Abstract
Methylazoxymethanol (MAM), den gentoksisk metabolitt av cycad azoxyglucoside cycasin induserer genetisk endringer i bakterier, gjær, planter, insekter og pattedyrceller, men voksen nerveceller er antatt å være upåvirket. Vi viser at hjernen til voksne C57BL6 villtype mus behandlet med en enkel systemisk dose av MAM acetat skjerm DNA-skader (
O
6-methyldeoxyguanosine lesjoner,
O
6 mg) som forblir konstant opp til 7 dager etter behandling. I motsetning MAM-behandlede mus mangler et funksjonelt gen som koder for DNA-reparasjon enzym
O
6 mg DNA metyltransferase (MGMT) viste forhøyet
O
6 mg DNA skade som starter på 48 timer etter behandling. DNA-skade ble knyttet til endringer i ekspresjonen av gener i cellesignalveier assosiert med kreft, human nevrodegenerativ sykdom, og nevrologiske lidelser. Disse dataene er i samsvar med de etablerte utviklingsnevrotoksiske og kreftfremkallende egenskaper MAM i gnagere. De støtter også hypotesen om at tidlig livet eksponering for MAM-glukosid (cycasin) har en etiologisk sammenheng med et fallende, proto nevrodegenerativ sykdom sett i Guam, Japan og New Guinea populasjoner som tidligere brukte nevrotoksisk cycad anlegg for mat eller medisin, eller begge. Disse funnene tyder på miljø genotoxins, spesielt MAM, rettet mot samme virkningsmekanisme som er involvert i nevrodegenerasjon og kreft, er resultatet avhengig av om cellen kan dele (kreft) eller ikke (neurodegenerering). Eksponering for MAM-relaterte miljø genotoxins kan ha relevans for etiologien av relaterte tauopatier, spesielt, Alzheimers sykdom
Citation. Kisby GE, Fry RC, Lasarev MR, Bammler TK, Beyer RP, Churchwell M, et al . (2011) The Cycad Genotoxin MAM modulerer Brain Cellular Pathways Involvert i nevrodegenerativ sykdom og kreft i en DNA Damage-Linked Manner. PLoS ONE seks (6): e20911. doi: 10,1371 /journal.pone.0020911
Redaktør: Mel B. Feany, Brigham and Women Hospital, Harvard Medical School, USA
mottatt: 17 januar 2011; Godkjent: 16 mai 2011; Publisert: 23 juni 2011
Dette er en åpen-tilgang artikkelen, fri for all opphavsrett, og kan bli fritt reproduseres, distribueres, overføres, endres, bygd på, eller brukes av alle for ethvert lovlig formål. Arbeidet er gjort tilgjengelig under Creative Commons CC0 public domain engasjement
Finansiering:. Dette arbeidet ble finansiert av National Institutes of Environmental Health Sciences: ES11384 (OHSU), ES11399 (MIT), ES011387 (FHCRC /UW ) og ES07033 (UW) (https://www.niehs.nih.gov/research/supported/centers/trc/). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Vi beskriver mus hjernen celle-signalveier som er opprørt av aglycone (methylazoxymethanol, MAM) metabolitt av et anlegg genotoxin (MAM-glucoside, cycasin) som er sterkt assosiert med en fallende nevrodegenerativ sykdom: Western Pacific amyotrofisk lateral sklerose og parkinsonisme-demens komplekse (ALS-PDC). Denne sykdommen er klinisk sammenheng med amyotrofisk lateral sklerose, parkinsonisme atypiske, og Alzheimers demens (AD) [1] – [6]. Som med AD og visse andre menneskelige nevrodegenerative lidelser, er den cellulære nevropatologi av ALS-PDC hall av neurofibrillary floker består av sammenkoblede spiraltråder som inneholder unormalt hyperfosforylisert former av microtubule-stabiliserende protein tau [3], [6].
