Huntington's Desease
ГЕНТИНГТОНА БОЛЕЗНЬ
Huntington's disease (HD) характеризуется личностными изменениями, непроизвольными движениями и деменцией, обычнро начинающейся в середине взрослого периода и пргрессирующей вплоть до смерти, наступающей примерно через 18 лет после начала. Наблюдается потеря нейронов в caudate и putamen, в первую очередь затрагивающая medium spiny проекции нейронов. Генетическим дефектом служит экспансия более 35 повторов ЦАГ тринуклеотидов в HD гене. Наблюдается образование агрегатов, содержащих укороченные полиглютамин-содержащие фрагменты. Иммуногистохимически в нейронах умерших пациентов с болезнью Гентингтона, с spinocerebellar ataxia (SCA) 1, SCA3 и dentatorubral pallidoluysian atrophy (DRPLA) и у мышей, экспрессирующих экзон 1 htt гена, выявляются внутриядерные включения.

ORIGINAL RESEARCH PAPER Nucifora, F. C.Jr et al. Interference by huntingtin and atrophin-1 with CBP- mediated transcription leading to cellular toxicity. Science 291, 2423-2428 (2001) | Article | PubMed |
FURTHER READING Gusella, J. F. & MacDonald, M. E. Unmasking polyglutamine triggers in neurodegenerative disease. Nature Rev. Neurosci. 1, 109-115 (2000) | Article | PubMed |


Болезнь Huntington's обусловливается увеличением полиглютаминовых треков в белке huntingtin. Экспансия полиглютамина и в др. белках м. вызывать заболевания: напр., dentatorubral and pallidoluysian atrophy (DRPLA) связана с экспансией полиглютаминов в atrophin-1. При болезни Huntington's агрегаты huntingtin образуются в нейронах, но их связь с гибелью нейронов неясна.
Nucifora et al. рассматривали эффекты мутантного huntingtin и atrophin-1 на транскрипцию генов, обеспечиваемую с помощью CREB-binding protein (CBP). CREB и CBP обеспечивают экспрессию факторов выживаемости нейронов, включая brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a экспрессия BDNF снижена при болезни Huntington's. Т.к. CBP содержит короткий полиглютаминовый тракт, то Nucifora et al., следуя ранним предположениям Perutz, Housman, Fischbeck и др, предположили, что увеличенные полиглютаминовые тракты в huntingtin м. взаимодейстовать с этой частью белка. В самом деле, Nucifora et al. нашли, что когда CBP и мутантный huntingtin экспрессируются вместе в клетках нейробластомы, то CBP перераспределяется, уходя прочь из ядра в агрегаты huntingtin. Напротив, модифицированная форма CBP без полиглютаминового участка не перераспределяется.
Ко-иммунонопреципитация показала, что CBP и huntingtin с увеличиенным трактом взаимодействуют непосредственно. Nucifora et al. установили, что huntingtin или atrophin-1 ингибируют CBP-обусловленную транскрипцию генов. Этот эффект нуждается в аномальных взаимодействиях, которые связаны с полиглютаминовыми сегментами в белках, т.к. использование или нормального huntingtin или CBP без глюаминового сегмента предупреждает ингибирование транскрипции. Наконец, было установлено, что избыточная экспрессия CBP м. предупреждать гибель клеток, содержащих N-терминальный фрагмент мутантного гена huntingtin или atrophin-1.
Эти результаты указывают, что по крайней мере некоторые нейротоксические эффекты мутантных форм huntingtin и atrophin-1, по-видимому, обусловлены их взаимодействием с CBP, который м. ингибировать экспрессию факторов жизнеспособности, такиех как BDNF. Кроме того, мутантный huntingtin м. также взаимодействовать с др. белками, которые содержат глютаматовые повторы. Итак, взаимодействие между увеличенными полиглютаминовыми сегментами в huntingtin и короткими глютаминовыми повторами в др. белках м. предствавлять собой унифицированный механизм токсичности полиглютаминов и это м. служить мишенью для терапии при болезни Huntington's и DRPLA.

