Ιντεγκρινο-εξαρτώμενη ρύθμιση κολλαγονασών (MMPs) από την αμυλοειδική β πρωτεΐνη
Authors: Ταλαμάγκας Αργύριος 
Published: August 2021

Η νόσος Alzheimer (AD) είναι μια προοδευτικά εξελισσόμενη νευροεκφυλιστική διαταραχή, που χαρακτηρίζεται από την συσσώρευση των αμυλοειδικών πλακών στην περιοχή του εγκεφάλου. Το κύριο συστατικό των αμυλοειδικών πλακών είναι πεπτίδια β αμυλοειδούς πρωτεΐνης (Αβ -40, -42), τα οποία παράγονται κατά την πρωτεολυτική αποικοδόμηση της πρόδρομης αμυλοειδικής πρωτεΐνης (ΑΡΡ). Η πρωτεολυτική αποικοδόμηση της ΑΡΡ από α-εκκριτάσες εντός της αμινοξικής αλληλουχίας του Αβ πεπτιδίου, έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση του διαλυτού αμινοτελικού άκρου της ΑΡΡ (sAPPα), και την δημιουργία του μεμβρανο-συνδεόμενου καρβόξυ-τελικού άκρου της ΑΡΡ (CTF). Η συγκεκριμένη πρωτεολυτική διαδικασία μπορεί να εμποδίσει την παραγωγή του Αβ πεπτιδίου. Αντίθετα, η πρωτεολυτική αποικοδόμηση από β- και γ-εκκριτάσες, οδηγεί στην παραγωγή του Αβ πεπτιδίου, και την έκκριση του αμινοτελικού παράγωγου (sAPPβ). Δύο υπο-κατηγορίες της ευρύτερης οικογένειας των μεταλλοπρωτεασών, οι μεταλλοπρωτεάσες της εξωκυττάριας ουσίας (MMPs) και οι δισιντεγκρίνες ή αδαμαλυσίνες (ADAMs) εμπλέκονται στην πρωτεολυτική πέψη διαφόρων μεμβρανικών μορίων μεταξύ των οποίων και η ΑΡΡ. Συγκεκριμένα οι αδαμαλυσίνες ADAM-9, -10 και -17 (MDC9, ADAM 10 και TACE) έχει δειχθεί να έχουν δραστικότητα α-εκκριτάσης. Όσον αφορά τις MMPs, ο ρόλος τους στην παθογένεια της νόσου δεν έχει εξακριβωθεί πλήρως αν και αρκετές μελέτες σχετίζουν την ενεργότητα τους με τον καταβολισμό του Αβ πεπτιδίου. Αυξημένα επίπεδα έκφρασης κυρίως των ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 έχουν εντοπισθεί στον φλοιό ιππόκαμπου ασθενών με AD ενώ, χαρακτηριστική, είναι η υψηλή ανοσοδραστικότητα που εμφανίζει η πρόδρομη μορφή της ΜΜΡ-9 σε περιοχές γύρω των αμυλοειδών πλακών. Επιπλέον, η ενεργοποιημένη μορφή της ΜΜΡ-9 έχει την ικανότητα να πρωτεολύει, τόσο συνθετικά ανάλογα Αβ πεπτιδίου στην χαρακτηριστική θέση πρωτεόλυσης των α-εκκριτασών (Lys16-Leu17), όσο και ινιδίων πολυμερισμένου Αβ πεπτιδίου. Οι παρατηρήσεις αυτές συσχετίζουν άμεσα την αυξημένη έκφραση κυρίως της ΜΜΡ-9 με την νόσο AD, καθιστώντας πιθανή την υπόθεση συμμετοχής της στον μεταβολισμό της ΑΡΡ. Για να εξετάσουμε τον μηχανισμό της διαφοροποιημένης έκφρασης των ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 που παρατηρείται σε παθολογικές καταστάσεις AD, μελετήσαμε τον πιθανό ρόλο των ιντεγκρινών, στην διαμεσολάβηση της έκφρασης των πιο πάνω μορίων, δεδομένου οι συγκεκριμένοι υποδοχείς ρυθμίζουν, τουλάχιστον εν μέρει, την έκφραση των MMPs. Ως σύστημα μελέτης χρησιμοποιήθηκε η ανθρώπινη νευροβλαστική σειρά SK-N-SH, σαν μοντέλο νευρικών κυττάρων. Αρχικά, προσδιορίστηκε η επίδραση του Αβ πεπτιδίου στην έκφραση των ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 στην συγκεκριμένη κυτταρική σειρά, όπου δείχτηκε ότι τα νευρικά κύτταρα όπως και τα νευρογλοιακά εκκρίνουν αυξημένη ποσότητα των δύο ενζύμων παρουσία Αβ. Με πειράματα αναστολής της κυτταρικής προσκόλλησης, σε ακινητοποιημένο Αβ πεπτίδιο, και την χρήση μονοκλωνικών αντισωμάτων έναντι ιντεγκρινικών υποδοχέων προέκυψε ότι οι ιντεγκρινικοί υποδοχείς