วีพีเอส35
| วีพีเอส35 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ตัวระบุ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ชื่อเรียกอื่น | VPS35 , MEM3, PARK17, ส่วนประกอบคอมเพล็กซ์รีโทรเมอร์ VPS35, ส่วนประกอบคอมเพล็กซ์รีโทรเมอร์ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| รหัสภายนอก | โอมิม : 601501 ; เอ็มจีไอ : 1890467 ; โฮโมโลยีน : 6221 ; การ์ดยีน : VPS35 ; OMA : VPS35 - ออโธโลจี | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| วิกิดาต้า | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
โปรตีน Vacuolar protein sorting ortholog 35 (VPS35)เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการออโตฟาจีและมีส่วนเกี่ยวข้องกับ โรค ทางระบบประสาทเสื่อมเช่นโรคพาร์กินสัน (PD) และโรคอัลไซเมอร์ (AD) [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] VPS35 เป็นส่วนหนึ่งของคอมเพล็กซ์ที่เรียกว่าretromerซึ่งมีหน้าที่ในการขนส่งโปรตีนเป้าหมายที่เลือกไว้ระหว่างโครงสร้างถุง (เช่นเอนโดโซม ไลโซโซม แวคิวโอล ) และเครื่องมือGolgi [ 5 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]การกลายพันธุ์ในยีน VPS35 ( VPS35 ) ทำให้เกิดออโตฟาจีที่ผิดปกติ ซึ่งโปรตีนเป้าหมายไม่สามารถถูกขนส่งได้ และโปรตีนที่ทำงานผิดปกติหรือไม่จำเป็นไม่สามารถถูกย่อยสลายได้[ 9 ] [ 10 ]มีเส้นทางมากมายที่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลง ระดับและกิจกรรม ของ VPS35ซึ่งมีความสำคัญทางคลินิกในภาวะความเสื่อมของระบบประสาท[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] VPS35 มีความเกี่ยวข้องในการรักษา เนื่องจากมีการคาดการณ์ถึงการแทรกแซงที่มุ่งแก้ไขการทำงานของ VPS35 [ 9 ] [ 13 ] [ 14 ]
ยีน
ในมนุษย์VPS35ถูกถอดรหัสบนโครโมโซม 16q11.2 ซึ่งมีความยาวประมาณ 29.6 กิโลเบสและประกอบด้วยเอ็กซอน 17 เอ็กซอน [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] ยีนนี้ได้รับการอนุรักษ์ทางวิวัฒนาการและจำเป็นต่อการอยู่รอด ดังที่การศึกษาในหนูทดลองที่ ยีนนี้ ถูกตัดออกได้แสดงให้เห็นถึงการตายของตัวอ่อน[ 6 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] ระดับของ VPS35จะสูงสุดในช่วง 10-15 วันหลังคลอด จากนั้นจะลดลงสู่ระดับต่ำและคงที่ตลอดช่วงวัยผู้ใหญ่[ 7 ] การ แสดงออกของ RNAของVPS35พบได้ทั่วไปทั่วร่างกาย แต่จะสูงกว่าในสมองหัวใจอวัยวะสืบพันธุ์ม้ามและกล้ามเนื้อโครงร่างและต่ำกว่าในปอดตับไตและเม็ดเลือดขาว[ 15 ] [ 16 ]
โปรตีน
VPS35 ถูกระบุครั้งแรกในSaccharomyces cerevisiaeจากการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการก่อตัวของแวคิวโอลคล้ายไลโซโซมและการคัดแยกโปรตีนแวคิวโอล[ 8 ] [ 9 ] [ 16 ] โปรตีนนี้ประกอบด้วย กรดอะมิโน 796 โมเลกุล มีมวลโมเลกุล 92 kDaและจุดไอโซอิเล็กทริก 5.32 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
โครงสร้าง
VPS35 จับกับโปรตีนอื่นๆ เพื่อสร้างรีโทรเมอร์ ซึ่งเป็นคอมเพล็กซ์ที่ได้รับการอนุรักษ์ทางวิวัฒนาการและมีบทบาทสำคัญใน การรีไซเคิล โปรตีนทรานส์เมมเบรนจากเอนโดโซมไปยัง เครือข่าย ทรานส์ -กอลจิ ( TGN ) [ 5 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] VPS35 เองพับตัวเป็นโครงสร้างทุติยภูมิที่แสดงถึง โซลีนอยด์แบบอัลฟาเฮลิ กซ์ ซึ่งประกอบด้วยอัลฟาเฮลิกซ์ซ้ำ 34 ครั้ง [ 16 ]
