Диссертация (Эффекты гиперэкспрессии гена белка предшественника амилоида в нервных клетках дрозофилы и поиск антиамилоидогенных соединений), страница 3

Это позволило сделать вывод о тормозящем влиянии Аβ наактивность синапсов и его роли в препятствовании токсичности, вызываемойгиперактивацией NMDA- и AMPA-рецепторов [Kamenetz et al., 2003].Также существует ряд свидетельств, демонстрирующих влияние Аβ наактивность или формирование калиевых ионных каналов.

Ранее было показановлияние активности калиевых каналов на выживаемость нейронов путемрегулирования их возбудимости. Кроме того, ионы калия играют существеннуюроль в активации апоптоза. Было показано, что инактивация калиевых каналовподавляется ингибированием образования эндогенного Аβ [Plant et al., 2005].Существует предположение, что рост уровня Аβ в клетке может происходитьв ответ на увеличение концентрации холестерина.

Согласно ряду работ,холестерин является дополнительным фактором риска для БА. Было показано, чтообразование Аβ приводило к существенному падению уровня холестерина втрансфицированных клетках путем ускорения его вывода [Umeda et al., 2010].Аβ также может модулировать активность ряда ферментов, напримерфермента киназы гликогенсинтазы-3(GSK-3), принимающегоучастие вфосфорилировании разнообразных протеинов. В случае БА активация этого17фермента приводит к гиперфосфорилированию тау-протеина, нарушая тем самымстабильность микротрубочек нейронов и приводя к образованию описанныхвыше нейрофибриллярных клубков [Hernández et al., 2010].АβобразуетсяпутемпротеолитическогорасщепленияAPPпоамилоидогенному пути.

В амилоидогенном расщеплении последовательноучаствуют две протеазы: β- и γ-секретаза. В результате расщепления образуютсяпептиды вариабельной длины: от 38 до 43 аминокислотных остатков [Zheng et al.,2006]. Важно понимать, что амилоидогенное расщепление APP являетсянормальным процессом и образование Аβ само по себе не ведет к развитию БА[Abramov et al., 2009]. В норме образовавшийся Аβ успешно удаляется изголовного мозга при помощи клеток микроглии, выполняющих роль фагоцитов[Lee, Landreth, 2010]. Нарушение же скорости образования Аβ и/или его клиренсаи является отправной точкой для развития связанных с ним патологий. Крометого, в процессинге APP принимает участие и третья протеаза, называемая αсекретазой, которая, конкурируя с β- и γ- протеазами за субтрат, расщепляет APPпо неамилоидогенному пути, предотвращая образование Аβ [Zheng et al., 2006].18Рис.

2. Процессинг APP.Наиболее токсичным является Аβ, состоящий из 42 аминокислотныхостатков. Согласно гипотезе амилоидного каскада повышенное образование Аβ42запускает процессы, приводящие, в конечном итоге, к развитию БА [Zheng et al.,2006].КромеАβвсоставбляшеквходятамилоидРсыворотки,глюкозоаминогликан, гиперансульфатпротеогликан, аполипопротеин Е (АРОЕ),α2-макроглобулин, α1-антихимотрипсин и др. [Alexandresku, 2005].Свой вклад в патогенез БА вносят и другие формы Аβ. Например, Аβ,состоящий их 40 аминокислотных остатков, откладываясь в сосудах головногомозга, нарушает тонус сосудов, тем самым ухудшая кровоснабжение мозга иускоряя развитие деменции [Kumar-Singh, 2008].191.2.2 Семейные и спорадические формы БАНа сегодняшний день выделяют пресенильную форму БА (с началом до 65лет) и сенильную форму (с началом после 65).

БА с ранним началомдиагностируется в 6-10% всех случаев. Несмотря на схожесть клиническойкартины,междудвумяформамисуществуютзначительныеразличия.Особенностью пресенильной формы заболевания является более быстрое иагрессивное развитие и наличие в большинстве случаев семейного анамнеза, чтоуказывает на генетическую обусловленность возникновения заболевания [Xionget al., 2005].В настоящее время выделены 3 гена, мутации в которых приводят квозникновению семейной формы БА: APP, PSEN-1 и PSEN-2 [Xiong et al., 2005].Пресенилины входят в состав γ-секретазного комплекса и таким образомответственны за протеолиз APP внутри мембраны [Lai et al., 2003]. Мутации вгенах, кодирующих пресенилины, способствуют ускоренному процессингу APP иобразованию наиболее токсичной формы Аβ [Scheuner et al., 1996].

Насегодняшний день выделено более 150 мутаций в гене PSEN-1 и 10 мутаций вгене PSEN-2, вызывающих семейную форму БА. В основном это миссенсмутации, приводящие к аминоксилотным заменам. Интересно, что трансгенныемышиснокаутомпогомологуPSEN-1демонстрировалисильныенейродегенеративные изменения мозга при полном отсутствии амилоидныхотложений.В гене APP был также выделен ряд мутаций, приводящих к ускоренномуобразованию Аβ и возникновению семейной формы заболевания [Scheuner et al.,1996]. Эти мутации в основном сосредоточены либо в сайтах связывания APP ссекретазами, что увеличивает скорость процессинга, либо непосредственно впоследовательности, кодирующей Аβ. Основные мутации гена APP представленыв табл.

