Quantitative Proteomik zeigt signifikante Unterschiede zwischen Gehirnformationen von Mäusen 2

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12. Cholinerge Übertragung

Die Übertragung von Acetylcholin wird durch zwei Klassen von Rezeptoren vermittelt: die Nikotinrezeptoren, die Acetylcholin-gesteuerte Ionenkanäle für Natriumkationen sind, und die Muskarinrezeptoren, die metabotrope Rezeptoren sind, die an die Aktivität von trimeren G-Proteinen gekoppelt sind.

Unerwarteterweise konnten wir in unserer Studie keine Peptide nachweisen, die eindeutig Nikotinrezeptoren zugeordnet werden konnten. Andererseits bestimmten wir den Titer mehrerer Mitglieder von muskarinischen cholinergen Rezeptoren. 12.1. Muskarinrezeptoren——Charme

Im Hippocampus und Kortex, aber nicht im Kleinhirn, haben wir die Titer von Chrml, Chrm3 und Chrm4 gemessen (Abbildung 5A-C). In beiden Gehirnformationen war Chrml die am häufigsten vorkommende Muskarinrezeptoruntereinheit. Das Altern reduzierte die Konzentration von Chrml und Chrm3 im Hippocampus, während im Kortex die Konzentrationen von Chrm3 und Chrm4 verringert wurden (Abbildung 5A, B).

12.2.Acetylcholin-Metabolismus

Cholinacetyltransferase (Chat) ist ein Enzym, das an der Acetylcholinsynthese beteiligt ist. Wir fanden heraus, dass seine Expression im Hippocampus alter Tiere 2--fach erhöht war (Abbildung 5A). Im Gegensatz zu Chat wurde der Titer von Acetylcholinesterase (Ache), einem Enzym, das den Neurotransmitter abbaut, in dieser Gehirnstruktur nicht durch das Altern beeinflusst (Abbildung 5A).

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Im Kortex waren die Konzentrationen von Chat und Ache signifikant höher als im Hippocampus und Kleinhirn; Sie wurden jedoch nicht durch Alterung beeinflusst (Abbildung 5A-C).

Wir haben auch keine altersbedingten Veränderungen der Konzentrationen von Chat und Ache im Kleinhirn beobachtet, wo die Menge der Proteine ​​von allen analysierten Hirnregionen am geringsten war.

12.3. Vesikulärer Acetylcholin-Transporter – Slc18a3

Slc18a3 ist ein Protein, das für das Laden von Acetylcholin in synaptische Vesikel verantwortlich ist.cistanche lebensverlängerungUnsere Studie zeigt, dass die Konzentration von Slc18a3 im Cortex junger Mäuse am höchsten war (Ergänzungstabelle S1) und dass die Alterung den Slc18a3-Spiegel um etwa 80 Prozent reduzierte (Abbildung 5B). Im Hippocampus wurde die Proteinmenge nicht beeinflusst durch Alterung (Abbildung 5A) und im Kleinhirn wurde das Protein nur bei gealterten Tieren nachgewiesen (Ergänzungstabelle S1).

13. Monoaminrezeptoren, Signalübertragung und Stoffwechsel

13.1.Rezeptoren

Obwohl wir den Titer mehrerer Membranproteine ​​messen konnten, die an der Monoamin-Signalgebung beteiligt sind (z. B. an der Monoamin-Wiederaufnahme), haben wir nur wenige Mitglieder von Monoamin-Rezeptoren nachgewiesen. Wir haben keine Peptide gefunden, die spezifisch Dopaminrezeptoren zugeschrieben werden, und unter zahlreichen Gruppen von Serotoninrezeptoren konnten wir den Titer nur eines Serotoninrezeptors (Htrla) im Hippocampus alter Tiere eindeutig messen (Ergänzungstabelle S1).

