Роль LRRK2 в иммунном ответе и индукции апоптоза

Декабрь 4, 2015 / Комментарии 0

С момента описания в генe LRRK2 мутаций, приводящих к развитию БП, в 2004 г. предпринимались многочисленные попытки выявить ассоциацию генетических вариантов этого гена с другими нейродегенеративными заболеваниями. Был исключен вклад генетических вариантов G2019S, I2020T, R1828P, G2385A, гена LRRK2 в риск развития болезни Альцгеймера и бокового амиотрофического склероза. Несмотря на единичные сообщения об ассоциации полиморфизма R1628P гена LRRK2 с болезнью Альцгеймера, долгое время казалось, что генетические нарушения в этом гене ассоциированы исключительно с БП. Неожиданной явилась связь полиморфизма гена LRRK2 с рядом заболеваний, в патогенезе которых ключевую роль играет воспаление. Так, в двух независимых GWAS-исследованиях была выявлена ассоциация генетических вариантов гена LRRK2 с воспалительными заболеваниями кишечника (болезнь Крона; язвенный колит), проказа, хроническое инфекционное заболевание, вызванное Mycobacterium leprae.

В последние годы накапливается все больше данных об участии LRRK2 в генерации иммунного ответа, а также в процессах, регулирующих жизнедеятельность клеток, таких как апоптоз и аутофагия. При оценке уровня мРНК гена LRRK2 в различных тканях человека наиболее высокая экспрессия гена выявляется в клетках иммунной системы, в особенности в макрофагах, В-клетках и дендритных клетках. Предполагается, что экспрессия гена LRRK2 индуцируется через стимуляцию INF-γ. В то же время, повышенный уровень INF-γ, цитокина, координирующего работу различных генов иммунной системы, является важной особенностью болезни Крона. Можно предположить, что повышенный уровень INF-γ, наблюдаемый при болезни Крона, приводит к индукции экспрессии гена LRRK2. Предполагают также, что LRRK2 может активировать ядерный транскрипционный фактор NF-kB, который играет ключевую роль в иммунном ответе на инфекции и стабильно повышен в периферических мононуклеарных клетках при болезни Крона. Таким образом, ряд исследований указывает, что при бактериальной инфекции увеличение экспрессии цитокина INF-γ активирует гены, участвующие в иммунном ответе, включая LRRK2. LRRK2, в свою очередь, активирует ядерный транскрипционный фактор NF-kB, который координирует механизмы иммунного ответа.

Другие интересные данные об участии LRRK2 в иммунном ответе были получены в исследовании, выполненном на мышах с нокаутом гена Lrrk2. Данные мыши были более чувствительны к воспалительным заболеваниям, имели гиперактивный иммунный ответ и нарушение в работе транскрипционных факторов семейства NFAT, регулирующих врожденный иммунный ответ в макрофагах, нейтрофилах и дендритных клетках. При нокауте гена Lrrk2-/-NFAT1 локализовался у ядра, а при LRRK2 дикого типа (wt LRRK2) — в цитоплазме. Таким образом, результаты исследования предполагают, что LRRK2 ингибирует активацию NFAT1 за счет предотвращения перемещения NFAT1 из цитоплазмы в ядро. Таким образом, было продемонстрировано, что у мышей LRRK2 является негативным регулятором ядерного активатора Т-клеток (NFAT). Другими исследователями в активированной липополисахаридом первичной микроглие у R1441G LRRK2 трансгенных мышей выявлена индукция воспаления на ряду с увеличением экспрессии гена LRRK2 и усилением секреции TNF-α. Показано также, что ингибирование LRRK2 у мышей снижает высвобождение TNF-α микроглией, выявляя тот факт, что киназная активность в популяции этих клеток может играть важную роль в процессе воспаления. Вышесказанное предполагает, что нарушение функции LRRK2 у пациентов с БП может приводить к активации микроглии и индукции воспаления. При этом остается вопрос о том, что первично: эффект мутаций в гене LRRK2, который наблюдается непосредственно в дофаминергических нейронах мозга, или изначально мутации индуцируют воспаление, а нейротоксический эффект опосредован?

