Krooninen sairaus

tiivistelmä

Methylazoxymethanol (MAM), genotoksiset metaboliitti cycad azoxyglucoside cycasin, indusoi geneettisten muutosten bakteerit, hiiva, kasvit, hyönteiset ja nisäkässoluissa, mutta aikuisen hermosolut uskotaan olevan ennallaan. Osoitamme, että aivot aikuisten C57BL6 villityypin hiiriä hoidettiin yhdellä systeeminen annos MAM asetaatti näytön DNA-vaurioita (

O

6-methyldeoxyguanosine vaurioita,

O

6-mG), joka pysyy vakiona jopa 7 päivän ajan käsittelyn jälkeen. Sen sijaan, MAM-käsitellyistä hiiristä ole funktionaalista geeniä koodaava DNA korjaus entsyymi

O

6-DNA: n mg metyylitransferaasin (MGMT) osoitti koholla

O

6-DNA: n mg vahinko alkaen 48 tunnin kuluttua altistuksesta. DNA vaurioita liittyi muutoksia geenien ilmentymistä solussa-signalointipolkujen liittyy syövän, ihmisen neurodegeneratiivinen sairaus, ja neurologiset. Nämä tiedot ovat yhdenmukaisia ​​vakiintuneiden kehitykseen liittyviä neuro- ja syöpää aiheuttavia ominaisuuksia MAM jyrsijöillä. Ne tukevat myös olettamusta, että varhaisiin altistuminen MAM-glukosidi (cycasin) on etiologinen yhdessä alenevan, prototyyppiä neurodegeneratiivinen sairaus nähdään Guam, Japanissa, ja Uusi-Guinea populaatiot että aiemmin käytettiin neurotoksisilta cycad tehtaan ruokaa tai lääkkeitä, tai molemmat. Nämä havainnot viittaavat siihen ympäristöön genotoxins, erityisesti MAM, kohdistaa yhteisiä reittejä mukana neurodegeneraatiossa ja syöpä, lopputulos riippuen siitä, onko solu voi jakaa (syöpä) tai (neurodegeneraatioon). Altistuminen MAM liittyvät ympäristöongelmat genotoxins voi olla merkitystä etiologiaa liittyvien tauopatiat, erityisesti Alzheimerin tautia.

Citation: Kisby GE, Fry RC, Lasarev MR, Bammler TK, Beyer RP, Churchwell M, et al . (2011) Cycad Genotoxin MAM moduloi Brain solureiteillä Osallisena neurodegeneratiivinen sairaus ja syövän DNA Damage-Linked Manner. PLoS ONE 6 (6): e20911. doi: 10,1371 /journal.pone.0020911

Editor: Mel B. Feany, Brigham ja naisten sairaala, Harvard Medical School, Yhdysvallat

vastaanotettu: 17 tammikuu 2011; Hyväksytty: 16 toukokuu 2011; Julkaistu: 23 kesäkuu 2011

Tämä on avoin-yhteys artikkeli, vapaa kaikki tekijänoikeudet, ja saa vapaasti jäljentää, levittää, välittää, modifioitu, rakennettu, tai muuten käyttää kuka tahansa laillista tarkoitusta. Teos on saatavilla Creative Commons CC0 public domain omistautumista.

Rahoitus: Tämä työ oli rahoittaa National Institutes of Environmental Health Sciences: ES11384 (OHSU), ES11399 (MIT), ES011387 (FHCRC /UW ) ja ES07033 (UW) (https://www.niehs.nih.gov/research/supported/centers/trc/). Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Kuvaamme hiiren aivosolujen-signalointi polkuja, jotka ovat huolestuneita aglykoni (methylazoxymethanol, MAM) metaboliitti kasvin genotoxin (MAM-glukosidi, cycasin), joka liittyy vahvasti laskeva neurodegeneratiivinen sairaus: Länsi-Tyynenmeren amyotrofinen lateraaliskleroosi ja parkinsonismi-dementia kompleksi (ALS-PDC). Tämä tauti on kliinisesti liittyy amyotrofinen lateraaliskleroosi, epätyypillinen parkinsonismi ja Alzheimerin dementian (AD) [1] – [6]. Kuten AD ja tiettyjen muiden ihmisen neurodegeneratiivisten häiriöiden, solun neuropatologian ALS-PDC on hallmarked mukaan hermosäiekimput koostuu vinohampaisten filamenteista, jotka sisältävät epänormaalin hyperfosforyloidun muotoja mikrotubuleihin stabiloiva tau-proteiinin [3], [6].

