإضافة إلى دور الميتوكوندريا كمنصة هيكلية للتحكم في قطبية الخلايا المناعية وتنشيطها وإشاراتها. كما تمت مناقشة الأمراض المرتبطة بالميتوكوندريا والاستراتيجيات العلاجية المستهدفة بالميتوكوندريا لإدارة هذه الحالات.

بالنظر إلى كثرة الميتوكوندريا داخل الخلايا ، افترض الطبيب والعالم الراحل لويس توماس أنه "يمكن أخذه كمستعمرة كبيرة جدًا متحركة من البكتيريا التي تتنفس" (1). في ذلك الوقت ، على الرغم من أصولها البكتيرية ، كان هناك القليل من التقدير للدور المتكامل للميتوكوندريا في تنظيم المناعة. اليوم ، اعترافنا بتأثير إخلاص الميتوكوندريا على وظيفة المناعة يمتد إلى ما بعد علم المناعة التقليدي ليشمل الاضطرابات المناعية المرتبطة بالميتوكوندريا التي تساهم في التهاب الأمراض التنكسية والمناعة الذاتية (2). في المقابل ، كان التعرف على الأسس الأيضية لوظيفة الخلايا المناعية واضحًا منذ القرن السادس عشر كما يتجلى من خلال إصرار القول بأن "تجويع الحمى وإطعام الزكام" يعجل الشفاء من الأمراض المعدية (3). تم التحقق من صحة مكونات هذا القول تجريبيًا (4) ، ويظهر الصيام المتقطع وتقييد السعرات الحرارية دليلًا على تثبيط الأمراض المرتبطة بالالتهابات (5-10).

يُطلق على مجال الدراسة الذي يستكشف الترابط بين التمثيل الغذائي ومصير الخلية المناعية ووظيفتها اسم التمثيل الغذائي المناعي (11-13). بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لاستمرار التواقيع البكتيرية داخل الميتوكوندريا ، تلعب مكونات الميتوكوندريا أدوارًا متنوعة في إطلاق برامج المراقبة المناعية (2 ، 14). تركز هذه المراجعة على جوانب بيولوجيا الميتوكوندريا والتمثيل الغذائي ، بالإضافة إلى دورها في الفيزيولوجيا المرضية للمرض وقدرتها على الاستهداف العلاجي.

اللدونة الأيضية ومصير الخلايا المناعية. تم استكشاف التحكم ثنائي الاتجاه بين التمثيل الغذائي الخلوي ومصير الخلية المناعية الفطرية والتكيفية ووظيفتها على نطاق واسع في تعديل استقطاب البلاعم وتمايز / تنشيط خلايا CD4 + T ، على التوالي (11-13). يتم تخطيط المسارات الأيضية التي تساهم في تنشيط الخلايا المناعية والتمايز في الشكل 1 أ ، ويتم تلخيص أمثلة على كيفية دعمها لمصير الخلايا المناعية هنا. من ناحية ، تستخدم البلاعم الالتهابية (M1) التحلل الهوائي لإنتاج الطاقة وتحويل الوسطاء المحللين للجليكوليت إلى مسار فوسفات البنتوز لتخليق NADPH. يتم تقويض NADPH بدوره بواسطة أوكسيديز NADPH لتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) لتسهيل التأثيرات المضادة للميكروبات (15). يعزز التفضيل المقابل لأكسدة الجلوتامين بالإضافة إلى ذلك إنتاج سلسلة نقل الإلكترون الميتوكوندريا (ETC) إنتاج ROS (16). من ناحية أخرى ، تعتمد الضامة المستقطبة (M2) بشكل أكبر على التمثيل الغذائي المؤكسد للجلوكوز والدهون لتنظيم الوظائف الإصلاحية (17 ، 18). ومع ذلك ، فإن الحاجة إلى أكسدة الأحماض الدهنية في وظيفة البلاعم التعويضية قد تم الخلاف عليها مؤخرًا من خلال الملاحظات التي تفيد بأن الاضطراب الجيني لامتصاص الدهون في الميتوكوندريا البلاعم لم يمنع استقطاب M2 (19). وتجدر الإشارة إلى أن التصنيف الثنائي للبلاعم هو جزئيًا بناء تجريبي ، بالنظر إلى أن قطبية البلاعم عبارة عن طيف له عدة تواقيع مميزة وأنماط ظاهرية وظيفية بين هذه "الأقطاب" (20).

نظرة عامة على إعادة التشكيل الأيضي مع تمايز الخلايا المناعية وتنشيطها. نظرة عامة على إعادة التشكيل الأيضي مع تمايز الخلايا المناعية وتنشيطها. (أتشمل المسارات الرئيسية المرتبطة بالتمثيل الغذائي المناعي إنتاج الـ ATP من تحلل العصارة الخلوية أو من الفسفرة المؤكسدة للبيروفات والأحماض الدهنية والجلوتامين. ينتج أوكسيديز NADPH أو الميتوكوندريا عصاري خلوي ROS ، والتي يمكن أن تشير إلى البروتينات أو تؤكسدها أو تمارس تأثيرات مضادة للميكروبات. يتم إنشاء المواقع الرئيسية لإنتاج الميتوكوندريا ROS المرتبطة بالاستقلاب المناعي في المجمعين الأول والثالث من ETC. (ب) في الخلايا الوحيدة ، تتميز إعادة التشكيل الأيضي على نطاق واسع في التمايز بين مصائر الخلية M1 و M2. في خلايا CD4 + T ، تم استكشاف استقلاب المناعة على مستويات متعددة من التمايز والتكاثر والتفعيل والهجرة. لا يتم استكشاف التحكم في الاستقلاب المناعي للخلايا البائية بشكل جيد ، ومع ذلك ، فإن إعادة التشكيل الأيضي مهمة لمصائر الخلايا البائية المختلفة. منظمة الأغذية والزراعة ، أكسدة الأحماض الدهنية Glut Ox ، أكسدة الجلوتامين Gly ، تحلل الجلوكوز GO ، أكسدة الجلوكوز PPP ، مسار فوسفات البنتوز RET ، نقل الإلكترون العكسي في سلسلة نقل الإلكترون لتوليد ROS.

يعتبر الانتقال من خلايا CD4 + T الهادئة إلى المستجيب المنشط حدثًا يتطلب النمو والطاقة يتم تحقيقه جزئيًا عن طريق التحول من الفسفرة المؤكسدة التفضيلية إلى الاعتماد المتزايد على التحلل الهوائي ومسار فوسفات البنتوز وأكسدة الجلوتامين (21-24). على العكس من ذلك ، تحتفظ الخلايا التائية التنظيمية (Tregs) بالاعتماد على الفسفرة المؤكسدة (25) ، على الرغم من أنها تعتمد على تحلل السكر للهجرة (26).

يتضح المتطلب الوراثي لهذه التأثيرات التنظيمية الأيضية على مصير الخلايا المناعية حيث يضعف الاضطراب التجريبي لامتصاص الجلوكوز تكاثر الخلايا التائية المستجيبة وتنشيطها (21) ويعزز تعزيزها وظيفة الخلايا التائية المؤثرة (27) وقطبية البلاعم الالتهابي (28). يتم التحقق من صحة هذا الاعتماد على التفضيل الأيضي المحدد من خلال تعزيز استقطاب M2 عن طريق الحث التجريبي لأكسدة الجلوكوز (18) ، ومن خلال تسهيل استقطاب M1 عن طريق الاضطراب الجيني لعملية التمثيل الغذائي المؤكسد وتعزيز تحلل السكر (29).

