Feiten over Superoxide Dismutases: Rol in Redox Signalering Onthuld

De SOD's vormen het eerste enzymatische afweersysteem tegen radicale schade door zuurstof: dit enzym is dus essentieel voor alle aërobe organismen, maar niet voor anaërobe organismen. Ter ondersteuning van deze hypothese geloofde McCord dat het bestaan van een aëroob organisme vooral afhangt van zijn vermogen om ZODE's te produceren, aangezien zijn tekort verantwoordelijk is voor de zuurstofgevoeligheid en alleen in een anaëroob milieu kan overleven.

In fysiologische condities, de superoxide dismutases, samen met de niet-enzymatische ROS aaseters als vitamine E, A, en C handhaven een steady state tussen oxidant en antioxidant systemen (Russo et al., 2011). De ontregeling in redox homeostase, bepaald door een onbalans tussen de productie van ROS en de capaciteit van de aaseters, bepaalt aanzienlijke cellulaire schade als membraanlipoperoxidatie, nucleïnezuur en structurele veranderingen van eiwitten die bijdragen aan neurodegeneratieve en hart- en vaatziekten.

In de afgelopen jaren hebben veel gegevens die zijn verkregen in in vitro studies die zijn uitgevoerd in veel cellulaire lijnen, voornamelijk neuroblastoom SK-N-BE cellen, aangetoond dat SOD1 wordt afgescheiden en in staat is om, via muscarine M1 receptor, cellulaire paden te activeren met ERK1/2 en AKT activering; deze effecten worden geassocieerd met intracellulaire calciumtoename die verder wordt geaccentueerd wanneer deze cellen worden gestimuleerd met gemuteerde SOD1G93A.

De intracellulaire cytosolische SOD1 lokalisatie is een kwestie van discussie geweest; recente bewijzen, uitgevoerd in getransfecteerde muisneuroblastoom neuro2 cellen, toonden aan dat zowel wilde type SOD1 (wt-SOD1) als SOD1 mutanten zijn verdeeld in luminale structuren van endoplasmatische en Golgi apparaten (Urushitani et al., 2008). Het eerste experimentele bewijs dat sommige cellulaire lijnen in staat zouden kunnen zijn om de Cu,Zn superoxide dismutase af te scheiden dateert van vele jaren geleden toen we voor het eerst de afscheiding van dit eiwit toonden door experimenten uitgevoerd in hepatocyten en fibroblasten (Mondola et al., 1996), neuroblastoom SK-N-BE cellen (Mondola et al., 1998; Gomes et al., 2007; Polazzi et al., 2013) en in thymus afgeleide epitheliale cellen (Cimini et al., 2002).

Daarnaast hebben we aangetoond dat in menselijke neuroblastoom SK-N-BE cellen, die een grotere gevoeligheid voor door glucosegebrek veroorzaakte cytotoxiciteit vertonen als gevolg van een verhoogde gevoeligheid voor ROS (Shutt et al., 2010), de export van SOD1 plaatsvindt in normale omstandigheden en toeneemt als gevolg van oxidatieve stress (Mondola et al., 1996, 1998). Achtereenvolgens hebben we aangetoond dat SOD1 in menselijke neuroblastoom SK-N-BE cellen wordt geëxporteerd via een microvesiculaire secretiebaan die wordt aangetast door brefeldin-A (BFA), en door 2-deoxyglucose, en natriumazide, wat de ATP intracellulaire pool vermindert (Mondola et al., 2003).

Indicatoren op de rol van mangaan-superoxide in ... - Hindawi je moet weten

 

 

Een ander belangrijk aspect was de ontdekking dat naast de constitutieve SOD1-export ook de afscheiding van dit enzym wordt geïnduceerd. In dit verband hebben we aangetoond (Santillo et al., 2007) dat SOD1 actief wordt vrijgemaakt uit synaptosomen van de hersenen van de ratten en uit GH3-cellen van de hypofyse van de ratten, die een goed model vormen voor de studie van de induceerbare SOD1-afgifte, aangezien ze alle neuronale eiwitmachines bezitten die betrokken zijn bij de synaptische vesikelexocytose.

In een poging om de mogelijke rol van SOD1 export te evalueren, hebben we onlangs in de SK-N-BE neuroblastoom cellijn aangetoond dat dit enzym in staat is om, door de betrokkenheid van de muscarine M1 receptor, ERK1/2 en AKT op een dosis- en tijdafhankelijke manier te activeren. Dit effect werd opmerkelijk verminderd door de M1-receptor te dempen en door gebruik te maken van M1-antagonist pirenzepine (Damiano et al., 2013).