Länsi-Tyynenmeren ALS-PDC, prototyyppinä neurodegeneratiivinen häiriö ilmeisesti Ympäristöperäiset, on ollut erittäin yleistä kolmella geneettisesti erilaista saari populaatiot: (a) japani on Kii niemimaalla Honshu Island, (b) Papuan Uusi guinealaisnuoren Länsi-Papuan, Indonesiassa, ja (c) Chamorros Guam ja Rota on Mariaanit, maahanmuuttajia Guam, ja muutamia Pohjois-Amerikan (valkoihoinen) ja filippiiniläisten maahanmuuttajat Guam [6] – [8]. Kaikki kolme joutuneen väestön käytetty neurotoksisia cycad siemen lääkinnällisiin tarkoituksiin [9] – [11]. Guam, jossa ALS-PDC on tutkittu tieteellisesti yli 60 vuotta [4], tauti on toistuvasti yhdistetty ruoan nauttimisella peräisin cycad siemenistä, erittäin merkittäviä korrelaatioita varten cycasin sisällön cycad jauhoja ja ALS ja PD tautimuodoille sekä miehillä että naisilla [1], [5], [12], [13]. Vähenevät käyttö cycad siemeniä ruokaa ja /tai lääketieteen joutuneen väestön hyväksyä nykyelämäntavan on sopusoinnussa etenevä väheneminen taudin esiintyvyys kaikissa kolmessa maantieteellisillä eristettyjä ALS-PDC [11].

Cycasin ja sen aglykoniksi methylazoxymethanol (MAM) perustetaan kehitykseen neurotoxins. MAM asetaatti vahingot hermosolujen DNA, moduloi aivot molekyyli- verkostoja ja pidätykset alueellista aivojen kehitystä, kun niitä annetaan systeemisesti syntymän jälkeiseen päivä-3 hiiret [14], [15], mutta aikuisen jyrsijän aivoissa on nähty laajalti tulenkestävät että genotoxin [16], [17]. Promutagen MAM on myös vakiintunut hepatotoksiini ja kokeellisesti todettu syöpää [18]. Itse asiassa, jyrsijät, jotka on kroonisesti hoidettu MAM esiaste azoxymethane (AOM), käytetään yleisesti malleina tutkittaessa patogeneesissä ja kemopreventioon ihmisen paksusuolen karsinooman [19]. Valitettavasti, vaikka viime aikoina (1998-2002) syöpä on saatavilla tietoa Guam [20], pitkittäiset suuntaukset syövän levinneisyyden verrattavissa käytettävissä Guamin ALS-PDC ei tunneta.

sitoutui tässä tutkimuksessa Aikuisen hiiren aivot testata hypoteesia, että DNA: ta vaurioittavien ominaisuudet MAM, jotka ovat mutageenisia ja tuumorigeenisia pyöräilyssä soluissa paksusuolen epiteelin [19], aktivoi molekyyli verkot liittyvät rappeutumista postmitoottisia neuronien neurodegeneratiivinen sairaus. Vaikka suhde ympäristön aiheuttamaa DNA-vaurioita, mutageneesi ja maligniteetin hyväksytään laajalti, kuin ydinenergian mekanismeja pidetään yleensä tukemiseksi neurodegeneratiivisia sairauksia. Toisin kuin useimmissa elimissä, aikuisen ihmisen aivoissa on alhainen tai poissa kyky korjata alkyloinnin aiheuttaman DNA-vaurion [21], [22], joilla on vaikutuksia pysyvyyttä ja lopulta hermosolujen rappeutumista [23]. Me osoitettu edellä mainitun hypoteesin vertaamalla suhdetta MAM-indusoidun DNA-vaurion (

O

6-methyldeoxyguanosine,

O

6 mg) ja geenin ilmentymisen kuviot aivot aikuisten hiirten, jotka ovat toiminnallisesti taitavia (villityyppi, wt) ja puutteellinen (

Mgmt

– /-

) korjauksessa

O

6-mg: jälkimmäinen puuttuu koodaavan geenin tietyn DNA korjaus entsyymi

O

6 mg metyylitransferaasi [24]. Kaksi erillistä laboratorioiden käsiteltyjen ryhmien wt ja

Mgmt

– /-

hiirissä yhdellä systeeminen annos MAM, ja yhdistetyn datan louhitaan yhteisten aivojen transkription profiileja. Kolmas Laboratoriossa tehtiin sokkoutettu analyysien aivojen

O

6 mg tasoa.

Esitämme näyttöä siitä signalointipolkujen liittyvät ihmisen neurodegeneratiivinen sairaus aktivoituvat kypsillä hiiren aivoissa seurauksena korjaamatta MAM aiheuttama DNA-vaurioita. Nämä toteutustavat sisältävät reseptorit tietyille välittäjäaineiden, kuten ionotrooppisiin ja metabotrooppisiin hermosolun reseptoreja glutamaatti, eksitatorisena välittäjäaine, joka saattaa tappaa hermosoluja. Vaikka nämä havainnot tukevat rooli MAM etiologiassa ALS-PDC, ehkä toimii ”hidas myrkkyä” kautta jatkuva DNA-vaurioita hermosoluihin vuoksi jatkuvasti glutamaatin neurotransmissiota, ne eivät sulje pois roolia muille cycad neurotoxins tai geneettiset tekijät .

