Гены, ассоциированные с болезнью Альцгеймера. Наследственная болезнь Альцгеймера

Декабрь 6, 2015 / Комментарии 0

Большинство случаев БА являются спорадическими и характеризуются поздним проявлением симптомов — в возрасте от 60-65 лет. Несмотря на то что близнецовый метод указывает на генетическую причину БА с поздним проявлением симптомов, ген, ассоциированный с этим заболеванием, так и не был обнаружен. Единственный ген, чья связь со спорадической формой БА была доказана, — это ApoE (аполипопротеин Е). Однако даже носители аллели АроЕе4, которая увеличивает риск развития заболевания в 3 раза, а в случае гомозиготы по данной аллели — в 12 раз, могут дожить до 90 лет без каких-либо признаков заболевания. Это дает основания предполагать, что дополнительным фактором служат либо внешние условия, либо другие гены. На данный момент как возможные факторы риска развития спорадической формы БА рассматриваются более 10 генов.

Около 6% всех случаев заболевания БА характеризуются ранним проявлением симптомов — в возрасте от 40 до 60 лет — 13% таких случаев являются генетически наследуемыми по аутосомно-доминантному типу т.е. наследственной формой болезни Альцгеймера (НБА). НБА связана с мутациями в трех генах: АРР, PSEN1 и PSEN2.

Тот факт, что у людей с синдромом Дауна, достигших возраста около 40 лет, присутствуют амилоидные образования в мозге, позволило связать ген АРР, локализованный на 21 хромосоме, с БА. Ген APP кодирует белок-предшественник амилоида. Существует несколько изоформ белка АРР, образующихся за счет альтернативного сплайсинга, которые отличаются друг от друга по длине аминокислотной последовательности и по распределению в тканях организма. В центральной нервной системе преимущественно экспрессируется АРР695; изоформы АРР751 и АРР770 экспрессируются и в центральной, и в периферической нервных системах. Изоформа АРР770, которая в результате ферментативного разрезания превращается в Аβ, экспрессируется не только в нейронах, но и в клетках других тканей.

Мутации в гене APP составляют 15% случаев НБА с ранним проявлением симптомов в возрасте от 40 до 50 лет. Было идентифицировано более 32 мутаций в гене белка предшественника амилоида, связанных с НБА и локализованных преимущественно в сайте ферментативного разрезания секретазами. Наиболее изученными являются мутации APP (обозначаемая в литературе также как «Swedish», APPSW, АРРКМ670/671NL) и APPlon (обозначаемая «London», AAPLON, APP7171), приводящие к усиленной продукции Аβ42. Расщепление белка APP α-секретазой (изоформы ADAM-9, ADAM-10, ADAM-17) приводит к образованию С-терминального фрагмента С83, альтернативное разрезание β-секретазой (изоформы ВАСЕ1, ВАСЕ2) приводит к образованию фрагмента С99. Процессинг С83- и С99-фрагментов завершает γ-секретаза с образованием фрагментов р3 и Aβ соответственно. В зависимости от точки разрезания γ-секретазой фрагмента С99 образуется либо 40 аминокислотный (Аβ40), либо 42 аминокислотный (Аβ42) экстраклеточный фрагмент Aβ. В случае БА равновесие между данными формами смещено в сторону Аβ42, более склонного к олигомеризации и формированию бляшек. Многие мутации в гене APP или фармакологическое ингибирование α-секретазы приводят к преобладанию β-секретазного пути процессинга над α-секретазным путем процессинга APP и повышенному образованию Aβ. Активность α-секретазы находится под контролем протеинкиназы С (PKC) и зависит от концентрации кальция в цитоплазме. Наиболее токсичными считаются растворимые олигомеры Аβ, состоящие из 2-12 пептидов. Нерастворимая форма амилоидных образований рассматривается некоторыми исследователями как способ утилизации и инактивации токсичных растворимых форм Aβ.

Белки пресенилины известны как основные компоненты протеазного комплекса γ-секретазы — аспартиловой протеазы, осуществляющей разрезание белка APP. Мутации в гене белка пресенилин-1 (PSEN1) относятся к 40% случаев аутоеомно-доминантного наследования БА с ранним началом проявления симптомов в возрасте от 40 лет, и только 1% случаев приходится на мутации в гене белка пресенилин-2 (PSEN2). Более 176 разных мутаций, связанных с НБА, известны в гене белка пресенилин-1 и 14 мутаций в гене белка пресенилин-2. Дефекты в гене белка пресенилин-1 приводят к быстрой прогрессии заболевания, сопровождающейся паркинсонизмом.

