Некоторые цитокины быстро образуются после острого повреждения головного мозга. Они экспрессируются во временном и пространственном паттерне, согласующемся с их участием в последующей нейрональной гибели.
Изучение роли эндогенных и экзогенных цитокинов in vivo и in vitro дало противоречивые данные. В общих терминах, interleukin 1, по-видимому, непосредственно вносит вклад в нейроденерацию, тогда как transforming growth factor-&beeta; является нейропротектором. Tumour necrosis factor-α м. как усиливать, так и ингибировать повреждения нейронов; это двойное действие, по-видимому, зависит от от времени и уровня его экспрессии.
Сложность действия и предполагаемых механизмов цитокинов в нервной системе сходна с их функциями на периферии. Цитокины м. действовать при оченьт низких конацентрациях в многочисленных типах клеток внутри и вне головного мозга. Очевидно, что вклад цитокинов в нейродегенерацию не связан с одним механизмом одного специфического типа клеток, а скорее зависит от нескольких действий, которые м.б. вредными или полезными.
Обсуждаются новые данне о патагенеза так называемых "triplet repeat" болезней, полученные на мышинных моделях спино-мозжечковой атаксии типа 1 и 3 и болезни Гентингтона. Выявлена роль ядерных аггрегатов и расщепления белков. Кроме того в работе рассматриваются нейрологические фенотипы, возникающие в результате мутаций рецепторов нейротрнасмиттеров (lurcher мыши) и ионных канальцев (weaver, leaner и totterung мыши), подчеркивается параллелизм между ишемической гибелью клеток и нейродегенерацией у мышей lurcher. Наконец, рассматриваются общие механизмы гибели клеток.
Новый класс нейродегенеративных заболеваний выделен с открытием нестабильных тринуклеотидных повторов.Семейство этих заболеваний треплетных посторов достигло 15, 8 из которых spinobulbar muscular atrophy (SBMA), болезнь Геттингтона и спино-мозжечковые атаксии ( включая dentato-rubro-pallid-luysian атрофию или DRPLA) - являются нейродегенеративными заболеваниями, возникающими в результате увеличения ЦАГ повторов, кодирующих полиглютаминовые треки в соотв. белках. За исключением SBMA эти нарушения наследуютя доминантно. Все 8 наиболее широко распространены в средине жизни и ведут к прогрессивной нейрональной дисфункции и потере нейронов с началом симптомов в течение 10-20 лет.
Нестабильность повторов между поколениями варьирует в разной степени, но чем большше число повторов ЦАГ, тем раньше возраст начала, тяжелее симптомы и течение. Повреждаются лишь определенные субнаборы нейрнов при каждом из этих заболеваний, несмотря на повсеместное рапределение относящихся к болезни белков по всему головному мозгу и другим тканям. Обычная функция этих белков остается неясной, за исключением андрогенного рецептора (SBMA) и α 1A-voltage-dependet кальциевого канальца (SCA6). Известно однако, что что полиглютаминовые трэки обусловливают новую токсическую функцию соответсвующим белкам. Ни делеции генов андрогенного рецептора, HD или SCA1, ни нокаутные мыши по HD или SCA1 не дают фенотипа болезни треплетных повторов.
Итак, некоторые белки с увеличенными полиглютаминовыми трэками являются нейротоксичными, они неправильно складываются или другим способом нарушают ядерные функции. С неправильным складыванием связано образование ядерных включений. Обнаружение того, что ядерные включения окрашиваются позитивно на протеосомы, убиквитин и молекулярные хапероны, указывает что они содержат неправильно сложенные белки, становящиеся целью для протеолиза, который оказывается безуспешным. Агрегаты не иницируют патогенеза, но тот факт, что ядерные включения появляются у пациентов при HD, SBMA, SCA1, 3, 7 и DRPLA, делает их важными. Убиквитин-позитивные агрегаты обнаруживаются и при других нейродегенеративных болезнях - Алцгеймера, амиотрофическом латеральном склерозе, болезни Паркинсона - следовательно, неправильное складывание и нарушение белкового обмена м.б. общими молекулярными механизмами нейродегенерации. Нарушенная конформация белка может вести к аномальным или усиленным межбелковым взаимодействиям, нарушающим нейрональную функцию. Специфичность взаимодействий определяемая уникальностью пептидных последовательностей м.б. связана с клеточной специфичностью соотв. фенотипов. Предполагается, что белки агрегированные долгое время взаимодействуют с нормальной функцией протеолиза или физически нарушают некоторые клеточные активности на поздних стадиях заболевания.