ในฐานะส่วนหนึ่งของรีโทรเมอร์ VPS35 จะรวมตัวเป็นไตรเมอร์กับออร์โธล็อกการคัดแยกโปรตีนแวคิวโอลอื่นๆ ได้แก่ VPS26 และ VPS29 ในสถานการณ์ที่พบได้น้อยกว่า VPS35 สามารถจับกับ VPS26 และ VPS29 เพียงอย่างเดียว ทำให้เกิดเฮเทอโรไดเมอร์ [ 9 ] VPS26จับกับปลาย Nของ VPS35 ที่โมทีฟ PRLYL ที่ได้รับการอนุรักษ์ (เรซิเดิว 1-172) ในขณะที่ โครงสร้าง α-solenoid ปลาย C (เรซิเดิว 307-796) จับกับ VPS29 [ 5 ] [ 15 ] [ 16 ]ออร์โธล็อก VPS เหล่านี้ทำให้กันและกันมีเสถียรภาพภายในรีโทรเมอร์ การลดระดับ VPS35 อาจนำไปสู่การย่อยสลาย VPS29 และในทางกลับกัน[ 9 ] [ 10 ]ไตรเมอร์ VPS35, VPS26 และ VPS29 ก่อตัวเป็นคอมเพล็กซ์การจดจำสินค้า ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับความสามารถของรีโทรเมอร์ในการควบคุมการคัดแยกเวสิเคิล[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 17 ]ซึ่งทำได้โดยการกำหนดเป้าหมายเฉพาะ ไปยัง ซอร์ติงเน็กซิน (เช่น SNX1, SNX2, SNX5, SNX6 และ SNX32) ซึ่งยึดรีโทรเมอร์ไว้กับเอนโดโซมและโครงสร้างเวสิเคิลอื่นๆ[ 7 ] [ 14 ] [ 16 ] [ 17 ]
การทำงาน
หลังจากการแปล VPS35 จะไปอยู่ที่เอนโดโซม ซึ่งมันพร้อมกับรีโทรเมอร์ได้รับการศึกษาในกระบวนการฟาโกไซโตซิส ต่างๆ [ 8 ] [ 13 ] [ 16 ]ซอร์ติลินและตัวรับแมนโนส-6-ฟอสเฟตที่ไม่ขึ้นกับแคตไอออน ( CI-MPR ) ควบคุมการย่อยสลายที่เกิดจากไลโซโซมและเป็นที่รู้จักว่าเป็นโปรตีนขนส่งของ VPS35 [ 13 ] คอมเพล็กซ์ โปรตีน Wiskott Aldrich Syndrome และ scar homologue ( WASH ) ซึ่งถูกดึงดูดโดยตรงโดย VPS35 ควบคุมมาโครออโตฟาจี ซึ่งออโตฟาโกโซมจะโอบล้อมโปรตีนที่เลือกและออร์แกเนลล์ ทั้งหมด เพื่อการย่อยสลายโดยไลโซโซม[ 13 ] [ 18 ] VPS35 ยังดึงดูดโปรตีนเมมเบรนที่เกี่ยวข้องกับไลโซโซม 2a ( LAMP2a ) เพื่อช่วยเริ่มต้นออโตฟาจีที่ควบคุมโดยชาเปอโรนโดยที่คอมเพล็กซ์ที่มีโปรตีนช็อกความร้อน 70kDa 8 ( HSPA8 ) จะช่วยอำนวยความสะดวกในการย่อยสลายโปรตีนที่มีสัญญาณ KFERQ [ 13 ] [ 18 ]
การกลายพันธุ์ใน VPS35 นำไปสู่ความบกพร่องของเอนโดโซมโดยทั่วไป เช่น การขยายตัวของเวสิเคิลและการกักเก็บรอบนิวเคลียส[ 9 ]การกลายพันธุ์เหล่านี้ยังส่งผลกระทบต่อกระบวนการของเซลล์หลายอย่างที่ควบคุมโดยคอมเพล็กซ์รีโทรเมอร์ รวมถึงการขนส่งเวสิเคิล การรีไซเคิลตัวรับ เยื่อหุ้มพลาสมา การรวมตัวของโปรตีน การทำงานของ ไมโทคอนเดรียและการส่งสัญญาณโดปามีน[ 10 ]กระบวนการเหล่านี้มีบทบาทในโรคทางระบบประสาทเสื่อม[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
ความสำคัญทางคลินิก
โรคพาร์กินสัน
โรคพาร์กินสันเป็นความท้าทายทางคลินิก โดยจัดเป็นโรคความเสื่อมของระบบประสาทที่พบได้บ่อยเป็นอันดับสอง[ 14 ] [ 19 ]มีลักษณะเฉพาะคือการสูญเสียเซลล์ประสาทโดปามีนในซับสแตนเซียไนกราพาร์สคอมแพคตาและการสะสมของโปรตีนอัลฟา-ไซนูคลีน ที่เป็นพิษกลายเป็น เลวีบอดี้ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้เกิดความผิดปกติของการเคลื่อนไหวและการขาดโดปามีนในผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน[ 14 ] [ 19 ] การกลายพันธุ์ของ VPS35และการคัดแยกและการรีไซเคิลโปรตีนที่ผิดปกติซึ่งเกิดจากรีโทรเมอร์มีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการเสื่อมของระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับโรคพาร์กินสัน[ 11 ]
ตัวแปรทางพันธุกรรม
ในปี 2011 มีการทำการ วิเคราะห์ลำดับเอ็กโซมในครอบครัวชาวสวิสครอบครัวหนึ่ง ซึ่งสมาชิกทั้งหกคนเป็นโรคพาร์กินสันแบบถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบเด่น ที่เริ่มมีอาการช้า [ 7 ] [ 9 ] [ 12 ] [ 14 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]การวิเคราะห์ลำดับเผยให้เห็นการกลายพันธุ์จากกรดแอสปาร์ติกเป็นแอสปาราจีนที่กรดอะมิโนตำแหน่งที่ 620 (D620N) ใน VPS35 [ 11 ] [ 12 ]การจัดเรียงลำดับของ ออร์โธล็อก VPS35ระหว่างHomo sapiens , Pan troglodytes , Mus musculus , Rattus norvegicus , Bos taurus , Canis familiaris , Gallus gallus , Xenopus laevis , Danio rerio , Drosophila melanogasterและSaccharomyces cerevisiaeแสดงให้เห็นว่าตำแหน่ง 620 มีการกลายพันธุ์สูงและมีแนวโน้มที่จะแทนที่กรดแอสปาร์ติกด้วยแอสปาราจีนตลอดวิวัฒนาการ[ 11 ] ในทางภูมิศาสตร์ ตัวแปร VPS35 -D620N พบได้มากที่สุดในกลุ่มลูกหลานและครอบครัวชาวคอเคเชียนในสวิตเซอร์แลนด์ ออสเตรีย สหรัฐอเมริกา ตูนิเซีย อิสราเอล สหราชอาณาจักร ฝรั่งเศส เยอรมนี และญี่ปุ่น[ 6 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 21 ] ตัวแปร VPS35อื่นๆ(เช่น P316S, R32S, R524W, I560T, H599R, M607V) ได้รับการระบุในผู้ป่วย PD บางราย อย่างไรก็ตาม ตัวแปร VPS35 -D620N ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดที่สุดและปัจจุบันเป็นรูปแบบการกลายพันธุ์ของVPS35 เพียงรูปแบบเดียว ที่ได้รับการยืนยันว่าเป็นสาเหตุของโรค[ 5 ] [ 10 ] [ 12 ]ปัจจุบันยังไม่ทราบความถี่ของการกลายพันธุ์ D620N ในประชากรทั่วไป[ 16 ]
ลักษณะของผู้ป่วย
เคมีประสาทและอาการทางคลินิกของ โรคพาร์กินสันที่เกิดจาก VPS35และ โรคพาร์ กินสันที่ไม่ ทราบสาเหตุนั้น ไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ[ 12 ] [ 14 ] [ 20 ]ผู้ป่วยโรคพาร์กินสันที่มีการกลายพันธุ์ของ VPS35 จะมีอาการทั่วไปของโรคพาร์ กินสัน ได้แก่อาการเคลื่อนไหวช้า (91.4%) อาการแข็งเกร็ง (80%) อาการสั่น (77.1%) และอาการทรงตัวไม่คงที่ (60%) [ 12 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 20 ]ผู้ป่วยที่มี การกลายพันธุ์ VPS35 -D620N มีอายุเฉลี่ยของการเริ่มเป็นโรคอยู่ระหว่าง 50-52 ปี (เร็วกว่าการเริ่มเป็นโรคพาร์กินสันแบบคลาสสิกที่ 65-85 ปี) โดยทั่วไปเป็นคนผิวขาว (82.9%) และมีประวัติครอบครัวสูง (91.4%) [ 11 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 20 ]การ กลายพันธุ์ VPS35 -D620N เกิดขึ้นบ่อยกว่าใน PD ที่เป็นกรรมพันธุ์ (~1.3%) มากกว่าใน PD ที่เป็นกรณีสุ่ม (0.3%) [ 14 ]ผู้ป่วย PD ที่มี การกลายพันธุ์ VPS35 -D620N จะมีการดำเนินของโรคที่ช้าลง โดยทั่วไปแล้วจะไม่มีอาการทางด้านการรับรู้หรือจิตเวช[ 22 ]ผู้ป่วยทุกคนตอบสนองได้ดีต่อ การรักษา ด้วยเลโวโดปาซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการรักษาหลักเพื่อบรรเทาอาการของ PD [ 12 ] [ 14 ]โดยรวมแล้ว การกลายพันธุ์ VPS35 -D620N ค่อนข้างหายากใน PD โดยมีอัตราการเกิดโดยประมาณ 0.115% จากการศึกษากรณีมากกว่าสิบกรณี ซึ่งประกอบด้วยผู้ป่วย PD ประมาณ 22,000 รายทั่วโลก[ 12 ] [ 16 ]ข้อควรระวังทางคลินิกประการหนึ่งคือ พยาธิสภาพของ Lewy body ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ในบริบทของ PD ที่เกิดจาก VPS35เนื่องจากมีผู้ป่วย PD เพียงรายเดียวที่มี ตัวแปร VPS35- D620N ที่ได้รับการชันสูตรศพ[ 12 ]อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันว่าในสมองของผู้ป่วย PD ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มี VPS35 ที่มีตำแหน่งผิดปกติใน Lewy body [ 13 ]
ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง VPS35 และยีนที่เชื่อมโยงกับโรคพาร์กินสัน
การเปลี่ยนแปลงใน VPS35 ส่งผลต่อระดับของ leucine-rich repeat kinase 2 ( LRRK2 ) ซึ่งเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับ PD ที่ช่วยในการขนส่งเวสิเคิลโดยการฟอสโฟรีเลตโปรตีน Rab [ 9 ] [ 13 ] [ 16 ] [ 23 ] การลดระดับ VPS35 หรือการแสดงออกมากเกินไปของVPS35 -D620N สามารถเพิ่มการฟอสโฟรีเลตตัว เอง ของ LRRK2 ทำให้กิจกรรมโดยรวมเพิ่มขึ้น[ 16 ]หนูทรานสเจนิกที่มีVPS35 -D620N แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงการฟอสโฟรีเลต Rab โดย LRRK2 [ 13 ]ในDrosophilaการแสดงออกมากเกินไปของVPS35สามารถช่วยแก้ไขฟีโนไทป์ PD ที่เกิดจาก LRRK2 กลายพันธุ์ได้[ 12 ] [ 16 ]การกลายพันธุ์ LRRK2 G2019S ยังพบว่าทำให้ ระดับ VPS35 ลดลง ใน เซลล์ เนื้องอกประสาท N2A ของหนู ซึ่งบ่งชี้ถึงกลไกที่มีผลกระทบระหว่างปัจจัยเหล่านี้[ 13 ]
