Beyond the synucleinopathies:

ASynin aggregaation ja leviämisen mekanismit

Ennen kuin voidaan pohtia aSynin mahdollista roolia neuropatologisten liitännäissairauksien aiheuttajana, on tärkeää ymmärtää mekanismeja, joiden avulla aSynin on osoitettu levittävän pelkkää synukleinopatiaa. Tähän aiheeseen on viime vuosikymmenen aikana kohdistunut vaikuttava määrä tutkimusta, jonka innoittajana oli alun perin havainto siitä, että aSyn-patologia on ilmeinen alkion dopamiinineuroneissa, jotka oli siirretty ihmisten PD-potilaiden aivoihin, mikä johti hypoteesiin, että aSyn voi pystyä levittämään synukleinopatiaa prionin kaltaisella tavalla. Nyt on olemassa runsaasti kokeellista näyttöä, joka ulottuu viljellyillä soluilla tehdyistä tutkimuksista eläinmalleihin ja osoittaa, että aSynin siemenet pystyvät siirtymään hermosolusta hermosoluun ja sisällyttämään isäntäneuronin aSynin vääristyneisiin aggregaatteihin, mikä johtaa hermosolujen toimintahäiriöihin ja viime kädessä solukuolemaan (hiljattain tarkasteltu artikkelissa . Useissa tutkimuksissa, joissa on tutkittu aSynin kykyä kylvää patologiaa vastaanottajasoluissa tai -kudoksissa, on hyödynnetty rekombinanttisen aSynin β-levyrikkaiden fibrillien sonikoimisesta syntyneitä väärinfoldattujen aSynin valmiiksi muodostuneita fibrillejä (PFF). Lukuisat solulinjat, mukaan lukien primaariset dopamiinineuronit, ottavat PFF:t nopeasti käyttöönsä viljelyssä, jolloin ne indusoivat aSyn-aggregaattien muodostumista, joilla on useita samankaltaisuuksia Lewyn kappaleiden kanssa, mukaan lukien korkea fosforylaatioaste seriinissä 129, polyubikitinaatio ja p62:n yhteisekspressio . Vastaavasti sekä villityyppisten että siirtogeenisten eläinten rokottaminen PFF:llä johtaa laajalle levinneeseen synukleinopatiaan kaikissa synaptisesti kytkeytyneissä verkoissa, neurodegeneraatioon ja käyttäytymishäiriöihin (katsaus . Muissa tutkimuksissa on osoitettu samankaltaisia vaikutuksia, kun on käytetty synukleinopatiaa sairastavien ihmisten aivokudoksesta peräisin olevaa aSyniä . Näiden myrkyllisten aSyn-siementen imeytymis- (oletettavasti reseptorivälitteinen), prosessointi- (pääasiassa lysosomaalinen) ja vapautumismekanismien tunnistaminen on meneillään olevien tutkimusten aiheena (tarkasteltu artikkelissa ), samoin kuin aSynin erilaisten konformaatiokantojen mahdollisen osuuden selvittäminen erilaisissa synukleiinipatioissa havaituissa erilaisissa patologisissa sulkeumissa. Niinpä gliasytoplasmisista sulkeumista uutetulla aSynillä on osoitettu olevan erilainen proteolyyttinen profiili ja paljon voimakkaampi biologinen aktiivisuus kuin Lewyn kappaleesta peräisin olevalla aSynillä . Tällä aSynin biologian näkökohdalla on ilmeisiä terapeuttisia vaikutuksia, ja parhaillaan on käynnissä useita toimia, joilla pyritään estämään aSynin leviäminen synukleinopatiaan koko aivoissa, mukaan lukien hiljattain aloitetut kliiniset tutkimukset aSyniin kohdistuvilla vasta-aineilla. Paremman ymmärryksen sisäistetyn aSynin vapautumis-, sisäänotto- ja kulkeutumismekanismeista pitäisi varmasti auttaa löytämään lähitulevaisuudessa useita uusia kohteita, joilla on tautimuutospotentiaalia Parkinsonin taudissa ja siihen liittyvissä synukleinopatioissa.

aSyn ja komorbiditeetti: kriittinen yleiskatsaus neuropatologisiin näkökohtiin

Synukleiinipatologian liittymistä erilaisiin hermoston rappeutumissairauksiin voidaan käsitellä kahdesta näkökulmasta. Ensinnäkin silloin, kun aSyn esiintyy komorbiditeettina (eli samanaikaisena aivosairautena, jolla on päällekkäisiä patogeneettisiä näkökohtia ) erilaisissa neurodegeneratiivisissa tiloissa, ja toiseksi silloin, kun primaarisissa synukleinopatioissa havaitaan muita proteiinipatian liitännäissairauksia. Tämä on jokseenkin mielivaltainen ryhmittely, sillä tapauksissa, joissa proteiinipatioiden yhdistelmä on monimutkainen, voi olla vaikea selvittää, mikä on vallitseva piirre. Huolimatta siitä, että kehittyvässä tutkimuksessa keskitytään samanaikaisten patologioiden kuvaamiseen, eri tutkimusten välistä vertailua vaikeuttaa todennäköisesti se, että nimikkeistön ja arviointistrategioiden yhdenmukaistamisesta ei ole tällä hetkellä yksimielisyyttä. On olemassa useita monimutkaisia kerroksia, jotka on pidettävä mielessä arvioitaessa aSynin roolia proteiinipatologisissa liitännäissairauksissa, joten pelkkä viittaus Lewyn kappaleen patologian esiintymiseen liitännäispatologiana saattaa olla riittämätön jäljempänä kuvatuista syistä .