Western Pacific ALS-PDC, en proto nevrodegenerativ lidelse tilsynelatende miljø opprinnelse, har vært svært utbredt i tre genetisk distinkte øya populasjoner: (a) japanske i Kii-halvøya av Honshu Island, (b) Papuan Nye Guineans i West Papua, Indonesia, og (c) Chamorros på Guam og Rota i Marianene, migranter fra Guam, og noen nordamerikanske (kaukasiske) og filippinske innvandrere til Guam [6] – [8]. Alle tre berørte befolkninger brukt nevrotoksisk cycad frø til medisinske formål [9] – [11]. På Guam, der ALS-PDC har blitt studert vitenskapelig i over 60 år [4], har sykdommen gjentatte ganger blitt knyttet til inntak av mat stammer fra cycad frø, med svært signifikante sammenhenger for cycasin innholdet i cycad mel og for ALS og PD former av sykdommen i både menn og kvinner [1], [5], [12], [13]. Avtagende bruk av cycad frø for mat og /eller medisin som berørte befolkninger vedta moderne livsstil er i samsvar med progressiv nedgang i sykdom utbredelse i alle tre geografiske isolater av ALS-PDC [11].
Cycasin og dens aglycone methylazoxymethanol (MAM) er etablert utviklingsnervegifter. MAM-acetat skader neuronal DNA, modulerer hjerne molekylære nettverk og arrestert regional hjernens utvikling når de administreres systemisk til postnatal dag-3 mus [14], [15], men voksen gnager hjernen har blitt sett på som i stor grad motstandsdyktige overfor den genotoxin [16], [17]. Den promutagen MAM er også en etablert hepatotoksin og eksperimentelle kreftfremkallende [18]. Faktisk er gnagere som har blitt behandlet med kronisk MAM forløper azoxymethane (AOM) er mye brukt som modeller for undersøkelse av patogenesen og kjemoprevensjon av human colon carcinoma [19]. Dessverre, mens de senere (1998-2002) kreftdata for Guam [20], langsgående trender i utbredelsen kreft sammenlignes med de som er tilgjengelige for Guam ALS-PDC er ukjent.
Vi foretok denne studien av den voksne mus hjernen for å teste hypotesen om at DNA-ødeleggende egenskaper av MAM, som er mutagene og tumorigene i sykkel celler i tykktarmen epitelet [19], aktiverer molekylære nettverk forbundet med degenerering av post-mitotiske neuroner i nevrodegenerativ sykdom. Mens forholdet mellom miljø-indusert DNA skade, mutagenese og malignitet er godt akseptert, blir ikke-nukleære mekanismer vanligvis ansett for å underbygge nevrodegenerative sykdommer. Men i motsetning til de fleste organer, har den voksne menneskehjernen en lav eller fraværende evne til å reparere alkylering-indusert DNA skade [21], [22], med implikasjoner for langsiktig overlevelse og eventuell degenerasjon av nerveceller [23]. Vi adressert den nevnte hypotesen ved å sammenligne forholdet mellom MAM-indusert DNA skade (
O
6-methyldeoxyguanosine,
O
6 mg) og genuttrykksmønster i hjernen til voksne mus som er funksjonelt dyktigere (villtype, vekt) og mangelfull (
Mgmt
– /-
) i reparasjon av
O
6 mg, den Sistnevnte mangler genet som koder for det spesifikke DNA-reparasjonsenzym
O
6-mG metyltransferase [24]. To separate laboratorier behandlede grupper av vekt- og
MGMT
– /-
mus med en enkel dose av systemisk MAM, og de kombinerte data ble utvunnet for felles hjernetranskripsjon profiler. En tredje laboratorium utført blindet analyser av hjernen
O
6 mg nivåer.
Vi presenterer bevis for at signalveier i forbindelse med menneskelig nevrodegenerativ sykdom er aktivert i modne mus hjernen som følge av ureparert MAM-indusert DNA skade. Disse veier involverer reseptorer for visse nevrotransmittere, inkludert ionotrope og metabotrope nevronale reseptorer for glutamat, en eksitatorisk nevrotransmitter med potensial til å drepe nerveceller. Selv om disse funnene støtter en rolle for MAM i etiologien av ALS-PDC, kanskje fungerer som en «slow gift» via vedvarende DNA-skader i nerveceller hvor det hele tiden glutamat nevrotransmisjon, har de ikke utelukker en rolle for andre Cycad neurotoxins eller genetiske faktorer .