Parkinซึ่งเป็นE3 ubiquitin ligaseที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายโปรตีน มักพบในโรคพาร์กินสัน ในวัยเด็กแบบถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบด้อย และมีปฏิสัมพันธ์กับ VPS35 ที่รู้จักกันดี[ 16 ] การแสดงออกมากเกินไป ของ VPS35ในแมลงหวี่ที่ขาด Parkin จะย้อนกลับลักษณะอาการที่ขาด Parkin ทำให้มีอายุยืนยาวขึ้น ความสามารถในการปีนป่ายเพิ่มขึ้น และลดความไวต่อพาราควอตซึ่งเป็นสารกำจัดวัชพืชที่เป็นพิษที่ทราบกันว่าเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคพาร์กินสันในมนุษย์[ 16 ]เป็นที่ทราบกันว่า Parkin เพิ่มการยูบิควิตินของ VPS35 [ 16 ]ที่น่าประหลาดใจคือ สิ่งนี้ไม่ได้นำไปสู่ การย่อย สลาย VPS35 โดยโปรตีเอโซม บทบาทเชิงหน้าที่ยังคงอยู่ระหว่างการตรวจสอบ[ 23 ]มีการเสนอว่า VPS35 อาจทำงานที่ปลายทางของ Parkin เนื่องจากการแสดงออกมากเกินไปของVPS35 -D620N ในหนูที่ขาด Parkin ไม่ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถกู้คืนการสูญเสียเซลล์ประสาทโดปามีนได้[ 16 ]
โรคอัลไซเมอร์
AD เป็นสาเหตุสำคัญที่สุดของภาวะสมองเสื่อม (60-80%) และส่งผลกระทบต่อความสามารถทางปัญญาหลายอย่างในผู้ป่วย รวมถึงการดึงคำศัพท์ การระลึกถึงความทรงจำ และหน้าที่บริหารจัดการทั่วไปอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการดูแลตนเองขั้นพื้นฐาน[ 24 ]พยาธิสภาพของ AD มักเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของ คราบ อะไมลอยด์เบต้า (Aβ) ในสมอง ซึ่งกระตุ้นการตอบสนองการอักเสบโดยไมโครเกลียและทำให้เกิดการสะสมและการแพร่กระจาย ของ เทา อย่างต่อเนื่อง [ 25 ]การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลให้เกิดการเสื่อมของเซลล์ประสาท นำไปสู่การสูญเสีย การเชื่อมต่อ ของไซแนปส์และการส่งสัญญาณของสารสื่อประสาท[ 24 ] [ 25 ]
ในทางคลินิก การแสดงออกของVPS35ในสมองที่ต่ำถือเป็นปัจจัยเสี่ยงของโรคอัลไซเมอร์ เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่าบริเวณที่มีพยาธิสภาพของโรคอัลไซเมอร์สูงจะแสดงกิจกรรมของ VPS35 ที่ต่ำ[ 9 ] [ 10 ] [ 26 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พบว่าระดับของ VPS35ในฮิปโปแคมปัสของผู้ป่วยโรคอัลไซเมอร์ที่เสียชีวิตแล้ว นั้น ลดลง เมื่อเทียบกับผู้ป่วยที่มีสุขภาพดี [ 6 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 15 ]สามารถจำลองสิ่งนี้ได้ในหนูสายพันธุ์เฉพาะที่คล้ายกับโรคอัลไซเมอร์ Tg2576 ซึ่งการลบยีนVPS35 แบบเฮเทอโร ไซกัส จะเพิ่มลักษณะอาการของโรคอัลไซเมอร์ในฮิปโปแคมปัสและคอร์เท็กซ์ [ 12 ] มนุษย์ที่มีตัวแปรทางพันธุกรรมของ VPS35 ก็เพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดโรคอัลไซเมอร์เช่นกัน[ 11 ]ดังนั้น พยาธิสภาพของโรคอัลไซเมอร์จึงเชื่อมโยงกับการทำงานของรีโทรเมอร์ที่ผิดปกติ[ 14 ]
การศึกษาการลดระดับ VPS35 แสดงให้เห็นว่าระดับโปรตีนสารตั้งต้นอะไมลอยด์ ( APP ) และคราบพลัค Aβ เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของโรคอัลไซเมอร์[ 7 ]การขาด VPS35 ลดการขนส่งเอนโดโซมที่มี APP ซึ่งในที่สุดจะอำนวยความสะดวกในการรวมตัวของ APP และการก่อตัวของคราบพลัค Aβ [ 5 ] [ 9 ] [ 14 ]ตัวรับที่เกี่ยวข้องกับซอร์ติลินเป็นโปรตีนขนส่งที่โต้ตอบกับ VPS35 โดยจะจับกับ APP และส่ง APP ไปยังระบบไลโซโซมเพื่อการย่อยสลายการทำงานของรีโทรเมอร์ที่บกพร่องจาก การกลายพันธุ์ของ VPS35ยังเพิ่มกิจกรรมของเบตา-ซีเครเทส 1 ( BACE1 ) ซึ่งจะตัด APP ขนาดใหญ่และเพิ่มความเป็นพิษของคราบพลัค Aβ [ 6 ] [ 7 ]สิ่งนี้พบได้ในหนูเฮเทอโรไซกัสที่ขาด VPS35 ซึ่งมีปริมาณ Aβ40 และ Aβ42 มากกว่าเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม[ 5 ]การแสดงออกของVPS35 ที่ลดลง ในแบบจำลอง AD ของแมลงหวี่แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของการก่อตัวของคราบ Aβ กิจกรรม BACE1 การขาดความจำ และความผิดปกติของไซแนปส์[ 10 ] [ 15 ]
