J.HERZ.Lab

В основополагающей работе Roses с соавт. в начале 1990-х годов впервые была показана важная роль изоформы обычного аполипопротеина Е (apolipoprotein E - APOE) как основного фактора риска, ассоциирующегося с уменьшением возраста начала болезни Альцгеймера (Альцгеймера болезнь) в обычной популяции (1, 2). Несколькими годами позже было обнаружено, что нейрональные липопротеиновые рецепторы – т.е. класс белков на клеточной поверхности ( BOX1), которые связываются с APOE и транспортируют холестерол в клетки – служат в качестве рецепторов для сигнального белка reelin (reelin) в сигнальной трансдукции, которая контролирует миграцию нейронов и ламинацию коры во время эмбрионального развития мозга (3,4,5). Примерно в это же время была выявлена важная роль холестерола в процессинге амилоидного белка предшественника (amyloid precursor protein – APP) (6) и в образовании новых синапсов (7). Однако reelin, APOE receptors, amyloid-&betha; (A&betha;) белок и холестерол не только взаимодействуют друг с другом на генетическом или биохимическом уровнях, но они функционируют и на уровне синапсов, где контролируют NMDA (N-methyl-D-aspartate) рецепторную активность. Такое «схождение» на этой основной нейрональной органелле, играющей важную роль в нейротрансмиссии, когнитивных процессах и памяти, заставило исследователей обратить внимание на роль APOE рецепторов в нейрофизиологических и патологических механизмах. В данной работе авторы попытались объединить последние данные об участии APOE в развитии, и определить перспективы этих находок в биологии и лечении некоторых наследственных синдромов человека.

APOE receptors and reelin

APOE рецепторный лиганд и сигнальный белок reelin контролируют слоистость коры и образование листков мозжечка (8-10). Известно о молекулярных механизмах, посредством которых АРОЕ рецепторы регулируют нейрональную сигнальную трансдукцию и нейротрансмиссию (обзоры 11-14). В данной работе авторы рассматривают элементы сигнального пути существенные не только для развития, но и для регуляции синаптических функций во взрослом мозге.

Developmental roles of reelin. Роль reelin во время миграции нейронов была наиболее интенсивно изучена в неокортексе, где reelin необходим для разделения preplate (См. словарь терминов) и позже для правильного формирования и позиционирования слоев клеток в кортикальной пластинке (сortical plate - см словарь терминов) (15, 16). Он также необходим для миграции и позиционирования клеток Пуркинье кортикального слоя во время ранних стадий развития мозжечка (17). А это, в свою очередь, необходимо для экспансии популяции гранулярных клеток, которая зависит от сигналов sonic hedgehog, исходящих из кортикального слоя клеток Пуркинье (18). В отсутствии этих сигналов фолиации мозжечка и связанного с ней постнатального роста не происходит, а орган остается неразвитым и диспластичным. Т.о., reelin контролирует несколько важных и независимых этапов развития мозга во время эмбрионального периода.

Genetics of the reelin signalling pathway. Мыши Reeler – с природной мутацией, приводящей к дефициту reelin, оказались прекрасной моделью для изучения молекулярных функций reelin. Нарушенная координация движений является характерным признаком для reeler гомозиготных мутантов (9). Независимые спонтанные или трансгенные инсерционные мутации были идентифицированы у мышей других линий и эти животные имели нейроанатомический и неврологический фенотип идентичный reeler мышам (8, 10, 19-21). Некоторые из этих мутаций аллельны reeler (10), другие – нет, подтверждая тем самым, что поражаются также гены отличные от reelin ( Reln), но осуществляющие те же функции (20, 21). Генетический анализ естественных мутаций и фенотипически идентичных мышей дефектных по генам липопротеиновых рецепторов (5) является тем инструментом, с помощью которого были выявлены (и выявляются) молекулярные пути контроля невральных функций посредством reelin.

