Amiloid-beta prekursor protein (APP) integralni je membranski protein koncentriran u sinapsama proteina. Njegova molekulska masa iznosi 86,9 kDa, a sastoji se od 770 aminokiselina. Uz spomenutu proteinsku izoformu, postoje još dvije izoforme APP-a koje se sastoje od 695 i 751 aminokiseline te nastaju alternativnim splicingom. Visoko je konzerviran što znači da se nije mijenjao kroz evoluciju te se nalazi u više različitih vrsta. Gen za APP se u ljudima nalazi na kromosomu 21. APP se nalazi u neuronima te je smješten u staničnoj membrani kao transmembranski protein. Prisutan je u sinapsama, dendritima i aksonima neurona. Također se može pronaći i u drugim tkivima poput mišića, bubrega i krvnih žila, ali je njegova koncentracija najveća u središnjem živčanom sustavu.
Struktura mini|Struktura proteina 3D struktura APP-a još uvijek nije u potpunosti poznata, već se pretpostavlja na temelju njegovih proteinskih domena čije strukture su otkrivene pomoću rendgenske kristalografije i NMR tehnike. Njegov izvanstanični dio sastoji se od E1 regije koju čine N-terminalna growth-factor like domena i bakar-vezujuća domena te E2 odnosno centralne APP domene. Growth-factor like domena sudjeluje u signalizaciji, adheziji stanica i razvoju neurona, a sadrži HSPG-vezujuću regiju. Uloga bakar-vezujuće domene jest u homeostazi bakra i redoks reakcijama koje se odvijaju u mozgu. Centralna APP domena (E2) sadrži RERMS motiv koji može poticati rast neurita te HSPG vezno mjesto zbog čega također sudjeluje u signalizaciji. Ona može tvoriti i dimere čime može mijenjati poziciju veznih mjesta, iako još nije poznato nalazi li se u APP-u u monomernom ili dimernom obliku. Citoplazmatska domena je za razliku od izvanstanične vrlo kratka te nema stabilnu i definiranu strukturu. Zbog toga može vezati različite proteine nakon čega joj se struktura stabilizira.
Sinteza U jezgri se gen prepisuje u mRNA koja zatim izlazi iz jezgre u citoplazmu. Na ribosomima hrapavog endoplazmatskog retikuluma mRNA se prevodi u APP protein, koji ulazi u lumen endoplazmatskog retikuluma. Tamo započinje njegova obrada. Zatim se transportira u Golgijev aparat gdje se dodatno obrađuje i sortira. Pakira se u transportne vezikule koje ga prenose do plazmatske membrane neurona, gdje se ugrađuje kao transmembranski protein.
Funkcija APP (amyloid precursor protein) je transmembranski protein koji ima važnu ulogu u normalnom funkcioniranju neurona. On sudjeluje u rastu, diferencijaciji i preživljenju živčanih stanica, stvaranju sinapsi te međusobnoj komunikaciji. Također djeluje kao molekula za staničnu adheziju. Stabilizira kontakte među neuronima i komunicira s ekstracelularnim matriksom što pomaže usmjeravanju rasta aksona. Može imati neuroprotektivnu funkciju kroz regulaciju homeostaze iona metala, bakra i cinka, čime se smanjuje oksidativni stres. Njegov topljivi fragment sAPPα potiče rast i preživljavanje stanica te podržava plastičnost mozga. Konačno, APP sudjeluje i u unutarstaničnom signaliziranju; njegov unutarstanični fragment putuje do jezgre gdje djeluje kao regulator ekspresije gena i kontrolira unutarstanične razine kalcija.
Obrada APP-a Obrada APP-a odvija se putem dvaju glavnih metaboličkih puteva, pri čemu način cijepanja proteina određuje hoće li nastati neuroprotektivni ili potencijalno neurotoksični produkti. APP može biti obrađen putem dvaju glavnih puteva: neamiloidogenog i amiloidogenog puta. Obradu APP-a provode enzimi α-, β- i γ-sekretaze. U neamiloidogenom putu α-sekretaza cijepa APP unutar područja iz kojeg bi nastao amyloid-beta peptid, čime se sprječava njegovo stvaranje. Tim procesom nastaje topljivi fragment sAPPα koji se smatra neuroprotektivnim.
U amiloidogenom putu APP prvo cijepa β-sekretaza, poznata i kao BACE1, pri čemu nastaje fragment sAPPβ i membranski fragment C99. Nakon toga γ-sekretaza dodatno cijepa C99 unutar membrane te nastaju amyloid-beta peptidi, među kojima su najpoznatiji Aβ40 i Aβ42. Posebno je važan Aβ42 jer ima povećanu sposobnost agregacije i stvaranja amiloidnih plakova u mozgu, što predstavlja jedno od glavnih obilježja Alzheimerove bolesti.
APP također ostvaruje interakcije s različitim proteinima, uključujući preseniline, nikastrin, APH-1 i PEN-2, koji sudjeluju u stvaranju γ-sekretaznog kompleksa i regulaciji obrade APP-a. Istraživanje APP-a i amyloid-beta peptida provodi se različitim eksperimentalnim metodama. Western blot koristi se za analizu proteinskih fragmenata i ekspresije APP-a, ELISA metoda za kvantifikaciju amyloid-beta peptida, dok se mikroskopske metode koriste za promatranje nakupljanja amiloidnih plakova i promjena u neuronskom tkivu.
Uloga APP-a u Alzheimerovoj bolesti Od APP-a nastaje amiloid-beta (Aß) koji, ako nastaje u prevelikim količinama, može izazvati različite bolesti i poremećaje. Jedan od primjera je Alzheimerova bolest. Alzheimerova bolest najčešći je uzrok demencije te najčešći neurodegenerativni poremećaj kod starijih osoba, a karakterizirana je senilnim plakovima građenim upravo od Aß. Aß može tvoriti monomere, oligomere i fibrile. Fibrili su netopljivi te se talože u senilne plakove i uzrokuju staničnu smrt i gubitak pamćenja. Ako su u pitanju Aß oligomeri, oni su topljivi i mogu se vezati za brojne molekule u izvanstaničnom prostoru, uključujući receptore na površini stanice, metale i stanične membrane. Oni uzrokuju mitohondrijsku disfunkciju i oksidativni stres što rezultira masivnim ulaskom kalcija i toksičnošću za neurone. Također, Aß oligomeri potiču proizvodnju proupalnih citokina (navjiše TNF-, TNF-) te tako potiče upalu.
Povezanost APP-a s Downovim sindromom Downov sindrom javlja se kod osoba koje imaju treću kopiju kromosoma 21. Upravo na ovom kromosomu nalazi se gen za APP. Ako je gen previše izražen, dolazi do nastajanja prevelike količine APP-a što dovodi do nakupljanja Aß u plakovima te njegovog vezanja za stanične receptore. Do 40. godine i nadalje, osobe s Downovim sindromom često imaju karakterističnu neuropatologiju. Neuropatološke promjene u Downovom sindromu vrlo su slične onima koje se nalaze kod Alzheimerove bolesti. U općoj populaciji najtipičniji početak demencije u DS-u javlja se oko 50. – 55. godine života.
Izvori
Kategorija:Bjelančevine