การลบ VPS35ในแบบจำลอง AD ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความเกี่ยวข้องกับการทำงานของไมโครเกลียที่ผิดปกติและการพัฒนาของฮิปโปแคมปัสที่บกพร่อง อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถระบุตัวแปรที่เป็นสาเหตุได้[ 10 ]เป็นไปได้ว่าการสูญเสียการทำงานของ VPS35 อาจทำให้การตอบสนองต่อการอักเสบใน AD บกพร่อง เนื่องจากตัวรับที่กระตุ้นซึ่งแสดงออกบนเซลล์ไมอีลอยด์ 2 ( TREM2 ) ซึ่งเป็นปัจจัยของไมโครเกลียที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบใน AD เป็นโปรตีนบรรทุกของรีโทรเมอร์และ VPS35 [ 16 ]นอกจากนี้ยังพบพยาธิสภาพของเทาในสมองของ หนู VPS35 -D620N knock-in [ 13 ] [ 14 ]
พยาธิสรีรวิทยา
ออโตฟาจีที่ผิดปกติ
คอมเพล็กซ์ WASH เป็นส่วนประกอบสำคัญในการทำงานของออโตฟาจีและเอนโดโซม[ 13 ]ช่วยสร้างแอคตินแพทช์บนเยื่อหุ้มเอนโดโซมเพื่ออำนวยความสะดวกในการขนส่งไปยัง TGN [ 12 ]ปลาย C ของ VPS35 จับกับคอมเพล็กซ์ WASH ผ่านทางรีโทรเมอร์ ปฏิสัมพันธ์นี้ช่วยแยกแยะว่าโปรตีนใดถูกดึงกลับมาจาก TGN [ 6 ] [ 12 ] [ 16 ]เมื่อเปรียบเทียบกับ VPS35 ที่ไม่กลายพันธุ์ ตัวแปร VPS35 -D620N มีความสัมพันธ์ในการจับกับแฟมิลีที่มีความคล้ายคลึงกันของลำดับ 210 สมาชิก A (FAM21) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ WASH ที่อ่อนแอกว่า ทำให้เกิดความผิดปกติของออโตฟาจี[ 12 ] [ 14 ]ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของการจับคอมเพล็กซ์ WASH ที่บกพร่องคือการขนส่งที่ไม่เหมาะสมของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับออโตฟาจี 9a ( ATG9A ) ซึ่งเป็นโปรตีนทรานส์เมมเบรนที่อำนวยความสะดวกในการโต้ตอบระหว่าง LC3 และออโตฟาโกโซม[ 5 ] [ 14 ]การหยุดชะงักในการขนส่ง ATG9A โดย การกลายพันธุ์ VPS35 -D620N ยังทำให้การแปลตำแหน่งของ WASH complex ไปยังเอนโดโซมลดลง ซึ่งบ่งชี้ถึงการตอบสนองแบบวนรอบระหว่าง VPS35 ที่กลายพันธุ์และการแปลตำแหน่งผิดที่ของ ATG9A [ 7 ] [ 13 ] [ 14 ]ผลอีกประการหนึ่งของการจับ WASH complex ที่บกพร่องคือการจัดเรียง Cl-MPR และตัวขนส่งกลูโคส 1, GLUT1ผิดพลาด ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของ TGN และการใช้พลังงาน[ 12 ]
โดยเฉพาะในโรคพาร์กินสัน การสะสมของธาตุเหล็กสามารถเปลี่ยนแปลงการทำงานของรีโทรเมอร์ในกระบวนการออโตฟาจีได้ เมื่อเทียบกับผู้ป่วยที่มีสุขภาพดี ผู้ป่วยโรคพาร์กินสันจะมีปริมาณธาตุเหล็กในซับสแตนเซียไนกราสูงกว่า รวมถึงโปรตีนขนส่งโลหะสองวาเลนซ์ 1 ( DMT1 ) ซึ่งเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับรีโทรเมอร์และกักเก็บธาตุเหล็กไว้ในเซลล์[ 15 ] [ 16 ]เชื่อกันว่าการรวมกันของความเข้มข้นของธาตุเหล็กที่สูงขึ้นและกิจกรรมของ DMT1 นำไปสู่การตายของเซลล์ประสาทในโรคพาร์กินสันโดยการเพิ่มการสะสมของ α-synuclein [ 15 ] เซลล์SH-SY5Y ที่แสดงออกถึง VPS35 -D620N กลายพันธุ์แสดงให้เห็นการสะสมของ DMT1 [ 16 ] การลดระดับ VPS35โดยRNAiทำให้ DMT1 สามารถเชื่อมโยงกับโครงสร้าง LAMP2-positive ได้ใกล้ชิดยิ่งขึ้น เพิ่มความเข้มข้นของธาตุเหล็กในไลโซโซมและทำให้กระบวนการออโตฟาจีบกพร่อง[ 15 ]ผลกระทบนี้จะกลับคืนสู่สภาพเดิมเมื่อมีการฟื้นฟู VPS35 [ 15 ]โดยรวมแล้ว ออโตฟาจีที่ควบคุมโดยชาเปอโรนถูกรบกวนด้วยการทำงานของคอมเพล็กซ์ WASH ที่บกพร่อง หนูที่น็อกเอาต์ VPS35 แบบเฮเทอโรไซกัส และหนูที่มี การกลายพันธุ์ VPS35 -D620N มีการลดลงของการขนส่ง LAMP2a ซึ่งนำไปสู่การสะสมของ α-synuclein ในสมองและก่อให้เกิดผลกระทบทางหน้าที่ที่สำคัญใน PD [ 12 ] [ 14 ]
การสะสมของโปรตีนอัลฟา-ซินูคลีนและการสูญเสียเซลล์ประสาทโดปามีน