Im Hippocampus haben wir den Titer von zwei Mitgliedern der alpha-adrenergen Rezeptoren gemessen: a2a(Adra2a) und a2c(Adra2c) (Abbildung 6A). Ihre Konzentration war bei alten Tieren geringer; die Änderungen waren jedoch statistisch nicht signifikant. Im Kortex war Adra2c sowohl bei jungen als auch bei alten Tieren vorhanden, aber AdraZa wurde nur bei jungen Tieren exprimiert (Abbildung 6B). Im Kleinhirn war der einzige nachgewiesene alpha-adrenerge Rezeptor bei jungen Tieren AdraZa (Abbildung 6C). In dieser Studie konnten wir keine Peptide eindeutig beta-adrenergen Rezeptorproteinen, Adrb, zuordnen.

Im Gegensatz zu beta-adrenergen Rezeptoren fanden wir eine signifikante Abnahme der Expression von Kinasen, die an der Desensibilisierung dieser Rezeptoren, Adrbkl, im Hippocampus und Kleinhirn beteiligt sind (Abbildung 6A-C).cistanche nzDies deutet darauf hin, dass beta-adrenerge Rezeptoren allgegenwärtig im Gehirn exprimiert werden können, aber aufgrund der in unserem Experiment verwendeten Methodik konnten die mit Adrb-Rezeptoren verwandten Peptide nicht den Proteinen zugeordnet werden.

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13.2.Wiederaufnahme von Monoamin

Die Konzentration des Serotonin-Transporters (Slc6a4), der für die Neurotransmitter-Wiederaufnahme verantwortlich ist, war in allen untersuchten Gehirnstrukturen vorhanden und wurde durch das Altern praktisch nicht beeinflusst (Abbildung 6A-C). Wir beobachteten einen statistisch signifikanten Anstieg von Slc6a4 im Hippocampus alter Mäuse; dieser Anstieg war jedoch sehr gering (Abbildung 6A). Im Gegensatz zum Hippocampus fanden wir im gealterten Kleinhirn einen etwa 3,5-mal höheren Titer von Slc6a4, aber der Anstieg war statistisch nicht signifikant (Abbildung 6C).

Wir bestimmten den Titer eines Dopamintransporters (Slc6a3) im Kortex (Abbildung 6B). Seine Konzentration wurde durch das Altern nicht beeinflusst.

14. Monoamin-Deaktivierung

14.1.Monoaminoxidase – Mao

Monoaminoxidase katalysiert die Desaminierung von Aminen und ist am Abbau von Monoaminen beteiligt, die von Neuronen und Gliazellen freigesetzt werden. Es gibt zwei Isoformen von Mao, Maoa und Maob, deren Expression Neuronen bzw. Gliazellen zugeschrieben wird [36].

Die Ergebnisse unserer Studie zeigen, dass beide Mao-Isoenzyme ubiquitär in allen Gehirnformationen exprimiert wurden (Abbildung 6A-C). Im Hippocampus wurde die Konzentration von Maoa durch das Altern verringert, während der Maob-Spiegel bei den gealterten Tieren signifikant erhöht war (Abbildung 6A).Cistanche PenisgrößeDerselbe Trend konnte für die Mao-Isoformen im Kortex beobachtet werden (Abbildung 6B).

Im Kleinhirn wurde der Maoa-Titer durch Alterung nicht beeinflusst, aber die Konzentration von Maob war bei alten Tieren mehr als viermal höher als bei jungen (Abbildung 6C). 14.2. Catechol-O-Methyltransferase – – Comt

Catechol-O-Methyltransferase katalysiert die O-Methylierung und damit die Inaktivierung von Monoaminen wie Adrenalin, Dopamin und Serotonin. In unserer Analyse fanden wir heraus, dass das Enzym in allen untersuchten Gehirnformationen relativ reichlich vorhanden war und dass sein Spiegel nicht durch das Altern beeinflusst wurde (Abbildung 6A-C).

15.Monoamin-Synthese

15.1. Tryptophan-Hydroxylase 2 – Tph2

Tryptophanhydroxylase ist das Enzym, das den ersten Schritt der Serotoninsynthese katalysiert. Unsere Studie zeigt, dass der Tph2-Spiegel in allen Gehirnstrukturen alter Tiere ähnlich war (Abbildung 6A-C). Im Hippocampus junger Tiere war der Tph2-Titer viel niedriger als in anderen Gehirnformationen, aber die Alterung führte zu einem signifikanter, mehr als 8--facher Anstieg des Titers des Enzyms in dieser Struktur (Abbildung 6A). Im Kortex und Kleinhirn hatte die Alterung keinen Einfluss auf die Expression des Enzyms (Abbildung 6B,C).