The molecular basis of reelin signal transduction. В независимых исследованиях (3-5, 8, 19, 20, 22-27) с применением генетических и биохимических подходов установлен сигнальный путь, в котором reelin, связывающийся с very-low-density lipoprotein receptor (VLDLR) и APOE receptor 2 (APOER2) приводит к активированию цитоплазматического адаптерного белка disabled 1 (DAB1) посредством фосфорилирования тирозина (РИС.1а). Этот процесс включает кластеризацию APOER2 и VLDLR на плазматической мембране (28-30) через связывание олигомерного reelin в качестве оппозитного к мономерному reelin, который не эффективен в индукции сигнала (31). Рецепторный кластеринг необходим для «рекрутмента» SRC family tyrosine kinases (SFKs) DAB1 (28) и трансфосфорилирования дополнительных DAB1 компонентов, приводя к рекрутменту и активированию дополнительных не-рецепторных тирозин киназ (32, 33). Последующая высокая локальная концентрация активности SFKs затем активирует каскад cytosolic kinase, начиная с phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) и заканчивая ингибированием glycogen synthase kinase 3β (GSK beta;) одной из основных киназ, которые фосфорилируют микротрубочки-стабилизирующий белок tau (τ) (34) (cм. ниже). Более того, фосфорилирование DAB1 ведет к рекрутменту lissencephaly 1 (LIS1) комплекса (Lissencephaly – см. словарь терминов), который также участвует в регуляции нейрональной миграции и кортикальной ламинации (35). Рекрутмент ubiquitin ligases для фосфорилирования DAB1 ведет к polyubiquitylation этого белка и, возможно, к monoubiquitylation, которая может опосредовать зависимый от фосфорилирования эндоцитоз всего reelin сигнального комплекса. С reelin, таргетирующим лизосомы, и DAB1, деградированным протеасомами, сигнал заканчивается и рецепторы рециклируют обратно к мембране (36-38). Основной сигнальный механизм действует не только на микротрубочки во время развития, но также используется синапсом для регуляции активности NMDA рецепторов через фосфорилирование внутриклеточных тирозиновых остатков (см. ниже).

APOE receptors, reelin and Alzheimer's disease

Какую роль играют АРОЕ рецепторы в болезни Альцгеймера? Этот вопрос возник после сообщения Roses с соавт. в начале 1990-х годов о том, что ε4 изоформа APOE влияет на предрасположенность её носителей к болезни Альцгеймера с поздним началом (1, 2). Молекулярное обоснование такой предрасположенности пока остается невыясненным, отсутствуют также экспериментальные данные, которые могли бы объяснить нейропатологию заболевания. Соответственно, нет и терапевтических методов, которые могли бы повлиять на развитие болезни. Известные функции APOE рецепторов в качестве нейрональных сигнальных трансдукторов в настоящее время подтверждают новый и достаточно привлекательный потенциальный механизм, способный лучше объяснить загадочную роль APOE в патогенезе болезни Альцгеймера (39, 40). Генетические нарушения, вызванные дефектами в лиганде специфичного рецептора, часто связаны с заболеваниями, при которых этот рецептор дефектен. Следовательно, заметный эффект этой изоформы APOE при позднем начале болезни Альцгеймера косвенно вовлекает APOE рецепторы в процесс болезни. Некоторые ключевые признаки, обнаруженные к настоящему времени и способные поддерживать эту гипотезу, далее кратко рассматриваются в данной работе.

