Медицинская биохимия (10 семестр)

Перемещение и регуляция холестерина в центральной нервной системе отличается от транспорта периферических тканей. Хлор-холестерин с кровью исключается из ЦНС гематоэнцефалическим барьером. Нейроны экспрессируют форму цитохрома Р-450, 46А, которая окисляет холестерин до 24 (S) -гидроксихолестерина [11] и может дополнительно окислять его до 24,25 и 24,27-дигидроксиэфиров [12]. Известно, что в других тканях гидроксилирование алкильной боковой цепи холестерина при С22 или С27 приводит к образованию продуктов, которые диффундируют из клеток в циркуляцию плазмы. Хотя скорость холестерина в зрелом мозге относительно низка, 24-гидроксилирование может быть основным оттоком к печени, потому что он не окисляется в ЦНС [10]. Во время развития мозга синтез de novo холестерина происходит с высокими темпами на разных стадиях во всех типах клеток головного мозга. У взрослых людей уровень холестерина в мозге составляет 23% от общего холестерина в организме, что примерно в десять раз превышает средний показатель по всем тканям. Большая часть этого холестерина происходит от компонента плазмидной мембраны олигодендроцита миелина; около 80% связано с миелином в мозге мыши и несколько большей фракцией у человека. В отличие от его высокого содержания метаболический оборот холестерина головного мозга у взрослых относительно невелик: для человека коэффициент текучести оценивается в 0,03% в день для мозга по сравнению с 0,7% в день для холестерина всего тела [10]. В взрослом мозгу синтез большинства холестерина происходит в астроцитах. Апопротеин E (apoE) является основным аполипопротеином ЦНС и секретируется астроцитами. В культурах астроцитов apoE появляется в среде в виде богатых холестерином частиц размером, подобным периферическому HDL (5-12 нм) Рис 2.7 ATP-зависимый транспортер ABCA1, экспрессируемый как астроцитами, так и нейронами, способствует образованию стабилизированных apoE частиц с высокой плотностью липопротеинов (HDL) из астроцитарного холестерина.

Рис. Предполагаемая модель apoE в rHDL. Две молекулы apoE в общей сложности около четырех молекул на дискоидную частицу изображены, чтобы ограничить периферию бислоя фосфолипидов. Спиральные оси ориентированы перпендикулярно к фосфолипидным жирным ацильным цепям. Адаптировано из [36] с разрешения.

Хотя внеклеточное высвобождение холестерина иногда описывается как пассивный «проливающий» процесс, в астроцитах кажется очевидным, что холестерин и фосфолипид мобилизуются из плазматических мембран и что их перенос в внеклеточный апоэлемент с образованием частиц липопротеина облегчается транспортными средствами ABCA1. Механизм передачи холестерина в нейроны менее определен. Есть семь членов семейства «липопротеиновых рецепторов низкой плотности» (LDLR), и все они выражены либо в развивающемся, либо в взрослом мозге. Все они являются рецепторами биотопических рецепторов I типа, которые равномерно включают характерный массив доменов: они проявляют внеклеточно лигандсвязывающий домен и между одним и восемью доменами эпидермального фактора роста и внутриклеточным, одним или двумя мотивом NPxY, которые действуют как фосфотирозин -связывающие домены и эндоцитотические сигналы. Два LDLR, apoER2 и липопротеиновый рецептор с очень низкой плотностью (VLDLR), являются апоэпидемирующими рецепторами, экспрессируемыми на мембранах нейронной плазмы и, вероятно, опосредуют поглощение HDL-липидов в нейроны. Эти же рецепторы взаимодействуют с сигнальными лигандами и переходными белками, которые опосредуют миграцию нейронов во время развития мозга [13]. Считается, что эти сигнальные пути играют роль во взрослом мозге, возможно, связаны с аксоплазматическим переносом основных компонентов для синаптического ремоделирования (Chs 9, 53) и могут быть повреждены при болезни Альцгеймера (глава 47). Несмотря на то, что частицы apoE HDL образуются астроцитами in vitro, содержание головного мозга в нокауте apoE (- / -) не было найдено в зависимости от содержания липидов по сравнению с данными, полученными от нормальных животных [14]. Вероятное объяснение состоит в том, что недавно синтезированный холестерин можно транспортировать из астроцитарной ER в плазматическую мембрану по альтернативному маршруту, в котором используются кавеола с образованием apoA1-HDL [15].