Vi viser også at MAM-indusert DNA skade modulerer signalveier i mus hjernen som er assosiert med kreft, samt nevrodegenerasjon, de to fenotyper muligens representerer svarene av sykling og ikke-sykling celler, henholdsvis. Andre har foreslått koblinger mellom nevrodegenerasjon /kreft og cellesyklusregulering, reparasjon DNA, som svar på oksidativt stress [25], [26], avvikende vingeløse og proto-onkogen Int-en (Wnt) signal- [27], glykogen syntase kinase 3
beta plakater (GSK3p) regulering [28], modulering av tumor protein (TP53 eller P53) uttrykk [29], og forstyrrelser av tau i AD og prostatakreft [30]. Kronisk betennelse er en annen karakteristisk trekk ved både kreft og AD [31].
Resultater
Organ Response til MAM
En foreløpig studie ble utført for å bestemme de umiddelbare transkripsjons svar av musen wt hjernen til systemisk behandling med MAM forhold til den for et ikke-neurale vev (lever), som er spesielt rettet på mennesker med akutt cycad toksisitet. Sammenlign genekspresjonsmønster ble funnet for de to vev ved de to studiesteder. Mens leveren (et primært mål for cycad toksisitet hos mennesker og gnagere) viste en sterk respons på MAM, ble forholdsvis få endringer noteres i hjerne (fig. 1).
Eksperimentet ble gjennomført ved to uavhengige laboratorier ved hjelp av identiske protokoller. Grønn betegner ned-regulering og rød opp-regulering av genekspresjon. OHSU: Oregon Health Science University. . FHCRC: Fred Hutchinson Cancer Research Center
DNA Damage
Brain vev av vekt og
Mgmt
– /-
mus viste minimale målbare mengder (MDQ se Methods) av
O
6
-MG DNA-lesjoner på 6 timer, 24 timer, 48 timer og 168 timer etter behandling med kjøretøy. Etter en enkelt dose av MAM, tidsforløpet av DNA-skade i hjernen sammenlignet med lever (positiv kontroll) ga relativt konsistente data på de to uavhengige studiesteder (fig. 2). Nivåer av
O
6
-MG var tre størrelsesordener lavere i hjernen enn leveren for både vekt og
Mgmt
– /-
mus. Vesentlig avvik mellom svarene av vekt og
Mgmt
– /-
hjernen (
p 0,01
) og lever (
p 0,01
) ble funnet ved 48 time, og dette ble opprettholdt inntil 168 timer etter MAM behandling (tabell S1) [32] – [34]. Selv om DNA-skade ble opprettholdt ved lav (hjernen) eller nedadgående (lever) nivåer i vev av wt dyr, var det persistens av de relativt høyere nivåer av
O
6
-mg DNA-lesjoner i begge vevene av
Mgmt
– /-
mus. I sum,
O
6
-MG lesjoner i begge organer var mye høyere i
Mgmt
– /-
vs. WT mus, og DNA-skade forble forhøyet i hjernene til både vekt og
Mgmt
– /-.
mus
Resultatene for de to studiesteder er vist som separate røde og blå linjer. Plotte symboler (OHSU: sirkel; FHCRC: square) betegner de estimerte medianene; linjene strekker ± 2 standardavvik fra medianverdier. DNA-skader (
O
6
-MG) er tre størrelsesordener høyere i leveren enn i hjernen, og betydelig forhøyede
O
6
-MG nivåer i
Mgmt
– /-
vs. wt vevet på 48 timer er opprettholdt på 168 timer etter MAM behandling. Diskontinuiteter i de røde og blå linjene er knyttet til tekniske feil eller hvor prøvene ikke ble samlet inn. Den stiplede grå linje i B betyr den maksimale observerte
O
6
-MG nivå i hjernen (~330 lesjoner per 10
8 normale nukleotider).