Гистопатологическими признаками болезни Альцгеймера являются амилоидные бляшки, образующиеся в результате аномального процессинга АРР, и нейрофибриллярные клубочки, являющиеся результатом аномального фосфорилирования и агрегации τ. Передача сигналов reelin через APOE рецепторы, вероятно, даунрегулирует активность GSK3&betha;, основную τ kinase (34, 41), и как результат – мутантные мыши с дефектами reelin, DAB1 или APOER2 и/или VLDLR имеют повышенные уровни гиперфсфорилированного τ в мозге (4, 42). Эти наблюдения позволили разработать gene-mapping подход у DAB1-нокаутных мышей, у которых вариации τ гиперфосфорилирования на разных бэкграундах приводили к идентификации quantitative trait loci (QTLs) (Quantitative trait loci - см. словарь терминов), которые влияют на уровни фосфорилирования τ и генетически взаимодействуют с сигнальным путем reelin (42). Было идентифицировано четыре QTLs, из них один локус на хромосоме мышей 16 оказался значимым. Этот QTL расположен над App геном. Сравнительный сиквенс между локусами мышей BALB/C и C57BL/6 обнаружил несколько потенциально функциональных нуклеотидных полиморфизмов, что может объяснить генетические взаимодействия между App locus, APOE рецепторами си сигнальным путем reelin. Более того, DAB1 может физически взаимодействовать с внутриклеточными доменами АРР и АРР-подобными белками (43, 44) и регулировать их передвижение и протеолитический процессинг (45). Эти находки существенно поддерживают гипотезу о том, что APOE может влиять на возраст начала болезни Альцгеймера. По крайней мере, частично через взаимодействие с APOE рецепторами. Это могут быть APOER2 и VLDLR , а также и другие члены семейства генов, которые избыточно экспрессируются на нейронах, особенно low-density lipoprotein-related protein 1 (LRP1), который подобно APOER2 и VLDLR присутствует в синапсах, где он способекн также регулировать функции NMDA рецепторов (46-49).

Synaptic transmission and plasticity

Утрата синапсов является основной причиной деменции, развивающейся у больных с болезнью Альцгеймера. В последние годы были получены сведения, что reelin, APOE, их рецепторы, cholesterol и A&betha; белок расположены в центре синапса, где эти молекулы объединяют свои усилия для регуляции синаптической трансмиссии и активности NMDA рецепторов.

Cholesterol, synaptogenesis and neurotransmission. Одним из путей, посредством которого АРОЕ рецепторы могут воздействовать на функции нервных клеток во время развития и в мозге взрослых организмов – это участие рецепторов в таранспорте холестерина и других липидов. Благодаря длинным дендритам и проекциям аксонов нейроны достигают многочисленных поверхностных областей мозга и поддерживают гомеостаз холестерина и других липидов в достаточно узких границах. Правильный состав клеточной мембраны важен для нормального функционирования и компартментализации ионных каналов, сигнальных рецепторов, липидов и протеин киназ, белкового траффика и т.п. (50). Истощение холестерина клеточных мембран также нарушает процессинг APP, приводя к снижению образования A&betha; (6, 51), который, в свою очередь, изменяет степень активирования NMDA рецепторов (52).

Подобно всем клеткам нейроны могут синтезировать собственный холестерин. Однако для них более выгодным является импорт необходимых липидов. Основным источником экзогенного холестерина для нейронов являются астроциты. В конце 1980-х годов Gladstone с соавт. показали, что астроциты продуцируют большие количества АРОЕ, которые переносят холестерин и фосфолипиды в форме небольших с высокой плотностью липопротеиновых (HDL)-like частиц (53, 54). Такие «brain HDLs» секретируются в окружающее пространство, откуда они могут быть поглощены нейронами или просочиться в спинномозговую жидкость (55). Важность таких АРОЕ и холестерина, происходящих из астроцитов, была выявлена, когда было установлено, что оба являются факторами, играющими критическую роль в стимулировании синаптогенеза в культивируемых нейронах (7, 56). В соответствии с этими находками сообщалось о снижении синаптической плотности в мозге АРОЕ-дефицитных мышей (57). Т.о., вероятно, что АРОЕ имеет позитивные и isoform-specific негативные эффекты на функции нервных клеток и их выживаемость (58, 59).

Экзогенный холестерин, однако, является не только источником, необходимым для синаптогенеза и сборки мембран. В исследовании Kotti с соавт. недавно показано, что нормальный цикл эндогенного нейронального холестеринового биосинтеза, его обращение транспорт, являются абсолютно необходимыми для осуществление нормальных синаптических функций и пластичности. Мыши дефицитные по cholesterol 24-hydroxylase имеют сниженное LTP, зависимое от количества оставшейся ферментативной активности (60). Этот фермент увеличивает растворимость холестерина, что необходимо для экскреции холестерина нейронами и из мозга (61). В дальнейшем эти авторы показали, что нарушение пути биосинтеза холестерина быстро приводит к сходной редукции синаптических функций, и что этот процесс восстановим, если нейроны обеспечены бисинтетическим isoprenyl посредником – geranylgeraniol, но не холестеролом.

