Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tăng cường biểu hiện và tích tụ cục bộ của Protein Prion, Peptide Aβ Alzheimer, superoxide dismutase 1, và synthase nitric oxide 1 & 2 trong cơ ở mô hình thỏ bệnh tiểu đường
Tóm tắt
Bệnh cơ liên quan đến các nguyên nhân khác nhau đã được chứng minh là tạo ra sự tích tụ cục bộ của amyloid và các protein liên quan đến stress oxy hóa, những protein này thường liên quan đến thoái hóa thần kinh trong não. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét những thay đổi trong mô cơ trong một mô hình điển hình của bệnh tiểu đường và tăng đường huyết ở thỏ để xác định xem sự rối loạn tương tự của các peptide Aβ Alzheimer, protein prion (PrP), và superoxide dismutase 1 (SOD1), cũng như các synthase nitric oxide được sản xuất trong cơ của động vật bị tiểu đường hay không. Mô hình thỏ hoang dã này bao gồm biểu hiện sinh lý toàn thân của các protein tiền thân Alzheimer giống như ở người và các peptide Aβ, được coi là yếu tố chính trong các nghiên cứu protein Alzheimer. Bệnh tiểu đường được gây ra ở thỏ bằng cách tiêm chất đồng đẳng glucose độc hại alloxan, chất này chọn lọc đi vào tế bào beta tuyến tụy và làm giảm không thể đảo ngược sản xuất insulin, tương tự như streptozotocin. Cơ tứ đầu ở những con thỏ 16 tuần sau khi mắc bệnh tiểu đường và tăng đường huyết đã được phân tích bằng các phương pháp sinh hóa và tại chỗ. Các bản blốt miễn dịch từ mẫu protein toàn bộ cơ cho thấy PrP, SOD1, cũng như các synthase nitric oxide thần kinh và cảm ứng (NOS1 và NOS2) tăng lên trong cơ của những con thỏ bị tiểu đường. Ngược lại, chúng tôi phát hiện ít sự thay đổi trong biểu hiện protein tiền thân Aβ Alzheimer, hoặc mức BACE1 và Presenilin 1. Tuy nhiên, các peptide Aβ được đo bằng ELISA đã tăng lên nhiều lần trong cơ của những con thỏ bị tiểu đường, cho thấy vai trò quan trọng của sự cắt Aβ trong cơ tương tự như thoái hóa thần kinh Alzheimer trong mô hình bệnh tiểu đường này. Những thay đổi mô học ở cơ bị tiểu đường bao gồm sự tích tụ cục bộ của PrP, Aβ, NOS1 và 2, và SOD1, cùng với bằng chứng về sự gia tăng các nhân trung tâm và sự xâm nhập của tế bào. Nghiên cứu hiện tại cung cấp bằng chứng cho thấy nhiều protein bệnh amyloid và liên quan đến stress oxy hóa truyền thống đã tăng cường tổng thể và hình thành các tích tụ cục bộ trong cơ của động vật bị tiểu đường. Nghiên cứu hiện tại nêu bật khả năng của mô hình động vật hoang dã này để tạo ra một loạt các đặc điểm bệnh lý điển hình cũng đã được mô tả trong các bệnh cơ khác.
Từ khóa
#bệnh tiểu đường #protein prion #peptide Aβ #superoxide dismutase #synthase nitric oxideTài liệu tham khảo
Barcelo A, Rajpathak S: Incidence and prevalence of diabetes mellitus in the Americas. Rev Panam Salud Publica. 2001, 10 (5): 300-308.
Idiculla J, Shirazi N, Opacka-Juffry J, Ganapathi : Diabetic amyotrophy: a brief review. Natl Med J India. 2004, 17 (4): 200-202.
Sun Z LL, Liu N, Liu Y: Muscular response and adaptation to diabetes mellitus. Front Biosci. 2008, 13: 4765-4794. 10.2741/3038.
Yildirim Donmez FFF: Muscle compromise in diabetes. Acta Radiol. 2008, 49: 673-679. 10.1080/02841850802105269.
Chen X GO, Geiger JD: Rabbits fed cholesterol-enriched diets exhibit pathological features of inclusion body myositis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2008, 294: R829-835.
Furukawa H, Doh-ura K, Sasaki K, Iwaki T: Accumulation of prion protein in muscle fibers of experimental chloroquine myopathy: in vivo model for deposition of prion protein in non-neuronal tissues. Lab Invest. 2004, 84 (7): 828-835. 10.1038/labinvest.3700111.