osoittavat myös, että MAM-indusoidun DNA-vaurion moduloi signalointireiteissä hiiren aivoissa, jotka liittyvät syöpään, samoin kuin neurodegeneraatiota, kaksi fenotyyppiä mahdollisesti edustavat vasteita pyöräily ja ei-pyöräily soluissa, vastaavasti. Toiset ovat ehdottaneet yhteyksiä hermosolujen rappeutumisen /syövän ja solukierron säätelyssä, DNA korjaus, vastaus oksidatiivisen stressin [25], [26], poikkeava siivetön ja esikasvaintekijän Int-1 (Wnt) signalointi [27], glykogeenisyntaasikinaasi 3

beta

(GSK3p) asetus [28], modulaatio tuumoriproteiinia (TP53 tai P53) ilmaisun [29], ja häiriöt tau AD ja eturauhassyövän [30]. Krooninen tulehdus on toinen ominaispiirre sekä syövän ja AD [31].

Tulokset

Organ vastaus MAM

alustava tutkimus suoritettiin määrittämään välittömästi transkription vastauksia hiiren paino aivot systeemistä hoitoa MAM suhteessa, että ei-hermokudoksen (maksa), joka on erityisesti suunnattu ihmisillä akuutti cycad myrkyllisyys. Vertailukelpoinen malleja geenin ilmentymisen todettiin kahden kudoksia kahdessa tutkimuksessa sivustoja. Kun taas maksassa (ensisijainen tavoite cycad ihmisissä ja jyrsijät) osoitti vahvan vastauksen MAM, suhteellisen vähän muutoksia havaittiin aivoissa (Fig. 1).

Koe suoritettiin kahdella riippumattomat laboratoriot samoilla protokollia. Vihreä tarkoittaa alassäätöä ja punainen ylös-geenin ilmentymisen säätelyyn. OHSU: Oregon Health Science University. FHCRC: Fred Hutchinson Cancer Research Centerissä.

DNA Damage

aivokudoksessa paino- ja

Mgmt

– /-

hiiret osoittivat vähän havaittavia määriä (MDQ , katso menetelmät) on

O

6

-mg DNA vaurioita 6 h, 24 h, 48 h, ja 168 tuntia hoidon jälkeen ajoneuvo. Sen jälkeen kerta-annos MAM, aika-kulku DNA-vaurioita aivoissa vs. maksassa (positiivinen kontrolli) tuotti melko johdonmukaisen tiedon kahden riippumattoman tutkimuksen sivustoja (Fig. 2). Tasot

O

6

-mg oli kolme kertaluokkaa pienempi aivoissa kuin maksassa sekä paino- ja

Mgmt

– /-

hiirillä. Merkittävät välinen poikkeama vastaukset paino ja

Mgmt

– /-

brain (

p 0,01

) ja maksan (

p 0,01

) löydettiin 48 hr, ja tämä pidettiin yllä kunnes 168 tuntia post MAM hoito (taulukko S1) [32] – [34]. Vaikka DNA-vaurioita pidettiin alhaisella (aivot) tai laskussa (maksa) tasot kudoksissa paino eläinten oli pysyvyys suhteellisesti korkeampi

O

6

-mg DNA vaurioita molemmissa kudoksissa on

Mgmt

– /-

hiirillä. Kaiken

O

6

-mg vaurioita molemmissa elimissä olivat huomattavasti korkeampia

Mgmt

– /-

vs. villityypin hiirien, ja DNA-vaurioita pysyivät koholla aivot sekä paino- ja

Mgmt

– /-

hiirillä.

tulokset kahden tutkimuksen sivustot näkyvät erillisinä punaiset ja siniset viivat. Piirtämisen symbolit (OHSU: ympyrä, FHCRC: neliö) Merkitään arvioitu mediaanit; linjat ulottuvat ± 2 standardin virheiden medians. DNA-vaurioita (

O

6

-mg) on ​​kolme kertaluokkaa suurempi maksaan kuin aivoissa, ja merkittävästi kohonnut

O

6

-mg tasot

Mgmt

– /-

vs. paino- kudoksissa 48 tunnin ylläpidetään 168 tuntia post MAM hoitoa. Katkoksia punainen ja siniset viivat ovat johtuvan teknisiä virheitä tai jos näytteitä ei kerätty. Katkoviiva harmaa viiva B merkitsee suurimmat havaitut

O

6

-mg taso aivoissa (~330 vaurioita per 10

8 normaali nukleotidia).