15.2. Tyrosinhydroxylase – Th

Th ist am ersten Schritt der Synthese von Monoaminen (wie Dopamin, Adrenalin und Nora-Drenalin) aus Tyrosin beteiligt. Der Titer von Th war im Kortex am höchsten (Abbildung 6C), und das Vorhandensein des Enzyms wurde im Hippocampus nicht nachgewiesen (Abbildung 6A).Cistanche-PulverDas Altern hatte keinen Einfluss auf die Expression von Th in beiden Gehirnformationen (Abbildung 6B,C).

15.3. Aromatische-L-Aminosäure-Decarboxylase – Ddc

Ddc (auch bekannt als DOPA-Decarboxylase und AADC und 5-Hydroxytryptophan-Decarboxylase) ist an der Neurotransmittersynthese beteiligt und katalysiert die Decarboxylierung verschiedener Substrate wie DOPA, Phenylalanin, Histidin und 5-Hydroxytryptamin. In unseren Studien fanden wir heraus, dass Ddc in den Hippocampi gealterter Tiere mehr als doppelt so hoch war (Abbildung 6A), während in der Rinde und im Kleinhirn die Proteinmenge durch Alterung nicht signifikant verändert wurde (Abbildung 6B,C).

16. Signaltransduktion

Die Stimulation mehrerer metabotroper Rezeptoren ist mit einer Veränderung der Aktivität von Adenylatcyclase und/oder Phospholipasen und Veränderungen der Konzentration von sekundären Botenstoffen wie cAMP und Inosittriphosphaten verbunden. 16.1. Adenylylcyclase – – Adcy

Adcy ist das Enzym, das die Bildung von cAMP aus ATP katalysiert, und seine Aktivität wird nach Stimulation von metabotropen cholinergen und catecholaminergen Rezeptoren reguliert. Unsere Studie zeigt, dass im Hippocampus Adcy2 und Adcy9 die am häufigsten vorkommenden Isoformen der Cyclase waren (Abbildung 6A). Wir fanden heraus, dass die Konzentration der Hauptform des Enzyms im Hippocampus, Adcy9, bei alten Mäusen signifikant erhöht war, während die Titer von Adcy1, Adcy3, Adcy6 und Adcy8 bei alten Tieren abnahmen (Abbildung 6A). die Häufigkeit der Hauptformen von Adcy, Adcy5 und Adcy9 im Kortex, aber es reduzierte den Titer von Adcy1, Adcy2, Adcy3 und Adcy6 ( 6B ). Wir beobachteten auch eine Reduktion der Hauptisoform von Adcy im Kleinhirn, Adcy (Abbildung 6C).

16.2. Phospholipase C – Plc

Phospholipase C (Ple), ein Enzym, das Phospholipide hydrolysiert, ist an der intrazellulären Signalübertragung nach Stimulation des muskarinischen cholinergen Rezeptors (Chrm) und des alpha-adrenergen Rezeptors (Adra1) beteiligt[37].

In unserer Studie fanden wir mehrere Mitglieder der Ple-Klasse in allen untersuchten Gehirnstrukturen (Abbildung 6A-C). Die am häufigsten vorkommenden Plc-Isoformen im Hippocampus waren Plcgl und Plch2, deren Titer nicht durch Alterung beeinflusst wurde ( 6A ). Im Gegensatz zum Hippocampus wurden fast alle Ple-Isoformen, mit Ausnahme von Plcd3, im Kortex alter Mäuse herunterreguliert (Abbildung 6B). Im Kleinhirn war Plcb4 die vorherrschende Isoform von Plc, aber sein Titer wurde durch das Altern nicht beeinflusst (Abbildung 3C ). Das einzige Ple, dessen Konzentration im Kleinhirn alter Mäuse unterschiedlich war, war Plch2 (Fig. 6C).