Токсичность трeков повторов и влияние содержимого белка

R6.2 мыши (с 144 повторами) повсеместно экспрессируют первые 69 аминокислот гентингтина (huntingtin) с удлинненым ЦАГ трэком на более низком уровне, чем эндогенный гентингтин. Этот малый фрагмент (лишь 3% гентингтина) оказался достаточным для получения прогрессивного нейрологического фенотипа с HD-подобными признаками. В возрасте 9-11 недель у них обнаруживюатся handling-индуцированные судороги, дискинезия конечностей, тремор и стереотипические непроизвольные движения. Мыши теряют в весе, развивается недержание мочи, необычные звуки, неожиданная гибель от неизвестной причины между 10-13 неделями. Головной мозг у них меньше, во всей ЦНС обнаруживаются ядерные включения еще до появления поведенческих изменений. Эти безмембранные включения обнаруживают филаментозную морфологию и окрашиваются позитивно на убиквитин. Нейцродегенераций, типичных для HD нет, но нарушена экспрессия некоторых рецепторов нейротрансмиттеров: metabotropic glutamate receptors (mGluR) типа 1,2 и 3; допаминовых рецепторов и мускариновых холинэргических рецепторов. Сходные нарушения обнаруживаются в посмертных тканях при HD.
    Показано, что увеличенные полиглютаминовые трэки являются токсичными независимо от содержимого белка, но содержимое белка обусловливает фенотипические отличия и избирательность повреждаемых нейронов. Для избирательности повреждаемых нейронов при HD необходим белок гентингтин полной длины. Более того трансгенные мыши, экспрессирующие полной длины HD, обнаруживают большую часть фенотипических проявлений в более позднее время (20 недель) по сравнению с R6.2 мышами (9 недель). Ядерные включения появляются в регионах головного мозга, типичных для HD (напр., в клетках Пуркинье) и редки в striatum, где апоптоз наиболее нагляден. Это указывает на то, что не ядерные включения инициируют патогенез.
Влияние уровня белка на патогенность

   У 6 мес. трансгенных YAC72 мышей с геном HD человека обнаруживается соматический spiking и очень широкие постсинаптические потенциалы возбуждения (EPSPs), которые блокируются блокатором NMDA рецептров D-AP5. Они указывают на то, что excitotoxicity играет роль в раннем патогенезе РВ. В 10 мес. ни YAC46, ни YAC72 не обнаруживают long-term potentiation (LTP) после выскочастотной стимуляции коллатералей Schaeffer, из-за высокого остаточного урвоня кальция. Электрофизиологические аномалии предшествуют любому поведенческому или нейропатологическому отклонению, следовательно, цитоплазматическик функции (напр., поведение нейротрансмиттеров или регуляция кальция) нарушены рано в патогенезе HD.
Получены трансгенные мыши, экспрессирующие нормальный (YAC18) и мутантные (YAC46 и YAC72) формы гена гентингтина (htt). Мутантные трансгенные мыши обнаруживали цитоплазматическую дисфункцию еще до появления ядерных включений или нейродегенерации. 20-месячные YAC46 (46 ЦАГ повторов) и 12-месячные YAC72 (72 ЦАГ повтора) мыши имели селективную дегенерацию средних spiny нейронов в латеральном striatum, связанную с транслокацией N-терминальных фрагментов в ядра. Нейродегенерация возможна и в отсутствие макро- и микроагрегатов. Полученные результаты указывают на то, что цитоплазматическая токсичность у нейронов сопровождается расщеплением htt, ядерной транслокацией N-терминальных фрагментов htt и селективной нейродегнерацией.
У 6-мес. YAC72 мышей наблюдалось инициальное увеличение NMDA компонента синаптического ответа. Это согласуется с геперактивностью NMDA рецепторов у мутантов htt. Избыточная активация NMDA рецептров у животных в striatum репродуцирует биохимические и нейропатологические изменения при болезни Гентингтона. У htt мутантов увеличивается величина тока через NMDA рецепторные субтипы, преимущественно экспрессирющихся в neostriatal нейронах medium spiny. Следовательно гиперактивность NMDA рецепторов является одним из ранних нарушений в патогенезе болезни Гентингтона.
Усиление функции NMDA рецептров вызывает повышенный приток кальция во время нормальной синаптической передачи. Выявляется высокий остаточный уровень кальция в нейронах мутантных мышей с 10 м-цев. Это ведет к калций-зависимой десенсибилизации voltage- и лигандами-отпираемых канальцев, включая NMDA рецепоры. Становится возможным, что во время высокочастотной стимуляции NMDA рецепторы инактивируются благодаря высокому притоку кальция, который и лежит в основе отсутствия LTP у мутантных htt мышей. Электрофизиологические аномалии у них предшествуют поведенческим отклонениям и появлению нейродегенраци или образования агрегатов. Итак, экспрессия мутантного htt у мышей вызывает цитоплазматическую дисфункцию до появления поведенческих и нейропатологичских изменений.
Не подтверждается предположение, что внутриядерные агрегаты N-терминальных фрагментов лежат в основе нейродегенерации. Получены прямые доказательства расщепления htt, показано, что N-терминальные фрагменты оказываются в ядре, а С-терминальные остаются в цитоплазме. Striatal интернейроны, которые при болезни Гентингтона в основном не затрагиваются, не обнаруживают присутствия htt в ядрах. Следовательно, причиной избирательной нейрональной дегенерации м.б. расщепление htt и транслокация N-терминальных их фрагментов в ядро в специфических клетках.
Повышенная концентрация внутриплазматического кальция м.б. важным триггером для активации протеолитического пути, ведущего к образованию укороченных фрагментов как при болезни Алцгеймера, так и Гентингтона. Природа инициальных токсических стимулов в цитоплазме, ведущая к нейродегенерации остается неизвестной.
ORIGINAL RESEARCH PAPERS
Martin-Aparicio, E. et al. Proteasomal-dependent aggregate reversal and absence of cell death in a conditional mouse model of Huntington's disease. J. Neurosci. 21, 8772-8781 (2001)
Parker, J. A. et al. Expanded polyglutamines in Caenorhabditis elegans cause axonal abnormalities and severe dysfunction of PLM mechanosensory neurons without cell death. Proc. Natl Acad. Sci. USA 98, 13318-13323 (2001)
FURTHER READING
Gusella, J. F. MacDonald, M. E. Molecular genetics: unmasking polyglutamine triggers in neurodegenerative disease. Nature Rev. Neurosci. 1, 109-115 (2000)
Yamamoto, A. et al. Reversal of neuropathology and motor dysfunction in a conditional model of Huntington's disease. Cell 101, 57-66 (2000)


