LINGO1

LINGO1
Protein LINGO1 PDB 2id5.png
Dostępne konstrukcje
WPB Wyszukiwanie ortologów:
Identyfikatory
, LERN1, LRRN6A, UNQ201, powtórzenie bogate w leucynę i domena Ig zawierająca 1,
identyfikatory zewnętrzne MRT64
ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)
RefSeq (białko)
Lokalizacja (UCSC)
PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Bogate w leucynę powtórzenie i białko zawierające domenę immunoglobinopodobną 1, znane również jako LINGO-1, jest białkiem kodowanym przez gen LINGO1 u ludzi. Należy do rodziny bogatych w leucynę białek powtórzeniowych, które znane są z odgrywania kluczowych ról w biologii ośrodkowego układu nerwowego . LINGO-1 jest funkcjonalnym składnikiem receptora Nogo (inhibitor wzrostu neurytów), znanego również jako receptor retikulon 4 .

Sugerowano, że antagoniści LINGO-1, tacy jak BIIB033 , mogą znacznie poprawić i regulować przeżywalność po uszkodzeniu neuronów spowodowanym przez białko.

Struktura

Sekwencja aminokwasowa ludzkiego białka LINGO-1. Różne domeny są sygnalizowane zgodnie z ich właściwościami chemicznymi, a ich aminokwasy są identyfikowane.

Ludzkie LINGO-1 to jednoprzebiegowe białko transbłonowe typu 1 składające się z 614 aminokwasów. Zawiera sekwencję sygnałową złożoną z 34 reszt, po której następuje domena LRR ( powtórzenie bogate w leucynę ), domena Ig (podobna do immunoglobuliny), domena łodygi, region transbłonowy i krótki ogon cytoplazmatyczny. Jako białko transbłonowe można je znaleźć głównie na błonie komórkowej .

Wykazano, że struktura LINGO-1 jest wysoce stabilna zarówno w postaci krystalicznej, jak iw roztworze, dzięki bogatemu w leucynę powtórzeniu złożonego fałdu Ig. Ponieważ tetramer ma bardzo duże pole powierzchni w błonie komórkowej, uważa się, że może to służyć jako wydajna i stabilna platforma wiążąca, ułatwiająca interakcję z kompleksem NgR, p75, TROY. [ potrzebne źródło ]

Domena zewnątrzkomórkowa

Domena zewnątrzkomórkowa składa się z sekwencji sygnałowej, 11 motywów LRR zawartych pomiędzy N-końcową i C-końcową domeną czapeczkową i domeną podobną do immunoglobuliny ( IgC2 ). C-końcowa domena LRR jest niezbędna dla funkcji białka z jego badaniem przesiewowym pod kątem białek, które oddziałują z tą domeną. Struktura, wraz z biofizyczną analizą właściwości LINGO-1, ujawniła, że ​​złożony fałd LRR-Ig białka może doprowadzić go do asocjacji ze sobą w okrągłej, podobnej do pierścienia formie, tworząc zamknięty i stabilny tetramer w roztworze iw krysztale.

Domena wewnątrzkomórkowa

Część wewnątrzkomórkowa białka jest utworzona przez region transbłonowy i ogon cytoplazmatyczny składający się z 38 reszt. Zawiera kanoniczne receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) na reszcie 591, które jest krytyczne dla sygnałów wewnątrzkomórkowych.

Współreceptor

LINGO-1 jest koreceptorem , który oddziałuje z wiążącym ligand receptorem Nogo-66 (NogoR) w kompleksie sygnałowym receptora Nogo. Kompleks receptora Nogo powstaje, gdy Nogo-66 wiąże się ze swoim receptorem.

LINGO-1 jest homotetramerem, który tworzy trójskładnikowy kompleks z RTN4R / NGFR i RTN4R/ TNFRSF19 .

Modyfikacje potranslacyjne

LINGO-1 zawiera kilka miejsc N-glikozylacji , które mogą mieć negatywny wpływ na jego zdolność do samooddziaływania z cis lub trans, z innymi partnerami lub gangliozydami. Zawiera również glikany o wysokiej zawartości mannozy.

