LINGO1

LINGO1
Protein LINGO1 PDB 2id5.png
Tillgängliga strukturer
PDB Ortologisk sökning:
Identifierare
, LERN1, LRRN6A, UNQ201, leucinrik upprepning och Ig-domän som innehåller 1, MRT64
externa ID:n
Ortologer
Arter Mänsklig Mus
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)
RefSeq (protein)
Plats (UCSC)
PubMed -sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

Leucinrik repetition och immunglobinliknande domäninnehållande protein 1 även känt som LINGO-1 är ett protein som kodas av LINGO1 - genen hos människor. Det tillhör familjen av leucinrika repeterande proteiner som är kända för att spela nyckelroller i det centrala nervsystemets biologi . LINGO-1 är en funktionell komponent i Nogo-receptorn (neuritutväxthämmare) även känd som retikulon 4-receptorn .

Det har föreslagits att LINGO-1-antagonister som BIIB033 avsevärt skulle kunna förbättra och reglera överlevnaden efter neurala skador orsakade av proteinet.

Strukturera

Aminosyrasekvens av det humana LINGO-1-proteinet. De olika domänerna signaleras enligt deras kemiska egenskaper och deras aminosyror identifieras.

transmembranprotein av typ 1 enkelpassage med 614 aminosyror. Den innehåller en signalsekvens på 34 rester, följt av en LRR- domän ( leucin-rik upprepning ), en Ig-domän (immunoglobulinliknande), en stjälkdomän, en transmembranregion och en kort cytoplasmatisk svans. Som ett transmembranprotein kan det mestadels hittas på cellmembranet .

LINGO-1-strukturen har visat sig vara mycket stabil både i sin kristallform och i lösning, tack vare dess leucinrika upprepade Ig-kompositveck. Eftersom tetrameren har en mycket stor yta in i cellmembranet, är det tänkt att detta kan fungera som en effektiv och stabil bindningsplattform, vilket underlättar interaktionen med NgR, p75, TROY-komplex. [ citat behövs ]

Extracellulär domän

Den extracellulära domänen består av signalsekvensen, 11 LRR-motiv innefattade mellan en N-terminal och C-terminal kapslingsdomän, och den immunglobulinliknande ( IgC2 ) domänen. Den C-terminala LRR-domänen är väsentlig för proteinets funktion med dess screening för proteiner som interagerar med denna domän. Strukturen, tillsammans med biofysikalisk analys av LINGO-1-egenskaper har avslöjat att proteinets LRR-Ig-kompositveck av proteinet kan driva det att associera med sig själv i en cirkulär ringliknande form, vilket skapar en sluten och stabil tetramer i lösning och i kristall.

Intracellulär domän

Den intracellulära delen av proteinet bildas av den transmembrana regionen och en cytoplasmatisk svans av 38 rester. Den innehåller en kanonisk Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR)-liknande tyrosinfosforyleringsställe på 591-resten som är kritisk för intracellulära signaler.

Co-receptor

LINGO-1 är en co-receptor som interagerar med den ligandbindande Nogo-66-receptorn (NogoR) i Nogo-receptorns signalkomplex. Nogo-receptorkomplexet bildas när Nogo-66 binder till sin receptor.

LINGO-1 är en homotetramer som bildar ett ternärt komplex med RTN4R / NGFR och RTN4R/ TNFRSF19 .

Post-translationella modifieringar

LINGO-1 innehåller flera N-glykosyleringsställen som kan ha en negativ effekt på dess förmåga att självinteragera med cis eller trans, med andra partners eller gangliosider. Den innehåller också glykaner med hög mannoshalt.

Vävnadsfördelning

Grafisk sammanfattning av uttrycket av LINGO-1-genen hos människor. Blått är för proteinets verkan i nervsystemet medan lila representerar den sekretoriska funktionen av LINGO-1 i bukspottkörteln.

LINGO-1 uttrycks nästan uteslutande i det centrala nervsystemet (CNS). Det kan hittas i hjärnan och i neuroner och oligodendrocyter . LINGO-1 mRNA uttrycks på ett nästan exklusivt sätt i det centrala nervsystemet under både embryonala och postnatala stadier. Det är riktat till neuronernas plasmamembran, men det är möjligt att en mindre mängd av proteinet kan hittas i andra intracellulära fack. Dess högsta uttryck är i specifika vuxna mänskliga hjärnregioner såsom hjärnbarken , en region involverad i sensorisk-motorisk funktion, kognition och arbetsminne; hippocampus , ansvarig för långtidsminnet och kodning och hämtning av multisensorisk information; amygdala , inblandad i stressresponsen; såväl som thalamus , med en mer konstant och basal uttrycksnivå över resten av hjärnan.

