Свойства и функции белка предшественника амилоидного пептида (APP)

Декабрь 6, 2015 / Комментарии 0

APP представляет собой конститутивный трансмембранный белок, состоящий из 695-770 аминокислот. Он экспрессируется в различных клетках и тканях животных разного уровня эволюционного развития и принадлежит к большому эволюционно консервативному семейству белков, которое содержит 16 известных на сегодняшний день ортологов. В клетках млекопитающих описаны два гомолога APР, так называемые АРР-подобные белки APLP1 и APLP2. В настоящее время известны три изоформы APP (APP770, APP751 и APP645), являющиеся продуктами альтернативного сплайсинга его пре-мРНК и отличающиеся по степени их гликозилирования (рис. 2). APLP1 и APLP2 также подвергаются гликозилированию, но точные сайты этих посттрансляционных модификаций пока не определены. Большая часть молекулы APP (N-концевой фрагмент) находится во внеклеточном пространстве или повернута внутрь везикулярных клеточных органелл, в то время как короткий С-концевой фрагмент молекулы находится в цитоплазме клеток. В нейронах присутствует, в основном, более короткая форма APP695, которая лишена на своем внеклеточном участке домена ингибитора сериновых протеаз типа Kyнитца (KPI, kunitz ptrotease inhibitor) и OX-2-домена, роль которых до сих пор не ясна, хотя имеются данные о том, что экспрессия KPI-домена связана с митохондриальной функцией клеток. В коре мозга человека соотношение различных форм APP составляет АРР770:АРР751:АРР695=1:10:20. При развитии БА в ткани мозга наблюдается увеличение содержания APP770 и APP751 и снижение APP695. Еще одним различием изоформ APP является то, что что только нейрональная изоформа APP69. принимает участие в регуляции экспрессии генов в клетках нерйонального происхождения.

р2

Основным отличием APLP1 и APLP2 от APP является то, что фрагменты их молекул, образующиеся в результате протеолитического расщепления, и соответствующие последовательности амилоидного пептида в молекуле APP не образуют амилоидных депозитов. Это объясняется отсутствием в составе этих белков участка (а также соответствующего домена в кодирующих их генах), способствующего формированию амилоидного пептида, характерного для БА. В этой же связи интересно отметить, что аминокислотная последовательность APP грызунов (мышей и крыс) на участке, соответствующем Ар-пептиду, отличается от таковой человека по трем аминокислотам (Arg5 замещен на Gly, Tyr10 на Phe и His13 нa Arg), что препятствует образованию типичных Ар-агрегатов в мозге этих животных. Как было показано, наличие гистидина в положении 13 является критическим для способности Aβ связывать ионы цинка, необходимые для агрегации молекул пептида и образования фибрилл. Именно эта аминокислота отсутствует в данном положении в молекуле Aβ крыс и мышей.

Согласно имеющимся литературным данным, APP обладает нейротрофическими и нейропротекторными свойствами, модулирует рост нервных окончаний и синаптогенез, участвует в обеспечении возбудимости нервных клеток и синаптической пластичности, а также в процессах обучения и памяти. В частности, в процессе развития мозга APP необходим для правильной миграции нейрональных клеток-предшественников в кортикальную пластину. В ходе развития мозга разные изоформы APP экспрессируются избирательно под действием многочисленных факторов. APLP белки тоже обладают синаптогенными свойствами, а также свойствами регуляторов генной активности и пролиферации клеток. APP и APLP2 принимают участие в метаболизме меди. В свою очередь, ионы меди модулируют экспрессию гена APP.

Хотя функции APP еще не полностью установлены, известно, что APP взаимодействует со многими белками и эти взаимодействия играют важную роль в нормальном транспорте, процессинге и внутриклеточных сигнальных каскадах. Так, по данным конфокальной микроскопии АРР, колокализуется с синаптическими белками, например синаптотагмином. Повышение содержания APP в ткани мозга в ходе активного синаптогенеза также свидетельства о его важной роли в формировании нейрональных связей. Недавно было показано, что APP необходим для поддержания кальциевого гомеостаза и клеточных осцилляций, которые лежат в основе синаптической передачи. Растворимая форма АРР, высвобождаемая под действием α-секретазы (sAPPα), также регулирует уровень плотности дендриных шипиков и тем самым принимает участие в процессах обучения и памяти. Более того, APP и APLP2 играют важную роль в пространственном обучении и долгосрочном потенциировании (LTP).

Несмотря на то что APP и его аналоги выполняют столь важные функции в жизнедеятельности клеток и организма, трансгенные мыши, лишенные гена АРР, являются весьма жизнеспособными и фертильными, хотя и обладают меньшим весом, чем мыши дикого типа, и у них наблюдается локомоторный дефицит. В мозге этих трансгенных мышей к 2 неделям жизни имеет место значительный глиозис, что свидетельствует о нарушении нейрональных функций, вызванных отсутствием в клетках молекул APP. Трансгенные мыши, лишенные гена АРР, а также гена APLP1 или APLP2, тоже являются жизнеспособными, и только тройная мутация APLPI(-/-)/APP(-/-)/APLP2(+/-) приводит к постнатальной гибели животных.

Данные по клонированию и изучению структуры APP позволяют предположить, что он обладает многими характеристиками, свойственными мембраносвязанным рецепторным молекулам. В частности, работы по реконституции APP695 и тримерных G-белков свидетельствуют, что APP может функционировать как рецептор, сопряженный с G-белками. Тем не менее, до сих пор не ясно, что является и существуют ли эндогенные лиганды к рецептору, представленному молекулами АРР, хотя совсем недавно было показано, что представитель одного из классов молекул клеточной адгезии, а именно TAG-1, является реальным кандидатом на роль лиганда APP.

Поскольку регуляция экспрессии гена APP находится под контролем многих факторов, в частности фактора роста TGF-β, цитокина IL-1 и транскирипционного фактора Sp1, это рассматривается как один из возможных путей направленного контроля экспрессии APP с целью снижения образования токсичного Аβ. Однако, принимая во внимание участие APP в синаптогенезе и функционировании нервной системы, данный подход к лечению БА мы представляем неперспективным, поскольку снижение экспрессии APP и родственных ему APPL1/2 может повлечь нежелательные побочные эффекты.

Недавно было показано, что микро-РНК (miR), представляющие собой короткие некодирующие РНК, взаимодействющие с молекулами РНК-мишеней и ингибирующими их трансляцию или транспорт, также принимают участие в регуляции экспрессии гена APP и играют важную роль в развитии нейродегенерации. В частности, miR-101 и miR-153 снижают экспрессию APP в культуре нейрональных клеток человека, предполагая их возможное участие в патогенезе БА. Поскольку микро-РНК играют важную роль в эпигенетической регуляции экспрессии генов, весьма вероятно, что их нормальное функционирование изменяется в ходе патогенеза БА. Данные последних лет свидетельствуют, что существует довольно много форм микро-РНК, которые нарушены при данной патологии и их дальнейшее исследование может иметь большое теоретическое и практическое значение.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также