17.Cytomatrix Aktive Zone——CAZ

Die CAZ ist eine präsynaptische Region, die an der Freisetzung von Neurotransmittern beteiligt ist [38]. Proteine ​​innerhalb dieser Region vermitteln direkt und indirekt die Fusion der synaptischen Vesikel mit der präsynaptischen Membran. Innerhalb dieser Gruppe von Proteinen können mehrere funktionelle Klassen unterschieden werden: SNAREs (lösliche N-Ethylmaleimid-sensitive Faktor-Attachment-Protein-Rezeptoren), die in v-SNAREs (Vesikel-assoziierte SNAREs) und t-SNAREs (Target Membrane) unterteilt werden können -assoziierte SNAREs) und Proteine, die am kalziumvermittelten Andocken von synaptischen Vesikeln beteiligt sind [39].

In unserer Analyse beobachteten wir nicht zahlreiche signifikante altersbedingte Veränderungen in der Konzentration von CAZ-Proteinen im Hippocampus und Kleinhirn (Abbildung 7A,C). Die einzigen altersbeeinflussten Proteine ​​im Hippocampus waren Snap25 und Vap, deren Titer niedriger waren alte Mäuse (Abbildung 7A).Cistanche-Salsa-ExtraktAndererseits wurde die Konzentration mehrerer CAZ-Proteine ​​durch Alterung im Kortex signifikant modifiziert, normalerweise erhöht (Abbildung 7B). Die auffälligsten Veränderungen betrafen v- und t-SNARE-Proteine ​​wie Syntaxine (Stx), Synaptotagmin (Syt), Synaptobrevine (Vamp), Synaptogyrine (Syngr) und Synaptophysine (Syp) (Abbildung 7B). eine Erhöhung der Konzentrationen von Proteinen, die an der kalziumabhängigen Maschinerie des Andockens und Verankerns synaptischer Vesikel beteiligt sind, wie z

18. Postsynaptische Dichte – PSD

Die postsynaptische Dichte ist die proteinreiche Region, die an der postsynaptischen Membran befestigt ist, wo sich Proteine ​​befinden, die an der Signalaufnahme und -übertragung sowie an der Modulation der synaptischen Plastizität beteiligt sind [40]. In unserer Studie fanden wir mehrere Mitglieder von PSD-Proteinen in allen untersuchten Gehirnstrukturen (Ergänzungstabelle S1), und Änderungen in den Titern einiger von ihnen (Rezeptoren, Proteine, die an der Synthese sekundärer Botenstoffe beteiligt sind usw.) sind in beschrieben vorherigen Abschnitte des Papiers. Die Konzentration von PSD-Proteinen im Kleinhirn wurde durch das Altern nicht signifikant verändert. Psd und Shank3 waren die einzigen Ausnahmen: Ihr Titer war bei alten Tieren verringert bzw. erhöht (Abbildung 7C). B). Unter ihnen waren solche Proteine, die für die synaptische Plastizität wichtig sind, wie Dlg4/Psd95, Syngap1, Shankl und Shank2 im Cortex (Abbildung 7B) und Psd, Dlg, Dlgap und Shank im Hippocampus (Abbildung 7A). Eine detaillierte Liste dieser Veränderungen ist in der Ergänzungstabelle S1 angegeben.

19. Transsynaptische Zelladhäsionsmoleküle – CAMs

Transsynaptische Zelladhäsionsmoleküle regulieren die synaptische Plastizität über die Organisation der synaptischen Verbindung, kontrollieren die Synapsenmorphologie und regulieren Rezeptorfunktionen[41]

Wir haben die Titer von fast 140 Proteinen, die mit den transsynaptischen Zelladhäsionsmolekülen annotiert sind, quantitativ gemessen (Ergänzungstabelle S1). Insgesamt wurde das Niveau der meisten CAMs durch Alterung im Hippocampus und Kortex beeinflusst (Abbildung 8A,B), aber im Kleinhirn wurden relativ kleine Veränderungen beobachtet (Abbildung 8C). Wir beobachteten eine signifikante Abnahme der Konzentration mehrerer Zelladhäsionsmoleküle wie Cadherine (Cdh), Catenine (Ctnn), Ephrine (Eph), Rezeptortyp-Tyrosin-Protein-Phosphatase (Ptpr), Neurexine (Nrxn) und das Lin7-Protein, sowohl im Hippocampus als auch im Kortex alter Tiere (Abbildung 8A,B). Der vollständige Satz von Proteinen, die in Abbildung 8 dargestellt sind, ist in Tabelle 1 beschrieben, und der Titer verschiedener Isoformen von Cdh, Ctnn, Eph und Nrxn ist in dargestellt Ergänzungstabelle S1.