Tsuzuki K, Fukatsu R, Takamaru Y, Yoshida T, Hayashi Y, Yamaguchi H, Fujii N, Takahata N: Amyloid beta protein in rat soleus muscle in chloroquine-induced myopathy using end-specific antibodies for A beta 40 and A beta 42: immunohistochemical evidence for amyloid beta protein. Neurosci Lett. 1995, 202 (1-2): 77-80. 10.1016/0304-3940(95)12205-2.
Askanas V, Engel WK: Inclusion-body myositis and myopathies: different etiologies, possibly similar pathogenic mechanisms. Curr Opin Neurol. 2002, 15 (5): 525-531. 10.1097/00019052-200210000-00002.
Tsuruta Y, Furuta A, Taniguchi N, Yamada T, Kira J, Iwaki T: Increased expression of manganese superoxide dismutase is associated with that of nitrotyrosine in myopathies with rimmed vacuoles. Acta Neuropathol. 2002, 103 (1): 59-65. 10.1007/s004010100428.
Yang CC, Alvarez RB, Engel WK, Heller SL, Askanas V: Nitric oxide-induced oxidative stress in autosomal recessive and dominant inclusion-body myopathies. Brain. 1998, 121 (Pt 6): 1089-1097. 10.1093/brain/121.6.1089.
Pilcher H: Alzheimer's disease could be "type 3 diabetes". Lancet Neurol. 2006, 5 (5): 388-389. 10.1016/S1474-4422(06)70434-3.
De Felice FG, Vieira MN, Bomfim TR, Decker H, Velasco PT, Lambert MP, Viola KL, Zhao WQ, Ferreira ST, Klein WL: Protection of synapses against Alzheimer's-linked toxins: insulin signaling prevents the pathogenic binding of Abeta oligomers. Proc Natl Acad Sci USA. 2009, 106 (6): 1971-1976. 10.1073/pnas.0809158106.
Zhao WQ, De Felice FG, Fernandez S, Chen H, Lambert MP, Quon MJ, Krafft GA, Klein WL: Amyloid beta oligomers induce impairment of neuronal insulin receptors. FASEB J. 2008, 22 (1): 246-260. 10.1096/fj.06-7703com.
Dobrowolny G, Aucello M, Rizzuto E, Beccafico S, Mammucari C, Boncompagni S, Belia S, Wannenes F, Nicoletti C, Del Prete Z, Rosenthal N, Molinaro M, Protasi F, Fanò G, Sandri M, Musarò A: Skeletal muscle is a primary target of SOD1G93A-mediated toxicity. Cell Metab. 2008, 8 (5): 425-436. 10.1016/j.cmet.2008.09.002.
Huang S, Liang J, Zheng M, Li X, Wang M, Wang P, Vanegas D, Wu D, Chakraborty B, Hays AP, Chen K, Chen SG, Booth S, Cohen M, Gambetti P, Kong Q: Inducible overexpression of wild-type prion protein in the muscles leads to a primary myopathy in transgenic mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104 (16): 6800-6805. 10.1073/pnas.0608885104.
Jin LW, Hearn MG, Ogburn CE, Dang N, Nochlin D, Ladiges WC, Martin GM: Transgenic mice over-expressing the C-99 fragment of betaPP with an alpha-secretase site mutation develop a myopathy similar to human inclusion body myositis. Am J Pathol. 1998, 153 (6): 1679-1686.
Kitazawa M, Green KN, Caccamo A, LaFerla FM: Genetically augmenting Abeta42 levels in skeletal muscle exacerbates inclusion body myositis-like pathology and motor deficits in transgenic mice. Am J Pathol. 2006, 168 (6): 1986-1997. 10.2353/ajpath.2006.051232.
Moussa CE, Fu Q, Kumar P, Shtifman A, Lopez JR, Allen PD, LaFerla F, Weinberg D, Magrane J, Aprahamian T, Walsh K, Rosen KM, Querfurth HW: Transgenic expression of beta-APP in fast-twitch skeletal muscle leads to calcium dyshomeostasis and IBM-like pathology. FASEB J. 2006, 20 (12): 2165-2167. 10.1096/fj.06-5763fje.
Sugarman MC, Kitazawa M, Baker M, Caiozzo VJ, Querfurth HW, LaFerla FM: Pathogenic accumulation of APP in fast twitch muscle of IBM patients and a transgenic model. Neurobiol Aging. 2006, 27 (3): 423-432. 10.1016/j.neurobiolaging.2005.02.011.
