Прионные заболевания

Прионные заболевания (трансмиссивные спонгиоформные энцефалопатии) представляют собой одну из форм первичных церебральных амилоидозов. В настоящее время выделяют ряд форм прионных заболеваний животных (скрепи овец и коз, губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота («коровье бешенство») и хроническая изнуряющая болезнь оленей и лосей), а также прионные болезни человека — синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера, фатальная семейная бессонница, болезнь Крейтцфельдта-Якоба и куру. Эти заболевания могут иметь спорадическую, наследственную или инфекционную природу и приводить к спонгиоформной вакуолизации серого вещества головного мозга, разрастанию астроцитарной глии, дисфункции синапсов, гибели нейронов практически во всех отделах мозга, а также к отложеению в паренхиме мозга амилоидных депозитов, состоящих из протеазо-резистентной патологической изоформы прионного белка. Абсолютное большинство прионных болезней человека представлено спорадическими случаями, и около 10-15% представляют собой моногенные наследственные заболевания, передающиеся по аутосомно-доминантному типу и обусловленные мутациями в гене PRNP. В настоящее время описано более 30 мутаций в гене PRNP, которые подразделяют на три класса: точковые мутации в кодирующей области гена, приводящие к изменению аминокислотной последовательности или образованию стоп-кодонов и вставки дополнительных копий октапептид-кодирующего повтора. Своеобразие прионных болезней связано с возможностью развития трансмиссивных форм этих заболеваний, которые возникают при попадании в организм патологической изоформы прионного белка, инициирующей при контакте с нормальными молекулами самоподдерживающий процесс трансформации последних в аномальные конформеры. Нормальная клеточная изоформа прионного белка PrPc представляет собой растворимый мономерный белок, который в норме синтезируется в эндоплазматическом ретикулуме и легко подвергается протеолитическому расщеплению. Согласно современным представлениям, центральным патогенетическим событием в развитии прионных болезней является спонтанная конверсия нормальной клеточной изоформы прионного белка PrPc в его патологическую изоформу PrPsc. Как PrPc превращается в PrPsc, как реплицируется PrPsc и почему его накопление вызывает дегенерацию нейронов, остается не вполне понятным.

Первые попытки создания модели прионных болезней на Drosophila оказались неудачными. Так, экспрессия PrP сирийского хомячка (SHaPrP) под контролем промотора теплового шока Hsp70 не приводила к развитию нейропатологии: накоплению протеазо-резистентных SHaPrP-форм и не сказывалась на продолжительности жизни мух, что, возможно, являлось следствием низкой экспрессии SHaPrP под контролем Hsp70 промотора и (или) влиянием шаперонов на фолдинг PrP. Используя систему GAL4-UAS Н.Р Делаулт с соавторами провели экспрессию PrP дикого типа мыши (MoPrP) и мутантной формы PrP человека (PG14), содержащую девять копий октопептид-кодирующего повтора и ответственную за развитие семейной формы болезни Крейтцфельдта-Якоба, в нервных клетках и фоторецепторных клетках глаза Drosophila. Так же как и в первом случае, у мух с экспрессией дикого типа MoPrP не было выявлено клинических и патологических нарушений. Однако, хотя экспрессия PG14 не приводила к нейродегенерации и нарушениям поведения, PG14 накапливался в глазах мух и лишь в небольшом количестве в мозге, что дало авторам возможность предположить наличие в нейронах Drosophila специального механизма, предотвращающего аккумуляцию в мозге токсичного PG14.

Больших успехов удалось добиться при экспрессии в холинергических и дофаминергических нейронах Drosophila гена прионного белка мыши с мутацией замены пролина на лейцин (MoPrP P101L), гомологичной мутации P101L человека, приводящей к развитию синдрома Герстмана-Штраусслера-Шейнкера. Для MoPrP P101L мух было характерно уменьшение продолжительности жизни и нарушение поведения, а также нейродегенерация, проявляющаяся в виде вакуолей, и образование агрегатов PrP В работе также была показана чувствительность нейронов разного типа к экспрессии MoPrP P101L. Однако, по признанию самих авторов, созданная ими модель может описывать лишь частный случай одной из семейных форм заболевания, поскольку авторам не удалось воспроизвести одни из основных морфологических признаков прионных болезней, а именно — аккумуляцию в мозге протеаза-резистентного PrP, что все же не исключает использование данной модели для поиска генов-модификаторов P101L фенотипа.

Для изучения механизмов, регулирующих спонтанное изменение конформации PrP, ген приона дикого типа сирийского (SHaPrP) был экспрессирован в Drosophila GAL-UAS системе. Эта первая удачная попытка по созданию на Drosophila спорадической формы прионных болезней. Было показано, что наблюдаемые у трансгенных SHaPrP мух сокращение продолжительности жизни, нарушение поведения и губчатоподобная дегенерация мозга вызваны аккумуляцией нерастворимого PrP Однако в мозге трансгенных мух не накапливался PrP, резистентный к протеазе К, что указывает на способность PrP дикого типа вызывать дегенеративные изменения в отсутствие PrPsc. В настоящее время описан ряд прионных заболеваний человека спорадического характера с накоплением в мозге больных нерастворимых PrP, чувствительных к протеиназе К, которые получили название прионопатии, чувствительные к протеазе (proteasesensitive prionopathy, PSPr). На наш взгляд, дальнейшие исследования на Drosophila могут приблизить к пониманию механизмов патогенеза этой группы заболеваний.

Роль молекулярных шаперонов в предотвращении нейродегенерации ранее была исследована на моделях спиноцеребральной атаксии, болезни Паркинсона, полиглутаминовых заболеваний. П. Фернандес-Фунс с коллегами, используя Drosophila, впервые in vivo удалось показать способность Hsp 70 препятствовать конформационным изменениям прионного белка.