Brain Transkription Profiilit

Analyysit tehtiin yhteenlasketut tiedot kahdesta laboratorioissa. Mitään merkittäviä eroja geenien ilmentyminen havaittiin aivoissa paino käsiteltyjen hiirien MAM vs. ajoneuvoon. Sitä vastoin merkittäviä geeni-ilmentymisen modulaatiomuoto oli läsnä aivoissa, käsiteltiin samalla tavalla

Mgmt

– /-

hiirissä. Analyysit ensin määrittämiseksi suoritettiin transkription vastaus MAM in

Mgmt

– /-

hiiret ja toiseksi tutkia MAM vs. ajoneuvon vaikutus jokaisessa genotyyppi ja onko modulaatio vaikutus vaihteli välillä genotyypit. Myöhemmin Ingenuity® koulutusjakson analyysi (IPA) käytettiin tunnistamaan merkittävimmin rikastettu biofunctions kunkin datajoukon yhdistämällä merkittävät geeniekspression muutoksia kaikkina ajankohtina ja vertaamalla näitä tietoja. Geenien ilmentyminen muutoksia on myös ankkuroitu

O

6

-mg DNA vaurioita, mitkä geenit moduloitu DNA-vaurioita. Kolmas analyysi, joka yhdistää kaksi ensimmäistä analyysin käytettiin tutkimaan Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomit (Kegg) väyliä aiheuta häiriötä MAM ajoneuvon suhteen, jotka olivat joko ainutlaatuisia

Mgmt

– /-

tai että erosivat kahden genotyyppien. Top Kegg reitit määritettiin käyttäen DAVID (Database varten Annotation, visualisointi ja integroitu Discovery) Bioinformatiikkaohjelmistojen [35], [36].

Alustavat tutkimukset suoritettiin määrittämään vaste aivojen transcriptome kohteeseen MAM vs . ajoneuvon DNA: n korjaukseen-hiirillä. Ensimmäinen paljasti 362 geenejä (41.000), jotka ilmentyvät eri aivoissa

Mgmt

– /-

hiiriä hoidettiin MAM vs. ajoneuvo (taulukko 1). Näistä 362 geenit, 57 korreloivat voimakkaasti (

r 0,7

) kanssa

O

6-Mg tasoa. Neljä merkittävin tauti biologisia toimintoja vastasi neurologinen sairaus (133 geenit), psyykkisiä häiriöitä (65 geenit), Cancer (105 geenit) ja Genetic Disorder (170 geenejä). Luettelo liittyvien geenien kukin näistä biologisia toimintoja on järjestetty täydentävän (taulukko S2).

Merkittävin molekyyli- verkkoja, jotka ovat peräisin MAM-laukeaa, differentiaalisesti ilmentyvien geenien (362 geenit) paljasti navat, joissa NF-KB: n (ydin- kerroin

kappa

valoa polypeptidin geenin tehostaja B-solut), kalsiumia sitovien proteiinien (eli kalsineuriini kalmoduliinia), aivoperäinen neurotrofinen tekijä (BDNF), glutamaattireseptorit

N

-metyyli-D-aspartaatin (NMDA) ja alfa-amino-3-hydroksi-5-metyyli-4-isoksatsolipropionihappo (AMPA), CREB (syklinen AMP-vaste-elementti-sitoutuminen), ja microRNA1 ( MIR1-1) (Fig. 3). Kun nämä MAM aiheuttama ilmentyvät eri geenien ankkuroitu

O

6

-mg tasoa, alaryhmä 57 geenien paljasti näkyvästi navat NF-KB, ekstrasellulaarisen signaali säädelty kinaasi (ERK) ja ERK1 /2, p38-mitogeeniaktivoidut proteiinikinaasi /c-Jun

N

terminaalista kinaasit (MAPK /JNK), TP53, ja Akt (v-akt hiiren thymoma virus- onkogeenin homologi) (Fig. 4).

Merkittävimmät brain ilmaisu alaverkon moduloidaan MAM vs. ajoneuvo

Mgmt

– /-

hiiriä (kaikki ajankohtina yhdistetty) koostuu 362 differentiaalisesti ilmentyvien geenien.

Merkittävimmät brain ilmaisu alaverkon moduloidaan MAM vs. ajoneuvo

Mgmt

– /-

hiiriä (kaikki ajankohtina yhdistettynä) on johdettu 57 ilmentyvät eri geenit (sub -Set on 362 geenejä), jotka oli ankkuroitu

O

6 mg tasoa.

toinen analyysi tutkitaan vaikutus MAM suhteessa ajoneuvon kahden genotyyppien (wt vs.

Mgmt

– /-

); Näin se määrittää, onko DNA-korjaus kapasiteetti vaikuttaa vaste aivojen transcriptome on MAM. Tämä analyysi oli herkkä kuin geenejä, jotka voivat ovat osoittaneet eri suuntiin moduloinnin välillä genotyyppien, vaikka kumpikaan modulaatio oli merkittävä omasta. Oli 153 differentiaalisesti ilmentyvien geenien heijastaa genotyyppi eroja paino ja

Mgmt

– /-

aivojen vastaus MAM vs. ajoneuvoon. Niistä 153 geenit, 60 geenejä (-40%) on ankkuroitu

O

6-Mg tasoa. Aivot näistä eläimistä osoitti samat neljä biologisten toimintojen tautien ja sairauksien kuten taulukossa 1, lukuun ottamatta ainoastaan, että luokka Psychological Disorders ei ollut merkitsevä ankkuroitu ryhmässä (taulukko 2). Luettelo liittyvien geenien kukin näistä biologisia toimintoja on järjestetty lisätietovarasto (taulukko S3).