Funktion och verkningssätt

Eftersom LINGO-1 är ett leucinrikt repeterande protein, som är kända för sin viktiga roll i protein-proteininteraktioner i en mängd olika cellulära processer och deras implikation i viktiga funktioner som neuronal differentiering och tillväxt eller reglering av axonstyrning och regenerering processer är det logiskt att dra slutsatsen att dess funktioner är kopplade till nervsystemet. [ citat behövs ]

LINGO-1 är en viktig negativ regulator av myelinisering . Det har varit inblandat i hämningen av axonregenerering genom ett ternärt komplex bildat med NgR1 /Nogo-66 (ligandbindande subenhet) och p75 (signaltransducerande subenhet). NgR1 förlitar sig på sina co-receptorer för transmembransignalering. De tre huvudsakliga myelinassocierade hämmande faktorerna är Nogo, oligodendrocyt myelinglykoprotein och myelinassocierat glykoprotein som alla delar detta trimolekylära receptorkomplex. Den hämmande verkan uppnås genom RhoA - GTP uppreglering som svar på närvaron av MOG , MAG eller Nogo-66 i det centrala nervsystemet. LINGO-1 hämmar också differentiering och myelinering av oligodendrocytprekursorer , genom en mekanism som också involverar aktivering av RhoA, men som uppenbarligen inte kräver p75 eller NgR1.

LINGO-1 är involverad i regleringen av neural apoptos genom att hämma WNK3- kinasaktivitet. Det har visats att blockering av den extracellulära domänen av LINGO-1 stör interaktionen mellan receptorkinaser och LINGO-1, vilket direkt dämpar hämning av neuronal överlevnad. Men bland de fyra WNK-familjemedlemmarna har endast WNK3 visat sig reglera och öka cellöverlevnaden i en kaspas-3-beroende väg.

För att kunna förstå hur dessa komponenter reglerar signaleringsprocesser har ett experiment satts upp "modell av serumdeprivation" (SD) för att framkalla neuronal apoptos . [ citat behövs ] Forskning visar att behandlingar antingen med en konstruktion som innehåller IgC2- eller EGFR -domänerna i LINGO1-proteinet eller med Nogo66 som fungerar som en NgR1-agonist, och därför initierar ett fysiologiskt svar när de kombineras med receptorn, vilket resulterar i en ökad apoptoshastighet i primärt odlade kortikala neuroner under SD. [ citat behövs ]

Dessutom hade en minskning av expressionsnivåerna för serin/treoninkinas WNK3 (med användning av gentystnad via RNA-interferens ( ShRNA )) eller inhibering av dess kinasaktivitet liknande effekter på överlevnaden av sådana neuroner. De negativa effekterna av Nogo66 har visat sig förbättra samassocieringen av LINGO1 och WNK3, vilket orsakar bindningen av WNK3 till den intracellulära domänen av LINGO1 vilket leder till minskad WNK3-kinasaktivitet. LINGO1 främjar neural apoptos genom att hämma WNK3-kinasaktivitet.

Signalvägar

LINGO-1 kan interagera med olika co-faktorer och co-receptorer, vilket kan leda till aktivering av signalvägar som kan ha en effekt på regleringen av neuronal överlevnad, axonregenerering, oligodendrocytdifferentiering eller myeliniseringsprocesser i hjärnan .

Kända interaktioner är med proteiner såsom Oligodendrocyt-myelinnglykoprotein, Nogo-A (neurotisk utväxthämmare) och myelinassocierade glykoproteiner. LINGO-1 interagerar också med transmembranproteiner: EFGR , tillsammans med dess ligand epidermal tillväxtfaktor (EFG); hjärnhärledd neurotrofisk faktor (BNDF) och dess receptor, amyloidprekursorprotein (APP) och tropomyosinreceptorkinas A ( TrkA ). Det finns andra interaktioner med proteiner som är inblandade i neurologiska och psykiatriska störningar: WNK-lysinbristprotein i kinas 1 ( WNK1) ), mitogenaktiverat proteinkinas 2/3 (MEK 2/3), extracellulärt signalreducerat kinas 5 ( ERK5 ) , RhoA och andra.

