ALS | DCTN1 | Dnchc1 | MND

Под motor neuron disease (MND) понимается спектр нарушений, включая amyotrophic lateral sclerosis (ALS), spinal bulbar muscular atrophy (SBMA) и spinal muscular atrophy (SMA). Все эти нарушения являются результатом нейродегенерации моторных нейронов в головном и спинном мозге, приводящей к слабости и исчезновению мышц. Клиническая картина, однако, довольно гетерогенна, включает формы с началом во взрослом и юношеском возрасте, медленным прогрессированием или быстрым фатальным исходом, спорадические или семейные формы.

Лишь небольшое количество генов, кажущихся несвязанными, по-видимому, обусловливает специфические семейные формы MND. Моторные нейроны являются сами большими клетками тела, некоторые более метра длиной, поэтому должны существовать эффективные механизмы транспорта вдоль аксонов. Он обеспечивается моторными белками, которые перемещают свой везикулярный груз целенаправленно вдоль микротрубочек. Главным мотором для в ретроградном направлении является цитоплазматический динеин, который состоит из сложной белковой цепи и активен во всех типах клеток. Дополнительный белковый комплекс, dynactin, является существенным для динеином-обеспечиваемого ретроградного транспорта и действует как крепление для некоторых грузов.

Считается, что дефекты аксонального транспорта лежат в основе MND. Данные двух групп недавно подтвердили эту гипотезу. Puls et al., осуществляли традиционное позиционное клонирование в семье с аутосомно доминантной lower MND. Первым симптомом в этой семье были трудности с дыханием в раннем взрослом возрасте. Это сопровождалось прогрессирующей слабостью и атрофией мышц лица и мышц, затем слабостью нижних конечностей и стоп. Puls et., осуществили поиск по всему геному и идентифицировали сцепление с областью хромосомы 2р. Интересующая область содержит 44 гена, включая ген, представляющий интерес, для р150 субъединицы динактина (DCTN1). Авт. предприняли мутационный анализ DCTN1 и выявили точечную мутацию у всех затронутых членов семьи, которая отсутствовала у 200 нормальных людей.

Эта мутация замены глицина на серин 59 (G59S) возникает внутри высоко законсервированного CAP-Gly мотива, в домене, который необходим для связывания с микротрубочками. При сравнении с трёхмерной структурой др. CAP-Gly домина, становится очевидным, что G59S не д. нарушать непосредственно соединение с микротрубочками, сккорее он м. менять форму домена, обусловливая стерическое препятствие. Была протестирована способность связываться с микротрубочками по ко-седиментации. В присутствии микротрубочек 86% дикого типа DCTN1 образует зерна с микротрубочками, тогда как только 51% мутантного белка оставался с микротрубочками. Авт. предположили, что относительно легкое снижение способности связи с микротрубочками у мутантов согласуется с поздним началом и средней выраженности фенотипом пациентов в исследуемой семье.

Во второй работе Hafezparast et al. изучали две линии мышей , Legs at odd angles (Loa) и Cramping 1 (Cra1), которые были получены с помощью независимого мутагенеза ENU и идентифицированы по необычному скручиванию тела и вьющимся (clasping) задним конечностям. Ранее было установлено, что Loa и Cra1 имеют наследуемые аутосомно доминантно дефекты, приводящие к перинатальной гибели гомозигот или прогрессивной потере мышечного тонуса и подвижности у гетерозигот. Картирование привело к идентификации мутаций в высоко законсервированных остатках гена cytoplasmic dynein heavy chain I (Dnchc1); замена фенилаланина на тирозин 580 для Loa и тирозина на цистеин в 1055 для Cra1.

Авт. выявили у гетерозигот существенное снижение количества моторных нейронов в передних рогах спинного мозга мутантных мышей по сравнению с контролем. Достоверная нейрональная потеря выявляется у старых мышей (16 мес. у Cra1 и 19 мес. у Loa), у гомозигот большинство этих нейронов отсутствовало уже на 18.5 день эмбриогенеза (непосредственно перед рождением). Большинство из оставшихся нейронов подвергалось апоптозу, они обнаруживали Lewy-подобные включения, которые напоминали подобные тельца при ALS у человека.

Ни Loa, ни Cra1 мутации, по-видимому, не затрагивают существенно DHCHC белок, судя по уровню его экспрессии или субклеточной локализации. Поэтому авт. анализировали влияние мутаций на некоторые специфические функции DNCHC1. Ядерная подвижность во время клеточных делений и морфология и локализация Гольджи оказались неизменными. Однако, если аппарат Гольджи был нарушен с помощью агента, деполимеризующего микротрубочки, nocodazole, то его сборка была существенно нарушена у гомозиготных мышей Loa, это привело авт. к предположению, что мутация проявляет свой эффект только в условиях стресса. Loa гомозиготные мыши обнаруживали также дефекты в миграции лицевых нервов во время развития. В результате аномальной иннервации лица новорожденных возможно не м. сосать, что обусловливает их перинатальную гибель.

Т.о., цитоплазматический динеин наиболее важный белок для ретроградного транспорта в нейронах, то авт. анализировали мутантов Loa в отношении аксонального транспорта. Выявлено снижение частоты высоко скоростных переносчиков в моторных нейронах спинного мозга с 67% в норме доя 21% у мутантов.

Итак, эти работы продемонстрировали прямую связь между дефектами аксонального транспорта и возникновением спонтанно появляющихся MND у людей и мышей (Рис. 1).