Die signifikantesten Veränderungen im Kleinhirn waren mit der Expression von Lgi verbunden, dessen Konzentration bei alten Mäusen mehr als doppelt so hoch war (Abbildung 8C). Lgis sind sekretierte Proteine, die die Rezeptorverteilung und zelluläre Interaktionen im Nervensystem regulieren [73]. Obwohl im Cerebellum der Titer der meisten Zelladhäsionsproteine ​​durch das Altern unbeeinflusst blieb, war der Titer einiger von ihnen wie Ephrinen (Eph), Liprin-alpha (Ppfia) und Neurexinen (Nrxn) verringert (Abbildung 8C). Wir fanden auch eine signifikante Erhöhung des Lgi-Proteins im Hippocampus und Cortex (Abbildung 8A-C). Die Rollen der einzelnen CAMs sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

20. Extrazelluläre Matrix (ECM) Perineuronales Netz (Proteine

PNNs sind extrazelluläre Matrixstrukturen, die die Oberfläche des neuronalen Zellkörpers und Vorsprünge im zentralen Nervensystem bedecken und Synapsen im erwachsenen Gehirn stabilisieren. PNNs bestehen hauptsächlich aus Chondroitinsulfat-Proteoglykanen [74].

Wir fanden mehr als 70 Mitglieder der PNNs in jungen und alten murinen Gehirnstrukturen (Ergänzungstabelle S1). Im Allgemeinen beobachteten wir erhöhte Werte von PNN-Proteinen in gealterten Gehirnen, und diese Anstiege wurden hauptsächlich einem enormen Anstieg von Hapln (Hyaluronan and Proteoglycan Link Protein), dem Hauptbestandteil von PNNs, zugeschrieben (Abbildung 9A-C). Außer in Japan war der Kollagentiter (Col) im Hippocampus und Kleinhirn erhöht, und Laminine (Lam) waren in allen untersuchten Hirnstrukturen erhöht (Abbildung 9A-C). Unerwarteterweise fanden wir heraus, dass einige der PNN-Proteine ​​in älteren Mäusen herunterreguliert waren, z. B. die Konzentrationen von Talin -2 (TIn2) und Semaphorinen (Sema) im Hippocampus und Cortex (Abbildung 9A,B).

Bei der Analyse des ECM-Proteins fanden wir eine interessante Abhängigkeit: Die Titer der meisten großen Proteoglykane (wie Agrn, Ncan, Vcan und Bcan) waren im Hippocampus und Kleinhirn alter Tiere signifikant erhöht, aber nicht im Cortex (Abbildung 9A- C). Der Kortex scheint auch die stabilste Gehirnformation im Zusammenhang mit der Expression von ECM-Remodeling-Enzymen zu sein. Wir fanden mehrere Mitglieder der ADAM-Proteasen in allen untersuchten Gehirnstrukturen. Nur die ADAM23-Konzentration wurde durch Alterung im Kortex erhöht (Abbildung 9B), ADAM10, ADAM11, ADAM22 und ADAM23 wurden im Hippocampus alter Mäuse erhöht, während die Titer von ADAM22 und ADAM23 im Kortex erhöht wurden (Abbildung 9A,C) .