Neurologiska och psykiatriska störningar

Representation av LINGO-1 signalvägar som är inblandade i neurologiska och psykiatriska störningar. Interaktioner med de huvudsakliga proteinerna som nämns och deras patologiska konsekvenser.

LINGO-1 kodas av LINGO-1-genen, som är belägen på den mänskliga kromosomen 15 , närmare bestämt på lokus 15q24-26, vilket är en region som har en primordial implikation i antalet psykiatriska, beroendeframkallande och ångestrelaterade störningar. Genomiska förändringar av dessa regioner kan vara faktorer för störningar som schizofreni, depression, autism, panikångest eller ångest.

Hjärnregioner som identifierats som mycket uttryckande Lingo-1-transkript har också varit starkt inblandade i både neurologiska och psykiatriska störningar såsom ryggmärgsskada , traumatisk hjärnskada , multipel skleros (MS), Parkinsons sjukdom , essentiell tremor (ET), Alzheimers sjukdom , epilepsi och glaukom (sjukdomar i centrala nervsystemet); såväl som stress- och panikstörningar, schizofreni , minnesförlust , etc. Lingo-1:s roll i dessa neurologiska störningar består av dess hämmande roll vid neuritutväxt, oligodendrocytdifferentiering och myelinisering, vilket gör det svårt för nervsystemet att regenerera de skadade områdena, oavsett om dessa skador kommer från endogena eller exogena processer.

Ryggmärgsskada

Ryggmärgsskada resulterar i skador på de axonala kanalerna vars funktion är att kontrollera motorisk och sensorisk aktivitet. Detta protein har hittats i dessa axonala kanaler i ryggmärgen hos unga råttor efter skada. Vidare upptäcktes en femfaldig ökning av Lingo-1-mRNA-nivåer 14 dagar efter skada. Lingo-1-Fc, en löslig form av Lingo-1, har också visat sig motverka Lingo-1-signalvägar genom att hämma bindningen av Lingo-1 till NgR, vilket innebär stora förbättringar i den funktionella återhämtningen av råttor efter lateral hemisektion av ryggmärgen observerades.

Essentiell tremor och Parkinson

Essential tremor , en av de vanligaste neurologiska sjukdomarna, kännetecknas av postural och verkande tremor. Ny forskning visar att omkring 20 % av människor som lider av denna sjukdom har en ökning av proteinet LINGO1 i lillhjärnan, därför skulle en länkning av LINGO1 till essentiell tremor resultera i utvecklingen av mer effektiva symtomatiska terapier och behandlingar.

Det har visat sig att det finns en markör i LINGO-1-genomet, en variant (rs9652490) som är signifikant associerad med essentiell tremor, vilket ökar risken för att ha patologin.

När det gäller Parkinsons sjukdom, som också är en åldersrelaterad rörelsestörning, upptäcktes att nivåerna av LINGO-1 är mer förhöjda i substantia nigra och lillhjärnan i hjärnorna efter döden av Parkinsons sjukdom jämfört med kontrollgrupperna. Dudem et al., (2020) visade också att LINGO1 är en ny regulatorisk subenhet med stor konduktans, Ca2+ aktiverade (BK) kanaler. Man tror att dopaminneuronöverlevnad och beteendeavvikelser beror på överuttrycket av LINGO-1 hos Parkinsonspatienter.

Traumatisk hjärnskada

Traumatisk hjärnskada innebär nekrotisk och apoptotisk död av hjärnceller i känsliga och känsliga områden som hjärnbarken och hippocampus, där man vet att det finns ett uttryck av Lingo-1 i både utvecklingsstadiet och i vuxenlivet. RhoA- signalering är till stor del ansvarig för det neuronala svaret på neuronala hämmande proteiner och regenereringen (eller avsaknaden av i händelse av dess aktivering) av skadade axoner. Receptor Lingo-1 stimulerar RhoA, som aktiverar ROCK (RhoA kinas) som i sin tur stimulerar LIM kinas , som sedan stimulerar cofilin , som effektivt omorganiserar cellens aktincytoskelett . När det gäller neuroner resulterar aktivering av denna väg i tillväxtkon kollaps, hämmar därför tillväxten och reparationen av neurala banor och axoner. Inhibering av denna väg genom dess olika komponenter resulterar vanligtvis i en viss nivå av förbättrad återmyelinisering. Användningen av Lingo-1-Fc som en antagonist för Lingo-1 visar hämningen av RhoA-aktivering. Eftersom denna lösliga form av Lingo-1 kan blockera interaktionerna mellan Lingo-1 och NgR, är det rimligt att tro att blockaden av RhoA sker på nivån Lingo-1/NgR/p75 eller TROY-komplexet, vilket leder till slutsatsen att Lingo-1 spelar en mycket viktig roll i avsaknaden av re-myelinisering, reparation av neurala och axonskador, etc.