يمتد توصيف استقلاب المناعة إلى خلايا مناعية أخرى ، وتفضيلات التمثيل الغذائي تدعم الوظيفة المناعية للخلايا المتغصنة (30) وسكون الخلايا البائية ، والتكاثر ، والقدرة على إنتاج الأجسام المضادة ، والبقاء على قيد الحياة (31 - 35). كما تمت مناقشته في القسم الأخير من هذه المراجعة ، يتم اختبار العلاجات لتعديل تفضيل الركيزة في الأمراض المرتبطة بالخلايا التائية والبائية مثل الذئبة الحمامية الجهازية. ويرد في الشكل 1B تلخيص تخطيطي لروابط إعادة عرض التمثيل الغذائي لمصير الخلية المناعية.

دورة TCA "تجزئة" في تنشيط المناعة. تولد دورة حمض الكربوكسيل (TCA) مكافئات مختصرة لوظيفة ETC من خلال أكسدة أسيتيل CoA المشتق من الجلوكوز والدهون والأحماض الأمينية. يعمل المستقبل الشبيه بالمناعة (TLR) وإشارات السيتوكينات (36) على تعطيل التدفق المنسق للمواد الوسيطة من خلال التراكم المحرض لـ TCA للمستقلبات المتميزة. إشارات عديدات السكاريد الدهنية (LPS) عبر TLR4 لتنظيم الجين المناعي 1 (IRG1) ، والذي يشفر إنزيمًا يفكك الكربوكسيل من مادة TCA الوسيطة رابطة الدول المستقلة- أكونيتاز لإنتاج حمض إيتاكونيك (37). يُظهر حمض إيتاكونيك نشاطًا مضادًا للميكروبات (37) وتأثيرات مضادة للالتهاب البلاعم (38) ويعمل كمثبط داخلي لهيدروجيناز السكسينات (SDH) (39). يؤدي تثبيط SDH ، بدوره ، إلى تعزيز تراكم السكسينات في دورة TCA بالإضافة إلى تثبيط المركب II من ETC (38). بالإضافة إلى ذلك ، فإن تراكم السكسينات يسهل معاملات السيتوكين المنبه للالتهابات IL-1β (40).

ومن المثير للاهتمام أن التعديل في التدفق الوسيط الأيضي عبر دورة TCA يتحكم أيضًا في قطبية البلاعم (41). هنا ، تمنح مستويات المستقلبات المحددة وظائف الضامة المتميزة ، كما يتضح من عمل السكسينات وأسيتيل CoA خارج الميتوكوندريا كوسائط رئيسية لوظيفة M1 المثلى. تعرض هذه الضامة مستويات نسخ منخفضة من نازعة هيدروجين الأيزوسترات (IDH) مع انخفاض نشاط إنزيم IDH (41). يؤدي هذا إلى تقليل تحويل السترات إلى α-ketoglutarate ، مما يؤدي إلى تراكم السيترات. تنتقل سترات الميتوكوندريا الزائدة إلى العصارة الخلوية من خلال حامل سيترات الميتوكوندريا (CIC). يعزز تحويل سيترات العصارة الخلوية إلى أسيتيل CoA إنتاج البروستاغلاندين المسبّب للالتهابات وأكسيد النيتريك و ROS (42). ومن المثير للاهتمام ، أن زيادة سترات الميتوكوندريا تخضع أيضًا لنزع الكربوكسيل لتوليد حمض إيتاكونيك ، والذي يعمل كما هو موضح أعلاه (37 - 39) ، والضربة القاضية الوراثية لـ CIC تضعف تنشيط M1 الناجم عن LPS (42). بدلاً من ذلك ، تؤدي زيادة استخدام الجلوتامين TCA إلى استقطاب M2 عن طريق تنظيم جينات ترميز TCA وإنتاج الكيماويات (41). تظهر الأدلة الحديثة أيضًا أن itaconate ألكيلات مباشرة بقايا السيستين على مثبط النسخ ، KEAP1. وهذا بدوره يمكّن من الحث النسخي لجينات الترميز المضادة للأكسدة والمضادة للالتهابات للحد من الالتهاب وتعديل النوع الأول IFN (43). مشتق ثنائي ميثيل من وسيط TCA آخر ، فومارات ، يعدل أيضًا عملية التمثيل الغذائي عبر آلية ما بعد الترجمة. هنا ، يعدل ثنائي ميثيل فوماريت بشكل تساهمي بقايا السيستين التحفيزية على إنزيم محلل السكر glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) في عملية تسمى "succination". هذا يحد من تحلل الجلوكوز في الخلايا النخاعية والليمفاوية ، مما يمنح تأثيرات مضادة للالتهابات (44). توضح هذه البيانات معًا تكامل التمثيل الغذائي ووظيفة الخلية المناعية حيث تؤدي الإشارات الالتهابية إلى حدوث تغييرات في التمثيل الغذائي الوسيط لتوليد المستقلبات التي تعمل كمحولات إشارة ومعدلات ما بعد الترجمة لتنظيم وظيفة الخلايا المناعية اللاحقة.

اضطرابات ETC في التحكم في الإشارات المناعية. تم التعرف على دور إشارات LPS في إضعاف ETC لعقود (45) ، وتم ربطه مؤخرًا بإنتاج ROS للميتوكوندريا الناجم عن LPS (46). تتمثل إحدى الآليات التي تقوم عليها رابطة LPS-ROS في أكسدة السكسينات المدفوعة بـ TLR4 والتي تنظم فرط استقطاب الميتوكوندريا مع إنتاج البلاعم الزائد المصاحب لـ ROS. تعمل برمجة الجين الالتهابي المستحث بـ ROS على تنظيم IL-1β ، كما أن تثبيط أكسدة السكسينات أثناء تنشيط TLR4 يعزز تواقيع التعبير الجيني المضاد للالتهاب مع تحريض السيتوكين الكنسي المضاد للالتهاب IL-10 (16). إن ملاحظة تخفيف هذا الجيل ROS عن طريق تثبيط مركب ETC بوساطة الروتينون (16) يشير إلى النقل الإلكترون العكسي (RET) كآلية لنشر معقد I ROS (47).

آلية أخرى تم تحديدها تعمل بعد تعرض البلاعم للعيش بكتريا قولونية أو الحمض النووي الريبي البكتيري. هنا ، تعزز المكونات البكتيرية تفكيك المركبات المتقدرية الفائقة مع تعطيل التنفس المعقد الأول (48). تعتمد هذه الآلية على توليد NADPH أوكسيديز ROS البلعومي لأكسدة البروتينات المعقدة I لتسهيل التفكيك المعقد (49). يعزز اضطراب المركب I بدوره زيادة التنفس من خلال المركب II بالتوازي مع تحريض IL-1β ، ويقلل تثبيط المركب II في ظل هذه الظروف IL-1β ويزيد مستويات IL-10 (48). ومن المثير للاهتمام أن تنشيط TNF-α بواسطة بكتريا قولونية مستقل عن نشاط المركب II ، وهو نتيجة متسقة مع الدراسات السابقة التي تبين أن إنتاج TNF-α كان أقل حساسية لتفضيل التمثيل الغذائي للبلاعم (40). والجدير بالذكر أن التفكيك المعقد I وارتباطه بتنشيط المركب II مستقلان عن إشارات LPS و TLR4 (48). على الرغم من أنه لم يتم التوفيق بين آليات إشارات TLR4 / RET (16) و RNA / NADPH oxidase الميكروبي ، إلا أنها تدعم بشكل جماعي أن العديد من آليات اضطراب ETC تنظم الالتهاب الناتج عن IL-1β. يلعب ROS المشتق من ETC دورًا مهمًا في تنشيط الخلايا التائية الخاصة بمستضد معين (50).