Isoprenylation определенных цитозольных белков, таких как небольшие GTP-binding белки Rab семейства, важны для везикулярного транспорта синаптических компонентов. Feedback ингибирование, которое было вызвано неспособностью нейронов экспортировать избыток холестерина, приводило к уменьшению isoprenyl intermediates и снижению синаптической пластичности, обучения и памяти. Эти находки показали значимость эндогенного гомеостаза холестерина в мозге и те серьезные последствия, которые могут приводить к нарушениям синаптической пластичности, долгосрочной выживаемости нейронов и в целом к нейродегенеративным болезням.

APOE and synaptic functions. АРОЕ является лигандом для всех членов семейства low-density lipoprotein – LDL рецепторных генов (40), а в свете важности АРОЕ для синаптогенеза и для позднего начала болезни Альцгеймера, вполне вероятно, что он прямо или косвенно участвует в нарушениях синаптических функций. Это подтверждается находками у АРОЕ-дефицитных мышей, имеющих дефектное поведение в водном лабиринте Морриса (62). Оказалось, что у этих мышей в возрасте 4-10 мес нарушена синаптическая пластичность в области СА1 (63). Возможной причиной может быть нарушенная функция AMPA (α -amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid) рецепторов, вызванная аномальными уровнями фосфолипидов и arachidonate в нейронах (64). В отличие от этого, в другом исследовании АРОЕ-дефицитные мыши имели нормальное LTP при использовании протокола high-frequency stimulation (65). Аномальная холинергическая иннервация была найдена в гиппокампе и фронтальной коре АРОЕ-дефицитных мышей, которые также имели признаки характерные для болезни Альцгеймера (62).

Сообщалось, что АРОЕ, в зависимости от изоформы, нарушает LTP, а это свидетельствует в пользу гипотезы об участии патофизиологического механизма АРОЕ при болезни Альцгеймера, затрагивающего синаптические функции. Было обнаружено, что LTP снижено у трансгенных мышей, имеющих АРОЕ ε4 аллель человека по сравнению с мышами дикого типа и мышами с АРОЕ ε3-содержащими контролями (66). В то же время базальная синаптическая трансмиссия у этих мышей была нормальной. Различия также зависели от используемого протокола: в данном случае мыши были 2-4 месячного возраста и было использовано высокочастотное стимулирование. В другом исследовании (67) используя tetanic стимулирование, было показано, что мыши с аллелем АРОЕ ε4 и мыши дикого типа имели сходные уровни LTP в возрасте 8 мес. Пока неясно, являются ли разные эффекты АРОЕ изоформ на синаптические функции (включая LTP) прямыми или косвенными. Например, АРОЕ ε4 и АРОЕ ε3 различаются по своим нейропротекторным свойствам, приводя к различной плотности дендритных шипиков и росту нейритов как в культивируемых клетках, так и in vivo (58,68). Более того, Mahley, Weisgraber с соавт. показали, что АРОЕ ε4 может аномально расщепляться во внутриклеточных везикулах. Такие расщепленные формы АРОЕ могут просачиваться вне лизосом или перемещаться вне секреторного пути в цитоплазму, где могут соединяться и с микротрубочками и нарушать функции микротрубочек и митохондрий (69, 70, обзор 71). Все приведенные данные соответствуют гипотезе «cognitive reserve», согласно которой АРОЕ* ε4 изоформа подверглась отрицательной селекции в популяции человека, поскольку эта изоформа менее эффективна в повышении синаптической пластичности по сравнению с изоформами ε2 и ε3 (72).