Высокая токсичность белковых фрагментов - укороченного атаксина-3, 3% фрагмента гентингтина и РЗКЕ белка с 146Q - м.б. объяснена их малыми размерами, менее 50 кДа, что позволяет им проникать в ядро. Это м.б. важной ступенью в патогенезе. Известно, что белки, затрагиваемые при DRPLA, SBMA и SCA3 расщепляются в апоптических экстрактах с помощью каспаз. Показано, что не только каспаза 1 активирована у R6/2 мышей, но и то, что ингибирование каспазной активности снижает эндогенное расщепление гинтингтина и задерживает формирование ядерных включений и гибель.
Установлена важность как NMDA, так и АМРА типа глютаматных рецепторов для excititixic гибели клеток in vitro и установлена центральная роль притока Ca2+ в этом процессе. Токсичность глютамата является важным фактором для разных нейрологических нарушений, а повышенный уровень внутриклеточного Ca2+ играет центральаную роль в патогенезе. Так, выявлен аномальный процессинг мРНК ЕААТ2 глютаматного транспортера у ряда пациентов с амиотрофическим латеральным склерозом.
Фенотип. Lc полудоминантная мутация мыши. У Lc/+ мышей развивается атаксия во время 2-й недели постнатального развития в результате потери клеток Пуркинье в мозжечке. Гомозиготы имеют более серьезные повреждения и умирают при рождении из-за массивной потери нейронов в заднем мозге и стволе головного мозга. Мутация действует клеточно автономно в клетках Пуркинье мозжечка, а гибель гранулярных клеток и нейронов нижних олив является следствием потери клеток Пуркинье, а не прямым эффектом мутации. Некоторые молекулы, участвующие в регуляции апоптоза индуцированы в Lc/+ клетках Пуркинье перед гибелью (Вах, Bcl-X прокаспаза 3). Следовательно, у мутантов активируется запрограммированная гибель клеток.
Ген. Оба аллеля lurcher гена происходят из идентичной точковой мутации орфан глютаматного рецептора GluRδ2 (Grid2). Он и Grid1 глютаматные рецепторы обнаруживают 20-30% идентичность с NMDA и АМРА,каинатовыми рецепторами и имеют сходную мембранную топологию.
Ионотропные глютаматные рецепторы явлются лиганд-gated ионными канальцами, которые могут функционировать как гомо- или гетеродимеры. Однако ни Grid1, ни Grid2 не обнаруживают связи с глютаматом или активности ионных канальцев. Дельта рецепторы отнесены к орфановым рецепторам.
Grid2 экспрессируется на высоком уровне в клетках Пуркинье мозжечка и на низком уровне в некоторых нейронах ствола головного мозга. Экспрессия обнаруживается на 15 день эмбриогенеза мыши в клетках Пуркинье мозжечка, уровень экспрессии существенно увеличивается после рождения. Он специфически локализуется в постсинаптических уплотнениях только дендритных ызштуы клеток Пуркинье, которые обеспечивают контакт с параллельными волокнами гранулярных клеток. Это отличает их от ионотропных глютаматных рецептров , которые обнаруживаются как в синапсах параллельных волокон, так и в синапсах climbing волокон.
Конституитивная активация GRID2LC рецепторов. Lc/+ клетки Пуркинье нуждаются в более высоких величинах имеющегося тока к clamp нейронам - 70 mV, измерения инициального тока и мембранной проводимости в поврежденных клетках значительно выше, а их остаточный потенциал деполяризован. Na+ является основным носителем тока, специфичного для Lc, constitutive inward current. Последний в Lc/+ клетках Пуркинье является результатом прямой активации Grid2LC рецептров.
Механизмы гибели клеток у Lutrcher животных. Развитие lurcher фенотипа на Вах-/- фоне драматически меняется: вторичная гибель гранулярных клеток мозжечка полностью редуцируется и гибель клеток Пуркинье задерживается.ИШЕМИЧЕСКАЯ ГИБЕЛЬ КЛЕТОК
Excitotoxic гипотеза ишемических повреждений подтверждается демонстрацией высвобождения глютамата во время ишемии, преимущественной потерей глютаминэргических нейронов в местах повреждений и способностью антогонистов глютаматных рецепторов защищать клетки от ишемической гибели. Предплагается, что приток Ca2+ играет важную роль в ишемической гибели клеток.