Ensiksi Lewyn kappaleiden kanssa esiintyvien sairauksien luokittelu odottaa vielä kiteytymistä. Lewyn kappaleiden taudit ryhmitellään varhaisen kliinisen esityksen perusteella (liikehäiriö vs. kognitiivinen heikkeneminen) . Vaikka klusterianalyysi viittaa siihen, että PD:ssä on useita erillisiä alatyyppejä , ja useat tutkimukset herättävät ajatuksen, että DLB saattaisi erota PD:stä ja PDD:stä , tällä hetkellä ei kuitenkaan tunneta aSyn-patologioiden biokemiallisia tai morfologisia piirteitä, jotka mahdollistaisivat Lewyn kappale -sairauksien alatyyppien selkeän jaon. Tärkeää on, että synukleinopatian anatominen jakautuminen ja muiden proteiinikerrostumien (esim. Aβ- ja tau-positiiviset neurofibrillaariset tangelit) samanaikainen esiintyminen saattaa olla tärkeä näkökohta kliinisesti erilaisten Lewyn kappale -sairauksien erottamisessa toisistaan. Lopuksi on olemassa tiloja, jotka voidaan havaita vain neuropatologisessa tutkimuksessa ja joissa Lewyn kappaleet kerääntyvät ainoastaan amygdalaan tai hajulohkoon tai alempaan aivorunkoon ilman mitään kliinisiä oireita (eli satunnainen Lewyn kappale -sairaus) tai vain perifeerisiin elimiin . Tällä hetkellä Lewyn kappaleisiin liittyvän patologian kuvaamiseen käytetään kahta neuropatologista lähestymistapaa. Lewyn kappaleen patologian Braak-porrastus kuvaa aivojen alueiden peräkkäistä osallisuutta alkaen medulla oblongatasta (vaihe 1), ponsista (vaihe 2), mesencephalonista, erityisesti substantia nigrasta (vaihe 3), limbisistä alueista (vaihe 4) ja päätyen lopulta neokortikaalisiin alueisiin (vaiheet 5 ja 6) . Mielenkiintoista on, että kaikki tapaukset eivät noudata tiukasti Braakin vaiheistuksen kuvaamaa peräkkäistä jakaumaa . Toinen joukko kriteerejä, jotka ovat peräisin Kosakan luokittelusta , käytetään DLB:n diagnosoinnissa joko aivorungon, limbisen alueen tai neokortikaalisen alueen tyyppeihin . Koska näissä lähestymistavoissa ei tunnisteta hajulohkon varhaista tai puhdasta osallisuutta eikä aSyn-laskeuman eri esiintymismuotoja, tämä sisällytettiin uuteen strategiaan, niin sanottuun Lewyn kappale -sairauksien yhtenäiseen porrastusjärjestelmään. Siinä ehdotetaan tapausten luokittelua johonkin seuraavista vaiheista: I. Ainoastaan hajulohko; IIa Aivorungon hallitseva; IIb Limbisen hallitseva; III Aivorungon ja limbisen; IV Neokortikaalinen .

Toiseksi, historialliset tutkimukset keskittyivät yksinomaan Lewyn kappaleiden esiintymiseen ja niiden kliinispatologiseen merkitykseen. Lewyn kappale -sairauksissa esiintyvien aSyn-kertymien kirjo on kuitenkin paljon laajempi kuin pelkkä Lewyn kappaleiden esiintyminen, ja siihen liittyy laskeumia synapseissa, neuriiteissa, astrosyyteissä ja oligodendrosyyteissä . Lisäksi nykyaikaisten tekniikoiden, kuten proximity ligation assay -menetelmän, käyttö on paljastanut lisää patologisia muutoksia Lewyn kappale -sairauksien neuroneissa . Valitettavasti useimpien näiden näkökohtien dokumentointi puuttuu suurimmasta osasta nykyisistä kliinis-patologisista tutkimuksista, joista monissa käytettiin myös erilaisia vasta-aineita immunovärjäykseen, mikä kaiken kaikkiaan vaarantaa ymmärryksemme aSyn-patologian roolista erilaisissa neurodegeneratiivisissa tiloissa. Nämä rajoitukset edellyttävät yhdenmukaistettua lähestymistapaa, johon sisältyy useiden anatomisten alueiden arviointi käyttämällä uusia vasta-aineita standardoiduilla immunohistokemiallisilla ja muilla menetelmillä sekä erilaisten solu- tai synaptisten aSyn-esiintymien anatomisten mallien konsensuskuvaus, jotta eri kohorttien vertailu mahdollistaisi ymmärryksemme aSyn-patologian koko spektristä synukleinopatioissa.

