Definició del paper de les proteïnes de la família bcl-2 en la malaltia de Huntington | mort i malaltia cel·lular

Definició del paper de les proteïnes de la família bcl-2 en la malaltia de Huntington | mort i malaltia cel·lular

Anonim

Temes

  • La malaltia de Huntington
  • Mitocondris
  • Patogènesi

Resum

Les proteïnes de la família del limfoma B (Bcl-2) regulen la supervivència, la dinàmica de la morfologia mitocondrí i el metabolisme en molts tipus de cèl·lules, incloses les neurones. La malaltia de Huntington (HD) és un trastorn neurodegeneratiu causat per un tracte repetit de CAG expandit en el gen IT15 que codifica per a la proteïna hunttin (htt). Els models in vitro i in vivo de teixits de pacients HD i HD mostren una funció mitocondrial anormal i augmenten les taxes de mort cel·lular associades a alteracions en l’expressió i localització de proteïnes de la família Bcl-2. Aquesta revisió pretén reunir la informació relacionada amb les alteracions de proteïnes de la família Bcl-2 en HD per desxifrar el seu paper potencial en la mort cel·lular mutada i relacionada amb la disfunció mitocondrial.

Fets

  • Les proteïnes de la família del limfoma 2 (Bcl-2) de les cèl·lules B regulen la permeabilitat de la membrana mitocondrial externa (OMM) controlant així el potencial mitocondrial, la dinàmica de morfologia mitocondrial i l'equilibri entre la supervivència i la mort en molts tipus de cèl·lules incloses les neurones.

  • La HD és una malaltia neurodegenerativa caracteritzada per una disfunció neuronal progressiva i la mort. En pacients amb models HD i in HD in vitro i in vivo , l'expressió mutada htt condueix a la permeabilització OMM, pèrdua de potencial mitocondrial i fragmentació mitocondrial.

  • Els models de cultiu de cèl·lules HD i els models de cervell de ratolí HD mostren alteracions en l’expressió i localització de proteïnes de la família Bcl-2. Estudis d’autòpsia al cervell dels pacients han detectat alteracions de proteïnes de la família Bcl-2 en HD.

Preguntes obertes

  • Encara necessitem proves més precises sobre el paper de les proteïnes de la família Bcl-2 en la mort cel·lular relacionada amb HD.

  • Desconeixem el paper de les proteïnes de la família Bcl-2 en la disfunció mitocondrial relacionada amb HD.

  • Tampoc no sabem per quina via molecular les proteïnes de la família Bcl-2 poden causar disfuncions mitocondrials i mort cel·lular en HD.

Introducció

Les proteïnes pertanyents a la família Bcl-2 són reguladors clau de la via mitocondrial apoptòtica. Una evidència creixent demostra que les proteïnes de la família Bcl-2 també modulen la morfologia mitocondrial 1, 2, 3 i el metabolisme cel·lular 4 independentment dels mecanismes de mort cel·lular. Tenint en compte que l'HD normalment comporta una mort neuronal progressiva provocant que les cèl·lules neuronals mostrin diverses disfuncions mitocondrials (incloent disminució del potencial mitocondrial (( ψ ), maneig anormal de calci, disminució de la capacitat de síntesi d'ATP i augment de la fragmentació mitocondrial), la investigació ha investigat durant molt de temps la família Bcl-2. proteïnes en models HD i teixits de pacients amb HD. Aquests estudis van posar de manifest una evidència que el mut mut de htt desregula els nivells de proteïnes de la família Bcl-2 i la seva localització. Tenint en compte la complexa xarxa de Bcl-2, una revisió bibliogràfica podria ajudar a dilucidar el paper d'aquestes proteïnes en la disfunció mitocondrial mutada i relacionada amb https i la mort cel·lular.

Quines proves existeixen de les proteïnes de Bcl-2 desregulades en HD?

La recerca ha identificat fins a la data més de 20 membres de la família Bcl-2 classificats, segons la seva funció, en tres subgrups de la família Bcl-2: les proteïnes pro-supervivència, les proteïnes només BH3 pro-apoptòtiques i les proteïnes formadores de porus. Aquí, revisem els tres subgrups, centrats en els membres de la família Bcl-2 rellevants per a HD i recopilant dades sobre el model de cultiu cel·lular SThdH, 5 models de cultiu cel·lular obtinguts per transfecció https transitòria, en models de ratolins genètics R6 / 1, R6 / 2, 6 Tet / HD94, 7 N171-82Q, 8 YAC128 9 i cèl·lules humanes de pacients amb HD.