The reelin pathway and synaptic functions. Хотя функции reelin, APOER2, VLDLR и DAB1 во время развития мозга относительно хорошо поняты, мы только сейчас начинаем осмысливать их важную роль в нервной системе взрослого организма. Экспрессия этих белков продолжается во время развития, но особенно значимые изменения претерпевает паттерн экспрессии reelin после окончания фазы нейрональной миграции. Во время развития reelin продуцируется в избытке нейронами Кахаля-Ретциуса (Cajal–Retzius neurons) на поверхности развивающейся коры (13), но эти нейроны постепенно исчезают и экспрессия reelin поддерживается ГАМК-содержащими интернейронами, образующимися из медиального ганглионарного бугорка (Ganglionic eminence - см. словарь терминов) (81). Такое резкое изменения экспрессии (РИС.2) является признаком иной, не имеющей отношения к развитию, функции этого сигнального пути во взрослом мозге.

Для изучения возможного вклада сигнального пути reelin в синаптическую пластичность авторы данной статьи с содружестве с Weeber с соавт. исследовали LTP у Vldlr - и Apoer-нокаутных мышей (82). Оба рецептора связывали reelin примерно с одинаковой аффинностью (4) и их функции частично перекрывались, поэтому только утрата обоих рецепторов давала фенокопии мышей reeler (5). Мыши с отсутствием любого из этих рецепторов являются фенотипическими гипоморфами с дефектами развития, поражающими первично гиппокамп и неокортекс (APOER2) или мозжечок (VLDLR). Оба рецептора нужны для нейротрансмиссии; базальный уровень синаптической трансмиссии не был нарушен у обоих мутантов, а LTP, индуцированное высокочастотным стимулированием, было незначительно снижено у Vldr-нокаутных мышей. Однако значительное ослабление поздней фазы LTP (Late-phase LTP - см. словарь терминов) наблюдали на Apoer2-дефицитных срезах гиппокампа. Для проверки того, может ли быть такое ослабление вызвано нарушением передачи сигналов reelin, был выполнен эксперимент, в котором срезы гиппокампа мышей дикого типа были перфузированы средой, содержащей reelin. Это привело к значительному усилению LTP (РИС.1b). Удивительно, что reelin был полностью неэффективен, когда были использованы либо Vldlr- или Apoer2-null срезы мозга. Наблюдаемые электрофизиологические эффекты были параллельны поведенческим отклонениям у нокаутных мышей и были более выражены, когда животных подвергали fear-conditioning тестам (связанным с чувством страха). Описанные находки указывают не только на то, что оба рецептора должны функционировать согласованно для усиления синаптической пластичности в ответ на действие reelin, но и на существование активно регулируемой физиологической функции reelin при контроле синаптической трансмиссии, памяти и обучения.

Молекулярные механизмы, посредством которых reelin модулирует пластичность и поведение через АРОЕ рецепторы были изучены генетически. Beffert et al. (83, 84) создали серию нокаутных мышей, у которых либо APOER2/DAB1 связующий сайт был мутантным, либо вся последовательность Apoer2, кодирующая белковый хвост, была заменена на unsplicable cDNA cassette, что приводило к конститутивному присутствию или отсутствию альтернативно сплайсированного экзона 19. Этот экзон кодирует аминокислотную последовательность, опосредующую взаимодействие APOER2 с postsynaptic density protein 95 ( PSD-95) и с c-Jun amino (N)-terminal kinase (JNK) interacting proteins (JIP), который может опосредовать сборку kinase activating complex в цитоплазматическом домене APOER2 (22, 85). Иммуногистохимия и иммуноэлектронномикроскопия показали, что рецепторы дикого типа и мутантные рецепторы одинаково локализованы в постсинаптической плотности (density) синапсов гиппокампа и что их распределение не изменялось в результате мутаций (84). Нейроанатомические, поведенческие и электрофизиологические исследования этих животных обнаружили, что оба DAB1 связывающих сайта и экзон 19 являются необходимыми для reelin-опосредованного увеличения синаптической пластичности. Базовый уровень LTP в отсутствии reelin не был изменен при конститутивном отсутствии или присутствии альтернативно сплайсированного экзона. Однако в ответ на reelin LTP значительно усиливалось только когда присутствовал экзон 19 (84). LTP угасало быстрее у мутантов APOER2 с дефектным DAB1 docking sitе (83), чем на срезах гиппокампа от Apoer2-нокаутных мышей (82), подтверждая тем самым, что присутствие дисфункциональных APOER2 рецепторов в синапсах имеет доминантно-негативный эффект на синаптическую функцию ( см. Словарь терминов).

