Модели болезни Паркинсона на основе модификации гена α-синуклеина

Первая мутация при БП была обнаружена в гене, кодирующем α-синуклеин. Показано 3 мутации — АЗОР, А53Т, Е46К. Увеличение экспрессии гена (не мутированного) также является причинной развития заболевания, например дупликация или трипликация. К факторам, повышающим риск развития БП, относится полиморфизм в промоторе α-синуклеина.

Альфа-синуклеин — синаптический белок, который в норме не имеет постоянной третичной структуры, при связывании с мембраной N-конец α-синуклеина приобретает структуру α-спирали, но при этом неправильная «укладка» белка приводит к его агрегации. Существует несколько этапов образования агрегатов α-синуклеина, включая олигомеры (протофибриллы), фибриллы и собственно тельца Леви, где протофибриллы токсичны для нейронов. Такие токсичные формы α-синуклеина играют важную роль при нейродегенерации, и мутации в гене этого белка повышают склонность к неправильному сворачиванию α-синуклеина и его агрегации.

С учетом столь важной роли α-синуклеина в патологии БП были разработаны несколько генетических «α-синуклеиновых» моделей. Увеличенная экспрессия (overexpression) α-синуклеина немутантного или с заменами А53Т, АЗОР у D. melanogaster вызывает дегенерацию ДА-ергических нейронов, усиливающуюся при старении животного, с образованием включений с α-синуклеином (похожие на тельца Леви), а также нарушения двигательной функции. Действительно ли происходит гибель ДА-ергических нейронов или это только потеря маркера — ТГ этих нейронов, остается неясным. Увеличенная экспрессия α-синуклеина у C. elegans вызывает гибель ДА-ергических нейронов, но без накопления агрегированного α-синуклеина (телец Леви). Существенным минусом данных объектов (беспозвоночных) является то, что у них не экспрессируется эндогенный α-синуклеин и не показано характерных для БП симптомов (тремор, брадикинезии и тд.). Поэтому, несмотря на прогрессирующую гибель ДА-ергических нейронов у D. melanogaster, данные модели следует использовать с крайней осторожностью, особенно при интерпретации полученных на ней результатов.

Наряду с моделями на беспозвоночных создано несколько линий трансгенных мышей, у которых гена α-синуклеина либо вообще нет (knocked-out), либо повышена его экспрессия (overexpression) (на основе генов А30Р, А53Т или А30+А53Т). Мыши с нокаутом гена α-синуклеина проявляют меньшую активность в открытом поле; у них снижено содержание ДА в стриатуме. Одним из патогенетических механизмов действия α-синуклеина у мышей, экспрессирующих мутантный А53Т человека, является нарушение «проницаемости переходных пор» митохондрий (mРТР), которые образуются на внутренней мембране. Такое нарушение может привести к набуханию митохондрий с дальнейшей гибелью нейронов. В частности, генетическое удаление циклофилина Д, модулятора mРТР, задерживало начало заболевания и увеличивало продолжительность жизни у мышей с мутантной формой α-синуклеина. Мыши, лишенные α-синуклеина полностью или частично, резистентны к нейротоксическому действию МФТП. Чрезмерная экспрессия α-синуклеинового гена (во много раз превышающая значения эндогенного α-синуклеина) приводит к разнообразным патологиям и изменениям поведения. У большинства линий мышей с повышенной экспрессией α-сипуклеина патологические отклонения возникают во многих структурах мозга, в том числе и в нигростриатной ДА-системе. У трансгенных мышей повреждения ДА-нейронов вызываются редко, но при экспрессии одновременно двух мутаций гена (A30P+A53T), связанных с промотором экспрессии гена ТГ, α-синуклеин накапливается в телах ДА-ергических клеток, но тельца Леви в нигростриатной системе не развиваются. Кроме того, число ДА-ергических нейронов в ЧС и уровень ДА в стриатуме не изменяются.

Эти результаты предполагают, что только повышения экспрессии α-синуклеина в нигростриатной ДА системе недостаточно для запуска нейродегенерации. У трансгенных мышей, экспрессирующих дважды мутированный ген hm2α-синуклеина, связанный с промотором ТГ крысы, происходит прогрессивное уменьшение плотности транспортера ДА (ДАТ) и содержания ДА в стриатуме. У этих мышей с возрастом также снижаются спонтанная двигательная функция и вращательные движения, вызванные введением апоморфина и амфетамина. Следует отметить, что усиление экспрессии мутантного гена А53Т α-синуклеина у мышей приводит к аномальному распределению мутантного трансгенного белка в телах, аксонах и дендритах нейронов во многих структурах мозга. При этом не наблюдается агрегации и накопления белка, хотя отмечены нарушение походки, ослабление силы схватывания и сжимания предметов и нарушения устойчивости тела на вращающемся валике. В отличие от мышей с повышенной экспрессией человеческого α-синуклеина (нормального или мутантного А53Т) в нейронах нигростриатной системы у крыс происходит накопление в цитоплазме большого количества белка, гибель ДА-ергических нейронов от 30 до 80%, уменьшение ДА и ТГ в стриатуме на 40-50%.

Показано, что у мышей сверхэкспрессия α-синуклеина в корковых и подкорковых структурах мозга, в том числе в нейронах ЧС в присутствии промотора гена Thv1, ведет к аномальным скоплениям в цитоплазме α-синуклеина, чему соответствует ослабление сенсорно-моторных функций при исследовании спонтанного поведения в цилиндре, расстройства походки и затруднение навыков сдирания с лап клейкой ленты или доставания кусочков ваты из урны и т.д.