MSA:n patologian kliinisiä alatyyppejä ei voida selkeästi muuntaa biokemiallisiksi tai morfologisiksi eroiksi. MSA:n diagnoosiin riittää oligodendrogliaalisten sulkeumien / gliasytoplasman sulkeumien (CGI:t) (Papp-Lantosin kappaleet) esiintyminen, mutta myös neuronaalinen aSyn-patologia ja muut patologiat, jotka on viime aikoina kuvattu kehittyneillä menetelmillä , olisi otettava huomioon. Gliasulkeumien jakauma voi olla joko striatonigraalinen tai olivopontocerebellarinen tai jopa liittyä otsa-ohimolohkodegeneraatioon (Frontotemporal lobar degeneration, FTLD) ja huomattavaan neuronaaliseen aSyn-kertymään mediaalisessa ohimolohkossa . Vaikka satunnaisia MSA-tapauksia on kuvattu , MSA:ta ei yleensä etsitä samanaikaisten patologioiden diagnostisessa seulonnassa, koska taudin varhaisvaiheet saattavat koskea vain pikkuaivoja. Eräässä ikääntymistutkimuksessa osoitettiinkin, että immunovärjäyksellä useilla anatomisilla alueilla voitiin tunnistaa oireettomia MSA-tapauksia iäkkäissä yhteisöissä .

Huolimatta samanaikaisten neurodegeneratiivisten häiriöiden suhteellisesta yleisyydestä proteiinipatioiden puhtaat muodot ovat edelleen ilmeisiä nykyisillä diagnostisilla menetelmillä . Tämä tukee nykyistä proteiinipohjaista molekyyliluokitusta . Eri tutkimusten tulkintaa vaikeuttaa se, että epänormaalisti laskeutuneita proteiineja esiintyy eri aggregaatio- tai fibrilloitumisvaiheissa ja eri vaiheissa tai vaiheissa aivojen anatomisten alueiden peräkkäisessä osallistumisessa, johon puolestaan vaikuttavat geneettiset vaihtelut, iän ja sukupuolen vaikutukset sekä monisairaudet, mukaan lukien systeemiset ja verisuonisairaudet . Lisäksi TDP-43-patologia on vasta äskettäin lisätty samanaikaisten proteiinisairauksien joukkoon, ja vain hyvin harvat tutkimukset raportoivat sen esiintyvyydestä. Lisäksi tau-patologia mielletään enimmäkseen Alzheimerin tautiin liittyviksi neurofibrillaarisiksi tangeleiksi, joten subkortikaalinen ja astrogliaalinen tau-patologia tai jopa primaarinen ikään liittyvä tauopatia (PART) tai limbinen tauopatia argyrofiilinen jyväsairaus (AGD) on useimmissa tutkimuksissa huomattavasti aliarvostettu. Nämä varoitukset ovat johtaneet siihen, että neurodegeneratiivisten liitännäissairauksien raportoitujen esiintymistiheyksien vaihteluväli on suuri riippuen erilaisista tapausten keräys- ja neuropatologisista metodologisista strategioista, joista olemme tehneet yhteenvedon seuraavassa.

TDP-43-patologia on selvästi yleisempää Lewyn kappale -sairauksissa (yleensä noin 20 %) , kun taas harvinaisempaa MSA:ssa (4-7 %) . Lisätutkimukset osoittavat, että TDP-43:n laskeuma DLB:ssä (33,3 %) on harvinaisempi kuin sekamuotoisissa AD/DLB-tapauksissa (52,6 %) tai AD:ssa (73,9 %), mutta yleisempi kuin iäkkäissä kontrolleissa (17,9 %) . Tuoreessa tutkimuksessa raportoitiin laajemmasta Lewyn kappaleen jakaumasta, joka korreloi useammin Aβ-laskeuman kanssa Lewyn kappaleen häiriöiden aivorungon (50 %), limbisen (57 %) ja neokortikaalisen (80 %) muodoissa tai TDP-43-laskeuman kanssa (vastaavasti 0, 16 ja 22 %) . Kun kliinisiä fenotyyppejä verrataan, PDD:hen ja DLB:hen liittyy useammin Alzheimerin tautiin liittyvää patologiaa ja TDP-43-proteiinipatologiaa kuin PD:hen, mutta AGD:n esiintyvyys on samankaltainen ja PART:n esiintyvyys pienempi . Nämä muutokset liittyvät erilaisiin Aβ- ja tau-patologioiden kuormituksiin erilaisilla anatomisilla alueilla . Tärkeää on, että MSA:ssa TDP-43-immunoreaktiivisuus käsittää subpiaalisia astrosyyttisiä sulkeumia ja gliasytoplasman sulkeumia neuronaalisten sulkeumien, dystrofisten neuriittien ja perivaskulaaristen sulkeumien lisäksi . Lisäksi jopa 10 prosentissa MSA-tapauksista on kuvattu samanaikaisia Lewyn elimiä . Alzheimerin tautiin liittyvän patologian osalta keskivaikeat tai korkeatasoiset Alzheimerin tautiin liittyvät neuropatologiset muutokset on kuvattu noin 8 prosentissa ja OSA noin 40 prosentissa MSA-tapauksista . Minkä tahansa tyyppistä ikääntymiseen liittyvää tau-astrogliopatiaa (ARTAG) havaitaan jopa 56 %:ssa synukleinopatiatapauksista, ja erityisesti harmaan aineen ARTAG:ia on raportoitu 36,8 %:ssa Lewyn kappale -sairauksista ja 17,1 %:ssa MSA-tapauksista . Pienessä ryhmässä neuropatologisia kontrolleja (eli ei mitään neurodegeneratiivista tautikokonaisuutta, mukaan lukien PART) havaittiin minkä tahansa tyyppistä ARTAG:ia 28,6 %:lla ja harmaan aineen ARTAG:ia ei ollut (0 %) .