Les proteïnes Bcl-2 Pro-supervivència: Bcl-2 i Bcl-xL

Linfoma Bcl-2 i de les cèl·lules B: funció extra-gran (Bcl-xL) per reprimir la mort cel·lular programada. 10, 11 S’insereixen de manera estable en les membranes intracel·lulars (OMM i la membrana del reticle endoplasmàtic (ER)) i inhibeixen la mort cel·lular segrestant les proteïnes pro-apoptòtiques de la família Bcl-2 en complexos inactius. 12 Al sistema nerviós central normal (SNC), el Bcl-2 està molt estès durant l’etapa embrionària, mentre que després del naixement disminueix progressivament amb l’envelliment. Els estudis realitzats en mico adult i en el SNC humà adult van revelar, a part de les rares neurones positives de Bcl-2, que la majoria de neurones i astròcits no expressen cap Bcl-2 i que la majoria de proteïnes Bcl-2 del cervell adult resulten d’una expressió microglial. El Bcl-xL està codificat pel gen Bcl-x i, diferent de Bcl-2, conserva la seva expressió en les neurones adultes a un nivell relativament alt, predominantment en les cèl·lules Purkinje del cerebel, en les neurones corticals cerebrals i en les neurones hipocampals. 14, 15

Les alteracions del nivell Bcl-2 en HD continuen sent controvertides. Els nivells de Bcl-2 es van investigar per primera vegada en models de cultiu de cèl·lules HD: l'expressió mutada de htt va disminuir significativament els nivells de proteïna Bcl-2 a la línia cel·lular de neuroblastoma Neuro2A 16 i va disminuir significativament la transcripció de Bcl-2 i els nivells de proteïnes Bcl-2 en cèl·lules estriatals immortalitzades. 17, 18 Tot i que aquests resultats suggereixen fortament que l’expressió de https mutada disminueix els nivells de Bcl-2, no proporcionen cap prova definitiva donat que el proto-oncogeni Bcl-2 està altament desregulat en moltes línies de cèl·lules tumorals incloses les d’origen neural. 19, 20 Per tant, les dades de cultius de cèl·lules immortalitzades poden no correspondre als nivells de Bcl-2 en les neurones post-mitòtiques.

Altres han investigat els nivells de Bcl-2 també en cervells de models de ratolí HD. Un primer estudi va detectar que no hi ha canvis de nivell de proteïna Bcl-2 al cervell total ni a fraccions mitocondrials de ratolins R6 / 2 en comparació amb els controls de littermate. En conseqüència, dos estudis independents no van reportar diferències en l'ARNm de Bcl-2 i els nivells de proteïnes entre R6 / 1 i ratolins control. Per contra, els estudis més recents revelats van disminuir els nivells de ARNm de Bcl-2 i els nivells de proteïnes en els cervells R6 / 2 de ratolins 17, 24 i N171-82Q. 25

Després de reaprofitar aquestes troballes aparentment contradictòries, és difícil donar una resposta definitiva sobre si els nivells de Bcl-2 estan desregulats en models de ratolí HD. Per entendre el paper protector potencial de Bcl-2 en HD, Zhang et al. 21 ratolins R6 / 2 creuats amb ratolins transgènics amb sobreexpressió selectiva de Bcl-2 en neurones: els ratolins transgènics dobles R6 / 2-Bcl-2 van sobreviure més temps que els càmeras R6 / 2 i els seus dèficits motors van tenir un debut significativament posterior. Malgrat les dades contradictòries sobre l’expressió de Bcl-2 en models de ratolí HD, aquest resultat suggereix que la sobreexpressió de Bcl-2 pot protegir les neurones de la toxicitat provocada per una mutada htt.

