Роль микро-РНК в регуляции генов семейных форм болезни Паркинсона

На настоящий момент выявлен целый ряд микро-РНК, которые могут принимать прямое или опосредованное участие в развитии БП. В нескольких работах было показано, что экспрессия генов SNCA, PARK2, PINK1, PARK7, а также LRRK2 может регулироваться различными микро-РНК и влиять на развитие патологии.

В одном из недавних исследований был выявлен ранее не известный механизм, с помощью которого в нервной системе происходит регулирование уровня транскрипта SNCA, чья повышенная экспрессия является характерным признаком БП. В частности, показано, что miR-7 и miR-153, экспрессирующиеся в больших количествах в мозге, связываются, главным образом, с 3′-нетранслируемой областью (3′-НТО) мРНК SNCA и значительно снижают уровень синтеза белка SNCA, a miR-7, кроме того, ингибирует SNCA-зависимую гибель клеток. Анализ количеств транскриптов генов и белка SNCA выявил коэкспрессию miR-7, miR-153 и SNCA в ходе развития нервной системы и в зрелой нервной ткани. Таким образом, было показано, что, во-первых, miR-7 и miR-153 являются синергистами по своему действию; во-вторых, требуется именно 3′-НТО мРНК SNCA для регулирования экспрессии этого гена; в-третьих, микро-РНК не взаимодействуют с кодирующей областью SNCA для регуляции экспрессии SNCA; в-четвертых, микро-РНК действуют на претрансляционном уровне. Поскольку ни одна из этих микро-РНК полностью не комплементарна мРНК SNCA, то регуляция уровня этой мРНК, вероятно, обеспечивается увеличением уровня деаденилирования и декэпирования мРНК, индуцируемого miR-7 и miR-153. Высокие уровни экспрессии miR-7, miR-153, мРНК SNCA и белка SNCA выявлены в нервных тканях, в частности в среднем мозге, гиппокампе и коре. Более того, уровни miR-7, miR-153 и мРНК SNCA значительно выше в нейронах, чем в астроцитах. В остальных тканях, таких как легкие и сердце, количество транскриптов этих РНК было намного меньше. Интересно, что miR-7, miR-153 и мРНК SNCA активно синтезируются в среднем мозге. Показано, что miR-7 присутствует в черной субстанции, и это, возможно, указывает на ее участие в поддержании нормального функционирования ДА-нейронов. Кроме того, уровни как экспрессии мРНК, так и количества белка SNCA показывают, что в процессе развития организма белок транслируется при постоянном уровне мРНК SNCA, регулируемом микро-РНК. Эти результаты свидетельствуют о том, что miR-7 и miR-153 коэкспрессируются с SNCA в нейронах для регулирования уровня транскрипции гена SNCA по типу прямой связи. Следует также отметить, что miR-7 снижает чувствительность клеток нейробластом к окислительному стрессу, индуцированному мутантной формой SNCA, что подтверждает протективный эффект этой микро-РНК против клеточного стресса в нервных клетках. Таким образом, перечисленные выше данные указывают на то, что miR-7 и miR-153 играют важную роль в регуляции уровня белка SNCA в нервной системе.

Кроме того, было также показано, что на изменение экспрессии SNCA могут влиять другие микро-РНК. Так, была обнаружена корреляция увеличенной экспрессии SNCA с повышенной трансляцией FGF20 в культурах клеток и тканях мозга пациентов с БП. FGF20 экспрессируется преимущественно в черной субстанции и стимулирует созревание ДА-нейронов. В 2001 г. при проведении ассоциативного анализа была обнаружена связь риска развития БП с наличием однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП) на участке хромосомы 8, содержащей ген фактора роста фибробластов 20 (FGF20). Позднее в этом гене была выявлена ассоциация ОНП rsl2720208 с риском развития БП. Этот ОНП находится в 3′-НТО FGF20, и in vitro было показано, что на данном участке гена расположена область узнавания miR-433, которая активно экспрессируется в мозге. Кроме того, было показано наличие полиморфизмов в области узнавания miR-433 в 3′-НТО SNCA, однако никакого регуляторного влияния этих полиморфизмов и самой микро-РНК на экспрессию а-синуклеина показано не было.