Dystrybucja tkanek

Graficzne podsumowanie ekspresji genu LINGO-1 u ludzi. Niebieski odpowiada za działanie białka w układzie nerwowym, podczas gdy fioletowy reprezentuje funkcję wydzielniczą LINGO-1 w trzustce.

LINGO-1 ulega ekspresji prawie wyłącznie w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN). Można go znaleźć w mózgu oraz w neuronach i oligodendrocytach . mRNA LINGO-1 jest wyrażany w sposób niemal wyłączny w ośrodkowym układzie nerwowym, zarówno w okresie embrionalnym, jak i postnatalnym. Jest skierowany do błony plazmatycznej neuronów, ale możliwe jest, że mniejsze ilości białka można znaleźć w innych przedziałach wewnątrzkomórkowych. Jego najwyższa ekspresja występuje w określonych obszarach mózgu dorosłego człowieka, takich jak kora mózgowa , region zaangażowany w funkcje czuciowo-motoryczne, funkcje poznawcze i pamięć roboczą; hipokamp odzyskiwanie informacji wielozmysłowych; ciało migdałowate zaangażowane w reakcję na stres; jak również wzgórze , z bardziej stałym i podstawowym poziomem ekspresji w pozostałej części mózgu.

Funkcja i sposób działania

Ponieważ LINGO-1 jest bogatym w leucynę białkiem powtórzeniowym, które jest znane ze swojej ważnej roli w interakcjach białko-białko w wielu różnych procesach komórkowych i ich wpływie na ważne funkcje, takie jak różnicowanie i wzrost neuronów lub regulacja prowadzenia i regeneracji aksonów procesów, logiczne jest wywnioskowanie, że jego funkcje są powiązane z układem nerwowym. [ potrzebne źródło ]

LINGO-1 jest niezbędnym negatywnym regulatorem mielinizacji . Jest zaangażowany w hamowanie regeneracji aksonu przez trójskładnikowy kompleks utworzony z NgR1 /Nogo-66 (podjednostka wiążąca ligand) i p75 (podjednostka przekazująca sygnał). NgR1 opiera się na swoich koreceptorach do sygnalizacji przezbłonowej. Trzy główne czynniki hamujące związane z mieliną to Nogo, glikoproteina mieliny oligodendrocytów i glikoproteina związana z mieliną, z których wszystkie mają ten trójcząsteczkowy kompleks receptorów. Działanie hamujące uzyskuje się dzięki RhoA - GTP regulacja w górę w odpowiedzi na obecność MOG , MAG lub Nogo-66 w ośrodkowym układzie nerwowym. LINGO-1 hamuje również różnicowanie i mielinizację prekursorów oligodendrocytów , poprzez mechanizm, który obejmuje również aktywację RhoA, ale który najwyraźniej nie wymaga p75 ani NgR1.

LINGO-1 bierze udział w regulacji apoptozy neuronów poprzez hamowanie aktywności kinazy WNK3 . Wykazano, że zablokowanie zewnątrzkomórkowej domeny LINGO-1 zaburza interakcję między kinazami receptorowymi a LINGO-1, co bezpośrednio osłabia hamowanie przeżycia neuronów. Jednak spośród czterech członków rodziny WNK wykazano, że tylko WNK3 reguluje i zwiększa przeżywalność komórek w szlaku zależnym od kaspazy-3.

Aby móc zrozumieć, w jaki sposób te składniki regulują procesy sygnalizacyjne, zorganizowano eksperyment „model deprywacji surowicy” (SD), aby przyspieszyć apoptozę neuronów . [ potrzebne źródło ] Badania pokazują, że leczenie albo konstruktem zawierającym domeny IgC2 lub EGFR w białku LINGO1, albo Nogo66, które działają jak agonista NgR1, inicjując w ten sposób odpowiedź fizjologiczną w połączeniu z receptorem, co skutkuje zwiększoną szybkością apoptozy w pierwotnych hodowlach neuronów korowych pod SD. [ potrzebne źródło ]

Ponadto zmniejszenie poziomu ekspresji kinazy serynowo-treoninowej WNK3 (przy użyciu wyciszania genów poprzez interferencję RNA ( ShRNA )) lub hamowanie jej aktywności kinazy miało podobny wpływ na przeżywalność takich neuronów. Udowodniono, że niekorzystne skutki Nogo66 wzmacniają koasocjację LINGO1 i WNK3, powodując wiązanie WNK3 z domeną wewnątrzkomórkową LINGO1, co prowadzi do zmniejszenia aktywności kinazy WNK3. LINGO1 promuje apoptozę neuronów poprzez hamowanie aktywności kinazy WNK3.