Toisaalta Lewyn kappaleen patologiaa on raportoitu monenlaisissa neurodegeneratiivisissa häiriöissä ja häiriintymättömässä ikääntymisessä (kuva 2). Ikääntyvillä kohorteilla tehdyissä tutkimuksissa, riippumatta siitä, oliko henkilöillä neurologisia oireita vai ei, on yleensä keskitytty Lewyn kappaleiden esiintymiseen, joka liittyy Alzheimerin tautiin liittyvään patologiseen muutokseen, ja niissä on raportoitu esiintymistiheyksiä, jotka ovat vaihdelleet 6-39 % . Eri menetelmiä käyttävissä tutkimuksissa on esitetty, että samanaikaisten Lewyn kappaleiden esiintyvyys CBD:ssä ja PSP:ssä on noin 20 %, minkä uskotaan olevan vain hieman korkeampi kuin yleisessä ikääntyneessä väestössä . Samanaikaisen Lewyn kappaleen patologian esiintyvyys on jonkin verran pienempi FTLD-TDP- ja ALS-TDP-tapauksissa (11-15 %) ja sporadisessa Creutzfeldt-Jakobin taudissa (prionisairaus) (9-23 %) . Vertailun vuoksi Lewyn patologian esiintyvyydeksi häiriintymättömässä ikääntyneessä väestössä on raportoitu ~ 13 % yhdessä tutkimuksessa .

Kokeelliset tutkimukset aSynin vuorovaikutuksesta muiden neurodegeneratiivisiin sairauksiin liittyvien proteiinien

1. kanssa
   1. 1)

      Tau

   Kokeelliset tutkimukset viittaavat siihen, että aSynin ja taun, mukaan lukien oligomeeriset muodot, voivat olla suorassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, lisäksi molempien proteiinien yhteisesiintyminen Lewyn kappaleissa, Lewyn neuriiteissa ja tangleissa on osoitettu käyttämällä vasta-aineita taun ja aSynin eri epitooppeja vastaan postmortem-kudoksissa (katsaus artikkelissa ). Jälkimmäinen riippuu anatomisesta sijainnista ja tautityypistä, mistä esimerkkinä on yhteislokalisaation suhteellinen vähäisyys substantia nigrassa samanaikaisessa etenevässä supranukleaarisessa halvauksessa ja Lewyn kappaleen patologiassa, kun taas samanaikaisessa Alzheimerin taudissa ja Lewyn kappaleen patologiassa on todennäköisempää havaita yhteislokalisaatio amygdalassa . Kun aSynillä on taipumus itseaggregoitua, taun aggregoituminen riippuu useista kofaktoreista, joista monet ovat todennäköisesti vielä tunnistamatta. Giassonin ja kollegoiden merkittävässä tutkimuksessa osoitettiin aSynin olevan mahdollinen kofaktori taun aggregoitumisessa . Käyttämällä rekombinantteja aSyn ja tau nämä kirjoittajat osoittivat synergistisen suhteen, jossa toinen proteiini voi vaikuttaa ristikkäin toisen proteiinin aggregaatioon in vitro. Viljellyillä soluilla tehdyt uudemmat tutkimukset, jotka tukevat rekombinanttisten aSyn-fibrillien kykyä indusoida taun aggregaatiota, ovat kuitenkin asettaneet kyseenalaiseksi tau-fibrillien vastavuoroisen kyvyn ristisiementää aSynin aggregaatiota. Nämä eroavaisuudet saattavat heijastaa näiden kahden proteiinin välisen vuorovaikutuksen määrittämiseen käytettyjä erilaisia tekniikoita. Eräässä tutkimuksessa, jossa käytettiin FRET-mikroskopiaa (fluoresenssi-resonanssin energiansiirto), ei havaittu ristikkäislevitystä aSynin ja taun välillä. Tämä menetelmä yhdessä proximity ligation assay -menetelmän kanssa ei myöskään pystynyt antamaan selkeää näyttöä taun ja aSynin läheisestä läheisyydestä, joka mahdollistaisi taun ja aSynin suoran vuorovaikutuksen ihmisen aivokudoksessa huolimatta harvinaisesta rinnakkaislokalisaatiosta inkluusiokappaleissa amygdalassa . Vaihtoehtoisesti nämä eroavaisuudet voivat liittyä vaihteluun eri konformaatiokantojen tai näiden proteiinien eri biokemiallisia modifikaatioita vastaan ihmisillä tehdyissä tutkimuksissa kasvatettujen eri vasta-aineiden kyvyssä olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, kuten Guo ja kollegat ovat aiemmin osoittaneet, mikä on toinen tutkimusten välisen vaihtelun lähde .

