В последнее время биоинформатика и, в частности, применение нейропротеомных стратегий при повреждениях центральной нервной системы (ЦНС) стали перспективной биотехнологией для выявления новых путей и биологических процессов, имеющих отношение к патогенезу черепно - мозговой травмы , а также для определения того, какие ключевые гены / белки могут служить потенциальные биомаркеры и оказать помощь в определении терапевтических лекарственных мишеней.
Одна из исследовательских групп ранее сообщала о влиянии черепно - мозговой травмы на глобальный протеом, причем авторы комбинировали цианиновую маркировку с SDS PAGE-капиллярной LC-MS / MS для изучения ткани гиппокампа. Результаты этой работы послужили основой для последующих быстрых и комплексных стратегий обнаружения биомаркеров. В этой стратегии используется тандемная сильная катионообменная хроматография (первое измерение) с последующим 1D гель-электрофорезом (второе измерение) перед LC-MS / MS триптических пептидов, экстрагированных из геля. Эта «восходящая» идентификация белка выявила около 60 дифференциально экспрессированных белков (из которых 21 было уменьшено по своей концентрации и 38 увеличено) в кортикальной ткани, собранной через 48 ч после черпно - мозговой травмы у животных (крыс).
Тандемную масс-спектрометрию с нано-обращенной фазой жидкостной хроматографии (RPLC-MS / MS) использовали для разделения и идентификации белка. Биологический анализ нейросистем проводился с использованием Elsevier's Pathway Studio v. 10.0 (Elsevier, MD, USA) для построения не избыточных путей, относящихся к двум различным моментам травмы. Это программное обеспечение использовалось для интерпретации биологического значения из экспрессии генов (белков), построения и анализа путей, а также для нахождения взаимосвязей между генами, белками, клеточными процессами и заболеваниями, как указано в базе данных ResNet.
Исследователями было обнаружено, что только 3 белка были активированы через 7 дней после CCI . Из тех белков, которые имеют измененную экспрессию, уникальную для 1-го или 7-го дня, - винкулин и протеин-дисульфид-изомераза, которые дифференциально экспрессируются в 1-й день, и аннексин A5 (AnxA5), В-цепь 1- лактатдегидрогеназы (LDH-B) и щитовидная железа гомолог белка, связывающего гормон-белок (CRYM) активируется только на 7-й день после травмы. В группе, исследуемой в 1 день после CCI, большинство белков было связаны с апоптозом, воспалительным ответом, окислительным стрессом и аутофагией. Белки , определенные в 7-дневных образцах после CCI были обнаружены те белки, которые также принимали участие не только в апоптозе, воспалительной реакции и реакциях оксидативного стресса , но и при ишемии, а также регенерации клеток и клеточного роста.
Высокая пропускная способность протеомных исследований дает огромное количество данных. Системная биология считается новейшей современной областью в биологической науке, которая направлена на выяснение на уровне системы сложных биологических процессов. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на отдельной молекулярной сущности, системная биология стремится понять динамику системы, которая управляет белковыми сетями, и функциональный набор белков, которые регулируют решения, связанные с заболеванием или травмой.
Существует 15 белков, демонстрирующих снижение численности как при остром, так и в подостром периоде черепно- мозговой травмы . Среди них такие белки, как фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (MMIF), аконитатгидратаза (аконитазу), SOD, NF и CaM. MMIF является медиатором воспаления головного мозга, уровень которого повышен через 1 день после ЧМТ. Хотя он также увеличивается при болезни Альцгеймера (AD) и умеренных когнитивных нарушениях , результаты этих исследований показали, что экспрессия MMIF снижается через 1 и 7 дней после ЧМТ. Аконитидгидратаза (аконитаза) также была показана с пониженной регуляцией в острые и подострые моменты времени в этой работе. Исследования показывают, что потеря активности клеточного аконитазы может быть использована в качестве показателя повреждения мозга от окислительного стресса. Супероксиддисмутаза - еще один белок, связанный с окислительным стрессом. Он присутствует в очень небольших количествах во внеклеточном матриксе для удаления избыточных супероксидных анионов, которые выделяются после ЧМТ. Эксперименты, проведенные на крысах с ушибом головного мозга, показали, что введение экзогенного лецитинизированного SOD уменьшает отек, вызванный супероксид-ионами после ЧМТ. Кроме того, сверхэкспрессия марганцевой супероксиддисмутазы (MnSOD) защищала ткани от радиации путем уменьшения экспериментального воспаления .
CaM, датчик Ca 2+ , который показал снижение экспрессии при остром и подостром ЧМТ, как известно, опосредует критические сигнальные функции посредством связывания и регуляции разнообразной популяции нижестоящих мишеней, называемых кальмодулин-связывающими белками (CaMBPs).
В общей сложности 19 белков показали увеличение в изобилии в острых и подострых ЧМТ (TBI) образцов К ним относятся комплемент C3, Pin1, коэффициент удлинения 2 и PACSIN. Было обнаружено, что компонент С3 комплемента активируется через 1 и 7 дней после CCI, с более высокой экспрессией через 7 дней. Этот белок необходим для нормальной экстравазации нейтрофилов, включающей воспалительную реакцию в мозге после ЧМТ. Также было высказано предположение, что активация комплемента не вызывает повреждающих мембрану эффектов при проникновении в TBI , а скорее С3-позитивная микроглия и совместная локализация как С3, так и мембрано-атакующего комплекса были обнаружены на клеточных телах и аксонах нейронов в зоны черепно - мозговой травмы. Таким образом, C3 может служить потенциальной терапевтической мишенью, модулирующей воспалительное повреждение ЦНС.
Фермент Pin1 был высокоэкспрессирован в обеих временных точках данного исследования. Этот белок играет нейропротективную роль в ЦНС, где его абляция приводит к преждевременному старению и нейродегенерации. У пациентов с болезнью Альцгеймера был обнаружен инактивированный Pin1 в нейронах. Кроме того, исследования показали, что полиморфизм гена PIN-1 может влиять на нейродегенерацию в области гиппокампа, что может приводить к легким когнитивным нарушениям и в конечном итоге к болезни Альцгеймера (AD). Следовательно, актуальность патологии Pin1 для TBI может быть принята во внимание в будущем, чтобы оценить его потенциальную роль в индуцированной TBI деменции и AD, особенно в том, что многие посттрансляционные модификации, которые могут следовать за синтезом белка, сходны между AD и TBI.
Другим белком с повышенной распространенностью является PACSIN. Хотя его функция при ЧМТ до сих пор неясна, исследование выявило участие PACSIN в передаче сигнала к цитоскелету нейронов посредством фосфорилирования с помощью протеинкиназы C и казеинкиназы 2. Важно, что это фосфорилирование казеинкиназы 2, как было доказано, ускоряет Rac1-зависимое образование цитоскелета в дендритах нейронов гиппокампа. Кроме того, PACSINs играют решающую роль в упаковке белка и активности табуляции через латеральные взаимодействия, опосредованные клиновидной петлей, на поверхности нейрональных мембран, и они способствуют биогенезу мембранных промежуточных звеньев, взаимодействуя с инозитом 5- фосфатаза (OCRL1). Протеомный анализ гиппокампа у мышей с моделью AD на ранней стадии выявил значительные изменения в уровнях 14 белков, одним из которых является PACSIN 1, который был значительно увеличен.
Добавить комментарий