神经炎症和a β沉积是AD的两个特征,现在,9月3日发表在《自然》杂志上的一项研究正在它们之间建立一个诱人的机制联系。纽约纪念斯隆-凯特琳癌症中心李跃明领导的研究人员报道,干扰素诱导的跨膜蛋白3 (IFITM3)与γ分泌酶结合,加速酶的Aβ肽的生产。敲除IFITM3可以抑制人类细胞和小鼠淀粉样变性模型中a β的产生。在人类大脑中,这种蛋白质的水平随着年龄的增长而上升,在AD患者中,这种蛋白质的水平也与大脑中存在的炎症细胞因子和病毒蛋白的数量相关。总之,这些发现将年龄相关的神经炎症与a β产生的增加联系起来,并强调了IFITM3作为一个潜在的治疗靶点。

  • IFITM3结合γ分泌酶,提高Aβ的生产。
  • 敲除IFITM3可以减少5xFAD小鼠体内的Aβ沉积。
  • 在人类大脑中,IFITM3随着年龄和AD的增加而增加。

比利时鲁汶大学的Bart De Strooper写道:“这篇论文非常有说服力,并且给γ分泌酶的研究带来了一个新的惊喜。”“这实际上颠覆了炎症是淀粉样斑块倒置积累的结果的经典观点,为炎症导致a β生成增加的假设提供了机制支持。”

γ分泌酶复合体除了四个基本的亚单位——衰老蛋白、尼可斯汀、Aph1和Pen-2外,还拥有一些以不同方式调节其活性的依附物。研究人员迫切希望找到有选择性地阻止该酶处理淀粉样-β前体蛋白(APP)的方法,同时保留其他重要底物的切割,如Notch。为此,科学家已经开发出小分子γ分泌酶调节剂(GSMs),除了具有临床潜力外,还能够识别与活性γ分泌酶复合物相关的蛋白质。

IFITM3时机。IFITM3(绿色)与神经元蛋白MAP2(红色)共定位(白色)在这个人诱导的多能干细胞来源的神经元中。[对Hur等人提供的礼貌,自然,2020年。]

通过将光亲和力探针附加到GSM,然后用UV光闪烁,以触发与相邻蛋白的交联,研究人员希望捕获可能在酶的功能中发挥生理作用的蛋白质。虽然在默克,但李使用这种方法,尽管γ-分泌酶抑制剂,以帮助PEG PS1作为γ-分泌酶的催化亚基(李等人,2000;徐等人。,2002年)。

在目前的研究中,共同第一作者Ji-Yeun Hur和Georgia Frost使用光亲和标记的e2012 -一个由Eisai创造但不再临床发展的GSM -来寻找γ分泌酶的内源性蛋白调节剂(2011年4月会议新闻;2013年8月的新闻)。即使与光亲和探针BPyne结合,E2012也能结合活跃的γ-分泌酶复合物中的ps1n末端片段(Pozdnyakov等人,2013)。研究人员将神经元细胞膜与E2012-BPyne混合,用紫外光诱导交联,纯化bpyne标记的复合物,并通过western blot鉴定了两个蛋白:如预测的那样,PS1的n端片段和IFITM3。

IFITM3是一种参与抗病毒应答的干扰素诱导蛋白,之前由De Strooper (2009年10月的新闻Wakabayashi等,2009年)。李的组使用了几种互补方法,包括具有各种PS1抗体的共免疫沉淀,确实在小鼠原代神经元中的活性γ-分泌酶复合物中与PS1结合的IFITM3。IFITM3还与PS2互动。

这种干扰素诱导的蛋白在许多细胞类型中表达,包括小鼠海马神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞。人类诱导的多能干细胞衍生的神经元和原代人类星形胶质细胞产生这种蛋白质(见上图)。在同时缺乏PS1和PS2的细胞中,IFITM3蛋白水平下降,表明老旧素稳定了它。

IFITM3是否影响γ分泌酶活性?为了进行研究,研究人员在人类胚胎肾(HEK)细胞中敲除了IFITM3。没有它,Aβ40和Aβ42肽的产量分别下降了17%和24%。在缺乏IFITM3的星形细胞瘤细胞系中,淀粉样肽分别下降了36%和27%。Notch的γ-分泌酶裂解产物则相反,在没有IFITM3的情况下,该产物的含量上升。结果表明,IFITM3增强了APP的加工,但抑制了Notch的加工。

