Egzersize bağlı irisin hormonunun beta-amiloidin azaltılmasındaki rolü

Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada sinir hücreleriAraştırmacılar, Alzheimer hastalığında (AD) egzersize bağlı irisinin amiloid beta (Aβ) patolojisini hafiflettiği biyolojik mekanizmaları keşfettiler.

arka plan

Demansın bir türü olan Alzheimer hastalığı, ilerleyici hafıza kaybı ve ciddi bilişsel bozuklukla karakterizedir. Aβ proteininin birikmesi Alzheimer hastalığının bir özelliğidir. Fiziksel egzersizin AD fare modellerinde Aβ birikimini ve nöroinflamasyonu azalttığı gösterilmiştir. Egzersizle tetiklenen bir hormon olan irisin, yağ dokusunda yağ ve glikoz metabolizmasını düzenler ve enerji tüketimini artırır. Alzheimer hastalarında ve AD’li fare modellerinde irisin düzeylerinde azalma rapor edilmiştir.

Çalışma hakkında

Bu çalışmada araştırmacılar Alzheimer hastalığında irisin kaynaklı Aβ azalmasının ardındaki mekanizmaları açıkladılar.

Güçlü Aβ nesline sahip üç boyutlu (3D) bir insan beyin hücre kültürü AD modeli ve ardından bir tau patolojisi (3D-AD) modeli kullanıldı. İrisin, Ad ile ilişkili aile APP’sini ifade eden farklılaşmış ReN hücrelerine uygulandı_{İsveççe/Londra} Amino asit ikameleri (ReN-GA) veya presenilin-1 ve APP_{İsveççe/Londra} Mililitre başına 5,0 artı 500 nanogram konsantrasyonlarda 2 hafta boyunca yedek amino asitler (ReN-mGAP). İki veya beş hafta boyunca farklılaştırılan 3 boyutlu kültürlerden, analiz için mezosfer ve koşullandırılmış hücre (3 boyutlu jel) örnekleri elde edildi.

Laktat dehidrojenaz, hücre ölümünü veya sitotoksisiteyi tespit etmek için kullanılmıştır. Beyinden türetilen nörotrofik faktörün (BDNF) ifadesi ölçüldü. Western blotlama, 6E10 veya G12A antikorları kullanılarak yapıldı. Beş haftalık farklılaşmanın ardından 3 boyutlu kültürlerdeki aktive edilmiş hücrelerin spontan aktivitesini ölçmek için kalsiyum uyarımı ve hızlı hızlandırılmış görüntüleme kullanıldı.

Araştırmacılar, irisinin Aβ fagositozunu veya enzimatik parçalanmayı artırarak Aβ seviyelerini düşürüp düşüremeyeceğini araştırdı. Araştırmacılar, irisin ile muamele edilmiş 3D AD hücreleri içeren şartlandırılmış ortamda, astrositler tarafından salgılanan ve Aβ seviyelerini azaltabilen iki proteaz olan salgılanan neprilisin (secNEP) ve insülin parçalayıcı enzim (secIDE) seviyelerini inceledi.

Bir neprilisin inhibitörü olan sakubitrilin etkisi, 3 boyutlu kültürler içeren şartlandırılmış ortamda incelenmiştir. İnsan kaynaklı pluripotent kök hücreden türetilen astrositler (hiPSC-Astro), salgılanan NEP’de irisin kaynaklı yükselmenin kaynağı olup olmadıklarını araştırmak için irisin ile tedavi edildi.

ReN-mGAP ve ReN-GA hücrelerinde integrin aV ve β5 alt birim ekspresyonu, sırasıyla kütle spektrometrisi (MS) ve Western blot analizleri kullanılarak doğrulandı. İntegrin β5 (ITGB5) aktivitesi, irisinin Aβ seviyelerini düşürmesi için integrin αV/β5 reseptörlerinin gerekli olup olmadığını araştırmak için ReN-GA’da genetik olarak ve ReN-mGAP hücrelerinde farmakolojik olarak azaltıldı.

Beş hafta boyunca irisin ile tedavi edilen ReN-GA hücrelerinde araştırmacılar, Cp, C3, glial fibriler asidik protein (GFAP) ve farklılaşma kümesi gibi spesifik astrosit etkileşim belirteçlerini kullanarak sinyal transdüserini ve transkripsiyon 3 aktivatörünü (STAT3) gen ekspresyonunu incelediler. (CD44), bir yapışma molekülü Ig benzeri alan 2 (Amigo2), epitelyal membran proteini 1 (Emp1) ve serpin G ailesi üyesi 1 (Serping1).