Первая ступень ишемической гибели клеток связана с очень быстрой гибелью большого числа нейронов в фокусе повреждения. Это соответствует excitotoxic гибели клеток в культивируемых нейронах. В частности повышенная ранимость глютаминэргических клеток в месте повреждения м.б. обусловлена кальций-зависимой активацией пути некротической гибели клеток. Вторая фаза развивается от центра повреждения, распространяясь на соседние ткани и существенно увеличивая объем повреждения. Гибель клеток в этих penumbra аспектах включает клетки, непосредственно отвечающие на увеличение уровня глютамата. Накапливаются доказателства важной роли апоптоза в нейрональной гибели во время этой фазы: индуцируется Вах, активируется каспаза, наблюдается фрагментация ДНК и высвобождается цитохром с из митохондрий. Во многих аспектах прогрессия событий, происходящих во время задержанной гибели клеток при преходящей фокальной ишемии в кортексе очень сходна с той что происходит в мозжечке lurcher.МУТАЦИИ ИОННЫХ КАНАЛЬЦЕВ
Фенотип. Дефицит гранулярных клеток в кортексе мозжечка наиболее выражен в средней линии. Гранулярные клетки wv мышей неспособны мигрировать из наружного гранулярного слоя (НГС) и погибают в постмитотической зоне НГС. Обнаруживаются аномалии и клеток Пуркинье. Установлено, что ген weaver действует intrinsically внутри гранулярных клеток мозжечка и что аномалии в других типах клеток мозжечка вторичны. Возможно восстановление мутантных гранулярных клеток. У мутантов выявлено также существенное снижение числа допамин-содержащих клеток в среднем мозге, особенно в субстанции нигра и retrorubral ядре.
Ген. Мутация weaver является миссенс мутацией G protein-gated inward rectifier channel GIRK2. weaver мутация результат избыточной функции GIRK2. Мутация wv (Gly156Ser) возникает в высоко законсервированном домене Н5 GIRK2 канальцев. GIRK2wv гомомерные канальцы теряют селективность в отношениимоновалентных катионов, они характеризуются аномальной проницаемостью для ионов Ca2+ и постоянной активацией канальцев. Это м.б. вторичным эффектом повышения концентрации внутриклеточного Na+. Что в свою очередь являтся следствием конституитивной активации канальцев.
Гетеромерные канальцы обнаруживают меньший ток через канальцы, чем гетеромеры дикого типа.
Предполагается, что повышенный ток ионов в гранулярные клетки является инициальным патогенетическим событием, ведущим к гибели клеток, супрессирующих субъединицу GIRK2wv.
Клеточная гибель weaver нейронов. Морфологический анализ гибнущих wv/wv гранулярных клеток выявил типичную апоптическую морфологию. В этих клетках повышена экспрессия Вах.
tottering мыши имеют нормальную жизнеспособность, а интермитирущие судороги начинаются на 2-й неделе постнатального развития. Все 3 аллеля дают гистологичекие аномалии в мозжечке. Гипериннервация от локуса сщукгдуы и сохранение экспрессии ТН. Судорогине сопрровождаются аномалиями ЭЭГ. Эти моторные судороги отсутствуют у дуфтук (tgla или rolling mouse Nagoya (tgrol) линий, но обе эти линии обнаруживают дегенерацию и гибель клеток Пуркинье и других нейронов мозжечка.
Происходит прогрессивная потеря нейронов коры мозжечка. Гибель гранулярных клеток впервые обнаруживается в течение первого года постнатальной жизни. Гибель нейронов особенно заметный в передней ащдшф мозжечка. потеря клеток Пуркинье в кортексе обнаруживается в продольных зонах, напоминающих парасагитальные домены экспрессии яуикшт.
Мутации, отвечающие за tottering и leaner фенотип идентифицированы как миссенс мутации α1A. Мутации этого гена у человека ассоциированы с семейной гемиплегической мигренью, эпизодической атаксией типа 1 м спино-мозжечковой атаксией типа 6 (SCA6).
Почему SCA6 и tgla мутации вызывают гибель Пуркинье, гранулярных и Голюджи нейронов, тогда как другие мутации в этом гене обусловлвивают эпизодические функциональные нарушения, несвязанные с нейродегенерацией.
tg аллель вызывает замену пролина на лейцин вблизи Р домена α1A , тогда как мутация tgla - результат замены С-терминального цитоплазматического домена канальца, обусловленной аномальным сплайсингом. Измерения активности кальциевых каналцев в клетках Пуркинье tottering и leaner мышей показали, что Р-типа кальциевыетоки сильно редуцированы в обоих случаях. У leaner (long аллель) обнаружены определенные изменения в зависимости от вольтажа активации и инактивации Р-типа токов. Следовательно, обе мутации снижают внутриклеточный кальций, а продукты аномального сплайсинга одного из аллелей (leaner) вызывают существенные изменения вольтаж-зависимого запирания этих каналцев.