   Havainto siitä, että Contursi-suvun yksilöillä, jotka ilmentävät aggregaatioon altistavaa A53T-mutaatiota aSynissä, on myös tau-filamenttisia amyloidisulkeumia, samoin kuin hiirillä, jotka yliekspressoivat A53T- tai E46K-mutantti aSyniä, antaa näyttöä siitä, että mutantti aSyn voi ajaa taun aggregaatiota in vivo . Lisäksi affiniteettikromatografia ihmisen aivojen lysaateissa on paljastanut suoran vuorovaikutuksen villityyppisen aSynin C-terminaalin ja taun mikrotubuluksia sitovan domeenin välillä . Lisäksi hiirille, joille on ruiskutettu villityyppisen aSynin rekombinanttisia valmiita fibrillejä (PFF), kehittyy laajalle levinneen synukleinopatian lisäksi myös tau-kertymiä, mikä tukee entisestään aSynin ja tau:n aggregaation synergististä suhdetta in vivo .

   Mielenkiintoista on se, että kokeellisessa tutkimuksessa ei ole juurikaan todisteita tau:n ja aSynin kerrostumien päällekkäisyyksistä viljellyissä soluissa tai hiirissä, jotka altistuvat aSynin PFF:ille . Lisäksi, koska ihmisen aivoissa esiintyy usein tauopatiaa ilman synukleinopatiaa , vaikka todisteet viittaavat siihen, että aSyn saattaa hyvinkin olla tekijä, joka voi edistää taun aggregoitumista, olisi tehtävä monia lisätutkimuksia, jotta voidaan määrittää tällaisen vaikutuksen suuruus ihmisillä esiintyvissä samanaikaisissa proteiinisairauksissa.

   1. 2)

      TDP-43

   TDP-43 liitetään usein tauhun ja Aβ:hen, mutta toistaiseksi vain kahdessa viimeaikaisessa tutkimuksessa, jotka ovat peräisin samalta ryhmältä, on käsitelty aSynin ja TDP-43:n välistä vuorovaikutusta kokeellisella tasolla. SHSY5Y-solut, jotka oli kahdesti transfektoitu sekä aSynillä että TDP-43-mutantilla, josta puuttuu ydinalueen lokalisointisignaali (TDP-43dNLS), kehittivät runsaasti fosforyloidun TDP-43:n aggregaatteja, kun ne altistettiin aSyn PFF:lle . Näitä aggregaatteja ei muodostunut soluissa, jotka ilmentävät villityyppistä TDP-43:a, mikä viittaa siihen, että pääasiassa sytosolinen TDP-43dNLS on alttiimpi aSyn PFF:ien aggregaatiota katalysoiville vaikutuksille kuin pääasiassa ydinkeskustassa oleva villityyppinen TDP-43. Toisessa in vivo -tutkimuksessa villityyppiset hiiret, joihin inokuloitiin intraserebraalisia aSyn PFF:iä, kehittivät synukleinopatian sekä epänormaaleja pistemäisiä TDP-43-kertymiä. Samoin kuin PFF:n aiheuttaman synukleinopatian ja tau-laskeuman jakautuminen, aSynin ja TDP-43:n sulkeumat olivat vain osittain kolokalisoituneet aSyn PFF:ille altistuneissa soluissa ja harvoin kolokalisoituneet aSyn PFF:ille altistuneissa hiirissä, mikä asettaa kyseenalaiseksi aSynin mahdollisen synergistisen vaikutuksen merkityksen TDP-43:n aggregaatioon taudissa . Ihmiskudoksessa havaitaan harvinaisia rinnakkaislokalisaatioita TDP-43:lle amygdalan Lewy-ruumiissa tai aSynille amygdalan TDP-43-sulkeumissa , kun taas MSA:han liittyvissä oligodendroglian aSyn-sulkeumissa voidaan toisinaan havaita TDP-43-immunoreaktiivisuutta.

   1. 3)

      Amyloidi-β

   Vuonna 1993 Ueda ja kollegat raportoivat tutkimuksesta, joka koski tunnistamatonta amyloidin komponenttia Alzheimerin taudissa, ja nimesivät alustavasti tämän 35 aminohappoa sisältävän peptidin NAC:ksi (AD-amyloidin ei-Aβ-komponentti) ja sen esiasteeksi NACP:ksi , joka pian määriteltiin aSyniksi . Myöhemmin osoitettiin, että Aβ-plakkien amyloidiytimessä itsessään ei ole aSyn-laskeumaa, mutta proteiinia esiintyy plakkien dystrofisissa neuriiteissa. Nämä havainnot ihmiskudoksessa herättivät kiinnostuksen tutkia näitä kahta proteiinia mahdollisina vuorovaikuttajina.

