Alfa-sinuklein jest protein koji je kod ljudi kodiran genom SNCA sa hromosoma 21. Alfa-sinuklein je neuronski protein koji reguliše sinapsni vezikulski promet i naknadno oslobađanje neurotransmitera.
Ima ga u izobilju u mozgu, dok se manje količine nalaze u srcu, mišićima i drugim tkivima. U mozgu, alfa-sinuklein nalazi se uglavnom u aksonskim terminalima presinapsnih neurona. Unutar ovih terminala, alfa-sinuklein stupa u interakciju sa fosfolipididima. and proteins. Presinapsnii terminali oslobađaju hemijske glasnike, zvane neurotransmiteri, iz odjeljaka poznatih kao sinapsne vezikule. Oslobađanje neurotransmitera prenosi signale između neurona i ključno je za normalnu funkciju mozga.
Ljudski alfa-sinuklein protein sastoji se od 140 aminokiselina. Fragment alfa-sinukleina, poznat kao ne-Abeta komponenta (NAC) amiloida Alzhemerove bolesti, prvobitno pronađen u frakciji obogaćenoj amiloidom, pokazao se kao fragment njegovog prekursorskog proteina, NACP. Kasnije je utvrđeno da je NACP ljudski homolog sinukleina u rodu Torpedo. Stoga se NACP sada naziva ljudski alfa-sinuklein.
Tkivna ekspresija
Alfa-sinuklein je sinukleinski protein nepoznate funkcije koji se prvenstveno nalazi u nervnom tkivu, čineći čak jedan posto svih proteina u citosolu moždanih ćelija. To je pretežno neuronski protein eksprimiran u neokorteksu, hipokampusu, substantia nigra, talamusu i cerebellumu, ali se može naći i u neneuronskim ćrlijama glije. Kod melanocita ekspresija SNCA proteina može biti regulirana transkripcijskim faktorom povezanim s mikroftalmijom (MITF).
Utvrđeno je da je alfa-sinuklein u velikoj mjeri lokaliziran u jedru moždanih ]neurona sisara, što ukazuje na ulogu alfa-sinukleina u jedru. Međutim, sinuklein se uglavnom nalazi na presinapsnim krajevima, u slobodnom ili membranom vezanom obliku, pri čemu je otprilike 15% sinukleina vezano za membranu u bilo kojem periodu u neuronima.
Takođe je pokazano da je alfa-sinuklein lokalizovan u neuronskim mitohondrijama. Alfa-sinuklein je visoko eksprimiran u mitohondrijama olfaktornih režnjeva, hipokampusu, strijatumu i talamusu, gdje je citosolni alfa-sinuklein također bogat. Međutim, moždana kora i mali mozak su dva izuzetka, koji sadrže bogat citosolni alfa-sinuklein, ali vrlo niske nivoe mitohondrijskog alfa-sinukleina. Pokazalo se da se alfa-sinuklein nalazi u unutrašnjoj membrani mitohondrija, te da je inhibitorni efekat alfa-sinukleina na kompleks I, aktivnosti mitohondrijskog respiratornog lanca ovbisne od doze. Stoga se sugerira da je alfa-sinuklein u mitohondrijama različito eksprimiran u različitim regijama mozga, a pozadinski nivoi mitohondrijskog alfa-sinukleina mogu biti potencijalni faktor koji utiče na funkciju mitohondrija i predisponira neke neurone na degeneraciju.
Najmanje tri izoforme sinukleina proizvode se alternativnom preradom. Najveći oblik proteina, i onaj koji se najviše istražuje, je protein pune dužine od 140 aminokiselina. Druge izoforme su alfa-sinuklein-126, kojem nedostaju ostaci 41-54 zbog gubitka egzona 3 i alfa-sinuklein-112, kojem nedostaju ostataci 103 –130 zbog gubitka egzona 5.
Aminokiselinska sekvenca Dužina polipeptidnog lanca je 140 aminokiselina, a molekulska težina 14.460 Da.
1020304050 MDVFMKGLSKAKEGVVAAAEKTKQGVAEAAGKTKEGVLYVGSKTKEGVVH GVATVAEKTKEQVTNVGGAVVTGVTAVAQKTVEGAGSIAAATGFVKKDQL GKNEEGAPQEGILEDMPVDPDNEAYEMPSEEGYQDYEPEA
Struktura
Alfa-sinuklein u rastvoru smatra se unutrašnje poremećenim proteinom, tj. nedostaje mu jedna stabilna 3D struktura. Od 2014. godine, sve veći broj izvještaja sugerira, međutim, prisustvo parcijalnih struktura ili uglavnom strukturiranih oligomernih stanja u strukturi rastvora alfa-sinukleina čak i u odsustvu lipida. Ovaj trend je također podržan velikim brojem mjerenja pojedinačnih molekula (optičkom pincetom) na pojedinačnim kopijama monomernog alfa-sinukleina, kao i kovalentno pojačanih dimera ili tetramera alfa-sinukleina.