Несмотря на некоторые пробелы, ясно, что существенной ролью APOER2 в синапсах является регуляция NMDA рецептора посредством фосфорилирования его цитоплазматического домена (86) (РИС.1). В ответ на reelin альтернативно сплайсированный экзон нужен для соединения APOER2 и активированного DAB1–SFK комплекса с NMDA рецептором и для его последующего фосфорилирования в постсинаптической плотности (postsynaptic density) (84, 86). Соединение APOER2 с NMDA рецептором может осуществляться через внеклеточное и через внутриклеточное взаимодействие (84, 87).

Предварительные наблюдения в лаборатории авторов подтвердили, что VLDLR может также физически взаимодействовать с NMDA рецепторным комплексом и что такое взаимодействие важно для reelin-опосредованного усиления функций NMDA рецептора. Однако молекулярные механизмы таких превращений пока не поняты (J.H. et al., unpublished observations). Все эти находки привели к модели ( РИС.3) согласно которой APOER2 и VLDLR функционируют во взрослом мозге в качестве рецепторов для reelin (и, возможно, для других лигандов) в новом постсинаптическом сигнальном пути, который физиологически модулирует синаптическую пластичность путем контроля Са 2+ входа через NMDA рецепторы в соединении с другими регуляторными путями – такими как пути, вовлекающие Ephs и ephrins (BOX.2). APOE может потенциально интерферировать с этими путями, конкурируя за АРОЕ и ингибируя взаимодействие АРОЕ рецепторов с NMDA рецептором или с reelin, или изменяя субклеточный трафик рецепторов (3, 88) ( BOX 3; РИС.4).

Эксперименты авторов показали, что reelin рецепторы формируют функциональную единицу с NMDA рецепторами в постсинаптической плотности (postsynaptic density), где способность синапса реагировать на стимулирование reelin требует присутствия обоих рецепторов, а также альтернативно сплайсированного экзона 19 Apoer 2. Однако в этой области остается еще немало вопросов, которые рассматриваются в статье Qiu et al.(89). Эти исследователи использовали reeler гетерозиготных мышей, экспрессирующих reelin на низком уровне по сравнению с мышами дикого типа. Reeler гетерозиготы имели fear conditioning (аномалии эмоциональной реактивности) дефекты сходные, но менее выраженные, по сравнению с мутантами reelin рецептора. Никаких других аномалий поведения выявлено не было. Однако электрофизиологические записи в нейронах поля СА1 гиппокампа обнаружили многочисленные различия в сравнении с контролем – сниженные возбудительные постсинаптические потенциалы и paired pulse facilitation, а также нарушение long-term depression (LTD) (см. словарь терминов) и LTP. В отличие от сообщения, в котором была показана роль reelin в созревании NMDA рецепторов (90), экспрессия и состав субъединицы глутаматового рецептора не были изменены у гетерозигот. Вызывает удивление и то, что несмотря на нормальную спонтанную возбудительную активность в СА1 области гиппокампа гетерозигот, наблюдали значительное снижение спонтанных ингибиторных синаптических потоков (inhibitory postsynaptic currents), что указывает на нарушенную гиппокампальную пластичность и редуцированную ингибиторную иннервацию. В настоящее время остается неясным, вызваны ли эти различия небольшими нарушениями расположения нейронов или архитектуры мозга во время развития или снижением уровня сигнала reelin во взрослом мозге мышей с нарушениями синаптических функций. Последнее предположение поддерживается находками у различных reelin рецепторных мутантов и моделью, представленной на Рис.3 ( РИС.3). Авторы отмечают, что reelin контролирует также дендритное ветвление во время неврального развития и что нарушения передачи сигналов reelin на этой стадии ведет к редукции сложного ветвления дендритов (5, 91) и более низкой синаптической комплектности (92, 93).