Merkittävin molekyylitason verkkojen 153 geeniperimä sisälsi navat NF-KB ja CREB , ja geenit, jotka säätelevät transkription kautta epigeneettiset mekanismit, kuten DNMT3A (DNA [sytosiini-5 -] – metyylitransferaasi 3

alfa

) ja SMARCC1 (SWI /SNF liittyvä, Matrix-liittyvä, aktiini-riippuvainen säätelijänä kromatiinin, subfamily c, jäsen 1) ja ydinvoiman transkriptio, nimittäin PPARa (peroksisomiproliferaattoriaktivoidun reseptorin

alfa

), molekyyli saattajia (HSP90B1, lämpösokkiproteiini 90 kDa

beta

[Grp94], jäsen 1 ), GSK3p ja sema domain, immunoglobuliinidomeenin [Ig], lyhyt perus domain, erittyy, [semaforiini] 3A (SEMA3A), jotka ovat osallisina Parkinsonin ja /tai Alzheimerin taudin (Fig. 5). Kuten kuviossa 3, ankkuroidun joukko 60 geenien mukana TP53, ERK1 /2 ja NF-KB: n näkyvimpänä navat yhdessä useiden muiden napojen (Akt, NF-KB, P38-MAPK ja kalmoduliini) (Fig. 6). Glutamaattireseptorit ovat edustettuina myös tässä keräämiseen.

Merkittävimmät MAM-moduloitu ilmaisu sub-verkko aivoissa

Mgmt

– /- vs.

villityypin hiiriin (kaikkien aikojen -yksikköä yhdistetty) koostuu 153 differentiaalisesti ilmentyvien geenien. Huomautus liittyvien geenien epigeneettisellä toiminnot ovat myös moduloidaan: DNMT3A ja SMARCC1 säädellä chromatin toiminto.

Merkittävimmät MAM-moduloitu ilmaisu sub-verkko aivoissa

Mgmt

– /- vs .

villityypin hiiriin (kaikki ajankohtina yhdistetty), joka sisältää 60 erilaisesti ilmaisi geenejä, jotka ankkuroitu

O

6-mg tasoa. Huomautus läsnäolo NF-KB: n, ERK1, ja p38-MAPK navat, ja osallistuminen TP53 ja glutamaattireseptorien.

Kolmas transkription tietojen analyysit yhdistetään kaksi ensimmäistä aineistoja (varten yhteensä 443 ei-monistaa geenejä), mukaan lukien ero vaste genotyyppien ja MAM vs. ajoneuvo (taulukko 2) ja vasteen

Mgmt

– /-

aivot systeemistä hoitoa MAM vs. ajoneuvon (Pöytä 1). Merkittävimmät pisteytys sub-verkosto MAM geenituotteiden (p 10

-46) sisälsi navat F-aktiini, NF-KB, microRNA-1, cofilin, kalsium /kalmoduliini-riippuvaisen proteiinikinaasin II (CaMKII), glykogeenisyntaasia, AMPA-reseptorin, BDNF, ja muut. Samat neljä sairaudet ja häiriöt olivat merkittävimmät biologisten toimintojen lista perustuu IPA analyysiin, vaikka hermoston kehitystä ja toimintaa, sekä Iho ja hiukset Development and Function, ilmestyi luettelo merkittävimmistä neljä levoton Fysiologisten järjestelmien kehittäminen ja toiminnot ( taulukko 3).

Taulukko 4 esittää ylhäältä Kegg reittejä ilmaiseva molekyylivuorovaikutusten aiheuta häiriötä MAM joko villityypin tai

Mgmt

– /-

aivoja. Pathways osallisina syövän, Wnt signalointia, ja insuliini-signalointireitteihin olivat merkittävimpiä. Muita merkittäviä Kegg reittejä mukana ne osallistuvat puriinimetabolia, MAPK signalointi, neurotrofiinireseptoreiden signalointi, kemokiinin signalointi ja neuroligand-reseptorin vuorovaikutus (taulukko 4).