В случае болезни Гентингтона (Huntington's) рассматривается возможность, что ядерные включения мутантного huntingtin не м. б. непосредственно связаны с клеточной гибелью в striatum.
Martin-Aparicio et al. используя трансгенные мышиные модели б-ни Huntington's, у которых экспрессия мутантного huntingtin м. б. выключена воздействием антибиотика doxycyclin. Это ведет к исчезновению как включений huntingtin, так и моторных нарушений у этих мышей. Изучали время образования аггрегатов и реверсию in vitro и in vivo. Они нашли, что оба процесса очень быстры: включения образуются в культуре спустя 2 дня после экспрессии huntingtin и исчезают через 5 дней после супрессии трансгена. Реверсия агрегатов также происходит in vivo быстро и что важно ей предшествует исчезновение моторных признаков за несколько недель. Наконец, присутствие включений huntingtin не влияет на жизнеспособность нейронов в культуре, не обнаруживается гибели нейронов у трансгенных мышей несмотря на значительное снижение объема striatum.
Parker et al. экспрессировали дикого типа и мутантный huntingtin человека в механосенсорных нейронах Caenorhabditis elegans, у котрых отсутствет эндогенная версия этого белка. Экспрессия мутантного huntingtin ведет к нечувствительности при касании и образованию включений (особенно в аксонах), но не к клеточной гибели. Экспрессия huntingtin дикого типа, с др. стороны, не ведет к механосенсорным дефектам несмотря на присутствие околоядерных агрегатов белка.
Оба исследования сходятся на идее, что нет простого взаимоотношения между накоплением huntingtin, нейрональной дисфункцией и клеточной гибелью. Сходным образом, tauopathy м. происходить без образования нейрофибриллярных tangles у Drosophila, а воздействие 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) на приматов в точности воспроризводит многие признаки болезни Parkinson's, несмотря на отсуствие образования телец Lewy. Следовательно, пора пересмотреть идею о роли белковых включений в нейродегенерацию.


Сайт создан в системе uCoz