Ген PSEN1 локализован на 14-й хромосоме и кодирует трансмембранный белок пресенилин-1 (PS1), состоящий из 467 аминокислот. Его гомолог PSEN2 локализован на 1-й хромосоме и кодирует белок пресенилин-2 (PS2), состоящий из 448 аминокислот. Белки PS1 и PS2 экспрессируются преимущественно в тканях головного мозга. Они имеют массу около 50 кДа, состоят из 9 трансмембранных доменов и локализованы в мембранах аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума (ЭР). Было показано, что PS1 и PS2 способны формировать ионные каналы с низкой проводимостью. Эти каналы опосредуют выход кальция из просвета ЭР в цитоплазму за счет градиента концентрации кальция. Кроме того, пресенилины подвергаются эндопротеолизу с образованием С-концевого (CTF) и N-концевого (NTF) фрагментов массой 18 кДа и 28 кДа для PS1 и 23 кДа и 35 кДа для PS2 соответственно. Разрезание происходит внутри гидрофильной петли между 6 и 7 трансмембранными доменами (HL), что, по всей видимости, изменяет конформацию фермента и переводит его в активное состояние. Ключевым моментом в активации эндопротеолиза является связывание белка PS1 c белком PSENEN (presenilin enhancer 2). Мутантный белок PS1 c делецией 9 экзона (PS1 DE9), кодирующего участок HL, демонстрирует ферментативную активность в отсутствие PSENEN и эндопротеолиза. В комплексе с белками никастрин (Nсt), Aph-1 (anterior pharynx defective 1) и PSENEN оба фрагмента пресенилинов входят в состав γ-секретазного комплекса. Этот комплекс осуществляет ферментативное разрезание многих трансмембранных белков, в том числе АРР, Notch, белков E- и N-кадгеринов, а- и b-катенинов, нейрегулина внутри их трансмембранного домена.

Мыши с нокаутом гена белка PS1 нежизнеспособны (PSEN1-/-). Мыши с условным двойным нокаутом гена в переднем мозге в постнатальном периоде жизнеспособны, но демонстрируют нарушения когнитивных способностей — запоминания и ориентации в пространстве. В нейронах таких мышей были обнаружены нарушения процесса выброса нейромедиаторов, долгосрочной потенциации, и сниженная экспрессия белков, находящихся под контролем транскрипционного фактора CREB. Было показано, что данные нарушения кальций-зависимы. Мыши PSEN2-/- практически не отличаются от мышей дикого типа. По всей видимости, белок PS1 более важен для нормального развития и функционирования нервной системы, чем белок PS2, что может объяснять преобладающее количество мутаций в гене белка PS1, связанных с БА. Мутации в генах PSEN1 и PSEN2 приводят к увеличению продукции Aβ42 и изменению соотношения Аβ42:Аβ40 в пользу Аβ42.

Каким образом реализуется данный процесс, точно неизвестно. Существовало предположение, что мутации приводят к усилению функции γ-секретазы. Однако ряд исследований показал, что мутации приводят скорее к гипофункции γ-секретазы. С помощью компьютерного анализа было установлено, что около 75% мутаций в гене PSEN1 локализуются в наиболее консервативных участках и, вероятнее всего, приводят к потере функции γ-секретазы. При этом в трансгенных мышиных моделях БА с одновременной вставкой мутантных генов APP и PSEN1 происходит многократное увеличение числа амилоидных образований по сравнению с трансгенной моделью, экспрессирующей только мутантный APP. Комбинация мутантной аллели PSEN1 с PSEN1 вызывает увеличение количества Аβ42, но комбинация аллели PSEN1 дикого типа с той же мутантной аллелью не приводит к такому эффекту. Следовательно, общее увеличение активности γ-секретазы не является причиной увеличения количества Аβ42. Некоторые исследователи считают, что гипофункция γ-секретазы приводит к недорезанию фрагмента APP с образованием более длинных форм Aβ.

Другим объяснением влияния мутаций в гене PSEN1 на образование Aβ является преобладание пути разрезания белка APP β-секретазой BACE1 за счет уменьшения роли α-секретазы и/или повышения роли секретазы BACE1. Увеличение экспрессии и активности секретазы BACE1 было обнаружено в мышиных фибробластах экспрессирующих белки с мутациями PS1 M146V, S170F и L392V. Данные изменения могут быть связаны с влиянием белков PS1 и PS2 на кальциевый гомеостаз, так как экспрессия секретазы BACE1 находится под контролем транскрипционного фактора NFkB или CREB, а активность α-секретазы находится под контролем PKC, регулируемых, в свою очередь, концентрацией внутриклеточного кальция.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также