Szlaki sygnalizacyjne

LINGO-1 może wchodzić w interakcje z różnymi kofaktorami i koreceptorami, co może prowadzić do aktywacji szlaków sygnałowych, które mogą mieć wpływ na regulację przeżycia neuronów, regenerację aksonów, różnicowanie oligodendrocytów lub procesy mielinizacji w mózgu .

Znane są interakcje z białkami, takimi jak glikoproteina mielinowa oligodendrocytów, Nogo-A (inhibitor wzrostu neurotycznego) i glikoproteiny związane z mieliną. LINGO-1 oddziałuje również z białkami transbłonowymi: EFGR wraz z ligandem naskórkowego czynnika wzrostu (EFG); neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (BNDF) i jego receptor, białko prekursorowe amyloidu (APP) i kinaza receptora tropomiozyny A ( TrkA ). Istnieją inne interakcje z białkami, które są zaangażowane w zaburzenia neurologiczne i psychiatryczne: WNK białko z niedoborem lizyny w kinazie 1 ( WNK1 ), kinaza białkowa aktywowana mitogenem 2/3 (MEK 2/3), kinaza 5 ze zmniejszonym sygnałem zewnątrzkomórkowym ( ERK5 ) , RhoA i inne.

Zaburzenia neurologiczne i psychiatryczne

Reprezentacja szlaków sygnałowych LINGO-1, które są zaangażowane w zaburzenia neurologiczne i psychiatryczne. Interakcje z głównymi wymienionymi białkami i ich konsekwencje patologiczne.

LINGO-1 jest kodowany przez gen LINGO-1, który znajduje się na ludzkim chromosomie 15 , a dokładniej w locus 15q24-26, który jest regionem mającym pierwotne implikacje w wielu zaburzeniach psychiatrycznych, uzależnieniowych i związanych z lękiem. Zmiany genomowe tych regionów mogą być czynnikami zaburzeń, takich jak schizofrenia, depresja, autyzm, lęk napadowy lub lęk.

Regiony mózgu zidentyfikowane jako wysoce eksprymujące transkrypty Lingo-1 są również silnie zaangażowane zarówno w zaburzenia neurologiczne, jak i psychiatryczne, takie jak uszkodzenie rdzenia kręgowego , urazowe uszkodzenie mózgu , stwardnienie rozsiane (MS), choroba Parkinsona , drżenie samoistne (ET), choroba Alzheimera , epilepsja i jaskry (choroby ośrodkowego układu nerwowego); a także zaburzenia stresowe i napadowe, schizofrenia , amnezja itd. Rola Lingo-1 w tych zaburzeniach neurologicznych polega na hamowaniu wzrostu neurytów, różnicowaniu oligodendrocytów i mielinizacji, utrudniając układowi nerwowemu regenerację uszkodzonych obszarów, niezależnie od tego, czy urazy te pochodzą z procesów endogennych, czy egzogennych.

Uraz rdzenia kręgowego

Uszkodzenie rdzenia kręgowego skutkuje uszkodzeniem dróg aksonalnych, których funkcją jest kontrola aktywności ruchowej i czuciowej. Białko to zostało znalezione w tych aksonalnych odcinkach rdzenia kręgowego dorastających szczurów po urazie. Ponadto, 14 dni po urazie wykryto pięciokrotny wzrost poziomów mRNA Lingo-1. Wykazano również, że Lingo-1-Fc, rozpuszczalna forma Lingo-1, antagonizuje szlaki sygnałowe Lingo-1 poprzez hamowanie wiązania Lingo-1 z NgR, w konsekwencji, ogromna poprawa w odzyskiwaniu funkcji szczurów po bocznej hemisekcji stwierdzono obecność rdzenia kręgowego.