在野生型小鼠的大脑中,IFITM3水平随着年龄的增长而上升,年龄在4和28个月之间的倍增。更重要的是,IFITM3只与γ-分泌酶相关联的旧小鼠。研究人员产生了iFitm3敲除小鼠,发现Aβ40和Aβ42的γ-分泌酶产生分别在18个月大的敲除相对于野生型从18个月的敲除提取的脑组织中下降了15%和24%。

斑块的保护。当5xFAD缺乏IFITM3时,其皮层(左)和海马(右)出现较少的淀粉样斑块(绿色)。[对Hur等人提供的礼貌,自然,2020年。]

在淀粉样变的5xFAD小鼠模型中,IFITM3水平也随着年龄的增长而升高。在12个月大时,5xFAD小鼠的IFITM3水平几乎是野生型的两倍。这些转基因小鼠过表达了人类APP和PS1,这可能也影响了IFITM3的表达水平。在野生型小鼠中,IFITM3主要定位于血管和脑膜,而在斑块肆虐的5xFAD小鼠中,该蛋白也与星形胶质细胞和小胶质细胞混合。研究人员将5xFAD小鼠与IFITM3基因敲除物杂交,发现IFITM3基因缺失不仅减少了γ分泌酶产生的Aβ肽,而且还显著减少了Aβ斑块负担。与5xFAD对照组相比,在4个月时,缺乏IFITM3的5xFAD在海马和皮质中的斑块分别减少了54%和81%(见上图)。

人们怎么样?研究人员评估了来自多个队列的后疗后脑样品中的IFITM3表达。在基因型 - 组织表达(GTEX)队列中,它们在海马和皮质中测量了更​​多的IFITM3转录物,随着年龄的增长:IFITM3表达在20%和70岁之间大致翻倍。在MASO临床队列中,IFITM3转录物在时间内更加丰富80人的皮质宽度超过76个控制(见下图)。在来自UCSD AD研究中心(ADRC)的单独的正面皮质样品中,18名患有AD的人具有更多的IFITM3 mRNA和蛋白质比10个对照。

在广告中滴答。在梅奥诊所的队列研究中,晚发性AD (LOAD)患者颞叶皮质的IFITM3转录本(左)比对照组丰富。额叶皮层(右)也是如此。[对Hur等人提供的礼貌,自然,2020年。]

虽然IFITM3蛋白平均更加丰富,但UCSD队列负载的人们在IFITM3中有很大的变化。为了看看IFITM3水平是否与γ-分泌酶活性相关,HUR和同事将样品划分为高和低的IFITM3箱,然后测量从每个提取的细胞膜中的应用处理。Lo和Phoold,具有高IFITM3蛋白的八个负载样品分别比对照组成127和130%的Aβ40和Aβ42,或者具有低IFITM3的载荷样品。调查结果表明,IFITM3与较高的Aβ生产相关联。为了支持这个思想,IFITM3表达水平与来自山上脑库数据集的后级样本中的多个脑区域中的β负荷相关。

是什么决定了IFITM3在大脑中的表达?用I型或II型干扰素处理细胞培养物可以提高IFITM3的表达和Aβ的产生。与此相吻合的是,IFITM3的表达与哈佛脑组织资源中心脑组织样本中的促炎细胞因子水平相关,与西奈山脑组织样本中的疱疹病毒蛋白和丙型肝炎感染相关。总之,这些发现表明炎症刺激——如病毒感染或与年龄相关的细胞应激——可能会提高IFITM3的表达,导致Aβ的产生加快。

这一发现与Aβ肽集合以包含微生物(2016年5月的新闻;2018年6月新闻)。IFITM3与多种病毒的防御有关,包括流感、寨卡病毒和最近的SARS-CoV-2。

“这项工作直接将a β的产生与先天免疫和神经炎症联系起来,并提供了一种新的机制,说明在应对入侵病原体时如何刺激a β分泌,”《分子神经变性》杂志的联合主编徐华西(Huaxi Xu)写道。“这不仅为a β作为抗菌肽的功能提供了见解,也建立了IFITM3作为减少a β产生的潜在治疗靶点。”

感受烧伤。胶质细胞分泌促炎细胞因子以应对炎症刺激,如病毒感染(左)。这增强了IFITM3在神经元和其他细胞中的表达,增加了Aβ(中间)。Aβ肽会聚集微生物,并积累导致AD(右)。[对Hur等人提供的礼貌,自然,2020年。]