L’expressió de Bcl-2 es va analitzar mitjançant la immunostaining en controls post mortem i el nucli caudat dels pacients HD. Les neurones de control tenien senyals de Bcl-2 baixes o negatives, d’acord amb un informe anterior, 13 mentre que l’etiquetatge de Bcl-2 era més fort en les neurones d’HD i l’expressió Bcl-2 assolí el màxim en el cervell dels pacients amb HD amb durada més alta de la malaltia. 26 D'acord amb un potencial paper neuroprotector de Bcl-2 en HD, els investigadors van suggerir que les neurones dels pacients amb HD podrien augmentar l'expressió de Bcl-2 en un intent de sobreviure. Una hipòtesi alternativa és que la proteïna Bcl-2 en cervells HD és escindida per proteases de caspasa activades per una expressió mutada de https. 27 Si és així, la divisió dependent de la caspasa inactiva la funció antiapoptòtica de Bcl-2 i converteix Bcl-2 en una proteïna similar a la proteïna X (Bax) associada a Bcl-2 que millora la mort cel·lular. Segons aquesta hipòtesi, en lloc d’inhibir la mort cel·lular, els nivells elevats de Bcl-2 a les cèl·lules HD podrien empitjorar la neurodegeneració. La regulació de Bcl-2 en pacients amb HD sembla ser específica del cervell, atès que no es van trobar diferències entre els nivells de proteïnes Bcl-2 a les cèl·lules de la sang perifèrica de pacients amb HD i de controls. 29

Hi ha poques dades sobre l’altra proteïna pro-supervivència, Bcl-xL en HD: els nivells de proteïna Bcl-xL es van investigar al cervell de ratolins HD, però no es va trobar diferència significativa en els lisats cerebrals totals, els lisats d’estriat o les fraccions mitocondrials en Ratolins i controls HD. 21, 22, 30 Segons el nostre coneixement, només un informe suggereix un paper de Bcl-xL en alta definició. Els autors van demostrar que l'expressió Bcl-xL va impedir la proteòlisi htt induïda per danys en l'ADN i van suposar que el bloqueig de Bcl-xL pot activar les caspases que causen la proteòlisi htt. 31

Les proteïnes només BH3 Pro-apoptòtiques

Les proteïnes només BH3 pro-apoptòtiques, responent a senyals específiques de mort i supervivència, funcionen com a sensors de dany cel·lular. L’activació d’un o més entre les proteïnes només BH3 culmina amb l’activació al·lostèrica de les proteïnes formadores de poros Bax i l’antagonista / assassí Bcl-2 (Bak).

Les proteïnes només BH3 podrien activar Bax i Bak mitjançant dos mecanismes. El model de "activació directa" planteja que algunes proteïnes només de BH3 s'anomenessin "activadors" (per exemple, mediador interactiu de Bcl-2 de mort cel·lular (Bim), agonista de mort de domini interactiu Bcl-2 (Bid) / truncado Bid (tBid) i p53 el modulador regulat de l’apoptosi (Puma) s’uneix a Bax i Bak provocant directament la seva oligomerització a l’OMM, mentre que altres proteïnes només BH3, s’anomenaven “sensibilitzadores” (per exemple, antagonista de Bcl-2 de mort cel·lular (Bad), Bcl-2 / adenovirus E1B 19 kDa que interacciona la proteïna 3 (Bnip3) i Puma) només s’enllaçaria a membres de la família Bcl-2 per a la supervivència, alliberant així les proteïnes “activadores”. En canvi, el model d’activació indirecta planteja que totes les proteïnes només de BH3 s’uneixen als membres de la família Bcl-2 per a la supervivència, impedint així que s’uneixin a la neutralització de Bax o Bak. 32

Bcl-2 Antagonista de la mort cel·lular

El mal té una doble funció: regula per separat l’apoptosi i el metabolisme de la glucosa en diversos tipus de cèl·lules incloses les neurones. 33, 34 Investigant models in vitro HD, Rigamonti et al. 35 va demostrar que la mala sobreexpressió en cèl·lules estriatals immortalitzades indueix apoptosi només en clons que coexpressen un mut mutat de htt, de manera que el fet que suggereix que la toxicitat mutada indueix la mort cel·lular depenent del mal. En els models de ratolí HD, no es van trobar diferències en els nivells de proteïnes estriatals entre els controls R6 / 1 i el de les escombraries. 22 També en el ratolí R6 / 2 no s'ha trobat cap canvi al cervell Nivells de proteïna dolents. Per la seva banda, els investigadors van trobar una disminució significativa dels mals fosforilats (pBad) durant les etapes tardanes d’HD en els ratolins R6 / 2. 21 Com que pBad promou la respiració mitocondrial i la producció d’ATP, mentre que el no pBad s’uneix als socis anti-apoptòtics Bcl-2 i Bcl-xL que generen l’activació de Bax i Bak, 36 la baixa relació pBad / Bad que es troba en els lisats cerebrals R6 / 2 suggereix que Bad l’activitat passa d’una funció apoptòtica metabòlica positiva a negativa en cèl·lules HD.