ينبع دور مكونات الميتوكوندريا في تنشيط المناعة جزئيًا من دمج تكاثر جواني بدائية النواة في بكتيريا (بدائية) أكثر تعقيدًا (51). أثناء التطور اللاحق إلى خلايا حقيقية النواة ، تم نقل غالبية الجينات البكتيرية المبتلة إلى الجينوم النووي (52). استمر الجينوم البكتيري المتبقي باعتباره جينوم الميتوكوندريا ، واحتفظت أشكال CpG ناقصة الميثيل للحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) بالخصائص المناعية لنماذج الحمض النووي CpG البكتيرية (53). ميزات الميتوكوندريا الإضافية التي تتضمن بكتيريا الفينوكوبي تخليق البروتين ، حيث يتم بدء ترجمة mtDNA في ن- بقايا فورميل ميثيونين (54) ، والاحتفاظ بالكارديوليبين الفسفوري داخل غشاء الميتوكوندريا الداخلي (IMM) (55). نتيجة لهذه البقايا البكتيرية هي أن حمولة الميتوكوندريا تعتبر غريبة من قبل برامج المراقبة المناعية داخل الخلايا وخارج الخلية للثدييات. هذه السمات الخاصة بالميتوكوندريا هي بمعنى ما "تتمتع بامتياز مناعي" ومعزولة عن العصارة الخلوية عن طريق تغليفها بغشاء الميتوكوندريا الخارجي (OMM). يؤدي فقدان سلامة الميتوكوندريا إلى تعريض هذه المكونات لمستقبلات التعرف على الأنماط المناعية (PRRs) ، والتي تعمل بمثابة إنذار للميتوكوندريا لتحفيز تنشيط المناعة. نناقش أدناه برامج المراقبة المناعية الكنسية التي تتعرف على تواقيع / مكونات إجهاد الميتوكوندريا. وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من مراجعة هذه البرامج بشكل منفصل هنا ، فقد بدأ التعرف على إمكانية تفعيلها في نفس الوقت (56 - 58). بالإضافة إلى ذلك ، يعمل OMM كمنصة هيكلية لتجميع المجمعات التنظيمية المناعية (59-61) ، وتعمل مواقع الاتصال بشبكة الميتوكوندريا الإندوبلازمية (ER) كمحور إشارات يتيح إعادة التشكيل الأيضي لإعادة تنشيط الذاكرة CD8 + الخلايا التائية (62) .

NLRP3 التهاب. إن الجسيم الملتهب هو برنامج مراقبة مناعي داخل الخلايا يتعرف إما على الأنماط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة (PAMPs) أو الأنماط الجزيئية المرتبطة بالضرر المشتقة من الخلية المضيفة (DAMPs). إن الجسيم الملتهب هو مركب متعدد البروتينات يتجمع ويقلل من عدد قليل من البروتينات لتعزيز انقسام وتنشيط السيتوكينات الكنسية ، أي IL-1β و IL-18 ، لتضخيم الاستجابات المناعية (63 ، 64). مجال قليل القلة النوكليوتيدية - مثل (نOD-لمثل) صعائلة eceptor صيتم تنشيط المجال الالتهابي yrin domain 3 (NLRP3) عن طريق الالتهاب العقيم المرتبط بالأمراض المرتبطة بالبلورات مثل النقرس ، وعن طريق الأمراض الأيضية بما في ذلك السمنة والسكري وفرط شحميات الدم وأمراض القلب والأوعية الدموية (65) ، وتفعيله يؤدي إلى تفاقم هذه الأمراض (66-69) ). على سبيل المثال ، في حالة السمنة ، يبدأ الجسيم الالتهابي من خلال تضخم الأنسجة الدهنية مع تسلل البلاعم وإفراز السيتوكين ، وزيادة الأحماض الدهنية المشبعة المنتشرة ، والجلوكوز ، والدهون و / أو التسمم الداخلي المرتبط بالسمنة عن طريق تنظيم NLRP3 والسيتوكينات الكنسية (pro – IL -1β و pro – IL-18) عبر NF-B (70-73). يُطلق على الحث النسخي لمكونات NLRP3 الالتهابية اسم "فتيلة" ، وتساهم إشارات ROS الخاصة بالميتوكوندريا في هذا التنظيم (74 ، 75). يسهل ROS الناجم عن التهيئة الأولية أيضًا إخراج الكارديوليبين ويعزز ارتباط NLRP3 و caspase-1 بالميتوكوندريا (76).

بعد التحضير ، يتم التحريض على التنشيط اللاحق عن طريق التجميع و oligomerization من المكونات الأساسية الالتهابية الكنسية (65). يبدأ oligomerization المركب NLRP3 تنشيط caspase-1 وانشقاق pro-IL-1β و pro-IL-18 إلى السيتوكينات النشطة بيولوجيًا التي تعمل على تضخيم الالتهاب (63 ، 64). تعمل مكونات الميتوكوندريا المتعددة مثل NLRP3 DAMPs بعد تعطل سلامة الميتوكوندريا ، بما في ذلك mtDNA (53) ، Cardiolipin (55 ، 76) ، والميتوكوندريا ROS (56 ، 77). يتم دعم دور الميتوكوندريا في تنظيم هذا البرنامج من خلال (أ) الارتباط الوثيق بين الميتوكوندريا والتكوين المركب NLRP3 ، مع توطين منسق حول النواة أثناء تحريض الجسيمات الالتهابية (59 ، 76) (ب) دور بروتين إشارة الميتوكوندريا المضاد للفيروسات (MAVS) ) في توظيف NLRP3 في الميتوكوندريا بعد تنشيط الجسيمات الالتهابية غير البلورية (60 ، 78) و (ج) دليل على أن استنفاد mtDNA في خلايا ρ 0 (ناقصة mtDNA) يضعف تنشيط الجسيم الملتهب (77). ومن المثير للاهتمام أن mtDNA يرتبط بكل من الجسيم الالتهابي NLRP3 والجسم الالتهابي المتميز مزدوج الشريطة الذي يستشعر الحمض النووي AIM2 (79) ، بينما يتفاعل mtDNA المؤكسد حصريًا مع NLRP3 (79). أخيرًا ، تعمل الميتوكوندريا أيضًا كمنصة هيكلية تتجمع عليها البروتينات المتعددة التي تشكل NLRP3 الملتهب وتتجمع (59 ، 60 ، 76 ، 79 ، 80).ومن المثير للاهتمام ، أن العديد من الحالات التنكسية ، بما في ذلك مرض السكري من النوع 2 ، وتصلب الشرايين ، وأمراض الكلى المزمنة ، والشيخوخة ، تتجلى في التهاب معقم وخلل في الميتوكوندريا (66 ، 69 ، 81 ، 82) ، على الرغم من أن هذه الميزات متكاملة ميكانيكيًا لم يتم تأكيدها دائمًا تجريبيًا .