“总的来说,这项广泛而深入的研究表明,IFITM3可能是治疗AD的一个安全靶点,它可以在不抑制Notch信号的情况下降低a β的产生,后者是众所周知的γ分泌酶抑制剂的责任,”堪萨斯大学劳伦斯分校的Michael Wolfe评论道。

李告诉阿尔佐姆,努力已经开始开发IFITM3抑制剂。在对阿尔佐姆的评论中,波士顿大学医学院的威梅夏致同意这可能是一个有前途的治疗方法。“虽然已经探索了其他γ分泌酶的努力,但在过去的二十年中作为治疗目标进行疗法,但是,IFITM3可能出于多种原因,主要是抗炎/Aβ双重效果,现有的有效化合物优越作为候选人IFITM3抑制剂,以及抗衰老潜力,“他写道。XIA指出,夯实肿瘤渗透性,抗炎药物是一种潜在的策略。另一种是修改现有的小分子GSM,以阻止IFITM3与PS1的结合。

“鉴定IFITM3表达的载荷患者的亚群与γ-分泌酶活性强烈相关,表明IFITM3可以用作分层AD患者的生物标志物,”徐增。“随着负荷是多因素疾病,鉴定广告群的生物标志物对于研究潜在的机制和发展有针对性的治疗性而言非常宝贵。” - 杰西卡·瓦特

评论

  1. 这是dr。Hur, Frost,以及李跃明领导的合作团队。岳明属于在γ分泌酶复合物(或更好的复合物,每个复合物都有非常不同的生物功能)方面做了开创性工作的一小群研究人员。在目前的工作中,他们正在进一步建立对各种类型的γ分泌酶抑制剂和调节剂的观察,以确定一种新的、非常有趣的γ分泌酶活性调节剂,IFITM3,它可以增强细胞培养中的APP处理(并降低Notch处理)。

    很高兴看到这种蛋白质在我们多年前的工作中也得到了鉴定,当时我们试图通过蛋白质组方法来鉴定γ分泌酶的调节因子和相互作用者(Wakabayashi等,2009年)。他们还提供了良好的初步相关证据,表明IFITM3在Aβ产生和潜在的阿尔茨海默病中的作用的人类相关性。

    本文在γ分泌酶的研究中非常令人信服地令人信服地令人遗憾。它实际上转过了炎症是催化斑块积聚颠倒的结果,为假设提供了一种机械支持,即炎症导致增加Aβ产生。岳明及其同事讨论了他们的观察中的不同影响,在他们的手稿中非常好,所以没有必要在这里重复它们。

    总体而言,故事的联系在一起,以非常有趣的方式,在阿尔茨海默氏症的田间 - Aβ生成和炎症中的两个主要思想列车。γ-分泌酶在涵盖的恶性循环中是关键的,并为环境因素和老化提供不同的进入点,以启动阿尔茨海默氏症的疾病级联。

    引用:

    γ -分泌酶相互作用组的分析及其与四酯酶富集微域的相关性验证Nat Cell Biol.。2009年11月,11(11):1340 - 6。PubMed

  2. 这项由李跃明团队发表的关于γ分泌酶调节蛋白IFITM3的工作是他2000年发表在《自然》杂志上关于早老素标记活性位点γ分泌酶抑制剂的文章的续篇。γ-分泌酶复合物及其调节剂在过去20年里得到了广泛的研究(2019年夏,)。许多γ-分泌酶相互作用的蛋白已经被Li小组鉴定,包括CD147, p23/TMP21, γ-分泌酶激活蛋白(GSAP),以及Hif-1α。

    IFITM3,在本质上报道的干扰素诱导的跨膜蛋白家庭的成员与先前鉴定的γ-分泌酶相互作用蛋白质不同。虽然已经促进了GSAP和其他γ-分泌酶相互作用的蛋白质作为阿尔茨海默病(AD)的治疗靶标,但由于多种原因,IFITM3可能会出现前一个目标,主要是抗炎/Aβ双重效率,现有有效化合物作为候选IFITM3抑制剂,以及抗老化电位。