Drżenie samoistne i choroba Parkinsona

Drżenie samoistne , jedna z najczęstszych chorób neurologicznych, charakteryzuje się drżeniem posturalnym i czynnościowym. Ostatnie badania pokazują, że około 20% osób cierpiących na tę chorobę ma zwiększoną ilość białka LINGO1 w móżdżku , dlatego powiązanie LINGO1 z drżeniem samoistnym zaowocowałoby opracowaniem bardziej skutecznych terapii objawowych i leczenia.

Stwierdzono, że w genomie LINGO-1 znajduje się marker, wariant (rs9652490), który jest istotnie powiązany z drżeniem samoistnym, zwiększając ryzyko wystąpienia patologii.

Jeśli chodzi o chorobę Parkinsona, która jest również zaburzeniem ruchowym związanym z wiekiem, odkryto, że poziomy LINGO-1 są bardziej podwyższone w istocie czarnej i móżdżku mózgów pośmiertnej choroby Parkinsona w porównaniu z grupami kontrolnymi. Dudem i in., (2020) wykazali również, że LINGO1 jest nową podjednostką regulacyjną o dużym przewodnictwie, kanałach aktywowanych Ca2+ (BK). Uważa się, że przeżywalność neuronów dopaminowych i nieprawidłowości behawioralne są spowodowane nadmierną ekspresją LINGO-1 u pacjentów z chorobą Parkinsona.

Poważny uraz mózgu

Urazowe uszkodzenie mózgu obejmuje nekrotyczną i apoptotyczną śmierć komórek mózgowych we wrażliwych i delikatnych obszarach, takich jak kora mózgowa i hipokamp, ​​gdzie wiadomo, że występuje ekspresja Lingo-1 zarówno w fazie rozwoju, jak iw dorosłym życiu. Sygnalizacja RhoA jest w dużej mierze odpowiedzialna za odpowiedź neuronalną na neuronalne białka hamujące oraz regenerację (lub brak w przypadku jej aktywacji) uszkodzonych aksonów. Receptor Lingo-1 stymuluje RhoA, który aktywuje ROCK (kinazę RhoA), która z kolei stymuluje kinazę LIM , która następnie stymuluje kofilinę , który skutecznie reorganizuje cytoszkielet aktynowy komórki. W przypadku neuronów aktywacja tego szlaku skutkuje powstaniem stożka wzrostu zapaść, dlatego hamuje wzrost i naprawę ścieżek nerwowych i aksonów. Zahamowanie tego szlaku przez jego różne składniki zwykle skutkuje pewnym poziomem poprawy ponownej mielinizacji. Zastosowanie Lingo-1-Fc jako antagonisty Lingo-1 wykazuje hamowanie aktywacji RhoA. Ponieważ ta rozpuszczalna postać Lingo-1 jest w stanie blokować interakcje między Lingo-1 a NgR, można sądzić, że blokada RhoA zachodzi na poziomie kompleksu Lingo-1/NgR/p75 lub TROY, prowadząc do wniosek, że Lingo-1 odgrywa bardzo ważną rolę w braku ponownej mielinizacji, naprawie uszkodzeń nerwów, aksonów itp.

Schizofrenia

Schizofrenia to przewlekła, ciężka i powodująca niepełnosprawność choroba mózgu .

Jak wspomniano wcześniej, bogate w leucynę powtórzenie i białko zawierające domenę immunoglobuliny (Lingo-1) jest niezbędnym negatywnym regulatorem mielinizacji i wydłużania neurytów. Zarówno mielinizacja, jak i neurytów występują podczas dojrzewania mózgu i właśnie w tym późnym okresie rozwoju mózgu (dojrzewanie i wczesna dorosłość) schizofrenia jest po raz pierwszy wyrażana. W rzeczywistości szczyt mielinizacji przypada na późną młodość, zbiegając się z początkiem schizofrenii. W konsekwencji nadmierne działanie Lingo-1 poprzez demielinizację i blokowanie wydłużania neurytów może być jedną z możliwych przyczyn tego zaburzenia.