ما إذا كان الخلل الأيضي في الميتوكوندريا بدلاً من الاضطراب في حد ذاته ينشط NLRP3 الملتهب فهو أقل تميزًا (75). ومع ذلك ، فإن تثبيط تنفس الميتوكوندريا ، وتعزيز تحلل السكر الهوائي (75 ، 83) ، و / أو الحث الانتقائي لأكسدة الأحماض الدهنية (84) تسهل التنشيط الالتهابي. بالإضافة إلى ذلك ، تقلل منشطات NLRP3 من إمكانات غشاء الميتوكوندريا وتقلل من مستويات NAD + داخل الخلايا ، وبالتالي تضعف نشاط SIRT2 deacetylase. تسهل الأستلة الناتجة عن الهدف SIRT2 α-tubulin تهريب مكونات NLRP3 الالتهابية لمحاذاة وربطها مكانيًا بالميتوكوندريا و ER لتسهيل تنشيط الالتهاب (80).

كما تم استكشاف التحقيق في ما إذا كان مسام انتقال نفاذية الميتوكوندريا (mPTP) ينظم بثق محتوى الميتوكوندريا في السيتوبلازم. على الرغم من أن بنية mPTP تظل مثيرة للجدل (85 ، 86) ، إلا أن قدرتها على تسهيل إطلاق الجزيئات عالية الوزن الجزيئي (حوالي 1.5 كيلو دالتون) من خلال IMM قد تم تأسيسها ، وكذلك دور زيادة الكالسيوم داخل الخلايا (Ca 2+) في فتح المسام (87) ، وتثبيط الفتح بواسطة السيكلوسبورين A (CsA) (85 ، 86). يتم دعم مساهمة mPTP في تنشيط NLRP3 عن طريق تنشيط الجسيمات الالتهابية نتيجة لزيادة Ca 2+ داخل الخلايا (88 ، 89) وعن طريق CsA blunting لبثق mtDNA (77). لم يتم تعريف التحقيق في الآليات التي يقوم عليها قذف mtDNA من خلال mPTP بشكل شامل. ومع ذلك ، نظرًا لقربها من ROS وافتقارها إلى الهستونات الواقية ، فإن mtDNA عرضة للإجهاد التأكسدي بتكوين تعديلات 8-hydroxydeoxyguanosine. توجد هذه التعديلات الأساسية بشكل مفضل على أجزاء mtDNA بدلاً من mtDNA الدائري السليم (90) ، ويرتبط تنشيط mPTP ببثق جزء mtDNA بطريقة تعتمد على CsA (91). بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن مدى هذا التسرب يعتمد على حجم جزء mtDNA (92). تعمل CsA بالمثل على تثبيط تنشيط NLRP3 استجابةً للعديد من مسببات الالتهاب التي تعتمد على ROS والمستقلة عن ROS (55). أخيرًا ، يتضح الترابط بين محفزات تنشيط المناعة المختلفة من خلال إثبات ذلك بكتريا قولونية-التنفس المستحث المعقد الثاني يعتمد على NLRP3 (48) ، على الرغم من أن الآليات التي يقوم عليها هذا غير واضحة.

إشارات mtDNA TLR9. TLR9 داخل الخلايا هو PRR مراقبة مناعية مميزة يتعرف على الحمض النووي غير الميثيل المشتق من البكتيريا والفيروسات و mtDNA المبثوق (93 ، 94) لبدء سلسلة التهابية تعتمد على إشارات MyD88- ومعاملات NF-B (95). ومن المثير للاهتمام ، أن ضعف دوران الميتوكوندريا (94) ، والإصابة الرضية (54) ، والتهاب الكبد الدهني غير الكحولي (96) يعززان تسرب الحمض النووي الريبي ، مما يؤدي إلى إشارة TLR9 التي تؤدي إلى التهاب خاص بالأعضاء (94 ، 96) أو التهاب جهازي (54). على الرغم من أن الآليات التي يقوم عليها التعرف على النيوكليوتيدات بواسطة TLR9 وتفعيلها اللاحق تتميز بشكل أفضل بالنيوكليوتيدات البكتيرية والفيروسية ، فمن المحتمل أن تعكس البرامج التي يسببها mtDNA هذه الآليات. تتمثل إحدى الآليات المحتملة التي يستخدمها mtDNA في TLR9 عبر التهريب داخل الحويصلات المشتقة من الميتوكوندريا إلى الجسيمات الداخلية (97). هذه الآلية ، أو الآليات الأخرى التي تنقل mtDNA ، تُفترض لتسهيل عرض المستضد نظرًا لأن TLR9 ، الموجود في ER ، يتم تجنيده في مقصورات الإندوسوم-الليزوزوم (98) للخضوع للانقسام التحلل للبروتين وتفعيل المستقبل (99). بشكل عام ، أشكال CpG التي تعمل كروابط لعزل تنشيط TLR9 في حجرة الإندوسوم-الليزوزوم قبل تشغيل مسار الإشارة هذا. على النقيض من ذلك ، فإن mtDNA الخالي من الخلايا أو المغلف بالجزيئات الدقيقة ينشط هذا المسار عبر PRRs السطحي للخلايا المناعية الكنسية أو عبر مستقبل عضو عائلة الغلوبولين المناعي للمنتجات النهائية للجليكشن المتقدم (RAGE) ، والذي يخضع للالتقام الخلوي لبدء الإشارات المعتمدة على TLR9 (100 ، 101). ومن المثير للاهتمام ، أن هذا المسار الالتهابي بوساطة RAGE ينظم الطاقة الحيوية للميتوكوندريا (102) ، على الرغم من أنه لا يبدو أنه تم التحقيق في حلقة التغذية الراجعة المحتملة للميتوكوندريا عن طريق إطلاق mtDNA.

إشارات cGAS-STING. CGAS / STING (جyclic جيMP-أالنائب سynthase المرتبطة شارعمقلد فيتيرفيرون زenes) استجابةً للعدوى الفيروسية الخارجية (103) واستجابة لتسرب الحمض النووي الداخلي المرتبط بالسرطان والشيخوخة (104). يولد اكتشاف الحمض النووي السيتوبلازمي بواسطة cGAS cGAMP ثنائي النوكليوتيد الدوري كرسول ثانٍ لتنشيط STING. تقوم الفسفرة النهائية وتفعيل العامل التنظيمي IFN 3 (IRF3) بمعاملات التعبير عن IFN-والجينات المحفزة IFN الأساسية. بالتوازي مع تنشيط NLRP3 وإشارات TLR9 ، ينشط mtDNA cGAS / STING واكتب I IFN إشارات (2). تم تحديد طريق مثير للاهتمام لهروب mtDNA أثناء تنشيط cGAS / STING من خلال OMM في سياق موت الخلايا المبرمج ، حيث تطلق قنوات Bak و Bax موت الخلايا المبرمج mtDNA (105 ، 106). عادةً ما يكون هذا التسرب خاملًا لأن mtDNA يتم تحليله عن طريق التنشيط المتزامن للكاسبيسات الأبوطوزية (105 ، 106). ومع ذلك ، عندما يتم تثبيط الكاسبيسات الأبوطوزية أو تعطيلها وراثيًا ، يبدأ النوع الأول من إشارات IFN ويتجلى كمقاومة معززة للعدوى الفيروسية (106). يبقى اللغز حول كيفية اختراق IMM نظرًا لأن هذا الغشاء لا يتم تعطيله بالضرورة أثناء موت الخلايا المبرمج (107). يُظهر اكتشاف حديث أن بروتينات OMM Bak و Bax تولدان مسامًا كبيرة تسهل فتق IMM مع تدفق mtDNA (108). إن احتمال تشغيل هذه الآلية في بدء إشارات cGAS / STING أمر مثير للاهتمام ، ولكن لم يتم إثباته بعد.