Гибель нейронов ограничена специфическим набором нейронов мозжечка, несмотря на высокий уровень экспрессии субъедтницы α1A по всему мозжечку и во многих других нейронах ЦНС. Гибель клеток Пуркинье коррелирует с экспрессией яуикшт и ослаблением экспрессии ТН у взрослых ещееукштп и дуфтук мышей. Гибель происходит в результате апоптоза.
Моторная дисфункция предшествует нейрональной гибели за месяцы у SCA1 мышей. Сходным образом у HD мышей, экспрессирующих белок полной длины изменения в поведении и электрофизиологии наблюдаются до потери клеток. Дегенерация нейронов происходит в некоторых из мышиных моделей поздно в течение болезни, а у MJD/SCA3 мышей, которые экспрессируют укорочнный белок с длинным полиглютаминовым трэком в клетках Пуркинье, массивная мозжечковая гибель происходит спустя 8 и более недель. Белковые фрагменты, по-видимому, токсичны и могут постепенно накапливаться, формируя фенотип боле постепенно.
Помимо нейронов, погибающих непосредственно от мутации, ряд нейронов гибнет в результате вторичных причин. Для этого необходимо чувствительность клеток к потере их афферентных партнеров, варьирующая в зависимости от типа клеток и периода развития. Напр., ген lurcher, ведущий почти к тотальной вторичной гибели гранулярных клеток и нейронов нижних олив.Тогда как нейроны вестибулярного ганглия, ближайшие афферентные к кортексу мозжечка, переживают потерю своих мишеней - гранулярных клеток у мутантов lurcher, weaver или Purkinje ceell degeneration (pcd). Более того мутация pcd, которая обусловливает полную потерю клеток Пуркинье, начтнающуюся примерно на 20 день постнатального периода, вызывает незначительную гибель гранулярных клеток или нейронов нижних олив. Следовательно, критический период чувствительности этих клеток мишеней приходится на ранний постнатальный период.
Во-вторых, причиной вторичной гибели клеток м.б. иные механизмы. Так, Вах необходим для вторичной гибели гранулярных клеток у дгксрук мышей, но он играет минорную роль в первичной гибели клеток. Предполагается, что вторичная гибель клеток происходит в результате реактивации нормальных путей онтогенетической гибели клеток.
По крайней мере два механизма участвуют в активации каспаз в гибнущих клетках. Первый связан с лигацией рецепторов гибели соотв. лигандами и рекрутированием их родственных адапторов (напр., FADD) Эти адапторы непосредственно взаимодействуют с предшественникамикаспаз. Формирование комплексов рецептор/адаптор/прокаспаза ведет к активации связанной каспазы путем протеолитического отщепления, в результате происходит стимуляция каспазного каскада и инициация эффекторной фазы апоптической гибели. Хотя рецепторы нейротрансмиттеров и ионных канальцев определенно связывают поддерживающие (scaffolding) молекулы, которые важны для регуляции их активности и сигнализации, пока нет доказательств что существуют комплексы, которые прямо активируют каспазные каскады. Митохондрии играют центральную роль во втором пути, который активирует эффекторную фазу апоптоза. В этом случае, динамическая регуляция белков семейства Исд и их инсерция в митохондриальные мембраны регулирует высвобождение цитохрома с из митохондрий. Цитохром с затем соединяется и активирует комплекс, содержащий Apaf-1 и каспазу-9, ведущих к выщеплению каспазы-3 и активации эффекторной фазы апоптоза.
Аномалии морфологии и функции митохондрий распознаны в качестве фактора нейродегенеративных заболеваний уже давно. Обнаружение белков апоптического пути, прямо ассоциированных с митохондриями, позволяет связать их с механизмом нейрональной гибели. Доказательства вовлечения этого пути получены для каждой мышиной модели нейродегенерации. Морфологические аномалии митохондрий выявлены давно у спонтанных нейрологических мутантов и активация членов семейства Bcl-2 и каспаз у этих мышей хорошо известно. Нокаутные мыши по каспазе 3, каспазе 9 и Apaf1 обнаруживают массивные нарушения ЦНС в результате избыточной продукции клеточных типов ЦНС. Избыточная экспрессия доминант-негативного мутанта по каспаза-1 ослабляет фенотип амиотрофического латерального склероза у мышей, вызванного мутантной формой Cu/Zn сипероксид дисмутазы и пролонгирует выживаемость R6/2 HD мышей.
Первичные механизмы, которые регулируют доступность цитокинов, места и механизмы их действия, вызывающие гибель нейронов, начинают только выявляться. Мы только начинаем понимать пути передачи сигналов цитокинов.