α₃β₁ και α₂β₁ μεσολαβούν στην αλληλεπίδραση των SK-N-SH κυττάρων με το Αβ πεπτίδιο. Χρησιμοποίηση των μονοκλωνικών αντισωμάτων έναντι των α3 , α2 και β1 ιντεγκρινικών υπομονάδων, ως προσδέτες των αντίστοιχων ιντεγκρινών σε κύτταρα SK-N-SH, προκάλεσαν σημαντική αύξηση στα εκκρινόμενα επίπεδα των ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 υποδεικνύοντας ότι οι συγκεκριμένες ιντεγκρίνες διαμεσολαβούν στην διαφοροποιημένη έκφραση των ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 παρουσία του Αβ πεπτιδίου. Παράλληλα μελετήσαμε και την επίδραση της ΜΜΡ-9 στον μεταβολισμό της ΑΡΡ. Η υπερέκφραση της πρόδρομης μορφής της ΜΜΡ-9 σε μετασχηματισμένα κύτταρα ΗΕΚ-293 που εκφράζουν σταθερά την ισομορφή ΑΡΡ695, όπως επίσης και η επίδραση ανασυνδιασμένης/ενεργοποιημένης ΜΜΡ-9 στα παραπάνω κύτταρα εξωγενώς, προκάλεσε αυξημένη έκκριση του διαλυτού θραύσματος (sAPPa) και μείωση του εκκρινόμενου Αβ πεπτιδίου. Με in vitro πειράματα πιστοποιήθηκε ότι η απελευθέρωση του διαλυτού θραύσματος sAPPa οφείλετε στην αποικοδόμηση του ανέπαφου μορίου της ΑΡΡ από την ΜΜΡ-9. Η αυξημένη παραγωγή του sAPPa στο υλικό καλλιέργειας των ΗΕΚ/ΑΡΡ695 κυττάρων, η οποία οφείλεται στην υπερέκφραση της ΜΜΡ-9, ενισχύεται παρουσία φορβολικού εστέρα (ενεργοποιητή α-εκκριτασών) μέσω της PKC. Η παρατήρηση ότι η ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης C με τον φορβολικό εστέρα δεν επηρέασε τα ενδογενή επίπεδα έκφρασης της ΑΡΡ, υποδεικνύει ότι τα αυξημένα επίπεδα του sAPPa ήταν αποτέλεσμα της αυξημένης ενεργότητας της ΜΜΡ-9 στον μεταβολισμό της ΑΡΡ. Σε πολλές κυτταρικές σειρές η εκκρινόμενη ΜΜΡ-9, ακόμη και παρουσία δυναμικών ενεργοποιητών της, εντοπίζεται σε πρόδρομη μορφή. Η διαδικασία ενεργοποίησης της δεν έχει διαλευκανθεί πλήρως, ωστόσο προτείνεται ένας μηχανισμός σύμφωνα με τον οποίο, μπορεί να αλληλεπιδρά με μόρια της κυτταρικής επιφάνειας. Η αλληλεπίδραση αυτή μπορεί να είναι λειτουργική καθώς με τον τρόπο αυτό πιθανόν να επιτυγχάνεται η ενεργοποίηση του ενζύμου και εν’ συνεχεία η πρωτεολυτική πέψη του μορίου αγκυροβόλησης. Σύμφωνα με την παραπάνω υπόθεση η ΑΡΡ θα μπορούσε να αποτελεί ένα μόριο αγκυροβόλησης της ΜΜΡ-9. Με πειράματα ανοσοκατακρήμνισης αλλά και συνεστιακής μικροσκοπίας ανοσοφθορισμού αποδείχτηκε ότι η pro-MMP-9 και η ΑΡΡ αλληλεπιδρούν στην κυτταρική επιφάνεια. Η αλληλεπίδραση αυτή μπορεί να είναι λειτουργική καθώς με τον τρόπο αυτό, πιθανόν, επιτυγχάνεται η ενεργοποίηση του ενζύμου και εν’ συνεχεία η πρωτεολυτική πέψη της ΑΡΡ. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα περιγράφουν έναν πιθανό ρυθμιστικό μηχανισμό σύμφωνα με τον οποίο η αυξημένη συγκέντρωση Αβ πεπτιδίου, κύριο χαρακτηριστικό της νόσου Alzheimer, επάγει τροποποιήσεις στην έκφραση των μεταλλοπρωτεασών κυρίως της ΜΜΡ-9, εν μέρη, μέσω των αλληλεπιδράσεων του με τους ιντεγκρινικούς υποδοχείς α₃β₁ και α₂β₁. Η προκληθείσα, από το Αβ πεπτίδιο, αυξημένη έκκριση της ΜΜΡ-9 εν συνεχεία, μέσω της αλληλεπίδρασης της με την ΑΡΡ στην κυτταρική επιφάνεια μπορεί να προκαλέσει τον μεταβολισμό της τελευταίας, κατά τρόπο παρόμοιο με αυτόν των α-εκκριτασών εμποδίζοντας έτσι την παραγωγή του Αβ πεπτιδίου, και παράλληλα ενισχύοντας την έκκριση του νευροπροστατευτικού θραύσματος sAPPa.