Mediador interactiu de la mort cel·lular Bcl-2

La proteïna Bim3 només pro-apoptòtica Bim s’expressa en tres isoformes principals generades per l’explosió alternativa: Bim short (BimS), Bim long (BimL) i Bim extra-long (BimEL). Totes aquestes isoformes neutralitzen l'activitat de les proteïnes Bcl-2- en pro-supervivència, però difereixen en potència pro-apoptòtica, sent BimS la més eficaç i BimEL la més eficaç assassina. 37 Al SNC de ratolí i humà, Bim s’expressa principalment en neurones, i la isoforma més expressada al cervell és BimEL. 38, 39

Diverses observacions mostren que htt mutada causa una acumulació de BIMEL en diversos tipus cel·lulars. En particular, l'expressió mutada de htt indueix l'acumulació de BimEL a les cèl·lules HEK293T, a les cèl·lules Neuro-2a, 40 a les neurones simpàtiques superiors del ganglion cervical 41 i a les cèl·lules estriatals immortalitzades. El silenciament de BimEL a les cèl·lules Neuro-2a redueix significativament la mort de cèl·lules produïda per htt mutat. 40

Al model de ratolí R6 / 2, es van trobar nivells elevats de BimEL en lisats cerebrals totals i en fraccions mitocondrials específicament en els estadis tardans de la malaltia. 21, 40 Aquestes dades van trobar més confirmació en altres dos models de ratolí HD mostrant un augment de BimEL estriatal en ratolins R6 / 1 en els estadis tardans de la malaltia i en el model condicional Tet / HD94. 22 Col·lectivament, aquests resultats demostren que htt mutada provoca l'acumulació i translocació de BimEL als mitocondris.

Agonista de la mort de domini interactiu Bcl-2

L’oferta de proteïna pro-apoptòtica només BH3 està involucrada en la mort de cèl·lules neuronals en molts trastorns neurològics com l’ictus, la isquèmia 44 i la malaltia d’Alzheimer. L'oferta a llarg termini té una activitat pro-apoptòtica extremadament feble, però arriba a la seva activitat pro-apoptòtica més forta després de la clivada proteolítica de diverses proteases que produeixen l'oferta truncada (TBid). 46 La proteïna Bid s'expressa àmpliament en el cervell embrionari i postnatal i la seva expressió en neurones post-mitòtiques del sistema límbic, ganglis basals, tecte mesencefàlic i cerebel persisteix a un nivell elevat fins a l'edat adulta. 15

Diverses línies d’evidències mostren que el htt mutat provoca l’acumulació de Bid i tBid en neurones i en fraccions neuronals mitocondrials. En particular, l’anàlisi de blot occidental per a la detecció de Bid i tBid a les cèl·lules HeLa i a les cèl·lules Neuro2A va revelar que la transfecció mutada de htt causa la divisió de l’oferta. 16

També es va detectar una escletxa d’oferta més gran en lisats cerebrals de ratolins R6 / 2 a l’etapa mitjana de la HD. 21 Diferents resultats provenen del model R6 / 1 en què Garcìa-Martìnez et al. 22 no van trobar acumulació de tBid, però en canvi, es van trobar ofertes a llarg termini a nivells elevats en l'estriat i en les fraccions mitocondrials estriatals. L’augment de proteïnes d’oferta es correlaciona amb l’expressió de mRNA d’oferta més gran. Els nivells de proteïnes Bid de llargària completa també es van trobar en l'estriatum en el model condicional del ratolí de HD, Tet / HD94: L'acumulació d'ofertes depenia específicament de l'expressió mutada htt, ja que la supressió transgènica revertia completament la proteïna Bid en nivells de tipus salvatge. 22