    首先,以IFITM3为靶点的药物可能具有与之前进入临床试验的γ分泌酶调节化合物r -氟比洛芬相似的特性。这种非甾体抗炎药(NSAID)抑制干扰素γ (IFNγ),选择性地减少β淀粉样蛋白(Aβ42)的42残基。然而,在临床试验中,r -氟比洛芬在其主要终点认知或日常生活活动上均未达到统计学意义。r -氟比洛芬是一种弱γ分泌酶调节剂(GSM), IC50为a β还原约300 μM。由于其脑渗透性差,在临床研究中不太可能降低脑Aβ42水平。在未来,脑渗透性强效IFITM3抑制剂一旦被发现,将具有类似于非甾体抗炎药的抗神经炎症效果,并调节γ分泌酶活性,减少中枢神经系统中Aβ42的产生。

    其次,我们有一系列有效的γ分泌酶调节剂作为IFITM3抑制剂的候选。IFITM3通过与特征良好的γ-分泌酶调节剂E2012结合而被鉴定。E2012是一种非非甾体抗炎药衍生的化合物,可以抑制a β40和a β42的产生,这与Li在《自然》杂志上的报告一致,即抑制IFITM3可以抑制a β40和a β42的产生。另一个非非甾体抗炎药衍生的GSM是前神经遗传学的化合物4,它直接与早老素和PEN-2相互作用,抑制慢性治疗动物中所有Aβ肽的产生(Aβ40和42)。GSM1、GSM-10h、EVP-A、EVP-B、JNJ-40418677和更强的BMS-932481和BMS-986133 (IC50值分别为6.6和3.5 nM)以及BPN-15606 (IC50值分别为7 nM和17 nM)的抑制Aβ42和Aβ40。药物化学家可以致力于对现有的gsm进行修饰,探索其对IFITM3的抑制作用,建立其构效关系。

    第三,抑制IFITM3可能会抑制Aβ和其他相关的病理过程。由于老化提出了IFITM3并且是AD的主要风险因素,靶向IFITM3显然呈现了可能调节细胞过程的独特机会,尤其是与神经炎症和认知功能有关的机会。虽然我们继续探索抗IFITM3药剂的作用机制,但预防老龄化过程中的记忆损失是任何临床治疗方法的临床试验的关键疗效读数。

    引用:

    γ-分泌酶及其调节剂:二十年以上>列托人。2019年5月14日,701:162 - 169。2019年2月11日PubMed

  3. 在对γ分泌酶及其在AD中的作用的20多年的研究中,许多高调的报告吹嘘发现了具有潜在治疗靶点的调节蛋白,但却导致了令人失望的无法验证和扩展这些发现。尽管有这一令人沮丧的历史,Hur等人的这项新报告,干扰素诱导跨膜蛋白3 (IFITM3)是γ分泌酶活性的调节物,是令人兴奋的,对AD发病机制、诊断和治疗具有重要意义。独立的验证和扩展仍然是必要的,但这项研究的彻底和严格的性质和大型多机构研究团队预示着良好的未来。

    在人类细胞系和原代神经元中,IFITM3与γ分泌酶复合物相关,增加其淀粉样-β前体蛋白对Aβ40和Aβ42的蛋白水解过程:敲除或敲除IFITM3降低了这种活性,而过表达则增加了它。相反,IFITM3缺失增加了Notch1 γ分泌酶的裂解,揭示了很有前途的底物选择性调节效应。由γ-分泌酶a β42降低调节物(E2012)和活性位点定向抑制剂(L-685,458)衍生的光敏小分子探针共价标记γ-分泌酶的早老素-1 (PSEN1) n端片段(NTF)亚基和IFITM3,表明这两种蛋白位于近端。L-685,458类似物包含两个光反应基,能够将PSEN1 NTF与PSEN1 CTF亚基或IFITM3交联,证明IFITM3靠近蛋白酶活性位点。

    在小鼠中,IFITM3的表达随着年龄的增长而增加,其与γ分泌酶的关系也是如此。敲除IFITM3不影响γ分泌酶成分的水平,但降低了蛋白酶产生的Aβ40和Aβ42,并显著减少了5XFAD小鼠模型中的淀粉样斑块沉积。值得注意的是,晚发性AD人脑中IFITM3表达增加,而在IFITM3表达最高的大脑样本中,a β40和a β42的γ分泌酶生产显著增加。此外,干扰素可刺激IFITM3的表达,增加神经元和星形胶质细胞γ分泌酶依赖的Aβ40和Aβ42的产生。IFITM3在人脑中的表达与多种细胞因子的表达以及两种人类病毒(一种疱疹病毒和一种丙型肝炎病毒)的表达呈正相关。