Meillä on myös tehty maali (promoottorianalyysi ja vuorovaikutus verkkotyökalu ) analyysi tunnistaa biologisesti relevantteja transkriptiotekijän sitoutumiskohdat geenit, jotka olivat rikastettu joukossa genotyyppien ja differentiaalisesti ilmentyvien geenien välillä MAM ja apuaineella hoidettuihin eläimiin. 5′-reunustavat alueet differentiaalisesti ilmentyvien geenien (2000 emäsparia ylävirtaan transkription aloituskohdasta) tutkittiin rikastamista yleensä ilmaistaan ​​transkription säätelyelementtejä (TREt). Taulukossa 5 on esitetty TREt joukossa ainutlaatuinen genotyyppi-spesifinen (n = 153), ja alijoukko ankkuroitu (n = 60) geenien kohteena MAM. Vain TREt, joita on huomattavasti rikastettu (p 0,05) MAM kohdistetut geenit esitetään (Fig. 7). Eniten pisteitä TRE oli erittäin konservoituneen hepatosyyttien ydin- tekijä 4 (HNF-4), joka sitoutuu konsensussekvenssi AGGTCAaAGGTCA aktivoimaan transkription.

analyysi promoottorin alueiden 60-ankkuroitu geenin alaryhmä johdettu kyseiseen kantaan erityisiä ilmentyvät eri geenien välillä MAM ja vehikkelillä käsiteltyjen eläinten transkription säätelyelementtejä. Lämpöä kartta (vuorovaikutus matriisi) esittää geenejä (rivit) ja motiiveja (pylväät), jotka yksittäin ryhmittyneet ja löytyy 5% kaikista promoottorit. Huomaa HNF4 sitoutumiskohtaan on yhteinen 60% 60 ankkuroitu geenejä.

Keskustelu

Aivot ja Colon: Yhteinen Pathways mutta erilaisiin tuloksiin

Olemme osoittaneet, että cycad genotoxin MAM indusoi pysyviä DNA-vaurioita (eli

O

6

Mg vaurioita), ja moduloi useita solun signalointireittien (eli TP53, NF-KB, MAPK) aivot nuorten aikuisten

Mgmt

– /-

hiirillä. Meidän tiedot tukevat hypoteesia, että MAM aiheuttama

O

6 mg DNA vaurioita muuttavat puriinimetabolia ja moduloida solu-signalointipolkujen liittyvät sekä neurodegeneraatiota ja syöpä. Vaikka MAM ei indusoi aivokasvainten yksittäin käsiteltyjen aikuisten hiirissä genotoxin johdonmukaisesti laukaisee kasvaimia ääreiselimissä, erityisesti suolistossa [37], [38]. Näkyvästi modulaatio ”syöpä geenit” in ”kasvain erottelua” aivot MAM-saaneista aikuisista eläimistä viittaa siihen, että häiriöt näiden geenien aivoissa vaikuttaa muihin kuin syöpä.

Molecular mekanismeista MAM aiheuttamaa paksusuolen syöpä on perustettu vuonna azoxymethane (AOM) hiirimallissa peräsuolen adenokarsinooma, jossa MAM (sytokromi P

4502E1 välittämää metaboliitti AOM) on ainoa laukaisija [39], [40]. Vuonna AOM hiirimallissa, MAM aiheuttama mutaatio

K-ras

(ts transversiosta G: C: stä A: T kodonissa 12 johdettu

O

6

-mg vauriot) aktivoi tämän reitin ja loppupään MAPK ja Fosfoinositidi 3-kinaasi /Akt (PI3K /Akt) välittäjiä, mikä osoittaa, että MAM häiritsee geenin ilmentymistä näistä reiteistä, jonka DNA-vaurioita riippuvaisen mekanismin. Mutaatiot

β-kateniinin

estää sen hajoamisen GSK-3β-välitteinen mekanismi johtaa solunsisäisen kertymisen ja aktivointi Wnt /β-kateniinin signalointireitin. Ydin- kuljetus β-kateniinin johtaa geenien aktivaation, jotka säätelevät solujen proliferaatiota, kun taas ekspressio pro-apoptoottisten proteiinien inhiboituu [40], [41]. Tällaisia ​​tapahtumia voi selittää, miten MAM moduloi geenien kanssa keskeinen rooli solun signalointi aivoissa nuori aikuinen hiirillä (Fig. 8).

perimään, jotka indusoivat

O

6

-methylguanine vauriot (DNA-vaurioita) (esim kautta methylazoxymethanol, MAM) häiritse solun signalointireittejä, kuten transformoiva kasvutekijä-β (TGF-β), siivetön ja esikasvaintekijän Int-1 (Wnt), ja mitogeeniaktivoidut proteiinikinaasi ( MAPK). Yleisesti kirjallisuudessa tukee ylössäätöä (vihreä) ja alassäätö (vaaleanpunainen-punainen), yhdessä kaksi erillistä phenoptypes. (Muokattu Chen ja Huang [40]).

Syöpä ja neurodegeneratiivinen sairaus: kaksi puolta saman kolikon?

