Мутация в гене Cu/Zn супероксид-дисмутазы 1 (copper/zinc superoxide dismutase 1, SOD-1) обнаружена примерно у 20% больных с семейной формой амиотрофического бокового склероза (familial amyotrophic lateral sclerosis, FALS) или амиотрофического бокового склероза 1. Описан 25-летний пациент (мужчина), скончавшийся от FALS после 11-месячного периода заболевания. FALS - смертельное прогрессирующее заболевание, вызванное избирательной дегенерацией мотонейронов в коре мозга, стволе мозга и в спинном мозге. Наследование обычно аутосомно-доминантное, но сообщалось и о гомозиготных мутациях с аутосомно-рецессивным наследованием. Ген SOD-1 локализован на хромосоме 21q22.1 и состоит из 5 экзонов, кодирующих металлоэнзимы с 153 аминокислотами. Основная функция SOD-1 белка -- детоксикация супероксидных свободных радикалов. В настоящее время сообщалось о более 60 различных мутациях гена SOD-1 у больных с ALS, которые в основном затрагивают экзоны и редко некодирующие области гена. Изучение трансгенных мышей показало, что дегенерация нейронов возникает из-за токсичности мутантного SOD-1 белка, а не из-за снижения «радикал-собирающей» активности супероксид-дисмутазы. Секвенирование гена SOD-1 у больного показало гетерозиготное Т--G изменение в позиции 1513 экзона 5, который кодирует V--G замену в позиции 148 у зрелого белка. Генетический анализ этой семьи показал присутствие этой же мутации у здоровой 36-летней сестры и матери пациента, у которой признаки заболевания не развились до 54 лет. Скрининг кандидатного гена-модификатора, который мог бы отвечать за столь ранее начало заболевания и его тяжелое течение у 25-летнего больного, обнаружил дополнительную гомозиготную мутацию CNTF гена, которая не была найдена у непораженной сестры больного. (CNTF -- сiliary neurotrophic factor - является потенциальным фактором выживаемости мотонейронов в культуре клеток и in vivo. Инактивация CNTF гена ведет к утрате 15-20% мотонейронов у новорожденных мышей, снижению мышечной силы, но мыши достигают зрелого возраста и выглядят вполне здоровыми). Авторы провели также исследования на животных моделях. Мыши hSOD-1G93A были скрещены с CNTF-/- мышами, после чего потомки были изучены на предмет начала появления заболевания и его продолжительности с тем, чтобы проверить гипотезу о действии CNTF как гена-модификатора при FALS с мутацией в гене SOD-1. У таких hSOD-1G93A/CNTF-дефицитных мышей развитие болезни (поражение мотонейронов) начиналось на более ранних стадиях, чем у hSOD-1G93A/CNTF мышей дикого типа. Анализ сцепления показал, что только ген SOD-1 ответственен за заболевание. Однако начало болезни регулируется состоянием аллелей в локусе CNTF. Кроме того, больные со спорадическим амиотрофическим боковым склерозом, имеющие гомозиготный дефектный ген CNTF, характеризовались значительно более раннее началом заболевания, но не имели выраженных различий в продолжительности заболевания. Авторы делают заключение, что CNTF действует как ген-модификатор, приводящий к раннему началу заболевания у больных с FALS, имеющих SOD-1 мутацию, у больных со спорадической формой амиотрофического бокового склероза и у модельных hSOD-1G93A мышей.