Obszarami mózgu, które są silnie zaburzone w patofizjologii tej choroby, są hipokamp i grzbietowo-boczna kora przedczołowa . Dlatego opracowano badania kliniczne w celu zbadania tych obszarów mózgu u osób cierpiących na schizofrenię. Aby zbadać hipotezę, że frakcja mieliny jest niższa u pacjentów ze schizofrenią niż u osób zdrowych, zastosowano technikę zwaną spektroskopią rezonansu magnetycznego. (MRS), który umożliwia analizę mieliny. Badania te wykazały, że faktycznie istniał dysfunkcyjny profil mielinizacji w tych dwóch obszarach mózgu u osób cierpiących na schizofrenię.

pośmiertne w celu porównania poziomów białka Lingo-1 w tych dwóch obszarach mózgu (hipokampie i grzbietowo-bocznej korze przedczołowej) między osobami chorymi na schizofrenię a osobami zdrowymi. Skutecznie wykazano, że poziomy Lingo-1 były znacznie wyższe w schizofrenii niż w grupach kontrolnych.

Biorąc to pod uwagę, istnieje wyraźny związek między schizofrenią a demielinizacją, dlatego choroba ta jest powiązana z białkiem Lingo-1. Bardzo możliwe, że skutecznym leczeniem tej choroby byłoby zastosowanie antagonistów Lingo-1, takich jak Anti-Lingo-1, co zrównoważyłoby brak mieliny i, miejmy nadzieję, pozwoliłoby uniknąć choroby. Tak więc leczenie to jest nadal w fazie rozwoju i badań.

Stwardnienie rozsiane

Stwardnienie rozsiane jest jednym z najczęstszych zaburzeń neurologicznych u młodych dorosłych i polega na zniszczeniu i uszkodzeniu mieliny ośrodkowego układu nerwowego (OUN) w wyniku uporczywego stanu zapalnego w mózgu i rdzeniu kręgowym. Wykazano, że ta demielinizacja powoduje dysfunkcję mitochondriów w aksonach, prowadząc do ich degeneracji. Uszkodzenia te zakłócają zdolność i zdolność OUN do komunikowania się, powodując zatem szeroki zakres objawów, w tym fizycznych, psychicznych, a nawet psychiatrycznych. Najlepszym sposobem ponownej mielinizacji jest zachęcanie do różnicowania endogennych dorosłych komórek prekursorowych w dojrzałe oligodendrocyty w uszkodzonych obszarach. Te komórki prekursorowe nazywane są komórkami prekursorowymi oligodendrocytów (OPC). Wiadomo, że we wczesnych stadiach stwardnienia rozsianego ponowna mielinizacja może być osiągnięta z powodzeniem i wydajnie, podczas gdy nie jest to możliwe w późnych i postępujących stadiach. Jeśli chodzi o Lingo-1, wiemy, że jego ścieżka sygnalizacyjna jest negatywnym regulatorem różnicowania OPC, a także Notch i Wnt.

Antagoniści Lingo-1 są w stanie promować re-mielinizację w OUN poprzez stymulację różnicowania OPC, które wcześniej było blokowane przez to białko. Zostało to zaobserwowane w kilku eksperymentach, które doprowadziły do ​​znacznego wzrostu różnicowania oligodendrocytów poprzez celowanie w Lingo-1 z jego antagonistami, takimi jak przeciwciało Anty-LINGO-1 ( BIIB033 ).

Jaskra

Jaskra to grupa chorób oczu charakteryzująca się zmianami morfologicznymi w obrębie głowy nerwu wzrokowego , a tym samym w polu widzenia pacjentów. Istnieją dwa główne typy; jaskra z otwartym i zamkniętym kątem przesączania. Utrata RGC ( komórek zwojowych siatkówki ) i ich aksonów powoduje utratę pola widzenia. Coraz więcej dowodów potwierdza również istnienie podzielonej na przedziały degeneracji synaps. Wykazano, że pierwszym objawem tej choroby jest zwykle nadciśnienie oczne . Podwyższony IOP (ciśnienie wewnątrzgałkowe) zostało zidentyfikowane jako etiologia jaskry, która powoduje zwyrodnienie nerwowe RCG w siatkówce.