ومع ذلك ، فإن الآلية الجزيئية التي تنظم تنشيط cGAS / STING الذي بدأه mtDNA قد تم تمييزها بشكل أكبر بعد الاضطراب الوراثي لعامل النسخ A ، الميتوكوندريا (TFAM) ، وهو بروتين تنظيمي يتحكم في نسخ الميتوكوندريا وسلامة النواة المترجمة والميتوكوندريا (109). تُظهر خلايا TFAM غير الكافية Haploin قدرة إصلاح mtDNA المعطلة وتوزيع mtDNA المشوه بالتوازي مع تنشيط cGAS / STING (110). تم التحقق من صحة دور mtDNA في الالتهاب الناجم عن نقص TFAM من خلال دليل على تأثر الإشارات المضادة للفيروسات بعد استنفاد mtDNA من خلال تثبيط dideoxycytosine لتكرار mtDNA. في المقابل ، أدى تعطيل برامج مراقبة جودة الميتوكوندريا (الموسعة أدناه) في خلايا TFAM متغايرة الزيجوت إلى تفاقم النوع الأول من إشارات IFN (110). ومن المثير للاهتمام ، وربما بسبب دور TFAM في التحكم في العبوة النووية ، تورطت شظايا mtDNA المتميزة من المنطقة التنظيمية D-loop في تنشيط cGAS / STING (111). ما إذا كانت منطقة mtDNA D-loop تمنح خصوصية لإشارات IFN تتطلب الاستكشاف. بالتوازي مع إشارات موت الخلايا المبرمج المعيبة في كاسباس ، فإن الانخفاض في مستويات TFAM يؤدي أيضًا إلى إعداد الإشارات المضادة للفيروسات استجابة لغزو مسببات الأمراض والتحدي الفيروسي.

إشارات الميتوكوندريا المضادة للفيروسات. عائلة PRR إضافية مرتبطة بالميتوكوندريا هي الجينات المحفزة بحمض الريتينويك (RIG-I-like) المستقبلات (RLRs) (14). جزيء المحول المرتبط بـ OMM ، المسمى بروتين الإشارة المضاد للفيروسات بالميتوكوندريا (MAVS) ، هو منصة أساسية لنقل إشارة RLR المضادة للفيروسات (61). يشبه مجال الغشاء الطرفي MAVS C مجالات غشاء بروتين OMM الأخرى ، وقد أدى استنفاده إلى إبطال توطين OMM MAVS (61). تم توضيح هذا المجال عبر الغشاء لتسهيل dimerization MAVS ، وتوفير واجهة للربط المباشر وتفعيل جزيئات المستجيب المناعي المصب (112). على الرغم من أن الآليات التي تنظم توظيف جزيئات إشارات RLR إلى الميتوكوندريا تظل غير مؤكدة ، تعمل بروتينات OMM الأخرى كعوامل مساعدة MAVS. يرتبط بروتين TOM70 ، الذي يعمل كمستقبل بروتين OMM لاستيراد بروتين الميتوكوندريا ، بـ MAVS ، والتفاعل اللاحق بين TOM70 والمرافق HSP90 ينظم ربط جزيئات المستجيب RLR لتنسيق الإشارات المضادة للفيروسات (113). ومن المثير للاهتمام ، أن هذا المطلب الخاص بتوطين الميتوكوندريا لتنشيط إشارة MAVS يتم استغلاله بواسطة الفيروسات ، كما يتجسد في فيروس التهاب الكبد C ، الذي يشفر بروتين سيرين الذي يشق MAVS من OMM لمنع الإشارات المضادة للفيروسات (114).

تم مؤخرًا وصف مسار تحفيز مناعي إضافي لـ mtDNA. هنا ، يؤدي تعريض الخلايا التائية والخلايا البائية والخلايا القاتلة الطبيعية والخلايا الأحادية والعدلات إلى قليل النوكليوتيدات المتميزة إلى إطلاق mtDNA خارج الخلية ، مما يؤدي إلى إنشاء هياكل شبيهة بالويب تنشط إشارات النوع الأول IFN في الخلايا المجاورة (115). هذه العملية غير حساسة للتثبيط بواسطة TLR9 أو cGAS / STING أو AIM2 الملتهب أو ROS أو مثبطات المسام الانتقالية للنفاذية (115). على الرغم من أن هذه العملية تتطلب مزيدًا من التوصيف ، إلا أنها تضيف محفزًا لم يتم التعرف عليه سابقًا لتنشيط المناعة السريع. يوضح الشكل 2 مساهمة مكونات الميتوكوندريا في تنظيم المناعة.

التنشيط المرتبط بالميتوكوندريا للمسارات المناعية. يمكن أن يلعب محتوى وهيكل الميتوكوندريا أدوارًا متكاملة في تنشيط الإشارات الالتهابية استجابةً لتأثيرات الإجهاد أو العدوى الفيروسية. يمكن لـ mtDNA خارج الخلية تنشيط الالتهاب الذي يحركه NF-B عبر مستقبل TLR9 داخل الخلايا. وبدلاً من ذلك ، يمكن أن يبدأ mtDNA المُطلق من النوع الأول من إشارات IFN في الخلايا المناعية المجاورة. استجابة لضغوط الميتوكوندريا ، يمكن لـ mtDNA المتضرر من ROS ، و ROS للميتوكوندريا ، وإطلاق الكارديوليبين (CL) من IMM تنشيط NLRP3 الالتهابي لتعزيز إشارات IL-1β و IL-18. يمكن أن يؤدي فقدان سلامة الميتوكوندريا مع قذف mtDNA أيضًا إلى تنشيط مسار cGAS / STING وإشارات النوع I IFN. أخيرًا ، تعمل الميتوكوندريا كمنصة لتقليص MAVS لتنشيط مجموعة من إشارات منظم NF-B و IFN استجابةً للعدوى الفيروسية.

مجتمعة ، هناك دليل على وجود تداخل كبير بين برامج المراقبة المناعية التي تسببها حمولات الميتوكوندريا ، ومن المتصور أنها قد تعمل بشكل مستقل و / أو قد يتم تنشيطها بشكل متناسق (56 ، 57). هناك حاجة لدراسات إضافية لتقييم ما إذا كانت الآليات المشتركة أو المتميزة لبثق mtDNA وإشارات ROS للميتوكوندريا (65 ، 116) ، بالإضافة إلى أنواع مختلفة من mtDNA ، تملي مشاركة هذه المستشعرات المختلفة للمراقبة المناعية داخل الخلايا.

من المنطقي أنه إذا أدى اضطراب سلامة الميتوكوندريا إلى انتشار الاستشعار المناعي الفطري وتنشيطه ، فإن تعزيز مراقبة جودة الميتوكوندريا يجب أن يمنح مقاومة مناعية. على الرغم من أن المناقشة الموسعة لبرامج مراقبة جودة الميتوكوندريا هذه خارج نطاق هذه المراجعة ، يتم مراجعة الأدلة الناشئة التي تدعم هذا الاقتراح بإيجاز. يتم التحكم في جودة الميتوكوندريا من خلال العديد من البرامج التنظيمية ، بما في ذلك التحكم في التكوين الحيوي للميتوكوندريا (117) ودينامياتها (118) ، الالتهام الذاتي (119) ، والتوازن البروتيني (120 ، 121) ، ودور برامج "استشعار المغذيات" للحفاظ على إخلاص الميتوكوندريا (122).