(Рис.1.) | Damage after focal cerebral ischaemia.
(Рис.2.) | Cytokine expression profile.
(Рис.3.) | Signal transduction through IL-1RI and TNFR1.
(Рис.4.) | Summary of putative actions of cytokines in neurodegeneration.
Interleukin 1 and seizures
(Рис.1.) | Damage after focal cerebral ischaemia.
(Рис.2.) | Cytokine expression profile.
(Рис.3.) | Signal transduction through IL-1RI and TNFR1.
(Рис.4.) | Summary of putative actions of cytokines in neurodegeneration.
Interleukin 1 and seizures
ПОЛИГЛЮТАМИНОВЫЕ БОЛЕЗНИ
Обсуждаются новые данне о патагенеза так называемых "triplet repeat" болезней, полученные на мышинных моделях спино-мозжечковой атаксии типа 1 и 3 и болезни Гентингтона. Выявлена роль ядерных аггрегатов и расщепления белков. Кроме того в работе рассматриваются нейрологические фенотипы, возникающие в результате мутаций рецепторов нейротрнасмиттеров (lurcher мыши) и ионных канальцев (weaver, leaner и totterung мыши), подчеркивается параллелизм между ишемической гибелью клеток и нейродегенерацией у мышей lurcher. Наконец, рассматриваются общие механизмы гибели клеток.
Новый класс нейродегенеративных заболеваний выделен с открытием нестабильных тринуклеотидных повторов.Семейство этих заболеваний треплетных посторов достигло 15, 8 из которых spinobulbar muscular atrophy (SBMA), болезнь Геттингтона и спино-мозжечковые атаксии ( включая dentato-rubro-pallid-luysian атрофию или DRPLA) - являются нейродегенеративными заболеваниями, возникающими в результате увеличения ЦАГ повторов, кодирующих полиглютаминовые треки в соотв. белках. За исключением SBMA эти нарушения наследуютя доминантно. Все 8 наиболее широко распространены в средине жизни и ведут к прогрессивной нейрональной дисфункции и потере нейронов с началом симптомов в течение 10-20 лет.
Нестабильность повторов между поколениями варьирует в разной степени, но чем большше число повторов ЦАГ, тем раньше возраст начала, тяжелее симптомы и течение. Повреждаются лишь определенные субнаборы нейрнов при каждом из этих заболеваний, несмотря на повсеместное рапределение относящихся к болезни белков по всему головному мозгу и другим тканям. Обычная функция этих белков остается неясной, за исключением андрогенного рецептора (SBMA) и α 1A-voltage-dependet кальциевого канальца (SCA6). Известно однако, что что полиглютаминовые трэки обусловливают новую токсическую функцию соответсвующим белкам. Ни делеции генов андрогенного рецептора, HD или SCA1, ни нокаутные мыши по HD или SCA1 не дают фенотипа болезни треплетных повторов.
Итак, некоторые белки с увеличенными полиглютаминовыми трэками являются нейротоксичными, они неправильно складываются или другим способом нарушают ядерные функции. С неправильным складыванием связано образование ядерных включений. Обнаружение того, что ядерные включения окрашиваются позитивно на протеосомы, убиквитин и молекулярные хапероны, указывает что они содержат неправильно сложенные белки, становящиеся целью для протеолиза, который оказывается безуспешным. Агрегаты не иницируют патогенеза, но тот факт, что ядерные включения появляются у пациентов при HD, SBMA, SCA1, 3, 7 и DRPLA, делает их важными. Убиквитин-позитивные агрегаты обнаруживаются и при других нейродегенеративных болезнях - Алцгеймера, амиотрофическом латеральном склерозе, болезни Паркинсона - следовательно, неправильное складывание и нарушение белкового обмена м.б. общими молекулярными механизмами нейродегенерации. Нарушенная конформация белка может вести к аномальным или усиленным межбелковым взаимодействиям, нарушающим нейрональную функцию. Специфичность взаимодействий определяемая уникальностью пептидных последовательностей м.б. связана с клеточной специфичностью соотв. фенотипов. Предполагается, что белки агрегированные долгое время взаимодействуют с нормальной функцией протеолиза или физически нарушают некоторые клеточные активности на поздних стадиях заболевания.
Высокая токсичность белковых фрагментов - укороченного атаксина-3, 3% фрагмента гентингтина и РЗКЕ белка с 146Q - м.б. объяснена их малыми размерами, менее 50 кДа, что позволяет им проникать в ядро. Это м.б. важной ступенью в патогенезе. Известно, что белки, затрагиваемые при DRPLA, SBMA и SCA3 расщепляются в апоптических экстрактах с помощью каспаз. Показано, что не только каспаза 1 активирована у R6/2 мышей, но и то, что ингибирование каспазной активности снижает эндогенное расщепление гинтингтина и задерживает формирование ядерных включений и гибель.