Avain oikeiden ALS-PDC on läsnäolo MAM aiheuttama transkription muutoksia aivoissa nuorten aikuisten hiirten, joilta puuttuu tehokas korjaus

O

6-metyyliguaniini DNA vaurioita. Tämä on toisin kuin ei olisi merkittäviä transkription muutosten aikuisen aivoissa MAM-käsitellyn villityypin hiirissä. Ihmisen aivot näyttää vaihtelevia määriä MGMT toimintaa, mutta useimmat aikuisten aivot tutkittu minimaalinen tasolle, joka on verrattavissa

Mgmt

– /-

hiirissä [21]. Jos ihmisen aivot vastaa MAM tavalla verrattavissa

Mgmt

– /-

hiiren aivoissa, vastaus olisi muutoksiin soluviestitykseen väyliä sidoksissa sekä neurodegeneraatioon ja neuropsykologiset poikkeavuuksia. Vaikka esillä tulokset perustuvat lyhyen aikavälin tutkimuksia, näennäinen assosiaatio merkittävin MAM liittyvä biologisia toimintoja aikuisen hiiren aivoista ja cycasin liittyvä ALS-PDC ovat ilmeiset. Niiden seurauksena antaa selkeän tukensa lisätutkimuksia mahdollisista etiologic roolia cycasin induktioon ALS-PDC, yksi lomake (dementia), josta näkyy vaikuttava kliinisiä ja neuropatologisia suhteita AD [42].

Behrens ja kollegansa [29] ovat raportoineet käänteinen suhde syöpätapausten ja AD: prospektiivisessa pitkittäistutkimus, riski sairastua syöpään ajan väheni merkittävästi osallistujien AD, kun taas ne, joilla on ollut syöpä oli alhaisempi ILMOITUS. Tutkijat tila: ”

syövän, solujen sääntelymekanismeja häiriintyy kanssa kasvattamiselle solujen selviytymistä ja /tai lisääntymistä, kun taas päinvastoin, AD liittyy lisääntynyt hermosolujen kuolema, joko aiheuttamia, tai samanaikainen, β-amyloidin ( Ap) ja tau deposition

. ”He keskustelevat otaksuttu rooli p53 ja Wnt-signalointireitin näissä käänteinen sairauden yhteenliittymien taas alentunut p53 ilmaisu johtuvat mutaatiot voivat johtaa hallitsemattomaan solujen lisääntymistä, kuten, kolorektaalisyövässä, luusyöpä (osteosarkooma), ja muut tuumorit, lisääntynyt P53 ilmentyminen voi aktivoida johtavia reittejä solukuoleman, kuten ilmenee AD [29]. Koodaavan geenin TP53 oli moduloi MAM sekä DNA vaurion ankkuroitu sarjaa aivojen geenien: kun TP53 aktivointi tiedetään esiintyvän jälkeen DNA-vaurioita, jatkoi aktivaatio

Mgmt

– /-

aivot saattavat edistää hermosolujen kuolema.

Yhteydet Brain Pathology in ALS-PDC ja AD

Wnt signalointia ja insuliini signalointi ovat myös kärjessä Kegg reittejä häiritsi aivoissa jälkeen systeemisen MAM hoidon. Vaikka MAM-indusoidun aktivoitumisen Wnt /β-kateniinin polku johtaa hallitsemattomaan solun proliferaation AOM mallin paksusuolen syöpä, tukahduttaminen tämän reitin aivoissa voi edistää solukuolemaa. Boonen ja työtovereiden [43] ehdottavat, että häiritsevät säädeltyä aivot Wnt-signalointireitin voi olla keskeinen patologinen tapahtuma AD. He ehdottavat, että amyloidi

beta

(Ap), joka on keskeinen proteiini seniiliplakeissa, voi alas-säädellä Wnt /β-kateniinin reitin siten upregulating GSK3p ja sen myöhemmissä hyperfosforylaatiota tau, joka yhdistää Ap ja neurofibrillaarisia vyyhti patologia. Muut ovat osoittaneet, että esto GSK3p lisää hiiren aivoissa insuliinin kaltainen kasvutekijä-1 (IGF-1) [44], joka puolestaan ​​edistää AP tuotanto [45], [46]. IGF-1 ja GSK3p ovat koholla hippokampuksessa ja selkäytimen yksilöiden Guam ja Kii ALS [47]. IGF-1 on voimakas eloonjäämistekijänä moottori neuronien eläimillä, ja GSK3p epäillään tärkeitä rooleja apoptoosin ja tau-fosforylaation [47].

osallistuminen insuliinireitin AD on johtanut ehdotukseen, että tämä neurodegeneratiivinen häiriö on ”erityinen muoto diabetes aivojen” [48]. Läsnäolo microRNA1 koska differentiaalisesti säännellyn solmukohta MAM-hoidetuilla eläimillä on huomionarvoista, koska sen kyky säädellä insuliinin signalointia (erityisesti IGF-1-reseptori) [49], sen yhdessä paksusuolensyöpä [50], ja keskeiset roolit ERK1 ja MikroRNA tau-fosforylaation ja AD [51]. Insuliinin signalointireitin diabetes mellitus tyyppi 2 säätelee useiden transkriptiotekijöiden, erityisesti HNFs, erityisesti mody1 (HNF4α), joka säätelee suuri osa maksan ja haiman transcriptomes sitoutumalla suoraan noin puolet puhtaaksi geenejä. Siksi HNF-4 toimii ”master säädin” ihmisen genomin [52], [53]. On merkittävää näyttöä siitä, että HNF-4 on ainutlaatuinen rooli glukoosista riippuvaisen insuliinin eritysreiteille [54], [55], koska mutaatiot sisällä