Brain Transkripsjonell Profiler
Analyser ble utført på data samlet inn fra to laboratorier. Ingen signifikante forskjeller i genuttrykk ble registrert i hjernen til WT mus behandlet med MAM vs. kjøretøy. I motsetning betydelig modulering av genekspresjon var til stede i hjernen til tilsvarende behandlet
Mgmt
– /-
mus. Analyser ble først utført for å bestemme transkripsjonen respons på MAM i
MGMT
– /-
mus og, for det andre, for å utforske MAM vs. kjøretøyet virkning i hver genotype og om modulering av effekt mellom forskjellig genotypene. Deretter ble Ingenuity® pathway analyse (IPA) som brukes for å identifisere de mest betydelig beriket biofunctions for hvert datasett ved å kombinere betydelige genuttrykk endringer på alle tidspunkter og sammenligne disse dataene. Genuttrykk endringer ble også forankret til
O
6
-MG DNA-lesjoner å finne ut hvilke gener ble modulert av DNA-skader. En tredje analyse, som kombinert de to første analysene, ble brukt til å utforske Kyoto Encyclopedia of gener og genomer (KEGG) trasé skremme av MAM forhold til kjøretøy som enten var unike for
Mgmt
– /-
eller som skilte mellom de to genotypene. Den øverste KEGG trasé ble bestemt ved hjelp av DAVID (Database for kommentering, visualisering og integrert Discovery) bioinformatikk programvare [35], [36].
Innledende studier ble utført for å bestemme responsen i hjernen transkriptomet til MAM vs . kjøretøy i DNA-reparasjon-mangelfull mus. Det første settet avdekket 362 gener (av 41 000) som ble forskjellig uttrykt i hjernen til
Mgmt
– /-
mus behandlet med MAM vs. kjøretøy (tabell 1). Av disse 362 genene, ble 57 høyt korrelert (
r 0,7
) med
O
6 mg nivåer. De fire viktigste sykdoms biologiske funksjoner samsvarer med nevrologisk sykdom (133 gener), psykiske lidelser (65 gener), Cancer (105 gener) og genetisk lidelse (170 gener). En liste over de gener knyttet til hver av disse biologiske funksjoner er gitt i de supplerende data (Tabell S2).
De viktigste molekylære nettverk som stammer fra MAM-utløst, differensielt uttrykte gener (362 gener) avslørt huber involverer NF-kB (nukleær faktor på
kappa
lys polypeptid genet forsterker i B-celler), kalsiumbindende proteiner (dvs. kalsineurin, calmodulin), hjerne-nevrotrop factor (BDNF), glutamat reseptorer
N
-methyl-D-aspartat (NMDA) og alfa-amino-3-hydroksy-5-metyl-4-isoksazolpropionsyre (AMPA), CREB (cyklisk AMP responselement-binding), og microRNA1 ( MIR1-1) (fig. 3). Når disse MAM-indusert differensielt uttrykte gener ble forankret til
O
6
-MG nivåer, en undergruppe av 57 gener avslørte prominente knutepunkter for NF-kB, ekstracellulære signalregulerte kinase (ERK) og ERK1 /2, p38-mitogen-aktivert protein kinase /c-Jun
N
terminale kinaser (MAPK /JNK), TP53, og Akt (v-akt murin thymoma viral onkogen homolog) (fig. 4).
De fleste betydelig hjernen uttrykk sub-nettverk modulert av MAM vs. kjøretøy i
Mgmt
– /-.
mus (alle tidspunkter kombinert) består av 362 differensielt uttrykte gener
De fleste betydelig hjernen uttrykk sub-nettverk modulert av MAM vs. kjøretøy i
Mgmt
– /-
mus (alle tidspunkter kombinert) avledet fra 57 forskjellig uttrykt gener (en sub -Sett av de 362 genene) som ble forankret til
O
6 mg nivåer.
den andre analysen utforsket effekten av MAM i forhold til bilens mellom de to genotypene (vekt vs.
Mgmt
– /-
); således, bestemmes det hvorvidt DNA-reparasjon kapasitet påvirker responsen i hjernen transkriptomet til MAM. Denne analysen var følsomme for de gener som kan ha vist forskjellige retninger av modulasjon mellom genotypene, selv om ingen modulering var signifikant på egen hånd. Det var 153 differensielt uttrykte gener som reflekterer genotype forskjeller mellom vekt og
Mgmt
– /-
i hjernens respons på MAM vs. kjøretøy. Av de 153 genene, ble 60 gener (~40%) forankret til
O
6 mg nivåer. Hjernen hos disse dyrene viste de samme fire biologiske funksjoner for sykdom og lidelser som i tabell 1, med den eneste unntagelse at kategori psykiske lidelser var ikke signifikant i den forankrede gruppe (tabell 2). En liste over de gener knyttet til hver av disse biologiske funksjoner er gitt i de supplerende data (tabell S3).