Alfa-sinuklein je specifično je naviše regulirana u diskretnoj populaciji presinapsnih terminala mozga tokom perioda sinapsnog preuređivanja vezanog za akviziciju. It has been shown that alpha-synuclein significantly interacts with tubulin, i da alfa-sinuklein može imati aktivnost kao potencijalni protein povezan sa mikrotubulama, kao što je tau. Dokazi sugeriraju da alfa-sinuklein funkcionira kao molekulski prattelj u formiranju kompleksa SNARE. Konkretno, istovremeno se vezuje za fosfolipide plazmamembrana preko svog N-terminalnog domena i za sinaptobrevin-2, preko svog C-terminalnog domena, sa povećanim značajem tokom sinapsne aktivnosti. Ustvari, sve je više dokaza da je alfa-sinuklein uključen u funkcionisanje neuronskog Golgijevog aparata i prometu vezikula.
Pokazalo se da alfa-sinuklein značajno interraguje sa tubulinom, i da alfa-sinuklein može imati aktivnost kao potencijalni protein povezan sa mikrotubulama, kao tau.
Navodno je alfa-sinuklein neophodan za normalan razvoj kognitivnih funkcija. Nokaut-miševi s ciljanom inaktivacijom ekspresije alfa-sinukleina pokazuju narušeno prostorno učenje i radno pamćenje.
Funkcija
Iako funkcija alfa-sinukleina nije dobro shvaćena, studije sugeriraju da on ima ulogu u ograničavanju mobilnosti sinapsnih vezikula, posljedično prigušujući recikliranje sinapsnih vezikula i oslobađanje neurotransmitera.
Alternativno mišljenje je da se alfa-sinuklein vezuje za VAMP2 (sinaptobrevin) i stabilizuje SNARE komplekse; iako nedavne studije pokazuju da je vezivanje alfa-sinukleina-VAMP2 ključno za alfa-sinuklein-posredovanu atenuaciju reciklaže sinapsnih vezikula, povezujući dva naizgled divergentna pogleda. Također može pomoći u reguliranju oslobađanja dopamina, tipa neurotransmitera koji je kritičan za kontrolu početka i zaustavljanja voljnih i nevoljnih pokreta.
Alfa-sinuklein modulira procese popravama DNK , uključujući popravku dvolančanih prekida (DSB). Markeri odgovora na oštećenje DNK kolokalizuju se s alfa-sinukleinom da formiraju diskretna žarišta u ljudskim ćelijama i mišjeg mozga. Smanjenje alfa-sinukleina u ljudskim ćelijama uzrokuje povećano uvođenje DNK DSB-a, nakon izlaganja bleomicinu i smanjenu sposobnost popravljanja ovih DSB-a. Osim toga, alfa-sinuklein nokaut-miševa pokazuje viši nivo DSB-a, a ovaj problem se može ublažiti transgenim ponovnim uvođenjem ljudskog alfa-sinukleina. Alfa-sinuklein promovira put popravke DSB-a koji se naziva nehomologno spajanje krajeva. Čini se da je funkcija popravke DNK alfa-sinukleina ugrožena u Lewijevom tijelu neurona koji nose inkluziju , a to može izazvati ćelijsku smrt.
Sekvenca
Alfa-sinukleinska primarna struktura dijeli se obično u tri različita domena: Ostaci 1–60: amfipatski N-terminalni region kojim dominiraju četiri ponavljanja sa 11 ostataka uključujući konsenzusnu sekvencu KTKEGV. Ova sekvenca ima strukturnu alfa-heliksa sklonost sličnu domenima koji vežu apolipoproteine. To je visoko konzervirani terminal koji je u interakciji sa kiselim lipidnim membranama, a sve otkrivene tačkaste mutacije SNCA gena nalaze se unutar ovog terminala. Ostaci 61–95: Centralna hidrofobna regija koja uključuje regiju neamiloid-β komponente (NAC), uključenu u agregaciju proteina. Ovaj domen je jedinstven za alfa-sinuklein u porodici sinukleina. Ostaci 96–140: visoko kisela i prolinom bogata regija koja nema izrazitu strukturnu sklonost. Ovaj domen ima važnu ulogu u funkciji, rastvorljivosti i interakciji alfa-sinukleina sa drugim proteinima.