İrisin ile tedavi edilen hücrelerde astrosit etkileşim belirteçleri, S100 kalsiyum bağlayıcı protein B (S100b) ve GFAP seviyeleri ölçüldü. İrisin kaynaklı hücreye özgü transkripsiyonel modifikasyonları incelemek için tek hücreli RNA dizilimi (scRNA-seq) yapıldı.

sonuçlar

Egzersizin indüklediği miyokin irisin, neprilisin üretimini arttırdı ve bu da AD kültüründe A patolojisini azalttı. İntegrin aV/β5, hücre dışı sinyalle düzenlenen kinazın (ERK)-STAT3’ün aşağı regülasyonu yoluyla elde edilen, neprilisin salgılanmasını teşvik etmek için gereken astrositler üzerindeki irisin reseptörüydü. Mililitre başına 500 ng konsantrasyonunda irisin, ReN-GA hücrelerinde ve sitoplazmada Aβ-40 ve 42 ekspresyonlarını beş hafta boyunca önemli ölçüde azalttı.

Beş haftalık hücre farklılaşmasından sonra, 500 ng/ml irisin, şartlandırılmış ortamda Aβ-40 ve 42 ekspresyonunu azalttı ve ReN-mGAP pelletlerinde yalnızca Aβ42 ekspresyonunu azalttı; bu, ReN-GA’dan daha şiddetli AD patolojisine işaret eder.

Beş haftalık 3D AD kültürlerinde irisin tedavisi LDH salınımını arttırmadı, bu da irisin kaynaklı Ap azalmasının hücre ölümü sonucu meydana gelmediğini gösterdi. Bunun yerine, otolog hücre kaybı sırasında beş hafta boyunca 3D AD hücrelerinde LDH salgısını mililitre başına 500 nanogram kadar azaltarak nöroprotektif faydalar gösterdi. İrisin, beş haftalık 3D AD kültürlerinde BDNF ekspresyonu üzerinde hiçbir etki göstermedi; bu, irisin tarafından indüklenen Aβ’daki azalmanın BDNF tarafından düzenlenmediğini ortaya koydu.

ReN-mGAP ve hiPSC-Astro kültürlerinde fosforile fokal adezyon kinazın (p-FAK) ve siklik AMP yanıt elemanı bağlayıcı protein (CREB) fosforilasyonunun artmasıyla kanıtlandığı gibi irisin, integrin reseptörlerini hızla aktive etti. Sonuçlara göre irisin, AD ve hiPSC-Astro kültürlerinde integrin sinyalini artırdı. İrisin, beş hafta boyunca ReN-GA hücre jellerinde nükleer faktör kappa B (NF-kB) p65, kompleman C3 (C3), C3a reseptörü (C3aR) ve apolipoprotein E (APOE) ekspresyonlarını azalttı. İrisin tedavisi amiloid öncü protein (APP) işlenmesini etkilemedi.

AD kültürlerinde irisin, distrofik nöronların miktarını ve boyutunun yanı sıra hücre aşırı uyarılabilirliğini azalttı ve sekNEP seviyelerini arttırdı. Sakubitril, 3D kültür ortamında secNEP aktivitesini inhibe etti.

İrisin ve sakubitril ile birlikte tedavi, AD kültürlerinde Aβ42 ekspresyonunu önemli ölçüde arttırdı; bu, irisinin, Aβ42 ekspresyonunu azaltmak için artan sekNEP aktivitesi gerektirdiğini ortaya koyuyor. La-aminoadipat (L-AAA) tedavisi, ReN-mGAP hücreleri arasında S100b ve ITGB5 ekspresyonunu önemli ölçüde azalttı; bu, ITGB5’in esas olarak 3D-AD modelinde astrositlerde eksprese edildiğini gösterir.

İrisinin STAT3, C3aR ve NF-κB p65’i azaltma yeteneği, integrin aV/β5 antikoru ile birleştirildiğinde ortadan kalktı. İrisin, reaktif astrosit genlerinin ve proteinlerinin ekspresyonunu inhibe eder. İrisin, interlökin-6 (IL-6)/ERK sinyalini bloke ederek, secNEP salınımını teşvik ederek STAT3 seviyelerini düşürdü. A1 ile uyarılan tedavi, hiPSC-Astro hücre lizatlarında neprilisin ekspresyonunu azalttı. İrisin ayrıca vücuttaki fosforile tau proteini miktarını da azaltmıştır.

Çözüm

Genel olarak çalışma sonuçları, irisinin, ERK-STAT3 sinyallemesinin aşağı regülasyonu yoluyla Aβ-bozucu enzim neprilisinin astrosit salınımını artırarak Aβ patolojisini önemli ölçüde azalttığını gösterdi. Sonuçlar, Alzheimer hastalığı için potansiyel bir terapötik hedef olarak irisinin gelişimini desteklemektedir.