ديناميات الميتوكوندريا. يلعب التحكم في انشطار وانصهار الميتوكوندريا دورًا مهمًا في التحكم في سلامة الميتوكوندريا ، والتمثيل الغذائي ، ومستويات mtDNA (118). علاوة على ذلك ، تسهل ديناميكيات الميتوكوندريا دوران مكونات الميتوكوندريا التالفة بالتنسيق مع برامج التدبير المنزلي الأخرى بما في ذلك الالتهام الذاتي والبروتين. تتميز الآلية الجزيئية التي تتحكم في ديناميكيات الميتوكوندريا بشكل جيد (123) ، ويرتبط اضطرابها الجيني بتعديل المناعة. يتجسد هذا من خلال الملاحظات التي تشير إلى أن ضربة قاضية لبروتين الانصهار OMM ميتوفوسين 2 (Mfn2) ألغت تنشيط العدوى الفيروسية بوساطة NLRP3 (124) وأن تعديل مستويات Mfn2 يتحكم في تنشيط خلايا CD4 + T (125). تعمل الوظيفة غير القانونية لـ Mfn2 بالمثل على تثبيط الإشارات المضادة للفيروسات من خلال التفاعل مع MAVS (126) ، كما أن الحث الجيني للانشطار الميتوكوندريا لإزالة mtDNA التالف يلغي إشارات النوع I IFN في الخلايا المستنفدة لـ TFAM (110). يرتبط تنظيم ديناميكيات الميتوكوندريا أيضًا ارتباطًا وثيقًا بإعادة تشكيل التمثيل الغذائي في الخلايا التائية في ذلك الاندماج الجيني للميتوكوندريا في الخلايا التائية المؤكسدة للجلوكوز ، مما يفرض إعادة البرمجة نحو التمثيل الغذائي التأكسدي ووظيفة الخلايا التائية للذاكرة (127). ومن المثير للاهتمام ، أن تعطيل اندماج الميتوكوندريا في الخلايا غير المناعية يمكن أيضًا أن يثير الالتهاب من خلال إشارات TLR9 استجابةً لتسرب الحمض النووي المتقدري (128).

البلعمة الذاتية الميتوكوندريا. تحدث إعادة تدوير المكونات الكاملة أو التالفة للميتوكوندريا في عزلة (ميتوفاجي) أو كعنصر من مكونات إعادة التدوير الأوسع للمحتوى الخلوي (التلتهب الذاتي / الالتهام الذاتي) للحفاظ على مراقبة جودة الميتوكوندريا. يتم تحديد الآلية الجزيئية التي تحكم كل من البلعمة والتلوث بشكل جيد ، ويوضح الاضطراب الجزيئي أو الدوائي لهذه البرامج ارتباطها بالمناعة الفطرية (129). الاستنفاد الجيني لوسطاء الالتهام الذاتي يعطل البلعمة الذاتية والتلوث مع بثق لاحق لـ mtDNA في العصارة الخلوية. تنشط عواقب انخفاض إزالة الميتوكوندريا إنتاج NLRP3 الالتهابي و RLR من النوع I IFN (59 ، 77 ، 116). على العكس من ذلك ، فإن تنشيط أحد أفراد عائلة الالتهاب الناجم عن البكتيريا ، NLRC4 ، بواسطة الزائفة الزنجارية الذي أظهر ضررًا للميتوكوندريا يتم إلغاؤه عن طريق تحريض الالتهام الذاتي (130). إن التحكم في محتوى الميتوكوندريا عن طريق الالتهام الذاتي يعمل أيضًا في الحفاظ على القدرة التجديدية للخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs). هنا ، تؤدي التخفيضات المرتبطة بالشيخوخة في الالتهام الذاتي إلى زيادة محتوى الميتوكوندريا والنشاط الأيضي ، مما يؤدي إلى تمايز النخاع الشوكي المتسارع وتقليل تجديد HSC (131). يتم تنظيم Mitophagy أيضًا ، جزئيًا ، بواسطة E3 ligase parkin (132) ، والطفرات في جين ترميز باركين بارك 2 تؤدي إلى مرض باركنسون المبكر (PD) (133). يتم التعرف على الالتهاب العصبي بشكل متزايد في PD (134) ، وينظم باركين مسارات الالتهاب (135 - 137). ومع ذلك ، لا يبدو أنه قد تم التحقيق في ما إذا كان الالتهاب العصبي المرتبط بالباركن مرتبطًا بميتوفاجي.

سرتوينس. تلعب عائلة سيرتوين من إنزيمات ديسيلاز ، بما في ذلك ثلاثة أنواع رئيسية من إنزيمات NAD + المستقلة ، أدوارًا مهمة في توازن الميتوكوندريا (122). باختصار ، يمكن تمثيل الوظائف التنظيمية للميتوكوندريا لأزمات نزع الأسيتيل هذه من خلال (أ) مساهمة SIRT1 في التحكم التنظيمي النووي للتكوين الحيوي للميتوكوندريا وفي نقل إشارة استشعار المغذيات (122) (ب) تعديل SIRT2 بوساطة توطين الميتوكوندريا تحت الخلوية والتحكم في المغذيات - تحسس تحويل الإشارة (138 ، 139) و (ج) نزع الأسيتيل SIRT3 وتنظيم التمثيل الغذائي للميتوكوندريا والبروتينات المتجانسة (140). الدراسات التي تربط تأثيرات السرتوين بتعديل المناعة محدودة. لا ترتبط تعدد تأثيرات تنظيم المناعة SIRT1 ارتباطًا مباشرًا بوظيفة الميتوكوندريا في حد ذاتها ، ولكنها مرتبطة عن طريق نزع الأسيتيل وتعطيل الوحدة الفرعية RelA / p65 للمعاملات الالتهابية الكنسية NF-κB وعن طريق تنشيط كيناز AMPK الذي يستشعر المغذيات ، والذي يعدل الطاقة الحيوية وينشط الالتهام الذاتي (141). ومع ذلك ، فإن تنشيط SIRT1 يؤدي إلى انحراف الضامة إلى قطبية تعويضية عن طريق زيادة أكسدة الأحماض الدهنية (142). ينزع SIRT2 الأسيتيل ويزعزع استقرار الأنابيب الدقيقة ، مما يؤدي إلى تعطل تهريب العضيات داخل الخلايا. كما تم وصفه سابقًا ، أدى تثبيط SIRT2 بوساطة التهاب الملتهب إلى تحسين المحاذاة المكانية الموجهة للأنابيب الدقيقة للميتوكوندريا لتضخيم NLRP3 الالتهاب (80). لقد ثبت أن تنشيط SIRT3 يزيل الأسيتيل وينشط ديسموتاز الميتوكوندريا الفائق (SOD2) ، والذي يثبط التهاب NLRP3 عن طريق تثبيط توليد ROS للميتوكوندريا وتقليل تسرب mtDNA (6 ، 56). يؤدي غياب SIRT3 بشكل مشابه إلى زيادة الالتهاب الأنبوبي الكلوي الناجم عن الأحماض الدهنية عن طريق ضعف التمثيل الغذائي التأكسدي للميتوكوندريا وزيادة الميتوكوندريا ROS (143).