Bcl-2 / adenovirus E1B 19 kDa que interacciona la proteïna 3

Bnip3 ha tingut un paper emergent en la salut humana, ja que les proves convincents implicaven la seva mort, induint l’activitat en malalties cardíaques, mentre que la pèrdua de funció de Bnip3 es va associar amb el creixement del tumor. 47, 48 Els coneixements actuals demostren que Bnip3 està involucrat en la mort cel·lular, l’autofàgia i la depuració mitocondrial programada. 49 Bnip3 indueix la mort cel·lular mitjançant almenys dos mecanismes diferents: Bnip3 pot implicar membres de la família Bcl-2 anti-apoptòtics per desencadenar la permeabilitat OMM de Bax-dependent de Bak o pot induir una nova via de fuita mitocondrial interactuant amb la proteïna òptica atrofia-1. (OPA1). 51, 52

Com que Bnip3 s’expressa en el cervell i el múscul esquelètic, 53, 54 en els darrers anys, vam realitzar un estudi dirigit a investigar el paper potencial de Bnip3 en HD mitjançant l’avaluació del nivell de Bnip3 i la localització en cèl·lules neuronals trans-transfectades, cervell en models de ratolí HD. i en cèl·lules musculars de pacients amb HD. 55 Es va observar que l'expressió mutada de htt causa una acumulació de Bnip3 en els lisats de cèl·lules senceres i en la fracció mitocondrial de les cèl·lules SHSY5Y i HEK293T. També hem trobat nivells de proteïnes Bnip3 més elevats en les fraccions mitocondrials de ratolins R6 / 2 i en estriat de ratolins YAC128 que en els controls de litratge. Finalment, vam observar que Bnip3 es co-localitza principalment amb els mitocondris en les cèl·lules musculars dels pacients HD, mentre que en les cèl·lules de control es localitza principalment en el citosol i el nucli. També vam observar que l'expressió d'un Bnip3 dominant-negatiu anomenat Bnip3ΔTM 56, 57 va rescatar la pèrdua potencial de la membrana mitocondrial en cèl·lules musculars HD. 55 En general, aquestes dades suggereixen que htt mutada millora l’activitat de Bnip3 a les cèl·lules neuronals i musculars.

Modulador regulat per p53 d'Apoptosi / Component 3 d'enquadernació de Bcl-2 (Puma / Bbc3)

Puma / Bbc3 és una proteïna única de BH3 identificada el 2001. 58, 59 Puma / Bbc3 sembla no estar expressada en el cervell adult normal, però la seva expressió està fortament induïda en algunes malalties cerebrals com l'estat de l'epilèptic 60 i la isquèmia cerebral. 61 Originalment identificat com a diana transcripcional de p53, 58, 59 Puma / Bbc3 també és induït transcripcionalment en cèl·lules neuronals sotmeses a respostes de proteïna desplegades induïdes per estrès ER (UPR). Hi ha pocs dades sobre l'expressió Puma / Bbc3 en models HD: en neurones SCG, l'expressió mutada htt deixa sense canvis el mRNA de Puma / Bbc3, 41 mentre que a les cèl·lules PC12 augmenta la proteïna Puma / Bbc3 per sis. Tot i que l’acumulació de proteïnes Puma / Bbc3 en HD pot dependre d’estrès ER induït per htt-end, ja que aquesta dada no es confirma en altres models d’HD, el possible paper patogenètic de Puma / Bbc3 en HD necessita més aclariments.

Les proteïnes Bax i l'antagonista / assassí Bcl-2 (Bak)

Bax i Bak actuen aigües avall de la pro-supervivència i només membres de BH3 i tenen un paper clau en la via apoptòtica mitocondrial. Bak s’insereix normalment a l’OMM; Bax és predominantment citosòlic, però, un cop activat, es trasllada del citosol a l’OMM on juntament amb Bak forma el porus apoptòtic, el punt de no tornar en l’apoptosi mitocondrial. A més de produir apoptosi, Bax i Bak influeixen en la dinàmica de fusió i fusió mitocondrials en cèl·lules sanes. 1, 2 Tant Bax com Bak s’expressen en neurones: Bax s’expressa en moltes regions del SNC 64 65 humà incloent el nucli caudat humà; 26 i Bak s’expressa en el cervell humà en les fases del fetus, l’adult i l’edat avançada. 66