De viktigste molekylære nettverk i 153 genet sett neden knutepunkter for NF-kB og CREB , og gener som regulerer transkripsjon gjennom epigenetiske mekanismer, inkludert DNMT3A (DNA [cytosin-5 -] – metyltransferase 3
alfa
) og SMARCC1 (SWI /SNF relatert, Matrix-forbundet, aktin-avhengig regulator av kromatin, underfamilien c, medlem 1) og kjernefysisk transkripsjon, nemlig PPARA (peroksisomproliferatoraktiverende aktivert reseptor
alfa
), molekylære anstand (HSP90B1, heat shock protein 90 kDa
beta product: [Grp94], medlem 1 ), GSK3p og Sema domene, immunglobulin domene [Ig], korte grunnleggende domene, utskilte, [semaphorin] 3A (SEMA3A), som er involvert i Parkinsons og /eller Alzheimers sykdom (fig. 5). Som i figur 3, det forankrede sett av 60 gener inkludert TP53, ERK1 /2 og NF-kB som de mest fremtredende nav, sammen med en rekke andre knutepunkter (Akt, NF-kB, P38-MAPK og kalmodulin) (fig. 6). Glutamatreseptorer er også representert i dette datasettet
De fleste betydelig MAM-modulert uttrykk sub-nettverk i hjernen til
Mgmt
-. /- Vs
villtype mus (all tid -poeng kombinert) består av 153 differensielt uttrykte gener. Note gener involvert i epigenetiske funksjoner er også modulert: DNMT3A og SMARCC1 regulere kromatin funksjon
De fleste betydelig MAM-modulert uttrykk sub-nettverk i hjernen til
Mgmt
– /- vs. .
villtype mus (alle tidspunkter kombinert) består av 60 differensielt uttrykte gener som ble forankret til
O
6 mg nivåer. Legg merke til tilstedeværelsen av NF-kB, ERK1, og p38-MAPK huber, og involvering av TP53 og glutamatreseptorer.
Det tredje settet med transkripsjonen data analyser kombinert de to første datasett (for en totalt 443 ikke-duplisert gener), inkludert differensial responsen av genotyper i Mam vs. kjøretøy (tabell 2) og responsen
Mgmt
– /-
hjerner til systemisk behandling med MAM vs. kjøretøy (tabell 1). Den mest betydningsfulle scoring sub-nettverk av MAM genprodukter (p 10
-46) inneholdt knutepunkter for F-aktin, NF-kB, mikroRNA-en, cofilin, kalsium /calmodulin-avhengig protein kinase II (CaMKII), glykogen syntase, AMPA-reseptoren, BDNF, og andre. De samme fire sykdommer og lidelser var den mest betydningsfulle av biologiske funksjoner liste basert på IPA analyse, mens nervesystemet utvikling og funksjon, og hud og hår utvikling og funksjon, dukket opp på listen over mest betydnings fire opprørt fysiologiske systemer Utvikling og funksjoner ( Tabell 3)
Tabell 4 viser de beste KEGG trasé betegner molekylære interaksjoner skremme av MAM i enten villtype eller
Mgmt
-. /-
hjerner. Pathways involvert i kreft, Wnt signalering, og insulin-signalveier var blant de mest betydningsfulle. Andre fremtredende KEGG trasé inkludert de som er involvert i purinmetabolismen, MAPK signalering, neurotrofin signalering, chemokine signalering og neuroligand-reseptor interaksjon (tabell 4).
Vi har også utført en maling (Arrangøren Analyse og Interaksjon Network Tool ) analyse for å identifisere biologisk relevant transkripsjonsfaktor bindingsseter i genene som ble beriket blant genotyper og differensielt uttrykte gener mellom MAM og kjøretøy-behandlede dyr. 5′-flankerende områder av forskjellig uttrykt gener (2000 bp oppstrøms for transkripsjonsstartsetet) ble undersøkt for anriking av ofte uttrykt transkripsjonsregulerende elementer (TRES). Tabell 5 viser Tres blant den unike genotype-spesifikke (n = 153) og en undergruppe av forankrede (n = 60) gener målrettet av MAM. Bare Tres som ble betydelig beriket (p 0,05) i MAM-målrettet genene er vist (Fig 7.). Den høyeste scoring TRE var sterkt konservert hepatocytt nukleær faktor 4 (HNF-4), som binder seg til konsensussekvensen AGGTCAaAGGTCA å aktivere transkripsjon.