АКТИВАЦИЯ РЕЦЕПТОРОВ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ
Установлена важность как NMDA, так и АМРА типа глютаматных рецепторов для excititixic гибели клеток in vitro и установлена центральная роль притока Ca2+ в этом процессе. Токсичность глютамата является важным фактором для разных нейрологических нарушений, а повышенный уровень внутриклеточного Ca2+ играет центральаную роль в патогенезе. Так, выявлен аномальный процессинг мРНК ЕААТ2 глютаматного транспортера у ряда пациентов с амиотрофическим латеральным склерозом.
Lurcher (LC)
Фенотип. Lc полудоминантная мутация мыши. У Lc/+ мышей развивается атаксия во время 2-й недели постнатального развития в результате потери клеток Пуркинье в мозжечке. Гомозиготы имеют более серьезные повреждения и умирают при рождении из-за массивной потери нейронов в заднем мозге и стволе головного мозга. Мутация действует клеточно автономно в клетках Пуркинье мозжечка, а гибель гранулярных клеток и нейронов нижних олив является следствием потери клеток Пуркинье, а не прямым эффектом мутации. Некоторые молекулы, участвующие в регуляции апоптоза индуцированы в Lc/+ клетках Пуркинье перед гибелью (Вах, Bcl-X прокаспаза 3). Следовательно, у мутантов активируется запрограммированная гибель клеток.
Ген. Оба аллеля lurcher гена происходят из идентичной точковой мутации орфан глютаматного рецептора GluRδ2 (Grid2). Он и Grid1 глютаматные рецепторы обнаруживают 20-30% идентичность с NMDA и АМРА,каинатовыми рецепторами и имеют сходную мембранную топологию.
Ионотропные глютаматные рецепторы явлются лиганд-gated ионными канальцами, которые могут функционировать как гомо- или гетеродимеры. Однако ни Grid1, ни Grid2 не обнаруживают связи с глютаматом или активности ионных канальцев. Дельта рецепторы отнесены к орфановым рецепторам.
Grid2 экспрессируется на высоком уровне в клетках Пуркинье мозжечка и на низком уровне в некоторых нейронах ствола головного мозга. Экспрессия обнаруживается на 15 день эмбриогенеза мыши в клетках Пуркинье мозжечка, уровень экспрессии существенно увеличивается после рождения. Он специфически локализуется в постсинаптических уплотнениях только дендритных ызштуы клеток Пуркинье, которые обеспечивают контакт с параллельными волокнами гранулярных клеток. Это отличает их от ионотропных глютаматных рецептров , которые обнаруживаются как в синапсах параллельных волокон, так и в синапсах climbing волокон.
Конституитивная активация GRID2LC рецепторов. Lc/+ клетки Пуркинье нуждаются в более высоких величинах имеющегося тока к clamp нейронам - 70 mV, измерения инициального тока и мембранной проводимости в поврежденных клетках значительно выше, а их остаточный потенциал деполяризован. Na+ является основным носителем тока, специфичного для Lc, constitutive inward current. Последний в Lc/+ клетках Пуркинье является результатом прямой активации Grid2LC рецептров.
Механизмы гибели клеток у Lutrcher животных. Развитие lurcher фенотипа на Вах-/- фоне драматически меняется: вторичная гибель гранулярных клеток мозжечка полностью редуцируется и гибель клеток Пуркинье задерживается.
ИШЕМИЧЕСКАЯ ГИБЕЛЬ КЛЕТОК
Преходящая фокальная ишемия
Excitotoxic гипотеза ишемических повреждений подтверждается демонстрацией высвобождения глютамата во время ишемии, преимущественной потерей глютаминэргических нейронов в местах повреждений и способностью антогонистов глютаматных рецепторов защищать клетки от ишемической гибели. Предплагается, что приток Ca2+ играет важную роль в ишемической гибели клеток.