   Kokeelliset tutkimukset tarjoavat runsaasti todisteita, joiden uskotaan tukevan Aβ:n ja aSynin sitoutumista ja yhteenkertymistä. In vitro Aβ voi yhdessä synnyttää aSynin aggregaatiota sekä soluttomissa että solupohjaisissa järjestelmissä, ja rekombinantti Aβ voi indusoida aSynin fosforylaation ser 129:ssä (aSyn-ser129P) . Eläinmalleissa on ristiriitaista näyttöä aSynin ja Aβ:n vuorovaikutuksesta. Niinpä ihmisen Aβ:n ja aSynin yhdistetyn ilmentymisen on osoitettu lisäävän intraneuronaalisen fibrillaarisen aSynin laskeutumista ja kiihdyttävän sekä motoristen että kognitiivisten toimintahäiriöiden kehittymistä kaksoistransgeenisissä hiirissä . Vastaavasti DLB-AD:n hiirimallissa, joka ilmentää samanaikaisesti PS1:tä (M146 V), APP:tä (Swe), tau:ta (P301L) ja aSyn:iä (A53T), havaittiin Aβ:n, tau:n ja aSyn:in laskeutumisen huomattavaa lisääntymistä, johon liittyi kognitiivisten kykyjen heikentymisen kiihtyminen, mikä viittaa siihen, että näillä proteiineilla on synergistinen vaikutus sekä patologian että fenotyypin aikaansaamisessa . Tämän mahdollisen synergistisen vaikutuksen tueksi on osoitettu, että aSynin tyrmäys APP:n siirtogeenisessä Alzheimerin taudin hiirimallissa vähentää kolinergisten kuitujen ja hippokampuksen neuronien rappeutumista. Mielenkiintoista on, että nämä vaikutukset eivät vaikuttaneet APP:n ilmentymiseen tai Aβ:n laskeutumiseen, ja ne saattavat viitata siihen, että aSynillä on vielä tuntematon vaikutus kolinergisten hermosolujen valikoivaan haavoittuvuuteen Alzheimerin taudissa. Yhdessä nämä tutkimukset tarjoavat todisteita, jotka tukevat provokatiivista hypoteesia, jonka mukaan aSyn voi olla enemmän kuin pelkkä joutilas matkustaja AD:n patogeneesissä. Eräässä tutkimuksessa osoitettiin, että APP-hiirten (Tg2576) Aβ-plakkien määrä lisääntyi merkittävästi, kun ne risteytettiin aSynin tyrmäävien hiirten kanssa, kun taas toisessa tutkimuksessa todettiin, että aSynin tyrmäys APP-hiirissä lisäsi plakkien määrää, mutta vähensi solunulkoisten Aβ-oligomeerien määrää. Toisessa tutkimuksessa havaittiin, että APPPS1/aSyn(A30P)-hiirten inokulaatio aivohomogenaatista johdetulla aSynillä vähensi Aβ-plakkien muodostumista ja että Aβ-aivohomogenaattien kylvökapasiteetti väheni merkittävästi aSynin läsnä ollessa.

   Uudemmissa tutkimuksissa on ehdotettu myös toista, vaikkakin epäsuoraa mekanismia, jolla aSyn voi välittää Aβ:n laskeutumista. Sen jälkeen, kun havaittiin, että altistuminen rekombinantti aSynille johtaa Aβ:n lisääntyneisiin pitoisuuksiin viljellyissä PC12-soluissa tai primaarisissa hippokampuksen neuroneissa, on viimeaikaisessa raportissa ehdotettu, että aSyn voi indusoida Aβ:n tuotantoa ja erittymistä tehostetun APP:n pilkkoutumisen kautta viljellyissä hermosoluissa . On houkuttelevaa spekuloida, että tämä havainto voisi olla synukleiinisairauksissa usein havaitun Aβ:n kertymisen taustalla. Jos näin on, tarkkojen mekanismien tutkiminen, joilla aSyn välittää APP:n prosessointia, voisi osoittautua arvokkaaksi kehitettäessä mahdollisesti tautia muuttavia terapioita.

   1. 4)