تتضمن برامج التحكم التنظيمية الإضافية للميتوكوندريا المرتبطة بالالتهاب تنظيم التكوُّن الحيوي للميتوكوندريا وتعديل البروتين غير المُقترن 2 (UCP2). ومن المثير للاهتمام ، أن IFN-يقود برنامجًا تنظيميًا نصيًا يحكم التكوين الحيوي للميتوكوندريا (144). يؤدي تحريض التولد الحيوي إلى زيادة وظيفة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا و ROS للسيطرة على الالتهابات البكتيرية ، ويقلل الاختلال الوراثي للتكوين الحيوي للميتوكوندريا من إنتاج ROS مع تقلص قدرة التصفية الجرثومية للفئران (144). على مستوى تنظيمي متميز ، يعدل غشاء الميتوكوندريا الداخلي UCP2 الخلايا النخاعية ROS. هنا ، يؤدي الاستئصال الجيني لـ UCP2 إلى زيادة الإشارات الالتهابية الحساسة لـ ROS المستندة إلى TLR4 (145). علاوة على ذلك ، تعرض الفئران UCP2-KO زيادة ROS في الميتوكوندريا النخاعية وزيادة المقاومة ضد الالتهابات الميكروبية داخل الخلايا (146).

بالإضافة إلى الاضطراب الواضح بسهولة لسلامة الميتوكوندريا استجابةً للعدوى الفيروسية والبكتيرية داخل الخلايا وكذلك الإصابات الخلوية الرضحية (54) ، يرتبط الفيزيولوجيا المرضية لأمراض المناعة الذاتية والالتهابات بالمثل بالاستقلاب المناعي واستحداث المناعة في الميتوكوندريا.

الذئبة الحمامية الجهازية. يتميز مرض الذئبة الحمامية الجهازية (SLE) بالمناعة الذاتية بتلف العديد من الأعضاء من المناعة الفطرية والتكيفية غير المنظمة. تساهم إعادة تشكيل التمثيل الغذائي للخلايا المناعية ، واضطرابات الميتوكوندريا ROS ، واضطرابات mtDNA في هذه الفيزيولوجيا المرضية (147). تتضمن توقيعات التمثيل الغذائي المناعي دليلًا على أن عامل تنشيط الخلية B الخلوي المرتبط بالذئبة الحمامية المجموعية (148) يعزز إعادة تشكيل التمثيل الغذائي للخلايا البائية مع تحلل السكر المحسن وقدرة أكبر على توليد الأجسام المضادة (33) ، وأن خلايا CD4 + T من البشر المصابين بالذئبة ونماذج الفئران تظهر زيادة الفسفرة المؤكسدة والتحلل السكري مقارنة مع الضوابط (149).

تساهم ROS و mtDNA للميتوكوندريا بشكل متزامن في تكوين فخ خارج الخلية للعدلات (NET) ، حيث يتم دمج mtDNA المؤكسد الناجم عن ROS في NETosis وتضخيمه. ينشط mtDNA المؤكسد أيضًا إشارات IFN من النوع I المعتمد على STING لتفاقم مرض الذئبة (150). أدوار التمثيل الغذائي المناعي والتنشيط المناعي المرتبط بالميتوكوندريا في SLE مخطط في الشكل 3.

إعادة عرض التمثيل الغذائي ووسطاء الميتوكوندريا من مرض الذئبة الحمراء. يشمل علم أمراض الذئبة الحمراء مجموعة واسعة من استقلاب المناعة والأحداث التي بدأت في الميتوكوندريا. تتجلى إعادة تشكيل الاستقلاب المناعي في كل من الخلايا التائية المستجيبة ، التي تقود إنتاج السيتوكين ، وفي الخلايا البائية ، مما يعزز توليد الأجسام المضادة. يؤدي تنشيط العدلات بواسطة المجمعات المناعية إلى زيادة الميتوكوندريا ROS ، مما يعزز أكسدة mtDNA. بعد ذلك ، يؤدي البثق المتزامن لـ mtDNA المتضرر من ROS والحمض النووي / الجينومي من NETs إلى تشغيل إشارات IFN المعتمدة على mtDNA ، بوساطة STING.في موازاة ذلك ، يمكن لـ mtDNA المتضرر من ROS أيضًا إطلاق إشارات cGAS / STING في الخلايا المناعية في آلية متميزة عن NETosis.

التهاب المفاصل الروماتويدي وأمراض المناعة الذاتية الأخرى. يتسم التهاب المفاصل الروماتويدي (RA) في الغالب بالتهاب الغشاء الزليلي المفصلي مما يؤدي إلى التهاب المفاصل. يتم دعم الدور المناعي للميتوكوندريا في هذه الفيزيولوجيا المرضية من خلال زيادة إنتاج الميتوكوندريا ROS بشكل ملحوظ في الخلايا الوحيدة المنتشرة (151) ودليل على مستويات mtDNA الزائدة في السائل الزليلي لمرضى RA (152 ، 153). علاوة على ذلك ، فإن الحقن داخل المفصل لـ mtDNA وليس الحمض النووي النووي يثير التهاب المفاصل في النماذج الحيوانية (153) ، وفي البشر ، ترتبط مستويات mtDNA المفصل بالعلامات الحيوية الالتهابية لشدة المرض (151 ، 152). لم يتحدد بعد ما إذا كانت مشغلات الميتوكوندريا هذه تبدأ أو تضخم التهاب المفاصل الروماتويدي.

تشمل الأمراض المناعية الإضافية المرتبطة بالميتوكوندريا الألم العضلي الليفي ، وهو مرض ترتبط فيه طفرات الجين السيتوكروم ب بنشاط التهاب NLRP3 (154). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأجسام المضادة الموجهة ضد إنزيمات الميتوكوندريا المشفرة نوويًا ، والتي يطلق عليها الأجسام المضادة المضادة للميتوكوندريا ، هي مؤشرات حيوية مرضية لتليف الكبد الصفراوي الأولي (155).

تم ربط الأنماط الفردانية للميتوكوندريا أيضًا بالأمراض الالتهابية مثل التنكس البقعي المرتبط بالعمر (156) ، ويرتبط الالتهاب المعتمد على mtDNA بأمراض القلب والأوعية الدموية والكبد ويرتبط بالتهاب المناعة والحالات التنكسية الأخرى المرتبطة بالشيخوخة (2).

نظرًا لأهمية إعادة تشكيل التمثيل الغذائي للميتوكوندريا في قطبية الخلايا المناعية وتنشيطها وتأثير سلامة الميتوكوندريا على الالتهاب ، فإن تعديل هذه التأثيرات الميتوكوندريا هو هدف مثير للاهتمام لتنظيم نشاط المناعة.

العوامل الأيضية لوظيفة المناعة. يمكن أن تكون العديد من المركبات التي تعيد تشكيل مسارات التمثيل الغذائي أهدافًا محتملة للسيطرة على التمثيل الغذائي المناعي. بدأ استكشاف استخدام هذه المركبات لتلطيف الأمراض التي تصيب الإنسان أو للتقييم في نماذج أمراض الفئران ، ويتم مراجعة الأمثلة بإيجاز أدناه.