การแสดงออกของ VPS35ที่บกพร่องหรือการมีVPS35 -D620N กลายพันธุ์นั้นเป็นที่ทราบกันดีว่าทำให้เกิดการรวมตัวของ α-synuclein และการสูญเสียเซลล์ประสาทโดปามีน ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญใน PD [ 7 ] [ 10 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 16 ] [ 19 ]มีการศึกษาเรื่องนี้ในแมลงหวี่โดยพบว่าการขาด VPS35 นำไปสู่การสะสมของ α-synuclein ในไลโซโซมและการขนส่งที่ไม่เหมาะสมของ CI-MPR และลิแกนด์ ของมัน คือcathepsin Dซึ่งเป็นโปรตีเอสในไลโซโซมที่มีความสำคัญต่อกระบวนการ α-synuclein [ 12 ] [ 14 ] [ 19 ]การลดระดับVPS35โดยใช้short hairpin RNAจะลดการแปลตำแหน่งและการรีไซเคิลของตัวขนส่งโดปามีนที่เยื่อหุ้มไซแนปส์[ 10 ] [ 11 ] [ 14 ]หนูที่มียีนVPS35 ถูกตัดออกแบบเฮเทอโรไซกั ส จะแสดงอาการคล้ายโรคพาร์กินสันเมื่อโตเต็มวัย รวมถึงการสะสมของ α-synuclein ความบกพร่องทางการเคลื่อนไหว และการสูญเสียการทำงานของโดปามีนในซับสแตนเซียไนกราและสไตรอาตัม [ 12 ] [ 14 ] หนูทรานสเจนิกที่แสดงออก α-synuclein ของมนุษย์ แบบปกติ มากเกินไป จะมีระดับVPS35 ต่ำกว่า และการแสดงออกVPS35 แบบปกติมากเกินไปโดยใช้ไวรัส แต่ไม่ใช่VPS35 ที่กลายพันธุ์ สามารถฟื้นฟูการสูญเสียเซลล์ประสาทในฮิปโปแคมปัสและลดแอสโตรกลิโอซิสได้[ 12 ] [ 14 ]
จากการศึกษาในสัตว์ยังไม่ชัดเจนว่า ตัวแปร VPS35 -D620N เพียงพอที่จะทำให้เกิดพยาธิสภาพของโรคพาร์กินสันหรือไม่ ในหนู การแสดงออกมากเกินไปของVPS35 -D620N ของมนุษย์ โดยใช้ไวรัสอะดีโนแอสโซซิเอต ( AAV ) ไม่ได้เปลี่ยนแปลงระดับ α-synuclein การฟอสโฟรีเลชัน หรือพยาธิสภาพของโรคพาร์กินสันในเซลล์ประสาทโดปามีนในซับสแตนเซียไนกรา[ 12 ]อย่างไรก็ตาม การศึกษาอื่นๆ ที่ใช้หนูได้แสดงให้เห็นว่าการนำ ตัวแปร VPS35 -D620N เข้ามาส่งผลให้เกิดการเสื่อมของเซลล์ประสาทโดปามีนในซับสแตนเซียไนกรา[ 5 ]แบบจำลองหนูแบบ knock-in ของVPS35 -D620N ไม่แสดงความแตกต่างในการประกอบและเสถียรภาพของ retromer หรือระดับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับเอนโดไลโซโซม ออโตฟาจี ไมโตคอนเดรีย หรือ α-synuclein ในสมอง แม้ว่าจะมีการลดลงของโดปามีนใน striatal เมื่ออายุประมาณ 5 เดือนก็ตาม[ 12 ] [ 14 ]ในDrosophilaการแสดงออกมากเกินไปของVPS35 -D620N หรือVPS35 -P316S ของมนุษย์ แสดงให้เห็นถึงการสูญเสียเซลล์ประสาทโดปามีน ความบกพร่องในการเคลื่อนไหว และการอยู่รอดโดยรวมที่ลดลงเมื่อเทียบกับ VPS35 ชนิด ปกติของมนุษย์[ 12 ]
เส้นทางWnt/β-catenin (หรือ Wnt-PCP) อาจมีส่วนร่วมในการเสื่อมสภาพของเซลล์ประสาทโดปามีนในสมองส่วนกลาง[ 15 ] เชื่อกันว่า การทำงานที่ไม่ทำงานของคอมเพล็กซ์ retromer ผ่าน การกลายพันธุ์ ของ VPS35จะทำให้ Wntless ซึ่งเป็นโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่ควบคุมการหลั่ง Wnt จากเซลล์เสื่อมสภาพ ลง [ 15 ]ซึ่งนำไปสู่การลดระดับการส่งสัญญาณ Wnt ทำให้เซลล์ประสาทโดปามีนมีความเปราะบางและเสื่อมสภาพมากขึ้น[ 15 ]
การส่งสัญญาณกลูตาเมตบกพร่อง
การสูญเสียกิจกรรมของ VPS35 ทำให้ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสารสื่อประสาทกระตุ้นอย่างกลูตาเมตลด ลง [ 16 ]สิ่งนี้ได้รับการแสดงให้เห็นแล้วโดยใช้การกลายพันธุ์เฉพาะเซลล์ประสาทของVPS35 -D620N [ 16 ]ในเชิงกลไก สิ่งนี้อาจถูกควบคุมโดยรีโทรเมอร์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีการแปลตำแหน่งไปยังเดนไดรต์สไปน์และควบคุมการหมุนเวียนของตัวรับ AMPA ที่เป็นกลูตา เมตGluR1 [ 12 ] [ 16 ]เนื่องจากการจับกับคอมเพล็กซ์ WASH บกพร่องผ่านการ กลายพันธุ์ VPS35 -D620N ทำให้ GluR1 สามารถเคลื่อนย้ายผิดตำแหน่งได้[ 14 ]การรักษาเซลล์ประสาทฮิปโปแคมปัสและคอร์เทกซ์ของหนูด้วยRNA รบกวนขนาดเล็กของ VPS35 จะยับยั้งการเคลื่อนย้ายตัวรับ AMPA ไปยังเยื่อหุ้มเดนไดรต์[ 10 ] หนูที่น็อกเอาต์แบบเฮเทอโรไซกัส ของ VPS35แสดงผลคล้ายกัน โดยมีการสังเกตเพิ่มเติมถึงการพัฒนาของหนามเดนไดรต์ที่บกพร่อง[ 12 ]เซลล์ประสาทโดปามีนเนอร์จิกที่ได้ จากเซลล์ต้นกำเนิดแบบเหนี่ยวนำให้เกิดความสามารถในการสร้างเซลล์หลายชนิด ของมนุษย์ ที่มีการกลายพันธุ์ VPS35- D620N ยังทำให้ตำแหน่งของ GluR1 เปลี่ยนไปจากหนามเดนไดรต์ ส่งผลให้การส่งสัญญาณประสาทกลูตาเมอร์จิกเปลี่ยนแปลงไป[ 12 ]