Analyse av promoter-regioner av 60-forankrede gen subsett avledet fra stammespesifikke differensielt uttrykte gener mellom MAM og kjøretøy-behandlede dyr for transkripsjon regulatoriske elementer. En varme kartet (interaksjon matrise) viser gener (rader) og motiver (kolonner) som ble individuelt gruppert og som finnes i 5% av alle arrangører. Legg merke til HNF4 bindingssetet er felles for 60% av de 60 forankrede genene
Diskusjoner
Hjernen og Colon. Felles Pathways men ulike utfall
Vi har vist at cycad genotoxin MAM induserer vedvarende DNA-skader (dvs.
O
6
-MG lesjoner) og modulerer flere cellesignalveier (dvs. TP53, NF-kB, MAPK) i hjernen av unge voksne
Mgmt
– /-
mus. Våre data støtter hypotesen om at MAM-indusert
O
6 mg DNA-lesjoner endre purinmetabolismen og modulere celle-signalveier i forbindelse med både nevrodegenerasjon og kreft. Mens MAM ikke induserer hjernesvulster hos enkeltvis behandlede voksne mus, den genotoxin konsekvent utløser svulster i perifere organer, særlig tarmen [37], [38]. Den fremtredende modulering av «kreftgener» i «tumor-ufølsomme» hjernen til MAM-behandlede voksne dyr tyder på at forstyrrelser av disse genene i hjernen har andre enn kreft konsekvenser.
molekylære mekanismer bak MAM-indusert colon kreft er etablert i azoxymethane (AOM) musemodell for tykktarms adenokarsinom der MAM (cytokrom P
4502E1-mediert metabolitt av AOM) er den eneste utløsende agenten [39], [40]. I AOM musemodell, MAM-indusert mutasjon av
K-ras plakater (dvs. transversjon fra G: C til A: T i kodon 12 avledet fra
O
6
-MG lesjoner) aktiverer denne veien og nedstrøms MAPK og phosphoinositide 3-kinase /Akt (PI3K /Akt) meklere, noe som indikerer at MAM perturbs genuttrykk i disse banene av en DNA-skader avhengig mekanisme. Mutasjoner i
β-catenin
blokker dens nedbrytnings av en GSK-3β-mediert mekanisme som resulterer i sin intracellulær akkumulering og aktivering av Wnt /β-catenin signalveien. Den kjernefysiske transport av β-catenin fører til aktivering av gener som regulerer cellevekst, mens ekspresjon av pro-apoptotiske proteiner blir inhibert [40], [41]. Slike hendelser kan forklare hvordan MAM modulerer uttrykket av gener med sentrale roller i cellesignalisering i hjernen hos unge voksne mus (Fig. 8).
Genotoxicants som induserer
O
6
-methylguanine lesjoner (DNA-skade) (for eksempel via methylazoxymethanol, MAM) forstyrre celle signalveier, inklusive transformerende vekstfaktor-β (TGF-β), vingeløse og proto-onkogen Int-1 (Wnt) og mitogen-aktivert proteinkinase ( MAPK). Generelt støtter litteraturen oppregulering (grønn) og nedregulering (rosa-rød) i forbindelse med de to distinkte phenoptypes. (Modifisert fra Chen og Huang [40])
Kreft og nevrodegenerativ sykdom. To sider av samme sak
Nøkkelen finne relevant for ALS-PDC er tilstedeværelsen av? MAM-induserte transkripsjons endringer i hjernen til unge voksne mus som mangler effektiv reparasjon av
O
6-metylguanin DNA-lesjoner. Dette er i motsetning til fravær av betydelige transkripsjonelle forandringer i voksen hjerne av MAM-behandlede villtype-mus. Den menneskelige hjernen viser varierende mengder MGMT aktivitet, men de fleste voksne hjerner studert har minimalt nivå sammenlignes med at av
Mgmt
– /-
mus [21]. Hvis den menneskelige hjernen reagerer på MAM på en måte som kan sammenlignes med
Mgmt
– /-
mus hjernen, ville svaret være endringer i cellesignalveier knyttet til både nevrodegenerasjon og nevropsykologiske unormalt. Mens de foreliggende resultatene er basert på korttidsstudier, den tilsynelatende sammenhengen mellom de viktigste MAM-forbundet biologiske funksjoner i den voksne mus hjernen og cycasin-assosiert ALS-PDC er åpenbare. Deres konsekvens gir klar støtte til videre undersøkelse av mulige etiologiske rolle cycasin i induksjon av ALS-PDC, en form (demens) som viser imponerende kliniske og nevropatologiske relasjoner med AD [42].