Motor neuron disease:The curious ways of ALS M. Polymenidou, D. W. Cleveland Nature V. 454, No 7202, P. 284-285, 2008 | doi:10.1038/454284a;
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) нейрологическое нарушение, характеризующееся избирательной преждевременной дегенерацией и гибелью двигательных нейронов, которые контролируют произвольные действия, такие как дыхание и хотьба.Болезнь начинается у взрослых и ведет к прогрессирующему параличу, обычно фатальному в течение нескольких лет обычно из-за недостаточноси дыхательной системы. Мутации в энзиме SOD1 лежат в основе наследственных форм ALS. Но следствия таких мутаций неясны. a, Nishitoh et al.1 show that mutant SOD1 interacts with Derlin-1, a protein that is essential for transporting misfolded proteins from the lumen of the endoplasmic reticulum (ER) to the cytoplasm for degradation. Consequently, misfolded proteins accumulate in the ER lumen, and the resulting ER stress activates ASK1 — a protein involved in programmed cell death — by an unidentified mechanism. b, Near the cell membrane, mutant SOD1 also interacts strongly with Rac1 (ref. 6), keeping the Nox enzyme active. The resulting increased production of the superoxide radical, and its release into the extracellular space, is toxic to neighbouring cells. The precise cells in which mutant SOD1 interacts with Derlin-1 or Rac1 are unknown. На Рис. предложены механизмы токсичности SOD1-обусловленных ALS. Excessive stimulation of the glutamate receptors on neuronal membranes, and the accompanying increase in calcium-ion influx, can trigger a cascade of toxic events in the neuron, including damage to both mitochondria (the cell's powerhouses) and the ER (the main reservoir of intracellular calcium). Loss of the glutamate transporter EAAT2, a synaptic 'vacuum cleaner' for glutamate, from neighbouring astrocytes contributes to this phenomenon8, but a direct role — if any — for mutant SOD1 in this mechanism remains Mutant SOD1 has also been proposed9 to interact directly with chromogranins (components of vesicles secreted by neurons) and to co-secrete with them. This in turn may trigger damage to motor neurons and neighbouring And there is more. Mitochondrial dysfunction has long been implicated in the damage to motor neurons seen in ALS. Misfolded mutant SOD1 is deposited on the cytoplasmic face of the outer mitochondrial membrane in cells of the spinal cord10. Moreover, mitochondrial dysfunction in motor neurons" carrying SOD1 mutations is associated with the release of cytochrome c, a potent trigger of cell death. Finally, mutant SOD1 provokes oxidative stress in astrocyte mitochondria12, which could accelerate death in neighbouring With all these potential contributors, the proposed pathways of pathogenesis in inherited ALS might strike some as "curiouser and curiouser", much as Alice proclaimed of the strange happenings in Lewis Carroll's Alice's Adventures in Wonderland. Among the biggest challenges will be to distinguish mechanisms that cause the disease from those that are only epiphenomena. In our view, the most likely possibility is that every set of observations discussed here is partly right, with age-dependent, selective toxicity requiring a convergence of damage to motor neurons and non-neurons alike. Focal transplantation-based astrocyte replacement is neuroprotective in a model of motor neuron disease Lepore, A. C., В.Rauck, Chr.Dejea et al. Nature Neurosci. 11, P.1294-1301 (2008) Перевод И.Г. Лильп (lilp@mail.ru) При боковом амиотрофическом склерозе (amyotrophic lateral sclerosis - ALS) как правило происходит избирательная гибель двигательных нейронов. Однако было установлено, что гибели подвержены и другие клетки спинного мозга, - астроциты, что также приводит к функциональным нарушениям. Maragakis с соавторами показали, что замещение поврежденных астроцитов с помощью трансплантации клеток-предшественников может оказаться полезным терапевтическим средством лечения данного заболевания. Авторы трансплантировали glial restricted precursors (GRPs) в серое вещество спинного мозга крысиным моделям ALS. С учетом того, что этот метод может быть применен в будущем для человека, трансплантация была выполнена на уровне спинного мозга, чт, по предположениям авторов, могло бы повлиять на респираторные двигательные нейроны, иннервирующие диафрагму, утрата которых является главной причиной гибели при ALS. Через 8 дней после трансплантации были обнаружены выжившие трансплантированные клетки, которые дифференцировались в астроциты, экспрессирующие glial fibrillary acidic protein (GFAP). Отсутствие убиквитарных включений и продолжающаяся экспрессия глутаматового транспортера GLT1 (GLT1) в этих клетках подтвердило, что эти клетки не погибли в процессе болезни в отличие от «хозяйских» астроцитов крыс в течение этого периода. Оказалось также, что трансплантированные клетки имеют некоторые функциональные преимущества. Животные, получившие трансплантанты, имели большую выживаемость а прогрессирующее снижение силы их передних конечностей и двигательных способностей было замедлено, что, по всей видимости, было обусловлено фокальным эффектом трансплантата на затылочные двигательные нейроны. Кроме того снижение в phrenic-nerve compound muscle action potentials, индикатора снижения диафрагмальных функций, было замедлено. Такие улучшения физиологического состояния модельных животных коррелировали с уменьшением гибели затылочных двигательных нейронов. Каким же образом трансплантированные клетки опосредовали наблюдаемые эффекты? Авторы обнаружили, что уровни GLT1 были выше в спинном мозге у крыс, подвергшихся трансплантации. Трансплантирование GRPs, которые не влияли на уровни GLT1, не меняло прогрессирование заболевания, что свидетельствует в пользу того, что именно уровни GLT1, поддерживаемые трансплантированными клетками, ответственны за данные эффекты. Реакция микроглии была также ослаблена у животных, подвергшихся трансплантации, что свидетельствует об уменьшении воспалительного процесса, который также может вносить некоторый вклад в наблюдаемые эффекты у крыс-трансплантатов. Эти исследования подтвердили, что трансплантация предшественников для замещения поврежденных астроцитов может оказаться перспективной стратегией для снижения прогрессирования заболевания у больных боковым амиотрофическим склерозом. Результаты работы также будут способствовать пониманию роли «здоровой» астроцитарной среды в выживаемости двигательных нейронов. Дополнительная информация. Рисунки. Видео

Mutations in the profilin 1 gene cause familial amyotrophic lateral sclerosis

Chi-Hong Wu, Claudia Fallini, Nicola Ticozzi, et al.
Nature 488 (7412), 499–503 (23 August 2012) doi:10.1038/nature11280)

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) нейродегенеративное нарушение с поздним началом, возникающее в результате гибли двигательных нейронов. Приблизительно 10% семейного (FALS), обычно имеют доминантное наследование. Несмотря на многочисленные успехи в последнее время^1-9, почти 50% случаев FALS имеет неизвестную генетическую этиологию. Здесь мы показали, что мутации в гене profilin 1 (PFN1) могут вызывать FALS. PFN1 является критическим для превращения мономерного (G)-актина в филаментозный (F)-actin. Секвенирование экзомов двух крупных семей с ALS выявили различные мутации в гене PFN1. Дальнейший анализ последовательностей выявил 4 мутации у 7 из 274 случаев FALS. Клетки, экспрессирующие мутации PFN1 содержат убиквинированные, нерасворимые агрегаты, которые во многих случаях содержат ALS-ассоциированный елок TDP-43. PFN1 мутанты обнаруживают также пониженные уровни связанного актина и могут ингибировать рост аксонов. Более того, первичные двигательные нейроны, экспрессирующие мутантный PFN1 обнаруживают знfчительно меньшие ростовые конусы с пониженным соотношением F/G-актина. Эти наблюдения указывают, что альтерации цитоскелетнах путей вносят вклад в патогенез ALS.