Unter den Metalloproteinasen konnten wir nur die Konzentration von Mmp17 messen, die durch Alterung im Hippocampus und Kleinhirn leicht reduziert wurde (Abbildung 9A-C). Die Rollen der CAM-Proteingruppen sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

21. Diskussion

Alterungsbedingte Veränderungen in der Proteinzusammensetzung von Gehirnformationen sind noch weit davon entfernt, gut verstanden zu werden. Mehrere wertvolle Daten wurden durch Studien mit immuncytochemischen und immunhistochemischen Techniken geliefert. Sie zeigten eine vielfältige Expression mehrerer Proteine ​​in verschiedenen Gehirnstrukturen und sogar in verschiedenen Populationen von Neuronen [97-99]. Aufgrund der methodischen Einschränkungen waren solche Studien jedoch auf eine kleine Anzahl von Proteinen beschränkt und konnten nur halbquantitative Daten zur Proteinexpression liefern. Sie konnten auch nicht die tatsächliche Proteinkonzentration, angegeben in absoluten Werten (z. B. in mol/g Protein), in den untersuchten Proben liefern.

In diesem Artikel verwendeten wir eine auf Massenspektrometrie basierende Technik, die Methode des markierungsfreien Gesamtproteinansatzes, um Proteine, die an der Signalübertragung im Hippocampus, der Großhirnrinde und dem Kleinhirn von jungen und alten Mäusen beteiligt sind, quantitativ zu beschreiben. Alle Gehirnformationen sind heterogene Strukturen, die aus verschiedenen Zellen bestehen, unter denen Neuronen und Astrozyten am häufigsten vorkommen. Aus diesem Grund können die in diesem Artikel vorgestellten Ergebnisse nicht eindeutig Neuronen oder Gliazellen zugeordnet werden. In mehreren Fällen ist jedoch bekannt, dass die Expression der analysierten Proteine ​​fast ausschließlich mit einem Zelltyp zusammenhängt, z. B. GABA-synthetisierende Enzyme im Hippocampus, die hauptsächlich mit Interneuronen assoziiert sind (zur Übersicht siehe [100]) .

Unsere Analyse zeigte, dass die molekulare Maschinerie, die an der exzitatorischen und inhibitorischen Übertragung (jeweils glutamaterg und GABAerg) im Hippocampus und Kortex beteiligt ist, durch das Altern signifikant verändert (reduziert) wurde. Die Expression von Glutamat- und GABA-Rezeptoren im Kleinhirn war wiederum praktisch unverändert; jedoch war der Titer von GADs (den an der GABA-Synthese beteiligten Enzymen) bei älteren Mäusen stark erhöht.

Die verringerte Konzentration von Proteinen, die an der glutamatergen und GABAergen Übertragung beteiligt sind, könnte auf eine verringerte neuronale Plastizität des Hippocampus und Kortex bei älteren Tieren hindeuten.

Der verringerte Titer von Camk4 könnte der nächste Marker für die geringere synaptische Plastizität alter Tiere sein, da Camk4 ein Protein ist, das für die Bildung des Langzeitgedächtnisses unverzichtbar ist [101]. Wir beobachteten nicht nur eine signifikante Verringerung von Cam4 in allen untersuchten Gehirnformationen, sondern auch einen sehr hohen Spiegel dieser Kinase im Kleinhirn, was im Einklang mit Studien steht, die die wesentliche Rolle von aktivem Camk4 für zerebelläre Langzeitdepressionen zeigen die Hauptform der synaptischen Plastizität in dieser Gehirnstruktur sein[102-104]. Wir fanden keine altersbedingten Unterschiede im Titer von Camk2, von dem bekannt ist, dass es direkt an der synaptischen Verstärkung beteiligt ist. Camk2 ist jedoch ein Protein, das auf sehr hohem Niveau exprimiert wird und an einer Vielzahl von zellulären Ereignissen beteiligt ist, und daher ist das Fehlen statistisch signifikanter Änderungen in den gesamten Strukturen nicht unerwartet.

Wir haben keine zahlreichen Änderungen in der Konzentration anderer Kinasen beobachtet, die an der synaptischen Übertragung und Plastizität beteiligt sind, wie PKA und Mark. Wir fanden jedoch heraus, dass die Konzentration von Prkac, einer katalytischen Untereinheit von PKA, durch Alterung im Hippocampus signifikant reduziert wird. Dies könnte auf eine geringere exzitatorische Übertragung und Plastizität gealterter Hippocampi hindeuten, da die PKA-abhängige Phosphorylierung der AMPA-Untereinheiten direkt den synaptischen Einbau von AMPA-Rezeptoren steuert [105].