1.20Таблица 1Основные мутации гена APPМутацияОписаниеРасположенаKM670/671NL Swedishсекретазы.околоПриводитксайтаβ-увеличениюобразования Аβ42 и Аβ40Расположена в последовательностиA673TАβ. Обладает протективными свойствами,приводит к падению уровня АβD678N TottoriРасположена в последовательностиАβ. Ускоряет образование фибрилл.Расположена около альтернативногоE682K Leuvenсайтарасщепленияβ-секретазы.Препятствует расщеплению APP по этомусайту. Ускоряет образование Аβ.Расположена в последовательностиАβ.

Ускоряет образование Аβ42 и Аβ40 вA692G Flemishрезультате ослабления процессинга APP αсекретазой и усиление процессинга βсекретазой.Расположена в последовательностиE693G ArcticАβ. Характеризуется снижением уровняАβ в плазме и ускоренным образованиемпротофибрилл.Расположена в последовательностиE693G DutchАβ.Ускоряетобразованиемфибрилл,модулирует процессинг APPРасположена в последовательностиD694N IowaАβ. Ускоряет рост фибрилл и усиливаеттоксичность Аβ21Расположенавтрансмембранномдомене APP рядом с сайтом рестрикции γT714I Austrianсекретазы, влияет на процессинг APP γсекретазой,многократноусиливаяобразовние Аβ42РасположенаV717I Londonвтрансмембранномдомене APP рядом с сайтом рестрикции γсекретазы, увеличивает количество Аβ42,подавляя образовние Аβ40Расположена в цитоплазматическомK724N Belgianконце APP, усиливает выработку Аβ42,подавляет образовние Аβ40Большинство случаев сенильных форм БА имеют спорадический характер имогут возникать вне зависимости от наличия мутаций в описанных выше генах.Необходимо отметить, что на данный момент причины, приводящие к развитиюспорадической формы БА, до сих пор неясны.

Существует предположение, чтоБА может провоцироваться наличием совокупного полиморфизма различныхгенов [Bali et al., 2012]. На сегодняшний день проводится множество работ поопределению генов, вовлеченных в патологию БА [Kan et al., 2005; DresesWerringloer et al., 2008; Carrasquillo et al., 2011; Thambisettyet al., 2013].Крометого,существуетрядфакторов,повышающихвероятностьманифестации заболевания. Среди них: атеросклеротические изменения сосудовмозга, избыточная масса тела, слабая подвижность, артериальная гипертензия,сахарный диабет, хроническая гипоксия, нарушения антиоксидантных системмозга [Kroner, 2009; Peers et al., 2007; Su et al., 2008, Bermejo-Pareja et al., 2010].На рис. 3 приведена схема, объединяющая основные патологическиепроцессы, ведущие к развитию БА.22Рис. 3.

Основные патологические процессы, ведущие к развитию БА.1.2.3 Участники патологических процессов при БАСуществующие в настоящее время теории возникновения БА не в состояниикаждая в отдельности объяснить и структурировать всё разнообразие механизмов ипатологических процессов, наблюдаемых при БА.Генетическим фактором риска, повышающим вероятность развития БА,является наличие определенного аллеля гена, кодирующего аполипопротеин E(APOE). APOE участвует в транспорте липидов, включая холестерин, иклеточном метаболизме. Кроме того, он принимает участие в росте идифференцировке нейронов, регенерации поврежденных тканей и определенных23нейродегенеративных процессах.

Ген APOE представлен тремя основнымиаллелями: ε2, ε3 и ε4, которые кодируют три изоформы белка (Е2, Е3 и Е4соответственно).Данныеизоформыимеютразличныеконформацииилипидосвязывающие свойства. Изоформа Е4 значительно менее эффективна притранспорте холестерина по сравнению с другими изоформами. С учетом того, чтохолестерин модулирует расщепление APP, наличие изоформы Е4 способствуютускоренному образованию Аβ [Liu et al., 2013].Генетическая вариабельность гена, кодирующего бета-секретазу (BACE),возможно, также влияет на скорость образования Аβ.

В 5 экзоне гена BACE былобнаружен однонуклеотидный полиморфизм (C786G), но данные по влияниюэтого полиморфизма на развитие БА противоречивы [Kan et al., 2005].В патологии БА может также принимать участие ген CALMH1, кодирующийбелокмодуляторкальциевогогомеостаза.Аллельгена,приводящаякаминокислотной замене Pro86Leu, уменьшает кальциевую проницаемость иприводиткпадениюуровняионовкальциявцитоплазме.Былопродемонстрировано, что внутриклеточная концентрация ионов кальция можетвлиять на метаболизм APP, а, следовательно, и на уровень Аβ [Dreses-Werringloeret al., 2008].В результате полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) был выделен генBIN1, кодирующий адапторный белок, экспрессия которого была повышена вмозге пациентов с БА.