Механизмы ишемической гибели клеток
Первая ступень ишемической гибели клеток связана с очень быстрой гибелью большого числа нейронов в фокусе повреждения. Это соответствует excitotoxic гибели клеток в культивируемых нейронах. В частности повышенная ранимость глютаминэргических клеток в месте повреждения м.б. обусловлена кальций-зависимой активацией пути некротической гибели клеток. Вторая фаза развивается от центра повреждения, распространяясь на соседние ткани и существенно увеличивая объем повреждения. Гибель клеток в этих penumbra аспектах включает клетки, непосредственно отвечающие на увеличение уровня глютамата. Накапливаются доказателства важной роли апоптоза в нейрональной гибели во время этой фазы: индуцируется Вах, активируется каспаза, наблюдается фрагментация ДНК и высвобождается цитохром с из митохондрий. Во многих аспектах прогрессия событий, происходящих во время задержанной гибели клеток при преходящей фокальной ишемии в кортексе очень сходна с той что происходит в мозжечке lurcher.
МУТАЦИИ ИОННЫХ КАНАЛЬЦЕВ
Weaver (wv)
Фенотип. Дефицит гранулярных клеток в кортексе мозжечка наиболее выражен в средней линии. Гранулярные клетки wv мышей неспособны мигрировать из наружного гранулярного слоя (НГС) и погибают в постмитотической зоне НГС. Обнаруживаются аномалии и клеток Пуркинье. Установлено, что ген weaver действует intrinsically внутри гранулярных клеток мозжечка и что аномалии в других типах клеток мозжечка вторичны. Возможно восстановление мутантных гранулярных клеток. У мутантов выявлено также существенное снижение числа допамин-содержащих клеток в среднем мозге, особенно в субстанции нигра и retrorubral ядре.
Ген. Мутация weaver является миссенс мутацией G protein-gated inward rectifier channel GIRK2. weaver мутация результат избыточной функции GIRK2. Мутация wv (Gly156Ser) возникает в высоко законсервированном домене Н5 GIRK2 канальцев. GIRK2wv гомомерные канальцы теряют селективность в отношениимоновалентных катионов, они характеризуются аномальной проницаемостью для ионов Ca2+ и постоянной активацией канальцев. Это м.б. вторичным эффектом повышения концентрации внутриклеточного Na+. Что в свою очередь являтся следствием конституитивной активации канальцев.
Гетеромерные канальцы обнаруживают меньший ток через канальцы, чем гетеромеры дикого типа.
Предполагается, что повышенный ток ионов в гранулярные клетки является инициальным патогенетическим событием, ведущим к гибели клеток, супрессирующих субъединицу GIRK2wv.
Клеточная гибель weaver нейронов. Морфологический анализ гибнущих wv/wv гранулярных клеток выявил типичную апоптическую морфологию. В этих клетках повышена экспрессия Вах.
Tottering (tg)
tottering мыши имеют нормальную жизнеспособность, а интермитирущие судороги начинаются на 2-й неделе постнатального развития. Все 3 аллеля дают гистологичекие аномалии в мозжечке. Гипериннервация от локуса сщукгдуы и сохранение экспрессии ТН. Судорогине сопрровождаются аномалиями ЭЭГ. Эти моторные судороги отсутствуют у дуфтук (tgla или rolling mouse Nagoya (tgrol) линий, но обе эти линии обнаруживают дегенерацию и гибель клеток Пуркинье и других нейронов мозжечка.
Дегенерация мозжечка у leaner мышей.
Происходит прогрессивная потеря нейронов коры мозжечка. Гибель гранулярных клеток впервые обнаруживается в течение первого года постнатальной жизни. Гибель нейронов особенно заметный в передней ащдшф мозжечка. потеря клеток Пуркинье в кортексе обнаруживается в продольных зонах, напоминающих парасагитальные домены экспрессии яуикшт.
Мутация α1A субъединицы кальциевого канала в TG и TGLA линиях
Мутации, отвечающие за tottering и leaner фенотип идентифицированы как миссенс мутации α1A. Мутации этого гена у человека ассоциированы с семейной гемиплегической мигренью, эпизодической атаксией типа 1 м спино-мозжечковой атаксией типа 6 (SCA6).
Почему SCA6 и tgla мутации вызывают гибель Пуркинье, гранулярных и Голюджи нейронов, тогда как другие мутации в этом гене обусловлвивают эпизодические функциональные нарушения, несвязанные с нейродегенерацией.
tg аллель вызывает замену пролина на лейцин вблизи Р домена α1A , тогда как мутация tgla - результат замены С-терминального цитоплазматического домена канальца, обусловленной аномальным сплайсингом. Измерения активности кальциевых каналцев в клетках Пуркинье tottering и leaner мышей показали, что Р-типа кальциевыетоки сильно редуцированы в обоих случаях. У leaner (long аллель) обнаружены определенные изменения в зависимости от вольтажа активации и инактивации Р-типа токов. Следовательно, обе мутации снижают внутриклеточный кальций, а продукты аномального сплайсинга одного из аллелей (leaner) вызывают существенные изменения вольтаж-зависимого запирания этих каналцев.