การกำหนดตำแหน่งของตัวรับ AMPA มีความสำคัญต่อความยืดหยุ่นของไซแนปส์เนื่องจากการลด ระดับ VPS35ในฮิปโปแคมปัสจะขัดขวางการเสริมศักยภาพระยะยาว[ 7 ]อย่างไรก็ตาม การส่งสัญญาณไซแนปส์โดยรวมไม่ได้ได้รับผลกระทบอย่างมาก[ 7 ]ความรู้ในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงระดับ VPS35 ส่งผลต่อการส่งสัญญาณประสาทกระตุ้นเท่านั้น เนื่องจากตัวรับ GABA ที่ยับยั้ง ดูเหมือนจะไม่ได้รับผลกระทบจากVPS35หรือความบกพร่องของรีโทรเมอร์[ 7 ]
ภาวะสมดุลของไมโตคอนเดรียถูกรบกวน
ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่ผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นเพื่อผลิตอะดีโนซีนไตรฟอสเฟตหรือ ATP ซึ่งให้พลังงานแก่เซลล์ในการดำเนินกระบวนการเมตาบอลิ ซึม และโฮมีโอสเตซิส ที่จำเป็น [ 13 ] VPS35 และรีโทรเมอร์ช่วยสร้างเวสิเคิลที่ได้จากไมโตคอนเดรีย (MDVs) นำโปรตีนไมโตคอนเดรียไปสู่การย่อยสลายตามความจำเป็น และอำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างเวสิเคิลกับเพอร์ออกซิโซมหรือไลโซโซม[ 12 ] [ 16 ]ในโรคต่างๆ การขาดหรือการกลายพันธุ์ของ VPS35ทำให้เกิดความผิดปกติทางสัณฐานวิทยาและหน้าที่ของไมโตคอนเด รีย [ 13 ] VPS35ที่กลายพันธุ์อาจนำไปสู่ความไม่เสถียรของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียโดย การสะสมของ เซราไมด์ซึ่งส่งเสริมการผลิตอนุมูลอิสระ [ 13 ] ซึ่งจะลดศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย ลดการผลิต ATP และทำให้พลังงานชีวภาพบกพร่อง[ 12 ]นอกจากนี้ MDV บางตัวอาจมีโปรตีนไลเกสที่ยึดติดกับไมโทคอนเดรีย (MAPL) ซึ่งช่วยให้รีโทรเมอร์ขนส่ง MDV ไปยังเพอร์ออกซิโซมเพื่อการออกซิเดชัน[ 19 ]การลดระดับ VPS35 จะขัดขวางการขนส่งนี้[ 19 ]
VPS35 และ retromer ยังช่วยปรับการรวมตัวและการแยกตัว ของไมโทคอนเดรีย ด้วย[ 13 ] [ 14 ] [ 16 ]ในสภาวะปกติ VPS35 ช่วยควบคุมการรวมตัวของไมโทคอนเดรียโดยการกำจัดไมโทคอนเดรีย E3 ubiquitin protein ligase 1 ( MUL1 ) ออกจากเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นนอกและป้องกันการสลายตัวของ mitofusin 2 ( Mfn2 ) [ 13 ]การสูญเสียการทำงานของ VPS35 ทำให้ MUL1 เพิ่มขึ้นในเซลล์ประสาทโดปามีน ส่งผลให้เกิดการยูบิควิตินและการสลายตัวของ Mfn2 [ 13 ]การรักษา เซลล์ประสาทที่ขาด VPS35ด้วยVPS35 ชนิดปกติ แต่ไม่ใช่VPS35 -D620N ที่กลายพันธุ์ จะช่วยฟื้นฟูระดับ MUL1 และลดการแตกตัวของไมโทคอนเดรีย[ 12 ]ในทางกลับกัน การแสดงออกมากเกินไปของVPS35 -D620N กลายพันธุ์ของมนุษย์ในเซลล์ประสาทคอร์ติคัลของหนูที่เพาะเลี้ยง เซลล์ M17 และไฟโบ รบลาสต์ของมนุษย์ และเซลล์ประสาทซับสแตนเซียไนกราลของหนูในร่างกายทำให้เกิดการแตกตัวของไมโทคอนเดรียและการสูญเสียเซลล์ประสาท เมื่อเทียบกับ VPS35 สายพันธุ์อื่น R524W [ 12 ]การสูญเสียการทำงานของ VPS35 ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการแบ่งตัวของไมโทคอนเดรียผ่านการกักเก็บโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับไดนามิน 1 ( Drp1 ) ที่ไม่ทำงานในเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นนอก[ 13 ]
การประยุกต์ใช้ในการรักษา
อนุพันธ์ไทโอ ฟีน ไทโอยูเรีย R33 และ R55 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถควบคุมระดับ VPS35 ทำให้คอมเพล็กซ์รีโทรเมอร์มีเสถียรภาพอีกครั้ง และฟื้นฟูการทำงานของเอนโดโซมใน AD [ 13 ] การรักษา ด้วยราพาไมซินยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มการทำงานของออโตฟาจีและปรับปรุงการกำจัดโปรตีนที่รวมตัวกันซึ่งมีบทบาทสำคัญใน PD และ AD [ 14 ]