Другой трудноразрешимый вопрос касается физиологического сайта действия reelin во взрослом мозге. Хотя reelin экспрессируется ГАМК-содержащими интернейронами, синаптические связи, которые эти ингибиторные клетки формируют в пресинаптических областях пирамидных нейронов, обычно далеки от дендритных шипиков, содержащих возбудительные синапсы, где reelin активирует NMDA рецепторы и, следовательно, усиливает LTP. Действительно ли reelin свободно проходит через интерстициальное пространство, что могло бы объяснить такое долгосрочное действие. Осуществляется ли транспорт к возбудительным синапсам благодаря собственным рецепторам посредством везикулярного транспорта или путем диффузии через клеточную поверхность? Действительно ли reelin оказывает действие физиологически только на возбудительный вход синапсов на интернейронах? Быстрый эффект reelin при его добавлении in vitro на срезы гиппокампа может указывать на существование такой диффузии или транспортного процесса, хотя прямых доказательств пока не существует.

Neurological and neuropsychiatric disorders

Роль reelin и АРОЕ рецепторов в контроле синаптических функций и пластичности поддерживается работами, в которых рассматривается значение этого сигнального пути в этиологии некоторых неврологических и нейропсихиатрических расстройств. Коротко они суммированы ниже.

Schizophrenia and autism. В ранних работах Costa с соавт. (94, 95) и Fatemi (96, 97) были обнаружены низкие уровни экспрессии reelin у больных с шизофренией. И хотя была выявлена лишь корреляция уровня reelin с заболеванием, роль reelin при шизофрении и аутизме может быть значимой (98). Во-первых, гипотеза развития шизофрении (neurodevelopmental hypothesis) предполагает, что небольшие смещения нейронов или нарушения связей между ними являются причиной психиатрического расстройства. Это подтверждается идентификацией мутаций в disrupted при шизофрении 1 ( Disc1) гене при семейной форме шизофрении, которая является результатом аномального развития коры (99). Кроме того, DISC1 является частью microtubule motor комплекса, который также контролируется через input из reelin и LIS1 путей, которые, в свою очередь, кооперируются биохимически и генетически (35). Во-вторых, пониженная функциональность NMDA рецепторов, возможно на критических ГАМК-содержащих интернейронах, может быть причиной заболевание (100) и это также согласуется с NMDA receptor-enhancing функциями reelin и его выраженным паттерном экспрессии в ГАМК-содержащих интернейронах. Однако подробные исследования поведения у гетерозиготных reeler мышей не обнаружили связи с дозой гена Reln на поведенческие реакции, описанные для животных с фенотипами сходными с шизофренией (101). Никаких дефектов reelin, его рецепторов или DAB1 не было идентифицировано при каких-либо формах шизофрении у человека, хотя гиперметилирование RELN промотера (102) коррелировало с этим заболеванием.

Epilepsy. Reelin может также функционировать в неправильно расположенных нейронах при припадках, особенно при temporal lobe epilepsу (103, 104). Показано, что клетки зубчатой фасции часто расположены диффузно в мозге у больных с эпилепсией и это коррелирует со сниженным числом reelin –экспрессирующих клеток, подтверждая тем самым что reelin также необходим для поддержания нейроанатомической целостности взрослого мозга. Это было недавно подтверждено экспериментально Frotscher и Haas при инъекциях CR50 (антител, ингибирующих reelin) в мозг взрослых мышей, что индуцировало дисперсию гранулярных клеток (104).

Pain sensitivity. Дефекты в сигнализировании reelin также вызывают нарушения расположения нейронов в спинном мозге (105, 106), которые сопровождаются сниженной механической чувствительностью и выраженной тепловой гипералгезией (гипералгезия - аномально высокая чувствительность организма к болевым стимулам) (107). Эти находки дают стимул изучения роли reelin сигнального пути в нормальном развитии нейральных цепей и в синаптической трансмиссии, которая необходима для ноцицепции.