Echter, FGF-1 en de 18 kDa isovorm van FGF-2 zijn aangetoond dat ze worden afgescheiden door een alternatieve route die direct wordt getransloceerd van het cytoplasma naar de extracellulaire ruimte. Analoog is ook interleukine 1β (IL-1β) gesecreteerd door een vesiculaire niet-klassieke exportroute. Oplosbare eiwitten bevatten klassiek N-terminale signaalpeptiden die hen naar het translocatieapparaat van het Endoplasmatisch Reticulum (ER) leiden (Walter et al., 1984).

Daarnaast is de niet-klassieke eiwitafscheiding zowel energie- als temperatuurafhankelijk en kan deze worden gestimuleerd of geremd door verschillende behandelingen (Cleves, 1997; Hughes, 1999). De lijst van eiwitten die uit cellen zouden kunnen worden geëxporteerd bij gebrek aan een functioneel ERG-systeem (onconventionele secretiebaan), zoals IL-1β en galectine-1 (ook wel L-14 genoemd), groeit voortdurend; voor verdere gegevens zie de review van Nickel (2003).

 

Daarom moet de SOD1-secretie het canonieke ERG-secretariaatspad omzeilen. We hebben al eerder aangetoond dat zowel BFA als 2-deoxyglucose en natriumazide (NaN3) de export van SOD1 belemmeren (Mondola et al., 2003). Naar onze mening is de behandeling met BFA waarschijnlijk niet alleen de klassieke secretorische ERG pathway, maar ook het microvesiculaire membraanverkeer van onconventionele eiwitafscheiding of alternatieve eiwitexport aan het wankelen gebracht.

De 20 seconden durende truc voor Superoxide Dismutase: Voordelen voor de gezondheid, Gebruik, Neveneffecten ...

Bovendien toonden deze auteurs aan dat SOD1A4V het secretorische eiwittransport van de ER naar het Golgi-apparaat remt. Amyotrofe laterale sclerose (ALS) is een volwassen beginnende, neurodegeneratieve ziekte die gekenmerkt wordt door een selectieve dood van de bovenste en onderste motorische neuronen van de hersenen en het ruggenmerg. De symptomen omvatten spieratrofie, spasticiteit, verlamming en uiteindelijke dood door ademhalingsfalen binnen 3-5 jaar na de diagnose.

Klinische en pathologische processen geven aan dat ER-stress een belangrijk pad is dat betrokken is bij celdood. In het transgene SOD1G93A ALS rattenmodel is een ontvouwde eiwitrespons en ER stress-geïnduceerde apoptose waargenomen (Atkin et al., 2006); een ontvouwde eiwitrespons, inclusief inductie van stresssensor kinasen, chaperones en apoptotische mediatoren, is ook aangetoond in ruggenmergneuronen van menselijke patiënten met de sporadische vorm van ALS (sALS) die niet beperkt is tot SOD1-mutaties (Atkin et al., 2008).

SOD1 en andere eiwitten zijn verkeerd gevouwen in fALS en in sALS, maar het is niet duidelijk hoe dit ER-stress, fragmentatie van het Golgi-apparaat, verstoring van axonaal transport en apoptose veroorzaakt. Bijna 20% van fALS wordt veroorzaakt door SOD1 genmutaties (Neumann et al., 2006). Inderdaad, de meerderheid van de SOD1-mutanten behouden hun enzymatische activiteit wat duidt op het optreden van winst van toxische activiteit functie in plaats van een eenvoudig verlies van functie (Strong et al., 2005; Dion et al., 2009).

(2005) toonde een verminderde constitutieve extracellulaire secretie van mutant SOD1 in NSC-34 cellen aan die frequente cytoplasmatische insluitsels en onoplosbaarheid van eiwitten induceert. Deze gegevens koppelen de gebrekkige secretie van mutant SOD1 aan intracellulaire eiwitaggregaten en toxiciteit in NSC-34 cellen. Bovendien toonden deze auteurs aan dat in een transgene rattenmodel van ALS de chronische intraspinale infusie van exogene menselijke wt-SOD1 de ziekteprogressie significant vertraagde, wat een nieuwe extracellulaire rol voor SOD1 in ALS suggereert; daarom zou extracellulaire toediening van menselijke wt-SOD1 de klinische ziekte in transgene ALS ratten kunnen verbeteren, wat een nieuwe extracellulaire rol voor mutant en wt-SOD1 in respectievelijk ALS-pathogenese en -therapie ondersteunt.

Daarnaast werden bij transgene muizen met SOD1-mutaties toxische effecten op de motorneuronen door microglia-activatie waargenomen (Urushitani et al., 2006; Zhao et al., 2010). De microgliacellen kunnen een belangrijke rol spelen in de ALS-progressie (Pramatarova et al., 2001), aangezien microglialactivatie kan worden waargenomen vóór het neuronverlies bij transgene muizen die menselijke SOD1-mutanten uitdrukken (Alexianu et al., 2001).