Behrens og kollegaer [29] har rapportert en invers sammenheng i forekomsten av kreft og AD: i en prospektiv longitudinell studie, ble risikoen for å utvikle kreft med tiden betydelig redusert i deltakere med AD, mens de med en historie av kreft hadde en lavere AD. Den etterforskere tilstand: «
i kreft, er cellereguleringsmekanismer forstyrret med styrking av celle overlevelse og /eller spredning, mens omvendt, er AD assosiert med økt nevronal død, enten forårsaket av, eller samtidig med, β-amyloid ( . Ap) og tau deponering
«de diskuterer den antatte rolle P53 og Wnt signalveien i disse inverse sykdoms foreninger: mens redusert P53 uttrykk som følge av mutasjoner kan føre til ukontrollert cellevekst, som i tykktarmskreft, bein kreft (osteosarkom), og andre tumorer, kan økt p53-ekspresjon aktivere reaksjonsveier som fører til celledød, slik det forekommer i AD [29]. Genet som koder for TP53 ble modulert av MAM i både DNA lesjon forankret sett av hjerne gener: mens TP53 aktivering er kjent for å oppstå etter DNA-skader, fortsatte aktivering i
Mgmt
– /-
hjernen kan fremme neuronal død.
Lenker med Brain patologi i ALS-PDC og AD
Wnt signal og insulinsignaleringen er også blant de beste KEGG trasé trengt på hjernen etter systemisk MAM behandling. Mens MAM-indusert aktivering av Wnt /β-catenin vei fører til ukontrollert celleformering i AOM modell av kreft i tykktarmen, kan undertrykkelse av denne veien i hjernen fremmer celledød. Boonen og kolleger [43] foreslår at forstyrre den strengt regulert hjernen Wnt signalveien kan utgjøre en viktig patologisk hendelse i AD. De foreslår at amyloid-
beta plakater (Ap), en viktig protein i senile plakk, kan ned-regulere Wnt /β-catenin veien, og dermed upregulating GSK3p og påfølgende hyperfosforylering av tau, knytte Ap og neurofibrillær fiber floke patologi. Andre har vist at inhibering av GSK3P, øker musehjerne insulin-lignende vekstfaktor-1 (IGF-1) [44], som i sin tur fremmer Ap produksjon [45], [46]. IGF-1 og GSK3p er forhøyet i hippocampus og ryggmarg av personer med Guam og Kii ALS [47]. IGF-1 er en potent overlevelsesfaktor for motoriske nerveceller hos dyr, og GSK3p er mistenkt for å spille viktige roller i apoptose og tau fosforylering [47].