Other neurological disorders. Генетические дефекты в RELN, приводящие к тяжелой аутосомно-рецессивной форме lissencephaly с мозжечковой гипоплазией были впервые сообщены несколько лет назад Walsh с соавт (108). Были найдены две независимые мутации в родственных семьях потомков из Британии и Саудовской Аравии. Обе мутации изменяли ключевые нуклеотиды в splice acceptor sites интрона 41 и 35 в RELN соответственно. Гетерозиготные родители были клинически нормальны и в анамнезе не имели шизофрении или аутизма. У гомозиготных детей было нарушено когнитивное и двигательное развитие. Отмечали также генерализированные припадки, а это снова поднимает вопрос о том, что утрата reelin-экспрессирующих нейронов может предварять начало припадков, по крайней мере, в некоторых случаях эпилепсии у человека (103, 104).

Недавно в общине Hutterite в Southern Alberta, Canada была идентифицирована крупная делеция, захватывающая весь локус VLDLR (109). Отчасти вызвало удивление то, что неврологические и нейроанатомические признаки у этих пациентов были более тяжелыми, чем ожидаемые после исследования фенотипа мышей с такой же делецией, но не такими тяжелыми как у больных при RELN дефекте. Некоторые VLDLR-null взрослые больные имели умеренную умственную отсталость со сниженными языковыми навыками и небольшой атаксией и нарушения координации, несмотря на тяжелую дисплазию мозжечка. Шизофрении или аутизма у данной группы больных и у клинически нормальных гетерозигот не наблюдали. Неясно также, имеются ли сходные поражения сетчатки у этих больных с поражениями сетчатки у нокаутных мышей по Vldlr гену, у которых утрата рецептора вызывает vascular leakage и формирует экссудативную ретинопатию (110).

До настоящего времени не обнаружено мутаций в DAB1 или APOER2 у человека . И если дефицит DAB1 вероятнее всего приведет к фенотипу, сходному при дефектах reelin, то последствия дефицита APOER2 у человека предсказать трудно. Поскольку кортикальные слои нарушены у APOER2-дефицитных мышей, то тот же дефект у человека будет, вероятно, напоминать лиссэнцефалию и сопровождаться тяжелой умственной отсталостью.

Conclusions and perspectives

Выявление значения АРОЕ при болезни Альцгеймера усилило интерес исследователей к роли гомеостаза холестерина и липидов в выживаемости и дегенерации нейронов, синаптогенезе и нейротрансмиссии. Только сейчас мы начинаем понимать важность биосинтеза холестерина, его транспортировку и состав мембран для осуществления синаптических функций. Обнаружилась новая и неожиданная роль рецепторов липопротеина не только в транспорте холестерина и липидов, но и в сигнальной трансдукции, функционирующей непосредственно в синапсах, где они (рецепторы) осуществляют контроль ионных каналов и синаптической пластичности. То же самое касается и reelin – сигнального белка, который, как считали ранее, контролирует миграцию и позиционирование нейронов во время развития. Сейчас стало известно, что этот высоко консервативный и эволюционно древний белок не только контролирует образование слоев нейронов в коре мозга, но и является фактически основным регулятором NMDA рецепторной функции и может регулировать ГАМК-опосредованные ингибиторные циклы во взрослом мозге.

Некоторые из концептуальных и биомедицинских вопросов, появившихся в результате этих новых данных, касаются молекулярных механизмов, посредством которых reelin, APOE, APOE рецепторы и Aβ белок кооперируются в синапсах для синергической регуляции NMDA рецепторов и, следовательно, для контроля нейротрансмиссии. Действительно ли АРОЕ изоформы по разному регулируют синаптическую трансмиссию через взаимодействие с АРОЕ рецепторами в синапсах? Вовлечен ли функционально reelin сигнальный путь в патогенез нейродегенеративных и нейропсихических синдромов у человека? Как биосинтез и транспорт нейронального холестерола регулируют нейротрансмиссию в синапсе? Ответы на эти вопросы не только откроют новую главу в области нейробиологии, но и смогут быть базой, на основе которой могут быть произведены фармакологические вмешательства для предотвращения утраты синапсов при распространенных нейродегенеративных расстройствах, таких, например, как болезнь Альцгеймера.

Литература

1. Schmechel, D. E. et al. Increased amyloid -peptide deposition in cerebral cortex as a consequence of apolipoprotein E genotype in late-onset Alzheimer disease. Proc. Natl Acad. Sci. USA 90, 9649–9653 (1993).