มีศักยภาพในการปรับเปลี่ยน VPS35 โดยใช้เวกเตอร์ไวรัสหรือเทคนิคการแก้ไขจีโนม เช่น CRISPR/Cas9อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก VPS35 มีบทบาทอย่างแพร่หลายในกระบวนการรักษาสมดุลหลายอย่าง จึงจำเป็นต้องมีการควบคุมปริมาณอย่างเข้มงวดและมีความเฉพาะเจาะจงในระดับภูมิภาคเพื่อให้ได้ผลการรักษาที่ปลอดภัย[ 13 ]เวกเตอร์ AAV2 ได้แสดงให้เห็นถึงความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการทดลองทางคลินิก และอาจได้รับการออกแบบมาเพื่อนำVPS35 ที่ไม่กลายพันธุ์ในปริมาณสูงมา ใช้กับผู้ป่วยที่เป็นโรคทางระบบประสาทเสื่อม[ 14 ]
การประยุกต์ใช้การรักษาเชิงคาดการณ์สำหรับ VPS35 ได้แก่ การพัฒนาการ ทดสอบไบ โอมาร์กเกอร์ที่ตรวจจับระดับVPS35 ที่ต่ำกว่า ในผู้ป่วย PD หรือ AD และการระบุองค์ประกอบควบคุมซิสภายใน ยีน VPS35สำหรับ การบำบัด ด้วยไมโครอาร์เอ็นเอเพื่อย้อนกลับภาวะขาด VPS35 [ 9 ]
อ่านเพิ่มเติม
- Maruyama K, Sugano S (มกราคม 1994). "Oligo-capping: วิธีง่ายๆ ในการแทนที่โครงสร้าง cap ของ mRNA ยูคาริโอตด้วยโอลิโกไรโบนิวคลีโอไทด์" Gene . 138 ( 1– 2): 171– 4. doi : 10.1016/0378-1119(94)90802-8 . PMID 8125298 .
- Andersson B, Wentland MA, Ricafrente JY, Liu W, Gibbs RA (เมษายน 1996). "วิธีการ "อะแดปเตอร์คู่" สำหรับการสร้างไลบรารีช็อตกันที่ดีขึ้น" Analytical Biochemistry . 236 (1): 107– 13. doi : 10.1006/abio.1996.0138 . PMID 8619474 .
- Bonaldo MF, Lennon G, Soares MB (กันยายน 1996). "การทำให้เป็นมาตรฐานและการลบ: สองแนวทางเพื่ออำนวยความสะดวกในการค้นพบยีน" . Genome Research . 6 (9): 791– 806. doi : 10.1101/gr.6.9.791 . PMID 8889548 .
- Yu W, Andersson B, Worley KC, Muzny DM, Ding Y, Liu W และ คณะ (เมษายน 1997). "การจัดลำดับ cDNA แบบต่อกันขนาดใหญ่" . Genome Research . 7 (4): 353– 8. doi : 10.1101/gr.7.4.353 . PMC 139146 . PMID 9110174 .
- Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, Suyama A, Sugano S (ตุลาคม 1997). "การสร้างและลักษณะเฉพาะของไลบรารี cDNA ที่อุดมด้วยความยาวเต็มและอุดมด้วยปลาย 5'" Gene . 200 ( 1– 2): 149– 56. doi : 10.1016/S0378-1119(97)00411-3 . PMID 9373149 .
- Edgar AJ, Polak JM (พฤศจิกายน 2000). "โปรตีนโฮโมล็อกของมนุษย์ของยีสต์ที่ทำหน้าที่คัดแยกโปรตีนในแวคิวโอล 29 และ 35". Biochemical and Biophysical Research Communications . 277 (3): 622– 30. Bibcode : 2000BBRC..277..622E . doi : 10.1006/bbrc.2000.3727 . PMID 11062004 .
- Hartley JL, Temple GF, Brasch MA (พฤศจิกายน 2000). "การโคลน DNA โดยใช้การรวมตัวใหม่เฉพาะตำแหน่งในหลอดทดลอง" . Genome Research . 10 (11): 1788– 95. doi : 10.1101/gr.143000 . PMC 310948 . PMID 11076863 .
- Haft CR, de la Luz Sierra M, Bafford R, Lesniak MA, Barr VA, Taylor SI (ธันวาคม 2000). "ออร์โธล็อกของมนุษย์ของโปรตีนคัดแยกแวคิวโอลของยีสต์ Vps26, 29 และ 35: การประกอบเป็นคอมเพล็กซ์หลายหน่วย" . Molecular Biology of the Cell . 11 (12): 4105– 16. doi : 10.1091/mbc.11.12.4105 . PMC 15060 . PMID 11102511 .
- Vergés M, Luton F, Gruber C, Tiemann F, Reinders LG, Huang L และ คณะ (สิงหาคม 2547). "รีโทรเมอร์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมควบคุมการขนส่งผ่านไซโทซิสของตัวรับอิมมูโนโกลบูลินโพลีเมอร์" Nature Cell Biology . 6 (8): 763– 9. doi : 10.1038/ncb1153 . PMID 15247922 . S2CID 22296469 .
- Mingot JM, Bohnsack MT, Jäkle U, Görlich D (สิงหาคม 2547). "Exportin 7 กำหนดเส้นทางการส่งออกนิวเคลียร์ทั่วไปแบบใหม่"วารสารEMBO 23 ( 16): 3227– 36. doi : 10.1038/sj.emboj.7600338 . PMC 514512 . PMID 15282546 .