Гибель клеток у leaner мышей
Гибель нейронов ограничена специфическим набором нейронов мозжечка, несмотря на высокий уровень экспрессии субъедтницы α1A по всему мозжечку и во многих других нейронах ЦНС. Гибель клеток Пуркинье коррелирует с экспрессией яуикшт и ослаблением экспрессии ТН у взрослых ещееукштп и дуфтук мышей. Гибель происходит в результате апоптоза.
Дисфункция или первичная и вторичная гибель клеток
Моторная дисфункция предшествует нейрональной гибели за месяцы у SCA1 мышей. Сходным образом у HD мышей, экспрессирующих белок полной длины изменения в поведении и электрофизиологии наблюдаются до потери клеток. Дегенерация нейронов происходит в некоторых из мышиных моделей поздно в течение болезни, а у MJD/SCA3 мышей, которые экспрессируют укорочнный белок с длинным полиглютаминовым трэком в клетках Пуркинье, массивная мозжечковая гибель происходит спустя 8 и более недель. Белковые фрагменты, по-видимому, токсичны и могут постепенно накапливаться, формируя фенотип боле постепенно.
Помимо нейронов, погибающих непосредственно от мутации, ряд нейронов гибнет в результате вторичных причин. Для этого необходимо чувствительность клеток к потере их афферентных партнеров, варьирующая в зависимости от типа клеток и периода развития. Напр., ген lurcher, ведущий почти к тотальной вторичной гибели гранулярных клеток и нейронов нижних олив.Тогда как нейроны вестибулярного ганглия, ближайшие афферентные к кортексу мозжечка, переживают потерю своих мишеней - гранулярных клеток у мутантов lurcher, weaver или Purkinje ceell degeneration (pcd). Более того мутация pcd, которая обусловливает полную потерю клеток Пуркинье, начтнающуюся примерно на 20 день постнатального периода, вызывает незначительную гибель гранулярных клеток или нейронов нижних олив. Следовательно, критический период чувствительности этих клеток мишеней приходится на ранний постнатальный период.
Во-вторых, причиной вторичной гибели клеток м.б. иные механизмы. Так, Вах необходим для вторичной гибели гранулярных клеток у дгксрук мышей, но он играет минорную роль в первичной гибели клеток. Предполагается, что вторичная гибель клеток происходит в результате реактивации нормальных путей онтогенетической гибели клеток.
Активация апоптоза
По крайней мере два механизма участвуют в активации каспаз в гибнущих клетках. Первый связан с лигацией рецепторов гибели соотв. лигандами и рекрутированием их родственных адапторов (напр., FADD) Эти адапторы непосредственно взаимодействуют с предшественникамикаспаз. Формирование комплексов рецептор/адаптор/прокаспаза ведет к активации связанной каспазы путем протеолитического отщепления, в результате происходит стимуляция каспазного каскада и инициация эффекторной фазы апоптической гибели. Хотя рецепторы нейротрансмиттеров и ионных канальцев определенно связывают поддерживающие (scaffolding) молекулы, которые важны для регуляции их активности и сигнализации, пока нет доказательств что существуют комплексы, которые прямо активируют каспазные каскады. Митохондрии играют центральную роль во втором пути, который активирует эффекторную фазу апоптоза. В этом случае, динамическая регуляция белков семейства Исд и их инсерция в митохондриальные мембраны регулирует высвобождение цитохрома с из митохондрий. Цитохром с затем соединяется и активирует комплекс, содержащий Apaf-1 и каспазу-9, ведущих к выщеплению каспазы-3 и активации эффекторной фазы апоптоза.
Аномалии морфологии и функции митохондрий распознаны в качестве фактора нейродегенеративных заболеваний уже давно. Обнаружение белков апоптического пути, прямо ассоциированных с митохондриями, позволяет связать их с механизмом нейрональной гибели. Доказательства вовлечения этого пути получены для каждой мышиной модели нейродегенерации. Морфологические аномалии митохондрий выявлены давно у спонтанных нейрологических мутантов и активация членов семейства Bcl-2 и каспаз у этих мышей хорошо известно. Нокаутные мыши по каспазе 3, каспазе 9 и Apaf1 обнаруживают массивные нарушения ЦНС в результате избыточной продукции клеточных типов ЦНС. Избыточная экспрессия доминант-негативного мутанта по каспаза-1 ослабляет фенотип амиотрофического латерального склероза у мышей, вызванного мутантной формой Cu/Zn сипероксид дисмутазы и пролонгирует выживаемость R6/2 HD мышей.
Сайт создан в системе uCoz