      Prioniproteiini

   Solupriiniproteiinia (PrPC) on aiemmin ehdotettu Aβ-oligomeerien reseptoriksi, vaikka toiset ovatkin raportoineet päinvastaista näyttöä . Samoin solupinnan PrPC:tä on kuvattu myös oletetuksi reseptoriksi, joka edistää aSynin ottoa sitoutumalla N-terminaaliseen domeeniin , vaikka muut ovatkin viime aikoina kiistäneet nämä väitteet . Niinpä Aulic ja kollegat raportoivat, että PrPC:n tyrmäys hiiren neuroblastoomasoluissa heikensi rekombinanttisten aSyn-oligomeerien ottoa, ja samanlainen vaikutus havaittiin, kun verrattiin aSynin ottoa hiiren primaarisissa hippokampuksen neuroneissa, jotka oli valmistettu villiintyneistä tai PrPC:n tyrmäyshiiristä. Lisäksi PrPC knockout -hiirille kehittyi vähemmän aSyn-aggregaatteja aivokuoressa, striatumissa, talamuksessa ja hippokampuksessa aSyn-fibrillien intrastriataalisen inokulaation jälkeen, mikä viittaa siihen, että PrPC voi helpottaa aSyn-oligomeerien ottoa ja aggregaatiota. Samat kirjoittajat toimittivat todisteita siitä, että aSyn-oligomeerit estävät scrapie-prionien replikaation, mikä antaa mahdollisen selityksen havainnolle, jonka mukaan Creutzfeldt-Jakobin tautia sairastavien henkilöiden taudinkulku pitkittyy, kun tautiin liittyy samanaikaisesti synukleinopatia. Sitä vastoin La Vitola ja kollegat eivät löytäneet todisteita PrPC:n ja aSyn-oligomeerien välisestä sitoutumisesta ja totesivat, että sekä PrPC:n knockout-hiiret että villityyppiset hiiret olivat yhtä alttiita aSyn-oligomeerien aiheuttamalle toksisuudelle ja että PrPC:n ilmentyminen ei ollut näiden toksisten vaikutusten edellytys. On edelleen mahdollista, että nämä eroavaisuudet johtuvat tutkimusten välisistä metodologisista eroista. Varmasti on olemassa monia eri aSyn-oligomeerilajeja, joilla voi olla erilainen kyky sitoutua PrPC:hen, ja on edelleen mahdollista, että tulevat tutkimukset voivat paljastaa, että sekä PrPC:stä riippuvaisilla että PrPC:stä riippumattomilla reiteillä on merkitystä synukleiinisairauksissa. Toisaalta aSynillä on odottamaton rooli tarttuvan spongiformisen enkefalopatian aiheuttajana, johon liittyy tautiin liittyvän PrP:n kertyminen . Näin ollen aggregoitunut aSyn on voimakas prioniproteiinien vääränlaisen taittumisen ja aggregaation ristikkäislevittämisessä in vitro ja tuottaa itsereplikoituvia tiloja, jotka voivat johtaa tarttuviin prionisairauksiin, kun ne siirretään sarjaan villityyppisissä eläimissä.

   Mahdollisen samanaikaisen patologian anatomiset paikat ihmisen aivoissa

   Ymmärrys eri neurodegeneratiivisiin sairauksiin liittyvien proteiinien tyypillisistä anatomisista laskeumaprofiileista koko aivoissa on elintärkeää, jotta voidaan pohtia aSynin mahdollista vaikutusta muiden samanaikaisten proteiinisairauksien patogeneesiin. Esimerkkinä kuva 3 havainnollistaa aSynin ennustettua päällekkäisyyttä Parkinsonin taudissa (yleisin synukleinopatia) ja Aβ:n laskeumamallien kanssa Alzheimerin taudissa (yleisin neurodegeneratiivinen proteiinipatologia), ja kuva 4 havainnollistaa aSynin ennustettua päällekkäisyyttä Parkinsonin taun kanssa Alzheimerin taudissa/PART . Braakin ym. mukaan useimmissa tapauksissa Parkinsonin taudin varhaisvaiheissa (1-3) aSyn kerrostuu pääasiassa aivorunkoon, etenee sitten limbisten (mukaan lukien amygdala) ja subkortikaalisten (mukaan lukien basaaligangliot) alueiden kautta ja saavuttaa lopulta neokortikaalisia alueita taudin myöhemmissä vaiheissa. Alzheimerin taudissa Aβ:n kerrostumisen malli on kuitenkin olennaisesti päinvastainen: kerrostumia havaitaan ensin neokorteksissa (eli Thal-vaiheessa 1), sitten limbisillä ja subkortikaalisilla alueilla (eli Thal-vaiheissa 2 ja 3), ja lopulta niitä havaitaan myös aivorungossa (Thal-vaihe 4), ja ne etenevät pikkuaivoihin Thal-vaiheessa 5 . Näin ollen aSyn ja Aβ voivat esiintyä rinnakkain samalla anatomisella aivoalueella vasta, kun ainakin yksi liitännäissairauksista on pitkälle edennyt. Aivojen alue, jolla samanaikaista kerrostumista voi esiintyä, riippuu kunkin sairauden suhteellisesta vaiheesta. Näin ollen henkilöllä, jolla on varhaisessa vaiheessa oleva Parkinsonin tauti mutta pidemmälle edennyt Alzheimerin tautiin liittyvä patologia, ennustetaan olevan päällekkäistä patologiaa vain aivorungossa (kuva 3). Vastaavasti henkilöllä, jolla on varhainen Alzheimerin tauti mutta pidemmälle edennyt Parkinsonin tauti, olisi päällekkäistä patologiaa vain neokorteksissa (kuva 3). Henkilöillä, joilla on pitkälle edennyt Alzheimerin tauti ja Parkinsonin tauti, olisi suurin mahdollisuus samanaikaisiin patologioihin koko aivoissa.