Atwood CS, Scarpa RC, Huang X, Moir RD, Jones WD, Fairlie DP, Tanzi RE, Bush AI: Characterization of copper interactions with alzheimer amyloid beta peptides: identification of an attomolar-affinity copper binding site on amyloid beta1-42. J Neurochem. 2000, 75 (3): 1219-1233. 10.1046/j.1471-4159.2000.0751219.x.
Brown DR, Wong BS, Hafiz F, Clive C, Haswell SJ, Jones IM: Normal prion protein has an activity like that of superoxide dismutase. Biochem J. 1999, 344 (Pt 1): 1-5. 10.1042/0264-6021:3440001.
Bush AI: Metals and neuroscience. Curr Opin Chem Biol. 2000, 4 (2): 184-191. 10.1016/S1367-5931(99)00073-3.
Opazo C, Huang X, Cherny RA, Moir RD, Roher AE, White AR, Cappai R, Masters CL, Tanzi RE, Inestrosa NC, Bush AI: Metalloenzyme-like activity of Alzheimer's disease beta-amyloid. Cu-dependent catalytic conversion of dopamine, cholesterol, and biological reducing agents to neurotoxic H(2)O(2). J Biol Chem. 2002, 277 (43): 40302-40308. 10.1074/jbc.M206428200.
Miklossy J, Qing H, Radenovic A, Kis A, Vileno B, Laszlo F, Miller L, Martins RN, Waeber G, Mooser V, Bosman F, Khalili K, Darbinian N, McGeer PL: Beta amyloid and hyperphosphorylated tau deposits in the pancreas in type 2 diabetes. Neurobiol Aging. 2008, 31: 1503-1515. 10.1016/j.neurobiolaging.2008.08.019.
Frederikse PH, Farnsworth P, Zigler JS: Thiamine deficiency in vivo produces fiber cell degeneration in mouse lenses. Biochem Biophys Res Commun. 1999, 258 (3): 703-707. 10.1006/bbrc.1999.0560.
Maiese K, Chong ZZ, Shang YC: Mechanistic insights into diabetes mellitus and oxidative stress. Curr Med Chem. 2007, 14 (16): 1729-1738. 10.2174/092986707781058968.
Unoki H, Yamagishi S: Advanced glycation end products and insulin resistance. Curr Pharm Des. 2008, 14 (10): 987-989. 10.2174/138161208784139747.
Karin M: Role for IKK2 in muscle: waste not, want not. J Clin Invest. 2006, 116 (11): 2866-2868. 10.1172/JCI30268.
Kefaloyianni E, Gaitanaki C, Beis I: ERK1/2 and p38-MAPK signalling pathways, through MSK1, are involved in NF-kappaB transactivation during oxidative stress in skeletal myoblasts. Cell Signal. 2006, 18 (12): 2238-2251. 10.1016/j.cellsig.2006.05.004.
Kramer HF, Goodyear LJ: Exercise, MAPK, and NF-kappaB signaling in skeletal muscle. J Appl Physiol. 2007, 103 (1): 388-395. 10.1152/japplphysiol.00085.2007.
Frederikse PH, Garland D, Zigler JS, Piatigorsky J: Oxidative stress increases production of beta-amyloid precursor protein and beta-amyloid (Abeta) in mammalian lenses, and Abeta has toxic effects on lens epithelial cells. J Biol Chem. 1996, 271 (17): 10169-10174. 10.1074/jbc.271.17.10169.
Frederikse PH, Zigler SJ, Farnsworth PN, Carper DA: Prion protein expression in mammalian lenses. Curr Eye Res. 2000, 20 (2): 137-143.
Trejo J, Massamiri T, Deng T, Dewji NN, Bayney RM, Brown JH: A direct role for protein kinase C and the transcription factor Jun/AP-1 in the regulation of the Alzheimer's beta-amyloid precursor protein gene. J Biol Chem. 1994, 269 (34): 21682-21690.
Standridge JB: Vicious cycles within the neuropathophysiologic mechanisms of Alzheimer's disease. Curr Alzheimer Res. 2006, 3 (2): 95-108. 10.2174/156720506776383068.
Lenzen S: The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia. 2008, 51 (2): 216-226. 10.1007/s00125-007-0886-7.
Munday R, Ludwig K, Lenzen S: The relationship between the physicochemical properties and the biological effects of alloxan and several N-alkyl substituted alloxan derivatives. J Endocrinol. 1993, 139 (1): 153-163. 10.1677/joe.0.1390153.