Klinički značaj
thumb|Pozitivno α-sinukleinsko bojenje Lewyjevog tijela pacijenta koji je imao Parkinsonovu bolest. Klasično smatran nestrukturitani protein rastvorljivi, nemutirani α-sinuklein formira stabilno savijeni tetramer koji se opire agregaciji. Ovo zapažanje, iako je reprodukovano i prošireno u nekoliko laboratorija, još uvijek je predmet debate na terenu zbog oprečnih izvještaja. Ipak, alfa-sinuklein se agregira i formira nerastvorljiva vlakna u patološkim stanjima koja karakteriziraju Lewyjeva tijela, kao što su Parkinsonova bolest, demencija s Lewyjevim telima i atrofija višestrukih sistema. Ovi poremećaji su poznati kao sinukleinopatije. In vitro modeli sinukleinopatija otkrili su da agregacija alfa-sinukleina može dovesti do različitih ćelijskih poremećaja, uključujući oštećenje mikrotubula, sinapsne i mitohondrijske disfunkcije, oksidativni stres, kao i disregulaciju signalizacije kalcija, proteasomskog i lizosomskog puta. Alfa-sinuklein je strukturna komponenta fibrila Lewyjevog tijela. Povremeno, Lewyjeva tijela sadrže tau protein; međutim, alfa-sinuklein i tau čine dva karakteristična podskupa filamenata u istim inkluzivnim tijelima. Patologija alfa-sinukleina se također javlja u sporadičnim i porodičnim slučajevima s Alzheimerovom bolešću.
Mehanizam agregacije alfa-sinukleina je neizvjestan. Postoje dokazi o strukturiranom međuproduktu bogatom beta strukturom koji može biti prethodnik agregacije i, konačno, Lewyjevih tijela. Studija o jednj molekuli iz 2008. sugerira da alfa-sinuklein postoji kao mješavina nestrukturiranih, alfa-heliksa i beta-listova bogatih konformerama u ravnoteži. Mutacije ili uvjeti pufera za koje se zna da poboljšavaju agregaciju snažno povećavaju skupinu beta konformera, što sugerira da bi ovo mogla biti konformacija povezana s patogenom agregacijom. Jedna teorija je da se većina agregata alfa-sinukleina nalazi u presinapsi kao manje naslage što uzrokuje disfunkciju sinapsi. Među strategijama za liječenje sinukleinopatija su spojevi koji inhibiraju agregaciju alfa-sinukleina. Pokazalo se da mala molekula kuminaldehida inhibira fibrilaciju alfa-sinukleina. Za ove poremećaje, također je podrazumijevajući i Epstein-Barrov virus.
U rijetkim slučajevima porodičnih oblika Parkinsonove bolesti, postoji genska mutacija kodiranja alfa-sinukleina. Do sada je identifikovano pet tačkastih mutacija: A53T, A30P, E46K, H50Q i G51D; međutim, u genu SNCA, s parkinsonizmom povezano je ukupno 19 mutacija: A18T, A29S, A53E, A53V, E57A, V15A, T72M, L8I, V15D, M127I, P117S, M5T, G93A, A E83G.
Prijavljeno je da neke mutacije utiču na inicijaciju i korake amplifikacije procesa agregacije. Genomske duplikacije i umnožavanje gena izgledaju kao rijedak uzrok Parkinsonove bolesti u drugim lozama, iako je češći od tačkastih mutacija. Stoga određene mutacije alfa-sinukleina mogu uzrokovati stvaranje fibrila sličnih amiloidima koji doprinose Parkinsonovoj bolesti. Prekomjerna ekspresija alfa-sinukleina divljeg tipa ili A53T-mutantnog alfa-sinukleina kod primata dovodi do taloženja alfa-sinukleina u ventralnom dijelu srednjeg mozga, degeneracije dopaminskog sistema i narušenih motorinih performansi.
Određeni dijelovi proteina alfa-sinukleina mogu imati ulogu u tauopatijama.
Prion skioblik proteina alfa-sinukleina može biti uzročnik bolesti atrofija više sistema.
thumb|280px| Događaji u toksičnosti α-sinukleina. Opisani su samoreplicirajući amiloidni sklopovi alfa-sinukleina koji su nevidljivi za amiloidnu boju tioflavin-T i koji se mogu akutno širiti u neuronima i in vitro i in vivo.