Schizofreni

Schizofreni är en kronisk, svår och handikappande hjärnsjukdom .

Som sagt tidigare är leucinrikt repeterande och immunglobulindomäninnehållande protein (Lingo-1) en väsentlig negativ regulator av myelinisering och neuritförlängning. Både myelinisering och neuritutväxt sker under hjärnmognad, och det är under denna sena period av hjärnans utveckling (ungdom och tidig vuxen ålder) som schizofreni först uttrycks. Faktum är att myeliniseringen toppar under sena tonåren, vilket sammanfaller med uppkomsten av schizofreni. Följaktligen kan en överdriven verkan av Lingo-1 genom demyelinisering och blockering av neuritförlängning vara en av de möjliga orsakerna till denna störning.

Hjärnregionerna som är mycket störda i patofysiologin för denna sjukdom är hippocampus och dorsolateral prefrontal cortex . Därför har kliniska studier utvecklats för att studera dessa hjärnregioner hos personer som lider av schizofreni. För att undersöka hypotesen att myelinfraktionen är lägre hos schizofrenipatienter än hos friska försökspersoner, en teknik som kallas magnetisk resonansspektroskopi (MRS), som möjliggör analys av myelin, används. Dessa studier rapporterade att det faktiskt fanns en dysfunktionell profil av myelinisering i dessa två delar av hjärnan hos schizofrenipatienter.

Post-mortem- studier genomfördes sedan för att jämföra nivåerna av proteinet Lingo-1 i dessa två hjärnregioner (hippocampus och dorsolateral prefrontal cortex) mellan schizofreni och friska försökspersoner. Effektivt visades det att nivåerna av Lingo-1 var signifikant högre vid schizofreni än i kontrollgrupper.

Med hänsyn till detta finns det ett tydligt samband mellan schizofreni och demyelinisering, därför är denna sjukdom kopplad till Lingo-1-protein. Mycket möjligt skulle en effektiv behandling av denna sjukdom vara användningen av Lingo-1-antagonister, såsom Anti-Lingo-1, vilket skulle kompensera bristen på myelin och förhoppningsvis undvika sjukdomen. Således är denna behandling fortfarande på väg för utveckling och forskning.

Multipel skleros

Multipel skleros är en av de vanligaste neurologiska störningarna hos unga vuxna och den består i att myelin i det centrala nervsystemet (CNS ) förstörs och skadas på grund av ihållande inflammation i hjärnan och ryggmärgen. Denna demyelinisering har visat sig orsaka mitokondriell dysfunktion i axoner, vilket leder till deras degeneration. Dessa skador stör CNS:s förmåga och förmåga att kommunicera och orsakar därför ett brett spektrum av symtom inklusive fysiska, mentala och till och med psykiatriska. Det bästa sättet att återmyelinisera är att uppmuntra differentieringen av endogena vuxna prekursorceller till mogna oligodendrocyter i de skadade regionerna. Dessa prekursorceller kallas oligodendrocytprekursorceller (OPC). Det är känt att i tidiga stadier av MS kan återmyelinisering uppnås framgångsrikt och effektivt, medan det inte kan ske i sena och progressiva stadier. När det gäller Lingo-1 vet vi att dess signalväg är en negativ regulator av OPCs differentiering, såväl som Notchs och Wnts.

Lingo-1-antagonister kan främja återmyelinisering i CNS genom att stimulera OPC-differentiering som tidigare blockerades av detta protein. Detta har setts i flera experiment som resulterade i signifikanta ökningar av differentiering av oligodendrocyter genom att rikta Lingo-1 med dess antagonister, såsom antikroppen Anti-LINGO-1 ( BIIB033 ).