HNF-4α

geeni liittyy monogenetic häiriö Aikuiset diabetes Nuorten (MODY-1) [56]. HNF-4 oli kaikkein yliedustettuna transkriptiotekijän sitoutumiskohdan joukossa promoottori aivoalueilla geenien, jotka moduloidaan MAM ja ankkuroitu DNA vaurioita. Koska HNF-4 sitoutuu homodimeerinä DNA tunnistuskohdan sisältävä guaniini-rikas suora toistoelementin (AGGTCAaAGGTCA), tämä transkriptiotekijä voisi olla ”hotspot” varten MAM aiheuttama

O

6

– DNA: n mg vaurioita. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että vähäisiä muutoksia nucleobase (esim

O

6

-Mg, 8-oxoG) ratkaisevassa asemassa sisällä promoottori elementti voi häiritä transkriptiotekijän sitova ja mahdollisesti muuttaa geenien ilmentyminen [ ,,,0],57] – [61]. Tällainen mekanismi voisi selittää HNF-4 konsensussekvenssi oli ensisijaisesti kohdistettu MAM geeneissä, jotka ankkuroitu

O

6

-mg DNA vaurioita.

P38-MAPK signalointireitin on myös kärjessä Kegg reittejä aiheuta häiriötä MAM. Tämä kaskadi aktivoituu seuraavat genotoksinen stressi [62], osallistuvat AOM mallissa paksusuolen syöpä. ja on laajalti uskotaan myötävaikuttavan neuroinflammation AD [63]. P38-MAPK on tärkeä rooli aivotoiminnan, kuten glutamaatti (AMPA) -reseptorin kaupan, NMDA-indusoidun ulospäin virrat, eksitotoksisuudessa, synaptic plastisuus ja tau-fosforylaation [63] – [66]. P38-MAPK navat, jotka liittyvät ionotrooppisiin ja metabotrooppisten glutamaattireseptorien, olivat näkyvästi ankkuroidun DNA-vaurioita aineistoja peräisin aivoista MAM-käsiteltyjen hiirten viittaa siihen, että MAM aiheuttama genotoksinen stressi häiritsee glutamaterginen toiminnon kautta P38-MAPK-välittyvä mekanismi. Koska MAM moduloi glutamaatin stimuloimaa hermosolujen tau-mRNA ilmaisun

in vitro

[67], olemme ehdottaneet toisaalla että jatkuva MAM aktivoituminen glutamaatin stimuloimaa tau ilmaus voisi laukaista hitaasti etenevä neurodegeneratiivinen sairaus (tauopathy) tyyppiä nähdään Länsi-Tyynenmeren ALS-PDC [68]. Tämä mekanismi on yhdenmukainen sen havainnon kanssa, että ihmisen altistuminen cycad seuraa kliinisesti hiljainen, pitkän latenssiaika ulottuu vuosia tai vuosikymmeniä [7], [13].

Muut yhteydet ALS-PDC

on muitakin syitä epäillä etiologisena suhdetta cycad genotoxins cycasin /MAM ja Länsi-Tyynenmeren ALS-PDC. Ensinnäkin, hoito synnytyksen jälkeinen hiirten MAM pidätetty pikkuaivojen kehitystä [69], joka johtaa tuotannon kohdunulkoisen, monitumaiset Purkinjen kaltaisia ​​soluja verrattavissa raportoitu Guam ja Kii ALS aivot [70]. Toiseksi, yksilöiden ALS-PDC ja cycad altistuneet eläimet kehittävät ihon ja luun muutoksia (tiivistää Spencer [71]). Wnt-signalointireitin, jonka aiheuta häiriötä MAM, on keskeinen rooli sääntelyn luumassan, jossa polku aktivaatio luun uusiutumista [72], [73]. Wnt proteiinit (Wnt5a) säätelevät myös orvaskeden erilaistumista aikuisten iho [74]. Eläimet laiduntavat käpypalmut on taipumus menettää sarvet ja sorkat, sekä kehittää hermo-sairaus, ja Guam Chamorros on ollut korkea ja familiaalinen hyvänlaatuisia luinen kyhmyjä tai useampia exostoses (diafysiaalisia aclasis) [71] ja paksuuntunut kalloja (julkaisematon data). Cycads nopeus ihon korjaus jyrsijöillä, ja ihon ALS ja ALS-PDC potilailla on tavattoman vastustuskykyinen makuuhaavoja [68]. ALS iho osoittaa lisääntyneen ekspression TDP-43 [75], yksi proteiineista kerääntyvä ALS /PDC aivot yhdessä tau, Ap, α-synukleiini ja ubikitiinipromoottori [42].

On merkittäviä vaikutuksia https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?token=rxmhhmkgwmiwedq acc=GSE26600.

Anchoring