Una àmplia evidència que subratlla el vincle entre l’activació de Bax i la patogènesi de HD prové de la investigació que avalua els nivells de proteïnes de Bax i la localització en models de cultiu cel·lular neuronal d’HD i en els cervells de models de ratolí HD. La transfecció mutada de htt en cèl·lules PC12 va augmentar el nivell de proteïnes de Bax per quatre vegades en comparació amb la transfecció de wt; 67 a les cèl·lules Neuro2A, l'expressió mutada de htt va induir la transferència de Bax del citosol al mitocondri. 40 Només un estudi in vitro argumenta un paper de Bax en la mort de cèl·lules induïdes per https: King et al. 21 es va demostrar que en les neurones simpàtiques del ganglion cervical superior (SCG) es va mutar la mort de cèl·lules independent de Bax induïda per htt.

Els estudis realitzats en models de ratolí HD mostraren un augment dels nivells de Bax en les fraccions mitocondrials del cervell a partir de ratolins R6 / 1 i R6 / 2 21, 22 i augment de l'ARNm de Bax al còrtex i cerebel a partir de ratolins R6 / 1, zones del cervell en què l'ARNm de Bax es correlacionava amb el nombre de nuclis apoptòtics. L' expressió Bax també es va analitzar al nucli caudat de pacients amb HD. El senyal citoplasmàtic de Bax era més fort en neurones caudades de pacients amb HD que en controls. L’expressió de Bax ja era màxima en els cervells d’HD en aparició de la malaltia i la més alta en les neurones enfonsades i fosques més compromeses. Per tant, les dades dels models de ratolí HD i dels teixits humans conflueixen per indicar que l'expressió mutada de htt causa una acumulació de proteïnes Bax i una transferència de Bax a l'OMM en neurones. La desregulació de Bax en HD sembla no ser específica del cervell en la mesura que els nivells de proteïna Bax també eren més elevats en limfòcits i monòcits de pacients amb HD que en controls. 29 Aquesta troballa depèn probablement del fet que htt s’expressi ubiqui en els teixits humans. 68

Se sap poc sobre els nivells de Bak a les cèl·lules HD: Garcìa-Martìnez et al. 22 van analitzar l'estriat del ratolí R6 / 1 i van trobar nivells iguals de Bak en els controls de ratolins i matins R6 / 1. Tot i que aquestes dades poden indicar que Bak no té cap paper en la mort de cèl·lules HD i la disfunció mitocondrial, altres van observar que les cèl·lules estriatals immortalitzades que sobreexpressen wt htt estan completament protegides de la mort induïda per Bak. 35 Si i, si és així, com intervé Bak en la via patògena induïda per htt mutada continua sent un tema intrigant per a investigacions posteriors.

A través de quina via molecular es podrien provocar les proteïnes de la família Bcl-2 que causen disfuncions mitocondrials i la mort cel·lular en HD?

Resumint les dades sobre proteïnes de la família Bcl-2 en models de cultiu cel·lular de HD (Taula 1), models de ratolí d’HD (Taula 2) i cèl·lules i teixits de pacients amb HD (Taula 3), vam formular un model hipotètic per explicar Bcl- Activació de proteïnes de 2 famílies en HD (Figura 1).

Taula completa

Taula completa

Taula completa

Image

Model hipotètic que explica la ruta a través de la qual el mut (htt (mhtt) mutat provoca permeabilització OMM. L’activació de Bax en HD pot dependre de les proteïnes “activadores” només BH3 i dels “sensibilitzadors” que s’uneixen només a les proteïnes de supervivència Bcl-2 i Bcl-xL. El mutat htt pot interactuar amb la xarxa de proteïnes Bcl-2 a múltiples nivells modulant l’expressió Bcl-2, induint l’acumulació d’ofertes i la divisió d’ofertes, promovent l’activació de BNip3 i augmentant els nivells que no siguin pBad. L’acumulació / activació de BIMEL pot dependre del control de https sobre l’expressió de BDNF o de la UPR induïda per l’estrès ER o dels dos mecanismes