Szkudelski T: The mechanism of alloxan and streptozotocin action in B cells of the rat pancreas. Physiol Res. 2001, 50 (6): 537-546.
Arnqvist HJ: Effect of alloxan-diabetes on the metabolism of rabbit colon smooth muscle. Acta Physiol Scand. 1975, 93 (4): 500-504. 10.1111/j.1748-1716.1975.tb05841.x.
Von Sallmann L CL, Grimes P, Collins EM: Morphological study on alloxan-induced cataract. AMA Arch Ophthalmol. 1958, 59: 55-67.
Haraguchi T, Fisher S, Olofsson S, Endo T, Groth D, Tarentino A, Borchelt DR, Teplow D, Hood L, Burlingame A, Lycke E, Prusiner SB: Asparagine-linked glycosylation of the scrapie and cellular prion proteins. Arch Biochem Biophys. 1989, 274 (1): 1-13. 10.1016/0003-9861(89)90409-8.
Sandbrink R, Monning U, Masters CL, Beyreuther K: Expression of the APP gene family in brain cells, brain development and aging. Gerontology. 1997, 43 (1-2): 119-131. 10.1159/000213840.
Wink DA, Mitchell JB: Chemical biology of nitric oxide: Insights into regulatory, cytotoxic, and cytoprotective mechanisms of nitric oxide. Free Radic Biol Med. 1998, 25 (4-5): 434-456. 10.1016/S0891-5849(98)00092-6.
Foster MW, Liu L, Zeng M, Hess DT, Stamler JS: A genetic analysis of nitrosative stress. Biochemistry. 2009, 48 (4): 792-799. 10.1021/bi801813n.
Duncan AJ, Heales SJ: Nitric oxide and neurological disorders. Mol Aspects Med. 2005, 26 (1-2): 67-96. 10.1016/j.mam.2004.09.004.
Li H, Wolfe MS, Selkoe DJ: Toward structural elucidation of the gamma-secretase complex. Structure. 2009, 17 (3): 326-334. 10.1016/j.str.2009.01.007.
Lauren J, Gimbel DA, Nygaard HB, Gilbert JW, Strittmatter SM: Cellular prion protein mediates impairment of synaptic plasticity by amyloid-beta oligomers. Nature. 2009, 457 (7233): 1128-1132. 10.1038/nature07761.
Lecker SH, Jagoe RT, Gilbert A, Gomes M, Baracos V, Bailey J, Price SR, Mitch WE, Goldberg AL: Multiple types of skeletal muscle atrophy involve a common program of changes in gene expression. FASEB J. 2004, 18 (1): 39-51. 10.1096/fj.03-0610com.
Sacheck JM, Hyatt JP, Raffaello A, Jagoe RT, Roy RR, Edgerton VR, Lecker SH, Goldberg AL: Rapid disuse and denervation atrophy involve transcriptional changes similar to those of muscle wasting during systemic diseases. FASEB J. 2007, 21 (1): 140-155. 10.1096/fj.06-6604com.
Tamir S, Burney S, Tannenbaum SR: DNA damage by nitric oxide. Chem Res Toxicol. 1996, 9 (5): 821-827. 10.1021/tx9600311.
Tamir S, deRojas-Walker T, Wishnok JS, Tannenbaum SR: DNA damage and genotoxicity by nitric oxide. Methods Enzymol. 1996, 269: 230-243. full_text.
Szabo C, Ohshima H: DNA damage induced by peroxynitrite: subsequent biological effects. Nitric Oxide. 1997, 1 (5): 373-385. 10.1006/niox.1997.0143.
Burney S, Caulfield JL, Niles JC, Wishnok JS, Tannenbaum SR: The chemistry of DNA damage from nitric oxide and peroxynitrite. Mutat Res. 1999, 424 (1-2): 37-49.
Goldstein IM, Ostwald P, Roth S: Nitric oxide: a review of its role in retinal function and disease. Vision Res. 1996, 36 (18): 2979-2994. 10.1016/0042-6989(96)00017-X.
Pieper AA, Verma A, Zhang J, Snyder SH: Poly (ADP-ribose) polymerase, nitric oxide and cell death. Trends Pharmacol Sci. 1999, 20 (4): 171-181. 10.1016/S0165-6147(99)01292-4.
Du Y, Smith MA, Miller CM, Kern TS: Diabetes-induced nitrative stress in the retina, and correction by aminoguanidine. J Neurochem. 2002, 80 (5): 771-779. 10.1046/j.0022-3042.2001.00737.x.