Астроцитарное распределение холестерина в нейронах важно для развития нейронов и ремоделирования. Это подтверждается наблюдениями нейронной клеточной культуры [16]. Чистые культуры ганглиозных клеток крысы у крыс с 8-дневными крысами, в отсутствие глии или сыворотки, будут расширять аксоны и формировать синапсы (аутопсисы), которые проявляют токи постнафталей низкой частоты. Было обнаружено, что совместное культивирование этих нейронов с глией у 2-дневных крыс стимулирует образование в два раза больше синапсов, и они проявляют примерно в 12 раз более высокие частоты постсинаптической активности. Астроциты и олигодендроциты, но не микроглии, вызывали подобные эффекты, как и замена глии глиальным культуральным средой. ApoE секретируется glia в их культуральную среду, но добавление рекомбинантного apoE к сетчаткам клеток сетчатки сетчатки не стимулирует образование синапсов и не повышает их эффективность. Однако оба этих эффекта были воспроизведены просто путем добавления холестерина к сетчатым культурам сетчатки сетчатки (рис. 2-8). Другие исследователи выращивали аналогичные очищенные препараты ганглиозных клеток сетчатки на пластинах с надписью, которые заставляют аксоны проходить линейно, чтобы обеспечить измерение скоростей удлинения аксонов [17]. Эти аксоны будут расти через силицированные барьеры в боковые каналы, которые эффективно изолируют, извне, мембраны аксонов из сомы. Было обнаружено, что среда с блестящими средами стимулирует скорость удлинения аксонов примерно на 50% в течение нескольких дней при добавлении к боковым каналам, но она не имела эффекта, если присутствовала только в центральных отсеках, содержащих нейронную сому. Липопротеины HDL, очищенные из глиальмонизированной среды, стимулировались одинаково хорошо, но, в отличие от эффектов на синапсы в предыдущем исследовании, ни чистый apoE, ни холестерин не могли заменить липопротеин в стимулировании удлинения аксонов. Проблема того, почему холестерин является достаточным для поддержки образования синапсов, но не удлинение аксонов, остается нерешенным. Стимуляции синаптической активности и удлинения аксонов, наблюдаемые в этих экспериментах, были ингибированы RAP, белком ингибитора, избирательным для членов семейства LDLR. Эти ингибирования наиболее легко объясняются в результате блокады поглощения apoE-липопротеинов через нейронные рецепторы LDL. Развивающиеся нейроны могут синтезировать холестерин, но эта способность уменьшается по мере созревания нейронов. В условиях быстрого расширения нейритов глиальная поддержка может потребоваться для удовлетворения больших энергетических потребностей биосинтеза нейрональной мембраны (глава 31), а также для обхода ограничений эндоцитотического переноса везикул от нейронной сомы до дистальных аксонов и дендритов (глава 9 ). Даже во взрослом мозге непрерывный синтез холестерина необходим для ремоделирования синапсов, который теперь признан частью обработки информации (глава 50). Холестерин и сфинголипиды синтезируются и транспортируются через системы ER и Golgi [18]. Однако они присутствуют на гораздо более высоких уровнях во внешнем листе плазменных мембран. Добавление холестерина и сфингомиелина в синтетический липидный бислой может приводить к образованию более толстых «жидких упорядоченных» мембран. Это привело к предложениям о том, что двухслойная толщина может быть фактором при сортировке интегральных мембранных белков между ER и Golgi. Жидкие упорядоченные бислои имеют «эластичную» способность регулировать толщину при взаимодействии с ТВД. Алкильные цепные ассоциации с гидрофобными остатками белка являются энергетически выгодными по сравнению с взаимодействием с более полярными поверхностями. Эта регулировка имеет энергетическую стоимость, которая зависит от степени двухслойной деформации [19]. Поскольку многие интегральные белки плазматической мембраны (PMIP) являются политопическими, с TMD различной длины, гетерогенность алкильной цепи по длине и ненасыщенность липидных бислоев могут быть факторами при сортировке белков в разные мембраны. Механизмы отбора интегральных мембранных белков для транзита через систему Гольджи или их удержания в значительной степени неизвестны. Обнаружено, что укорачивание TMD белка плазматической мембраны приводит к удержанию Гольджи [20], и обратный эффект возникает при удлинении TMD обычно сохраняющегося белка Гольджи [21]. Длины трансмембранных доменов для белков, удерживаемых Гольджи, обычно меньше, чем для тех, которые направлены на плазматическую мембрану.