Unerwarteterweise waren wir nicht in der Lage, die Titer der nikotinischen Acetylcholinrezeptoren (sowie der Dopamin- und Serotoninrezeptoren, mit Ausnahme von Htrla) zu messen. Da wir mehrere andere Membranproteine ​​identifiziert haben, ist das Fehlen dieser Rezeptoren in unserer Analyse kein Effekt der Probenvorbereitungsmethode, sondern resultiert aus dem tatsächlichen Fehlen einzigartiger Peptide, die diesen Rezeptoren eindeutig zugeordnet werden könnten.

Im Gegensatz zu Nikotinrezeptoren identifizierten wir muskarinische Acetylcholinrezeptoren (Chrm) im Hippocampus und Cortex und fanden heraus, dass ihr Titer bei alten Tieren signifikant reduziert war. Interessanterweise war die Konzentration des an der Acetylcholinsynthese beteiligten Enzyms Chat im Hippocampus und Kleinhirn signifikant erhöht, und das Kleinhirn war die einzige Gehirnstruktur, in der wir die Chrm-Konzentration nicht messen konnten.

Der ausgeprägteste Unterschied zwischen jungen und alten Tieren bezüglich der adrenergen Übertragung war der sehr starke Anstieg des Titers von Monoaminoxidase b, einem Enzym, das für die Deaktivierung von Aminen verantwortlich ist. Dies könnte darauf hindeuten, dass die adrenerge Übertragung und insgesamt die katecholaminerge Signalgebung bei alten Tieren reduziert sind. Allerdings fanden wir auch eine signifikante altersbedingte Reduktion der Adrbkl-Konzentration, einer Kinase, die an der Desensibilisierung adrenerger Rezeptoren beteiligt ist. Die Herunterregulierung von Adrbkl sollte zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit adrenerger Rezeptoren führen – eine Anpassung an reduzierte Mengen an Neurotransmittern, die durch eine stark erhöhte Aktivität von Moab verursacht wird.

Die Fähigkeit, Neurotransmitter freizusetzen, hängt auch von der Anwesenheit von Proteinen ab, die am Transport synaptischer Vesikel beteiligt sind. Unsere Studie zeigt, dass die Konzentration von Proteinen, die an der Freisetzung von Neurotransmittern beteiligt sind, wie v-SNAREs, t-SNAREs und Exozytose-assoziierte Proteine, während des Alterns im Hippocampus und Kleinhirn relativ konstant war. Im Gegensatz dazu war der Titer von Proteinen, die an der Freisetzung von Neurotransmittern beteiligt sind, in alten Cortices signifikant erhöht, was darauf hindeuten könnte, dass die Menge aktiver Synapsen in alten Cortices höher ist als in jungen Cortices Apparat im Kortex korrelierte nicht mit einer Erhöhung der postsynaptischen Proteine, die die Maschinerie des Signalempfangs und der Signalübertragung bilden. Wir beobachteten eine signifikante Verringerung des Titers dieser Proteine ​​sowohl im Cortex als auch im Hippocampus.

Da die synaptische Plastizität auch von der Expression von Proteinen abhängt, die die Synapsenmorphologie organisieren, überprüften wir die Konzentration der transsynaptischen Zelladhäsionsmoleküle und extrazellulären Matrixproteine, die perineuronale Netze bilden.