Imatge a mida completa

Com que molts resultats convergeixen per demostrar que htt mutada provoca l’activació de BimEL (Taules 1 i 2), hipotetitzem que BimEL, una proteïna que en cèl·lules sanes s’associa amb complexos de microtúbuls cel·lulars, 69 en neurones d’HD localitzen a mitocondris on, segons el directiu model d’activació (paràgraf 2.2), desencadena l’activació de Bax. Aquesta hipòtesi rep el suport de l’evidència que tant BimEL com Bax s’acumulen en les fraccions mitocondrials dels models de ratolí R6 / 1 i R6 / 2. Alternativament, segons el model d’activació indirecta, BimEL a les cèl·lules HD es pot unir a Bcl-2, impedint així que neutralitzi Bax. En aquest context, Bcl-2 pot tenir un paper neuroprotector en HD. Aquesta hipòtesi rep el suport de l’evidència que la sobreexpressió de Bcl-2 en les neurones alenteix la neurodegeneració en el model R6 / 2. 21 El que encara no està clar és la forma d’activar httpsi mutada de BimEL. Una pista interessant prové de l'evidència que l'expressió de BimEL està regulada negativament pel factor neurotròfic derivat del cervell (BDNF). 70, 71 Per ampli consens, la mutació HD dóna lloc a nivells inferiors de BDNF al cervell 72 perquè htt està implicat indirectament en el control transcripcional sobre el gen BDNF . Per tant, la caça mutada pot provocar l'acció i activació de l'acumulació de BimEL mitjançant la inhibició de l'expressió de BDNF. BimEL també és un objectiu a la baixa d’estrès ER. 74 En la mesura que les proteïnes amb una expansió anormalment llarga de poliglutamina causen estrès ER, l'activació de 75 BIMEL en HD també pot dependre de la UPR induïda per mutacions htt. Una qüestió a l'espera de més investigacions és si Puma / Bbc3, l'altra potent proteïna que només activa BH3 activada en resposta a l'estrès ER, té un paper en HD.

Una altra proteïna exclusivament BH3 potencialment implicada en la patogènesi de HD és Bid. En models HD, https mutats generen escisions d'ofertes o acumulació d'ofertes a llarg termini o ambdós esdeveniments (taules 1 i 2). L’activació de l’oferta es va suggerir com un esdeveniment clau en moltes malalties neurodegeneratives perquè l’oferta s’expressa molt en neurones. 76 A les cèl·lules HD, l’oferta i el TBid de longitud completa, en migrar a les mitocondries, podrien sostenir l’activació de Bax, 77 amplificant així el dany mitocondrial.

El mecanisme molecular mitjançant el qual mutat htt provoca que s'acumuli l'oferta a llarg termini no està definit. Com que l’activitat pro-apoptòtica de l’oferta a llarg termini és extremadament feble, els nivells d’expressió d’oferta elevats, però, és poc probable que causin mort cel·lular en HD. Al contrari, com que tBid presenta una forta activitat pro-apoptòtica, pot ser que tingui un paper clau en la mort de cèl·lules HD. Aquesta possibilitat rep suport també d’evidències que htt mutada millora l’activitat de la caspasa-8 78, 79 i la calpaina 80 que ambdós enzims són capaços d’escindir l’oferta a llarg termini. 46

La proteïna recentment única de BH3 potencialment implicada en patogènesi de HD és Bnip3. Els nostres resultats proporcionen evidència que Bnip3, un regulador apoptòtic que en cèl·lules sanes localitza el citosol o els nuclis, en cèl·lules neuronals i no neuronals que expressen htt mutades es localitza principalment a la mitocondria. 55 Com que l'activació de Bnip3 causa pèrdua Δψ, fragmentació mitocondrial i mitofàgia, 51, 81 Bnip3 podria estar implicat en la disfunció mitocondrial en HD. Precisament, com la indicació de mutacions de htt indueix l’activació de Bnip3 continua sent una pregunta sense resposta. Informes anteriors mostren que l'associació Bnip3-mitocondria està fortament estabilitzada per l'acidosi 82, 83 o per una concentració de calci citosòlica augmentada, 84 afeccions que poden tenir lloc en cèl·lules HD per inhibició de la respiració mitocondrial. Una possibilitat alternativa és que htt s'uneixi directament o indirectament a Bnip3, però aquest tema espera elucidació en futurs estudis.