Involvering av insulin signalering i AD har ført til forslaget om at dette nevrodegenerativ lidelse er en «spesiell form for diabetes mellitus av hjernen» [48]. Tilstedeværelsen av microRNA1 som en forskjellig regulert hub i MAM-behandlede dyr er bemerkelsesverdig på grunn av sin evne til å regulere insulin signalering (spesielt IGF-1 reseptoren) [49], sin tilknytning til tykktarmskreft [50], og de viktigste rollene ERK1 og microRNAs i tau fosforylering og AD [51]. Den insulinsignalveien i diabetes mellitus type 2 er regulert av et antall av transkripsjonsfaktorer, spesielt HNFs, særlig MODY1 (HNF4α), som regulerer en stor brøkdel av og pankreaslymfeknutene transcriptomes ved å binde seg direkte til omtrent halvparten av de transkriberte gener. Derfor HNF-4 tjener som en «master regulator» av det humane genom [52], [53]. Det er betydelig bevis for at HNF-4 har en unik rolle i glukoseavhengig insulin sekretoriske veier [54], [55], siden mutasjoner innenfor
HNF-4α
genet er knyttet til monogenetic lidelse Eldre Onset Diabetes av Young (MODY-1) [56]. HNF-4 var den mest overrepresentasjon av transkripsjonsfaktor-bindingssetet mellom promotorområdene hjerne gener som ble modulert av MAM og forankret til DNA-lesjoner. Siden HNF-4 binder som en homodimer til DNA anerkjennelse nettsted som inneholder en guanin-rik direkte repeat element (AGGTCAaAGGTCA), denne transkripsjonsfaktor kan være en «hotspot» for MAM-indusert
O
6 Anmeldelser – mG DNA lesjoner. Flere studier har vist at små endringer i en nukleobase (f.eks,
O
6
-mg, 8-oxoG) ved en avgjørende posisjon innenfor et promotorelement kan forstyrre transkripsjon faktorbindende og eventuelt endre genekspresjon [ ,,,0],57] – [61]. En slik mekanisme kan forklare hvorfor HNF-4 konsensus sekvensen ble først og fremst rettet av MAM i genene som ble forankret til
O
6
-MG DNA-lesjoner.
P38-MAPK signalveien er også blant de beste KEGG trasé perturbed av MAM. Dette kaskade aktiveres følgende gentoksisk spenning [62], som er involvert i AOM modell av tykk- og endetarmskreft. og er antatt å bidra til nevroinflammasjon i AD [63]. P38-MAPK har viktige roller i hjernens funksjon, inkludert glutamat (AMPA) reseptoren menneskehandel, NMDA-indusert ytre strømninger, Eksitotoksisitet, synaptisk plastisitet og tau fosforylering [63] – [66]. P38-MAPK huber, knyttet til ionotrope og metabotrope glutamatreseptorer, var fremtredende i de forankrede DNA skade datasett avledet fra hjernen til MAM-behandlede mus tyder på at MAM-indusert gentoksisk spenning perturbs glutamatergic funksjon via en P38-MAPK-mediert mekanisme. Gitt at MAM modulerer glutamat-stimulert neuronal tau-mRNA-ekspresjon
in vitro product: [67], har vi foreslått et annet sted at kontinuerlig MAM aktivering av glutamat-stimulert tau ekspresjon kan utløse en langsomt progressiv neurodegenerativ sykdom (tauopati) av den typen sett i vestlige Stillehavet ALS-PDC [68]. Denne mekanismen er konsistent med den observasjon at menneskers eksponering for cycad er etterfulgt av en klinisk taus, lang latent periode som strekker seg over år eller tiår [7], [13].
Andre forbindelser med ALS-PDC
det er andre grunner til å mistenke en etiologisk sammenheng mellom Cycad genotoxins cycasin /MAM og vestlige Stillehavet ALS-PDC. Først, behandling av postnatal mus med MAM arrestert cerebellar utvikling [69] som fører til produksjon av ektopiske, flerkjernede Purkinje-celler som kan sammenlignes med de som er rapportert i Guam og Kii ALS-hjerne [70]. For det andre personer med ALS-PDC og Cycad utsatte dyr utvikle hud og bein endringer (oppsummert av Spencer [71]). Wnt signalveien, som ble opprørt av MAM, spiller en sentral rolle i regulering av beinmasse, med sti aktivering i bein regenerasjon [72], [73]. Wnt proteiner (Wnt5a) også regulere epidermal differensiering i voksen hud [74]. Dyr som beiter på cycads har en tendens til å miste sine horn og klover, i tillegg til å utvikle nevromuskulær sykdom, og Guam Chamorros har hatt en høy og familiær forekomst av godartede benete knuter eller flere exostoses (diafysile aclasis) [71] og fortykket hodeskaller (upublisert data). Cycads hastighet hud reparasjon hos gnagere, og huden av ALS og ALS-PDC pasienter er usedvanlig motstandsdyktig mot trykksår [68]. ALS hud viser økt uttrykk for TDP-43 [75], en av de proteinene som akkumuleres i ALS /PDC hjernen sammen med tau, Ap, α-synuclein og ubiquitin [42].
Det er viktige implikasjoner for https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?token=rxmhhmkgwmiwedq acc=GSE26600.
Anchoring