Wir fanden heraus, dass die Titer der meisten CAMs in gealterten Hippocampi und Rinden verringert waren, während im Kleinhirn die Konzentrationen dieser Proteine ​​relativ stabil waren. Obwohl die Expression mehrerer CAM-Mitglieder im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit untersucht wurde [106-108], liefert unsere Analyse das erste globale Bild altersabhängiger Veränderungen der CAM-Expression. Im Gegensatz zu fast allen anderen CAMs stellten wir eine deutliche Steigerung des Lgi-Proteiln-Niveaus fest. Es ist bekannt, dass Lgi-Proteine ​​an der Bildung und Reifung von Synapsen, aber auch am Myelinisierungsprozess beteiligt sind (für eine Übersicht siehe [42]). Entscheidende Lgi-Bindungspartner bei der Synapsenentwicklung sind ADAM-Proteine ​​wie ADAM11, ADAM22 und ADAM23 [42]. In unseren Studien haben wir signifikante Konzentrationserhöhungen all dieser ADAM-Isoformen im Hippocampus festgestellt. Dieser Befund deutet auf eine höhere Anzahl reifer, stabiler Synapsen in gealterten Hippocampi als in jungen Hippocampi hin.

Im Gegensatz dazu fanden wir heraus, dass die Mehrzahl der perineuronalen Nettoproteine ​​in den gealterten Gehirnformationen häufiger vorkamen. Am deutlichsten waren die Unterschiede bei den Proteinen Hapln, Acan und Bgn, deren Titer in allen Hirnstrukturen erhöht waren.

Darüber hinaus beobachteten wir auch eine signifikante Erhöhung der Proteoglykane im Hippocampus und Kleinhirn. Dies steht im offensichtlichen Gegensatz zu früheren immunhistochemischen Studien, die darauf hinwiesen, dass sich Chondroitinsulfat-Proteoglykane, die hauptsächlich das Hapln-Protein umfassen, im Mausgehirn mit dem Alter nicht verändern [109]. Dieser Widerspruch kann aus dem unterschiedlichen Alter der in dieser Studie verwendeten Jungtiere (1- Monate alt) und der vorherigen Studie (4 Monate alt) resultieren[109]. Eine solche Interpretation stimmt in etwa mit Beobachtungen überein, dass die Expression einiger Proteoglykane im Rattengehirn bis zum Alter von 5 Monaten stetig zunimmt, dann aber der Titer einiger Proteine ​​abnimmt (zur Übersicht siehe [110]).

Obwohl wir feststellten, dass einige Proteine ​​oder Proteingruppenkonzentrationen in allen untersuchten Gehirnformationen in ähnlicher Weise durch das Altern beeinflusst wurden, scheint eine gleichzeitige Alterung keine Regel zu sein. Wir beobachteten, dass das Kleinhirnproteom die geringste Anzahl von Veränderungen während des Alterns aufwies , während die hippocampalen und kortikalen Proteome instabil waren.

Zusammenfassend ist unsere Analyse die erste eingehende und umfassende quantitative proteomische Studie, die Veränderungen in der Konzentration von Proteinen beschreibt, die für die Signalübertragung und synaptische Plastizität im Hippocampus, Kortex und Kleinhirn von jungen und alten Mäusen entscheidend sind. Die hier vorgestellten Daten liefern ein allgemeines Bild der Wirkung des physiologischen Alterns auf die synaptische Plastizität und könnten potenzielle Wirkstoffziele für Anti-Aging-Therapien vorschlagen.

22. Schlussfolgerungen

Es ist bekannt, dass das Altern die Gehirnfunktionen verändert, und unsere Studien zeigen, dass diese Veränderungen mit einer veränderten Expression mehrerer Rezeptoren, Signaltransduktionsproteine ​​und Strukturproteine ​​zusammenhängen, die an der Synapsenbildung beteiligt sind. Altersbedingte Veränderungen des Proteoms wurden in allen untersuchten Hirnstrukturen beobachtet, zB im Hippocampus, in der Großhirnrinde und im Kleinhirn. Mit zunehmendem Alter ist das Kleinhirn die stabilste Gehirnstruktur, während Hippocampus und Kortex eine ähnliche Menge an unterschiedlich exprimierten Proteinen aufweisen, die an der Neurotransmission und Neuroplastizität beteiligt sind. Unsere Studie zeigt, dass es kein einheitliches universelles Muster altersbedingter Veränderungen in Proteomen gibt; stattdessen repräsentiert jede der analysierten Gehirnformationen ihren eigenen Veränderungsmodus.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus Cells 2021, 10, 2021. https://doi.org/10.3390/cells10082021 https://www.mdpi.com/journal/cells