    这种广泛和深刻的研究表明,IFITM3可能是治疗广告的安全目标,降低Aβ产生而不抑制缺口信号传导,后者是γ-分泌酶抑制剂的知名责任。IFITM3还具有作为后期广告的诊断标记,具有高水平的表达可能是强烈的危险因素。也许最令人兴奋的是广告和神经炎炎症之间的潜在机制联系,淀粉样斑块和Tau缠结后AD的未被承认的第三病理特征。增加大脑中细胞因子水平的炎症状态也可能增加γ-分泌酶介导的Aβ的产生。

    最后,病毒表达与IFITM3之间的联系提供了进一步的证据,表明a β产量的增加可能是对微生物感染的反应。虽然Aβ可能有助于对抗微生物,但其长期后果可能会增加AD的风险。

  4. 免疫系统在阿尔茨海默病(AD)中的作用已经得到证实。免疫活动被认为在AD病理进展中发挥了多种作用,这可能是有益的,也可能是有害的,特别是:神经炎症和小胶质细胞清除淀粉样-β斑块(Blasko和Grubeck-Loebenstein,2003年;施和霍尔茨曼,2018年)。

    此外,最近的研究表明,a β肽被认为是AD的主要原因,作为一种抗菌肽(AMP),因此,在先天免疫系统中发挥作用。在人类和动物模型中,感染导致大脑中淀粉样蛋白-β的产生增加,Aβ寡聚物可以形成纤维,诱捕病原体并破坏细胞膜(Kumar等人,2016年;Eimer等人,2018年)。这说明a β的产生可能是对入侵病原体的一种防御。在这一免疫反应中,如何协调Aβ的产生仍是该领域的一个突出问题。此外,病原体刺激的Aβ产生对AD发病风险的影响还有待研究。

    在《自然》杂志的这篇论文中,Hur等人发现了一种新的机制,通过该机制免疫反应可以刺激a β的产生,提供了抵御感染和AD病理之间的联系。作者使用与presenilin 1 (PS1)相互作用的γ-分泌酶调节剂(GSM) E2012-BPyne,寻找新的GSM结合蛋白,并鉴定了干扰素诱导跨膜蛋白3 (IFITM3)。IFITM3是一种干扰素刺激蛋白,可以抑制多种病毒感染(贝利等人,2014年)。作者确定,IFITM3直接与活性位点附近的γ分泌酶结合,减少Aβ40和Aβ42的产生。

    值得注意的是,当IFITM3 - / - 小鼠越过5xFAD转基因小鼠时,皮质和海马的Aβ斑块的数量略微降低。此外,IFITM3表达随年龄增加,广告的最大危险因素。分析后术后组织,ur等。确定了人类患有晚期阿尔茨海默氏病(载荷)的人类患者患者患者患者升高了IFITM3水平。具有高IFITM3的组织也显着增加了Aβ40和Aβ42的γ-分泌酶活性,进一步突出了IFITM3作为γ-分泌酶调节蛋白。

    这项工作直接将Aβ产生与先天免疫和神经炎症联系起来,提供了一种新的机制,响应于入侵病原体刺激Aβ分泌。这不仅为Aβ的功能提供了洞察,而且还建立了IFITM3作为降低Aβ生产的潜在治疗目标。IFITM3表达的载荷患者的亚群与γ-分泌酶活性强烈相关的鉴定表明,IFITM3可以用作分层AD患者的生物标志物。随着载荷是多因素疾病,鉴定AD的亚群的生物标志物对研究潜在的机制和发展有针对性的治疗性是无价的。

    引用:

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参考文献

新闻引用

  1. 巴塞罗那:变构γ调制向诊所移动
  2. 更多证据表明γ-分泌酶调节剂可以替代必要底物
  3. 在Tetraspanin Web中纠缠γ-分泌酶的新自旋?
  4. 就像微小的蜘蛛侠,a β可以通过茧状微生物对抗感染
  5. 疱疹触发淀粉样蛋白 - 这种病毒是否可以燃料燃料?

纸条引文

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  4. γ -分泌酶相互作用组的分析及其与四酯酶富集微域的相关性验证Nat Cell Biol.。2009年11月,11(11):1340 - 6。PubMed

进一步的阅读

主要论文

  1. 先天免疫蛋白IFITM3在阿尔茨海默病中调节γ分泌酶自然。2020年9月2;PubMed