Glaukom

Glaukom är en grupp ögonsjukdomar som kännetecknas av egenskaper inklusive morfologiska förändringar i synnervens huvud och därför i patienternas synfält. Det finns två huvudtyper; glaukom med öppen vinkel och stängd vinkel. Förlusten av RGC ( retinala ganglionceller ) och deras axoner resulterar i synfältsförlust. Ökande bevis stöder också förekomsten av uppdelad degenerering i synapser. Det har visat sig att de första symtomen på denna sjukdom vanligtvis är okulär hypertoni . Förhöjd IOP (intraokulärt tryck) har identifierats som etiologin till glaukom som orsakar neural RCG-degeneration i näthinnan.

LINGO1 visade sig uttryckas i den normala näthinnan och var uppreglerad i RCG efter induktion av okulär hypertoni i en råttmodell för kronisk glaukom. Därför fungerar LINGO1 som en negativ regulator av neuronal överlevnad, axonal regenerering och oligodendrocytdifferentiering. LINGO1 binder till TrkA och hämmar myelinisering av oligodendrocyter in vitro. Vidare binder det till BDNF- receptorn och TrkB , vilket hämmar aktiveringen av TkrB genom bindning av BNDF efter induktion av okulär hypertoni.

Neuroskydd av RCG

Även om BDNF är en viktig överlevnadsfaktor för RGC både under utvecklingen och vuxenlivet, kan BDNF endast öka överlevnadsgraden för RCGs något, och "räddar" inte signifikant skadade RCG i hypertensiva ögon efter episkleral venkauterisering. Den negativa regulatoriska funktionen hos LINGO1 kan vara involverad i den begränsade neuroprotektiva effekten av BDNF och den kan vändas efter att LINGO1-funktionen blockerats.

LINGO 1 reglerar TrkB-aktivering negativt genom signalvägen för BDNF/TrKB, och anti-LINGO-1 utövar neuroprotektiva effekter via aktivering av BDNF/TrkB.

Bättre än enbart BDNF och BII003 (LINGO1-antagonist) ger den kombinerade behandlingen av båda långvarigt RCG-neuroskydd efter induktion av okulär hypertoni. Sammanfattningsvis kan BII033 tillhandahålla en attraktiv terapeutisk strategi för att främja neuroskydd vid glaukom.

Antagonister

Blockering av aktiviteten hos lingo-1 har flera potentiella tillämpningar vid behandling av neurodegenerativa sjukdomar .

(En myelinskida är en lipidskyddande beläggning som täcker och skyddar nervceller (axoner). Dessa höljen möjliggör snabb och exakt överföring av nervsignaler. Multipel skleros förstör dessa myelinskidor, vilket leder till en försämring av överföringen av nervsignaler. myelinbeläggningen tas bort, det leder till apoptos av neuronen; axoner dör gradvis, vilket orsakar muskelspasmer och förlamningar som är karakteristiska för sjukdomen.)

Anti-lingo-1 (BIIB033)

Anti-lingo-1 ( BIIB033 ) är en monoklonal antikropp som är specifik för lingo-1-proteinet och är utformad för att främja remyelinisering (bildning av nytt myelin på axoner ) och neuroskydd . Proteinet lingo-1 hämmar verkan av myelinbildande celler, oligodendrocyter , som omger axonerna. Dess antagonist, antikroppen anti-lingo-1, skulle blockera detta protein och till och med kunna reparera myelin.

Ett antal kliniska prövningar av anti-lingo-1-antikroppsläkemedlet (BIIB033) har antingen slutförts eller pågår. Akut optisk neurit (AON) är en sjukdom som involverar skador i nervfibrerna och förlust av myelin i synnerven (det involverar normalt ett öga och det kännetecknas av inflammation ). En klinisk studie som studerar effekterna på BIIB033 på akut optikusneurit. Under hela studien mättes synnervens ledningslatens (tiden för en signal att färdas från näthinnan till hjärnans visuella cortex) . Som ungefär hälften av patienterna med optisk neurit kommer senare att utveckla multipel skleros, BIIB033 antikroppsbehandling övervägs också för den förstnämnda sjukdomen . Man tror att Anti-Lingo-1 skulle producera det nödvändiga myelinet för att undvika neurodegeneration .

Vidare läsning

externa länkar

  • Översikt över all strukturell information som finns tillgänglig i PDB för UniProt : Q96FE5 (leucinrik upprepning och immunglobulinliknande domäninnehållande nogoreceptorinteragerande protein 1) vid PDBe-KB .