على غرار النتائج التي تشير إلى أن أكسدة السكسينات تعزز قطبية M1 ، وثنائي ميثيل مالونات (DMM) وحمض 3-nitroproprionic يضعف نشاط SDH ويحسن بكتريا قولونية العدوى في الفئران ، و DMM يضعف بالمثل تعفن الدم الناجم عن LPS (16 ، 48). كما هو موصوف في قسم دورة TCA ، يتوسط TCA ثنائي ميثيل فومارات و itaconate يعدل بشكل مباشر البروتينات المنظمة الاستقلابية والمناعة عبر تعديلات ما بعد الترجمة (43 ، 44). في امتداد لهذه النتائج ، يعمل حمض الهيتيليك ، الذي يعدل تساهميًا نفس بقايا السيستين المحفزة على GAPDH لتثبيط نشاطه ، يحد من اعتلال الدماغ المناعي الذاتي في الفئران (44) ، ومشتق itaconate 4-octyl itaconate المنفذ للخلايا يقاوم الالتهاب الناجم عن LPS في الضامة وفي الفئران (43).

علاوة على ذلك ، نظرًا للتحريض الموازي للفسفرة المؤكسدة للميتوكوندريا وتحلل السكر في خلايا SLE CD4 + T ، تم اختبار مزيج من الميتفورمين لمنع التنفس الميتوكوندريا و 2-deoxyglucose (2-DG) لتقليل امتصاص الجلوكوز وتحلل السكر في الخلايا البشرية الأولية وفي نماذج الذئبة الفأرية (149 ، 157). بشكل منفصل ، منع الميتفورمين أو 2-DG تنشيط خلايا الفئران التائية ، والميتفورمين وحده أضعف إفراز الذئبة البشرية CD4 + T خلية IFN-(149 ، 157) ، في حين أن العوامل المشتركة كانت مطلوبة لعكس الذئبة الفأرية (157).

تدخلات لتعزيز سلامة الميتوكوندريا. بالنظر إلى أن NAD + يعمل كعامل مساعد في تنشيط sirtuin ، فقد تم استخدام العديد من السلائف الوسيطة الأيضية NAD + لاختبار آثارها على تحسين سلامة الميتوكوندريا في المرض (158-160). قام نيكوتيناميد ريبوسيد (NR) ، وهو مقدمة في مسار الإنقاذ NAD + ، بتنشيط أهداف SIRT3 وتخفيف التهاب NLRP3 في الخلايا أحادية النواة في الدم البشري المحيطي الأولي (6) وفي نموذج الفئران من التنكس الدهني الكبدي (161). بالإضافة إلى ذلك ، فإن إعطاء سلائف النيكوتيناميد أحادي النوكليوتيد NAD + أدى بالمثل إلى إضعاف إنتاج جزيرة البنكرياس IL-1β في الفئران المصابة بداء السكري (162). أخيرًا ، أدى إعطاء الجسم المضاد المعادل لتعطيل CD38 NADase إلى زيادة مستويات NAD + للخلايا التائية ، ومنح إعادة تشكيل التمثيل الغذائي ، وزيادة الأداء المضاد للورم لهذه الخلايا المستجيبة (163).

مضادات TLR9. يتم تطوير مناهضات TLR9 للاستخدام السريري ، وكانت فعاليتها بعد تنشيط TLR9 بوساطة قذف mtDNA واضحة في نماذج المرض بما في ذلك الحماية ضد التهاب عضلة القلب المعيب في الفئران والتهاب الكبد الدهني غير الكحولي (94 ، 96). مضادات TLR9 بالمثل تخفف النتوء الناجم عن mtDNA في العدلات البشرية الأولية (164) وتقلل من أعراض المناعة الذاتية في الذئبة الفأرية المستحثة كيميائيًا (165).

مثبطات الميتوكوندريا ROS. تم وصف دور ROS للميتوكوندريا في تعديل المناعة خلال هذه المراجعة ، كما تم استكشاف تأثير التخميد ROS للميتوكوندريا على تعديل المناعة. تشمل الأمثلة على ذلك إدارة ميتو تيمبو لمحاكاة SOD التي تستهدف الميتوكوندريا لتخفيف الالتهاب في البلاعم البشرية (6) ولتحسين إشارات النوع الأول IFN في الذئبة الفأرية (150).

النظم الغذائية المقيدة بالسعرات الحرارية. على الرغم من أن الصيام المتقطع قد وجد أنه يخفف من حدة الأمراض الالتهابية وعلامات التنشيط المناعي الفطري ، فإن الآليات التي يقوم عليها هذا التنظيم تتميز بشكل غير كامل (5 ، 7-10). لاستكشاف مساهمة الميتوكوندريا في هذه البيولوجيا ، تم استجواب الصيام لفترات طويلة في موضوعات بشرية وفي نموذج فأر وأظهر أن الجزء الملتهب NLRP3 قد تم إضعافه جزئيًا عن طريق تنشيط SIRT3 مع تحسن في تنفس الميتوكوندريا وتحسين الإخلاص للميتوكوندريا (6 ، 56) .

في ضوء الاعتراف بدور الميتوكوندريا في تعديل المناعة ، ستستغل العديد من الدراسات الجارية هذا الارتباط لاستكشاف دور تعديل الميتوكوندريا للتحكم في الاستجابات المناعية.

لا يزال مجال استقلاب المناعة في مراحله الأولى ، وفهمنا لكيفية تكامل برامج المراقبة المناعية المتنوعة مع إخلاص الميتوكوندريا هو تحديد أهداف جديدة لتعديل النشاط المناعي الفطري. يجب أن يعزز التوصيف الإضافي لهذه المسارات من مركزية الميتوكوندريا في توجيه الصحة والمرض. التحذير المهم في هذا المجال هو الاختلافات الكبيرة بين الفئران والجهاز المناعي البشري (11 ، 57 ، 63 ، 166 ، 167). يعزز هذا التحذير حاجتنا لاستمرار استكشاف الموضوعات البشرية لفهم دور الميتوكوندريا في تنظيم وظيفة المناعة وعلم الأمراض (168). على العكس من ذلك ، فإن إمكانية الوصول النسبي للخلايا المناعية البشرية تتيح الفرصة للتقدم السريع في استكشاف واستجواب الميتوكوندريا لفهم دورها في وظيفة المناعة. أخيرًا ، نظرًا لفهمنا المتزايد لدور الميتوكوندريا في التنشيط المناعي ، يجب أن يتضمن التعليق الذي كتبه لويس توماس أن "الميتوكوندريا مستأجرين مستقرين ومسؤولين ، وأنا اخترت الوثوق بهم" (169) ، شرطًا ، "إذا احتفظوا بإخلاصهم. والموقع المناسب داخل الخلايا ".

تتمحور هذه المراجعة حول الميتوكوندريا ، مع التركيز على الدور المركزي للميتوكوندريا في تنظيم قطبية الخلايا المناعية ، والتنشيط ، والإشارات المناعية. لم يتم مراجعة إشارات المسار المناعي على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قيود المساحة قد تضمنت بشكل محدود جميع المقالات الأصلية التي تدعم المفاهيم التي تم استكشافها. يتم دعم MNS من قبل NIH ، قسم المعهد الوطني للقلب والرئة والدم للبحوث داخل الجسد (ZIA-HL006047-07 و ZIA-HL005102-12)

تضارب المصالح: أعلن المؤلف أنه لا يوجد تضارب في المصالح.


شاهد الفيديو: STATE OF DECAY 2 Juggernaut Edition #18 - ФИНАЛ - Штаб Коалиции (كانون الثاني 2022).