В одной из первых работ, посвященной поиску вовлеченных в развитие БП микро-РНК в крови человека, было выявлено 6 микро-РНК, уровни которых отличались от контроля. При этом было показано, что уровни miR-1, miR-22* и miR-29a у пациентов, не подвергавшихся лечению, ниже, чем в здоровом контроле. В то же время, уровни miR-16-2*, miR-26a-2* и miR-ЗОа оказались выше у пациентов, подвергавшихся лечению, чем у пациентов, не подвергавшихся лечению. При этом необходимо отметить, что все эти микро-РНК могут быть косвенно связаны с функционированием SNCA. Так, известно, что miR-1 и miR-ЗОа вовлечены в регуляцию транспорта дофамина. Мишенями miR-1 являются гены, кодирующие белок, запускающий полимеризацию тубулина (ТРРР/р25), обнаруженный во включениях в мозге пациентов с БП, и белок тяжелой цепи клатрина (CLTC). Повышенная экспрессия ТРРР/р25 может служить маркером патологических процессов, связанных с агрегацией SNCA. Клатрин, в свою очередь, может быть вовлечен в микроглиальный эндоцитоз агрегированного SNCA, а также связан с активацией микроглии. Мишенью miR-ЗОа является ген транспортера дофамина DAT (SLC6A3), который кодирует белок, осуществляющий в комплексе с другими белками обратный захват свободного дофамина в синапсе. SNCA модулирует работу белка DAT, регулируя синаптическую концентрацию дофамина. Таким образом, miR-1 и miR-ЗОа могут быть вовлечены в патогенез БП. Кроме того, miR-30а может связываться с FGF20, который имеет сайт связывания также с miR-16-2*. Мишенью miR-22* может быть ген опухолевого супрессора — р53-связывающий белок 2 (ТР53ВР2) и ген предшественника глутаматного рецептора 1 (GRIA1), являющийся также мишенью miR-26a-2* и miR-30а. Мишенью miR-29a является ген белка септина (SEPT4). Было показано, что в постмортальных тканях черной субстанции пациентов с БП концентрация септина 4 повышена. Также было отмечено параллельное повышение уровня септина 4 и SNCAy пациентов с БП.

При анализе трансгенных линий дрозофил, несущих мутацию в гене Irrk (I1915T) или экспрессирующих ген LRRK2 человека с мутацией G2019S, было показано, что дефектный LRRK2 лишен ГТФазной активности. При этом LRRK2 переставал регулировать трансляцию транскрипционных факторов E2F1 и DP, которые вовлечены в контроль клеточного цикла и выживаемость клеток. Также было выявлено, что микро-РНК семейства let-7 и miR-184* подавляют активность данных факторов. В то же время, делеция гена let-7, блокирование let-7 и miR-184*, а также блокирование сайтов связывания let-7 и miR-184* в 3′-НТО их мРНК-мишеней приводили к увеличению синтеза E2F1 и DP и возникновению токсического эффекта, сходного с тем, что наблюдается у мух, трансгенных по гену LRRK2. Это в свою очередь приводит к снижению двигательной активности и уменьшению числа ДА-нейронов. С другой стороны, повышение уровней let-7 и miR-184* ослабляет неблагоприятный эффект мутантного LRRK2.

В одном из недавних исследований было показано, что низкие уровни miR-34b и miR-34c в ДА-нейронах, дифференцированных из SH-SY5Y клеток нейробластомы, сопровождались снижением концентрации белков паркина и DJ1, что приводило к нарушению функционирования митохондрий и снижению выживаемости клеток. Кроме того, было обнаружено значительное снижение уровней miR-34b/c в мозге пациентов с БП по сравнению со здоровым контролем. Примечательно, что в образцах мозга пациентов, больных БП, где были обнаружены пониженные уровни miR-34b/c, также была значительно снижена концентрация белков паркина и DJ1. Гены этих микро-РНК располагаются на 11-ой хромосоме и транскрибируются как один предшественник микро-РНК. В миндалевидном теле, черной субстанции и лобной коре пациентов с БП уровни miR-34b и miR-34c снижены на 40-65%, однако является ли это снижение следствием потери ДА-нейронов или специфических процессов в оставшихся ДА-нейронах, пока не выяснено. Тем не менее, экспериментальных подтверждений того, что мишенями miR34b/c являются гены белков паркина и DJ1 пока нет.