Stwierdzono, że LINGO1 ulega ekspresji w normalnej siatkówce i jest regulowany w RCG po indukcji nadciśnienia ocznego w modelu szczurzej przewlekłej jaskry. Stąd LINGO1 działa jako negatywny regulator przeżycia neuronów, regeneracji aksonów i różnicowania oligodendrocytów. LINGO1 wiąże się z TrkA i hamuje mielinizację przez oligodendrocyty in vitro. Ponadto wiąże się z receptorem BDNF i TrkB hamując aktywację TkrB poprzez wiązanie BNDF po indukcji nadciśnienia ocznego.

Neuroprotekcja RCG

Chociaż BDNF jest ważnym czynnikiem przeżycia RGC zarówno podczas rozwoju, jak i dorosłego życia, BDNF może tylko nieznacznie zwiększyć przeżywalność RCG i nie „ratuje” znacząco uszkodzonych RCG w nadciśnieniowych oczach po kauteryzacji żyły nadtwardówkowej. Negatywna funkcja regulacyjna LINGO1 może być związana z ograniczonym działaniem neuroprotekcyjnym BDNF i może zostać odwrócona po zablokowaniu funkcji LINGO1.

LINGO 1 negatywnie reguluje aktywację TrkB poprzez szlak sygnałowy BDNF/TrKB, a anty-LINGO-1 wywiera działanie neuroprotekcyjne poprzez aktywację BDNF/TrkB.

Lepsze niż sam BDNF i BII003 (antagonista LINGO1), połączone leczenie obu zapewnia długoterminową neuroprotekcję RCG po indukcji nadciśnienia ocznego. Podsumowując, BII033 może zapewnić atrakcyjną strategię terapeutyczną do promowania neuroprotekcji w jaskrze.

Antagoniści

Blokowanie aktywności lingo-1 ma kilka potencjalnych zastosowań w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych .

( Osłonka mielinowa to lipidowa powłoka ochronna, która pokrywa i chroni komórki nerwowe (aksony). Osłonki te umożliwiają szybkie i dokładne przekazywanie sygnałów nerwowych. Stwardnienie rozsiane niszczy te osłonki mielinowe, co prowadzi do pogorszenia transmisji sygnałów nerwowych. Zdarcie osłonki mielinowej prowadzi do apoptozy neuronu, aksony stopniowo obumierają, powodując charakterystyczne dla choroby skurcze mięśni i paraliż).

Antyjęzyk-1 (BIIB033)

Anty-lingo- 1 ( BIIB033 ) jest przeciwciałem monoklonalnym swoistym dla białka lingo- 1 , które ma pobudzać remielinizację ( tworzenie nowej mieliny na aksonach ) i neuroprotekcję . Białko lingo-1 hamuje działanie komórek wytwarzających mielinę, oligodendrocytów , które otaczają aksony. Jego antagonista, przeciwciało anty-lingo-1, blokowałby to białko, a nawet byłby zdolny do naprawy mieliny.

Szereg badań klinicznych przeciwciała anty-lingo-1 (BIIB033) zostało już zakończonych lub jest w toku. Ostre zapalenie nerwu wzrokowego (AON) to choroba polegająca na uszkodzeniu włókien nerwowych i utracie mieliny w obrębie nerwu wzrokowego (zwykle dotyczy jednego oka i charakteryzuje się stanem zapalnym ). Jedno badanie kliniczne badające wpływ BIIB033 na ostre zapalenie nerwu wzrokowego. W trakcie badania mierzono opóźnienie przewodzenia nerwu wzrokowego (czas potrzebny na przemieszczenie sygnału z siatkówki do kory wzrokowej mózgu ). Jak około połowa pacjentów z zapaleniem nerwu wzrokowego rozwinie później stwardnienie rozsiane, leczenie przeciwciałem BIIB033 jest również rozważane w przypadku poprzedniej choroby . Uważa się, że Anti-Lingo-1 będzie wytwarzać niezbędną mielinę, aby uniknąć neurodegeneracji .

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

  • Przegląd wszystkich informacji strukturalnych dostępnych w PDB dla UniProt : Q96FE5 (powtórzenie bogate w leucynę i białko oddziałujące z receptorem nogo zawierające domenę podobną do immunoglobuliny 1) w PDBe -KB .