Изучение функций LRRK2 в клетках осложняется отсутствием представлений о физиологических субстратах этой киназы. Недавние исследования, выполненные на нейрональных клеточных линиях, позволяют предположить, что мутации в гене LRRK2, выявляемые при наследственных формах БП, могут активировать апоптоз, однако вопрос о пути активации апоптоза остается открытым. В исследовании in vitro, было продемонстрировано взаимодействие LRRK2 с белком FADD (Fas-associated death domain) в нейрональной культуре клеток. В лизатах головного мозга у пациентов с БП, ассоциированной с мутациями в гене LRRK2, показана активация каспазы 8, которая приводит к аутопротеолитическому расщеплению фермента на небольшие субъединицы и последующей индукции внешнего пути апоптоза. С другой стороны, в экспериментах in vitro было показано, что экспрессия мутантной LRRK2 (мутация G2019S) вызывает гибель клеток путем индукции внутреннего пути апоптоза за счет высвобождения цитохрома с в цитоплазму. Предполагается, что LRRK2 может связываться с мембраной митохондрии и, в случае мутации в гене LRRK2 приводить к нарушению работы митохондрий. Интересно, что чувствительность нейрональных клеточных линий к апоптозу меняется при экспрессии мутантной формы LRRK2 с мутацией I2020T, расположенной, так же как и мутация G2019S, в киназном домене белка. Неясно, насколько важно наличие киназной активности LRRK2 в регуляции апоптоза. Мыши, нокаутные по гену Lrrk2, обнаруживают активацию апоптоза. Все цитируемые выше исследования о влиянии LRRK2 на индукцию апоптоза получены на животных моделях паркинсонизма или в экспериментах in vitro.

Нами впервые проведено исследование по оценке уровня апоптоза (включая оценку уровня экспрессии генов FAS, BCL2) лимфоцитов крови у пациентов с БП, имеющих мутации в ген с LRRK2 (мутации G2019S, V1613A) и выявлено усиление спонтанного апоптоза по сравнению с контролем. Повышенный апоптоз лимфоцитов периферической крови у пациентов с LRRK2-accoциированной БП наряду с увеличением уровня мРНК FAS дает основание предположить активацию внешнего пути апоптоза при наличии мутации гена LRRK2. Наши наблюдения индукции апоптоза лимфоцитов и повышении уровня мРНК гена FAS у пациентов с БП, имеющих мутации в гене LRRK2, не позволяют говорить о прямом или опосредованном участии данной киназы в индукции апоптоза. Предполагается, что выявляемые изменения могут отражать индукцию апоптоза в нейронах мозга.

Анализ литературных данных показывает, что наличие мутации в гене LRRK2 могут также оказывать влияние на процесс аутофагии. Гиперэкспрессия мутантного гена (мутация G2019S) приводила к накоплению аутофагосом в нейрональных клеточных линиях. Для другой мутации R1441C показано также, что гиперэкспрессия мутантного гена LRRK2 приводит к блокированию аутофагии, в результате происходит накопление больших аутофагосом, содержащих неполностью деградированный материал. Таким образом, можно сделать предположение о том, что LRRK2 регулирует аутофагически-лизосомальный клиренс как в нейронах, так и в других типах клеток, поскольку мутации в данном гене неизбежно приводят к нарушению аутофагии. Необходимо отметить, что нарушения аутофагии, приводящие к повреждению различных органелл клетки, в частности митохондрий, может также способствовать индукции апоптотической гибели клеток.

Появляющаяся информация о связи нарушений в гене LRRK2 с развитием злокачественных опухолей, в основном груди и простаты, в меньшей степени почек и легких, косвенно подтверждает возможность вовлеченности LRRK2 в регуляцию иммунного ответа и контроль пролиферации и гибели клеток. Недавние исследования соматического рака выявили, что мутация G2019S, приводящая к усилению киназной активности LRRK2, приводит к усилению роста клеток и как следствие -усиливает вероятность развития злокачественных опухолей. LRRK2 принадлежит к семейству Roco белков и содержит Ras-родственный ГТФ-аный домен и характерный COR-домен. Интересно, что два других белка из семейства Roco, DAPK1 и MFHAS1, вовлечены в патогенез рака.

Совокупность вышеприведенных данных позволяет рассматривать LRRK2 как один из вероятных регуляторов иммунного ответа. По нашим данным, нарушение работы LRRK2 может приводить к увеличению экспрессии гена FAS и как следствие — к индукции внешнего пути апоптоза. В то же время, LRRK2 влияет на индукцию другого проапоптотического рецептора — TNF. Таким образом, регулируя индукцию основных проапоптотических рецепторов, LRRK2 может оказывать влияние на процесс воспаления путем активации апоптоза — основного механизма регуляции жизнедеятельности клеток иммунной системы. Также было показано, что дисфункция LRRK2 приводит к нарушению аутофагии, что также может индуцировать апоптотическую гибель клеток.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также