   

   Predicted overlap (yellow) of aSyn in PD (green) with deposition patterns for amyloid-β in Alezheimer’s disease (red) in the brainstem, limbic (e.esim. amygdala, hippokampus, anteriorinen cingulaarinen) ja subkortikaaliset alueet (esim. basaaligangliot) sekä neokortikaaliset alueet. Thalin vaiheiden mukaan amyloidi-β:n laskeutuminen seuraa neokortikaalista limbiseen/alaiskortikaaliseen/alakortikaaliseen aivorunkoon kulkevaa reittiä , joka on päinvastainen kuin Lewy-patologian Braak-vaiheiden mukainen aSyn

   

   Potilaiden Parkinsonin taudin (vihreä) aSynin (keltainen) ennustettu päällekkäisyys (keltainen) Alzheimerin taudin ja primaarisen ikääntymiseen liittyvän tauopatian (punainen) taun laskeumismallien kanssa aivorungossa, limbisissä (esim.g. amygdala, hippocampus, anterior cingulate) and subcortical areas (e.g. basal ganglia) and neocortical areas. Neurofibrillaarisen tau-patologian Braak-vaiheiden mukaan taun laskeutuminen seuraa samanlaista anatomisten järjestelmien osallistumista (esim, aivorungosta limbiseen/subkortikaaliseen aivokuoreen ja neokortikaaliseen aivokuoreen), kuten on nähty aSyn for Lewy -patologian

   Taun yhteisesiintymisen osalta Alzheimerin taudissa/PART:ssa ja aSynin samanaikaisuudesta Parkinsonissa, molempien proteiinien mahdollisuus laskeutua samalle anatomiselle alueelle ilmenee ensin aivorungossa, erityisesti locus coerueluksessa, taudin varhaisvaiheissa, jotka Braak ja kollegat ovat osoittaneet neurofibrillaarisen rykelmän patologian subkortikaalisiksi vaiheiksi (Kuva. 4). Proteiinien laskeutuminen etenee sitten limbisiin ja subkortikaalisiin alueisiin. Koska tau-patologia (Braakin vaiheet I-IV) vallitsee limbisillä alueilla ja mediaalisessa ohimolohkossa mutta ei tyvitumakkeissa, kun taas Lewyn kappaleen patologia (Braakin vaihe 4) tyvitumakkeissa ja limbisillä alueilla, todennäköisin kohtaamispaikka olisi amygdala, hippokampus, entorhinaalinen aivokuori ja anteriorinen cingulaarinen alue. Lopuksi, edistyneemmissä vaiheissa nämä kaksi proteiinia voivat esiintyä rinnakkain myös neokorteksissa (kuva 4).

   Riippumatta siitä, mitkä proteiinit esiintyvät rinnakkain, on selvää, että potentiaalisen päällekkäisyyden aste riippuu kunkin taudin ajallisesta vaiheesta: taudin alkuvaiheessa ennustetaan vähemmän päällekkäisiä alueita ja myöhäisemmissä vaiheissa potentiaalisen päällekkäisyyden aste on paljon korkeampi, millä tavoin korostetaan liitännäisproteiinien potentiaalista osuutta taudin patogeenisyyteen erityisesti myöhemmissä vaiheissa. On myös tärkeää huomata, että näissä kuvissa korostetaan potentiaalisia aivoalueita, joilla voidaan ennustaa samanaikaisten proteiinipatioiden esiintymistä, mutta ne eivät vaikuta patologian määrään tai siihen, mikä proteiinipatia on vallitseva, jos jokin proteiinipatia on vallitseva. Lopuksi korostamme, että nämä kuvat (kuvat 3 ja 4) edustavat nykyisiin immunohistokemiallisiin menetelmiin perustuvaa tietämystämme epänormaalin patologian havaitsemiseksi. Näin ollen on edelleen mahdollista, että tulevat tutkimukset, joissa kartoitetaan poikkeavasti laskeutuneita proteiineja käyttäen herkempiä ja kehittyneempiä menetelmiä, voivat paljastaa vielä odottamattomia ja suurempia anatomisia päällekkäisyyksiä.

   Anatomisella tasolla amygdalassa, joka on syvällä mediaalisessa ohimolohkossa sijaitseva limbisen järjestelmän osa, esiintyy runsaasti päällekkäisyyksiä poikkeavasti laskeutuneissa proteiineissa, jotka ovat patologisia AD:ssa, synukleiinipatioissa ja tau- ja tauopatioissa jne. Tämä havainto on johtanut siihen, että Nelson ja kollegat ovat hiljattain ehdottaneet, että amygdala voi toimia ”inkubaattorina” vääristyneille proteiineille, ja ehdottaneet, että neuropatologisten liitännäissairauksien konvergenssi näillä alueilla voi toimia synergiassa, joka ohjaa puhtaan proteiinipatologian evoluutiota potentiaalisesti aggressiivisempiin neuropatologisiin liitännäissairauksiin . Jos tämä provokatiivinen hypoteesi pitää paikkansa, sillä olisi syvällisiä vaikutuksia sekä neurodegeneratiivisten sairauksien diagnosointiin että proteiinipatiaan kohdistuvien uusien terapioiden kehittämiseen. Lähivuosina toivomme, että käyttämällä nykyaikaisia tekniikoita, joilla voidaan tutkia poikkeavien proteiinien biokemiallisia ominaisuuksia, yleisten neuropatologisten liitännäissairauksien huolellinen tutkiminen, erityisesti aivoalueilla, joilla on paljon yhteneväisyyksiä, antaa elintärkeää tietoa näiden liitännäissairauksien välisestä suhteesta ja vaikutuksesta, jonka kukin niistä voi aiheuttaa toisiinsa, ja että se voi mahdollisesti paljastaa uusia kohteita tuleville biomarkkereille ja tautia muokkaaville terapioille.