Resum i perspectiva

Les proves actuals, derivades dels esforços de recerca de molts investigadors durant un llarg període de temps, impliquen cada cop més que htt mutat influencia negativament els nivells i la localització de proteïnes de la família Bcl-2. Els estudis realitzats in vitro i in vivo proporcionen evidències convincents que l'expressió mutada de htt activi almenys quatre proteïnes només de BH3. Tot i que htt mutada pot regular cada una d’aquestes quatre proteïnes mitjançant diferents mecanismes, la seva activació culmina en una conseqüència idèntica, és a dir, l’activació de Bax. L’activació de Bax, promovent l’alliberament del citocrom c , pot apuntalar l’apoptosi neuronal progressiva en el cervell dels pacients amb HD. Tot i que aquesta hipòtesi rep el suport d’estudis primerencs que van identificar cèl·lules apoptòtiques semblants a l’Striatum d’HD, 85, 86 proves per la mort de cèl·lules HD derivades només de l’apoptosi és controvertida. 87 Una possibilitat alternativa és que la desregulació de la família de proteïnes Bcl-2 alteri la dinàmica mitocondrial de HD de manera independent de l'apoptosi. És especialment interessant en aquest context que la fissió mitocondrial induïda per Bax i l'alliberament del citocrom c iniciada per Bax són esdeveniments separables i que les proteïnes de la família Bcl-2 poden influir en la dinàmica de fusió-fusió mitocondrial en cèl·lules HD independentment de l'apoptosi. 1, 2 Si és cert, les proteïnes de la família Bcl-2 en HD poden ser responsables de la morfologia mitocondrial fragmentada, dels canvis en la ultraestructura mitocondrial i del trànsit mitocondrial deteriorat demostrats en models de HD in vivo i in vivo . 88, 89, 90

Els futurs estudis haurien d’objectiu d’anar més enllà de l’anàlisi dels nivells de proteïnes de la família Bcl-2, ja que el seu nivell d’expressió sovint indica una activació proteica poc freqüentada, sobretot perquè la majoria dels membres només de BH3 experimenten una regulació forta mitjançant mecanismes post-translacionals. Els futurs estudis destinats a dilucidar els mecanismes moleculars subjacents a les interaccions de proteïnes Bcl-2 documentades en models in vitro i in vivo HD explotaran tècniques innovadores de fluorescència 91 que poden il·lustrar més clarament el paper de Bcl-2 en HD. Igualment importants són els enfocaments genètics, com ara transmetre models de ratolí HD a ratolins per als gens Bcl-2, que proporcionaran la prova definitiva que els membres de la família Bcl-2 estan patogenèticament implicats en HD.

Finalment, els futurs estudis que impliquen models cel·lulars humans innovadors com iPS de pacients amb HD, aclareixen si les proteïnes de la família Bcl-2, objectius ja moleculars en la teràpia contra el càncer, 92 també poden ser un objectiu terapèutic per a la HD.

Glossari

HD

La malaltia de Huntington

htt

caça

OMM

membrana mitocondrial exterior

ER

reticle endoplàsmic

Δ ψ

potencial mitocondrial

BH3

Homologia Bcl-2 3

CNS

sistema nerviós central

OPA1

proteïna atrofia òptica-1

UPR

resposta de proteïna desplegada

SGC

ganglio cervical superior

BDNF

factor neurotròfic derivat del cervell

Bcl-2

Limfoma de cèl·lules B 2

Bcl-xL

Limfoma de cèl·lules B-gran quantitat

Dolent

Antagonista de Bcl-2 de mort cel·lular

Bim

Mediador interactiu Bcl-2 de la mort cel·lular

Oferta

Agonista de mort de domini interactiu Bcl-2

Bnip3

Bcl-2 / adenovirus E1B 19 kDa interactuant proteïna 3

Puma / Bbc3

Modulador regulat per l'apoptosi / component d'unió 3 de Bcl-2

Bax

Proteïna X associada a Bcl-2

Bak

Antagonista de Bcl-2 / assassí