Врожденные Пороки. Синдромы

Spinocerebellar Ataxia Type 1 (SCA1)


Спино-мозжечковая атаксия типа 1


Животные модели SCA1


   Нейрональная дисфункция или потеря?
Мозжечковая атрофия с тяжелой клеточной дегенерацией Пуркинье, которая характеризует SCA1, связана с экспансией полиглютаминовых трeков в SC1 белке, ataxin-1, который преимущеcтвенно ядерный в нейронах, но цитоплазматический в не-нейрональных периферических тканях. Получены трансгенные мыши, экспрессирующие в клетках Пуркинье человеческий дикий (wt) аллель SCA1 с 30 повторами (30Q) или с 82 повторами (82Q). Мыши 30Q не отличались от нормы, но 82Q мыши (D05 линия) обнаруживали тяжелую атаксию и прогрессивую патологию клеток Пуркинье, у которых отсутствовали аксональные расширения.
Первые гистологические аномалии обнаруживаются на 25 день постнатального развития (Р25) в виде цитоплазматических вакуолей. Потеря древовидных ветвлений дендритов и дендритных шипов становится очевидным на 5 неделе. Между 12 и 15 неделями В05 мыши полностью атактичны, ветвление дендритов в основном отсутствуют, молекулярный слой атрофирован и некоторые гетеротропны клетки Пуркинье движутся в молекулярный слой. Мутантный атаксин-1 располагается в убиквитин-позитивных агрегатах или ядерных включениях, как это имеет место и у пациентов с SCA1. Ядерные включения у мышей появляются впервые на 3.5 неделе и обнаруживаются в 90% клеток Пуркинье к 12 неделе. Гибель клеток выявляется только после 6 месяцев.
Получены трансгенные мыши 82Q с мутантными последовательностями ядерной локализации. Хотя они также экспрессируют высокие уровни атаксина-1 в клетках Пуркинье, они никогда не вызывают патологию клеток Пуркинье или моторную дисфункцию. Атаксин-1 диффузно распределяется по всей цитоплазме и не образует агрегатов.
   Были получены трансгенные мыши 77Q с отсутствием аминокислот в области само-ассоциации, существенной для димеризации атаксина-1. У этих мышей развивалась атаксия и патология клеток Пуркинье, но без ядерных включений. Таким образом, хотя ядерная локализация атаксина-1 необходима для возникновения болезни, однако ядерная агрегация атаксина-1 необязательна.
Последовательности внутри атакисна-1 кроме того должны специфицировать место и течение болезни.

J. Park, I. Al-Ramahi, Q. Tan, N. Mollema, J. R. Diaz-Garcia, T. Gallego-Flores, H.-C. Lu, S. Lagalwar, L. Duvick, H. Kang, Y. Lee, P. Jafar-Nejad, L. S. Sayegh, R. Richman, X. Liu, Y. Gao, C. A. Shaw, J. S. C. Arthur, H. T. Orr, T. F. Westbrook, J. Botas, H. Y. Zoghbi, RAS-MAPK-MSK1 pathway modulates ataxin 1 protein levels and toxicity in SCA1. Nature 498, 325-331 (2013).


Накопление аномальных белков обусловливает патогенез различных нейродегенеративных заболеваний. Накопление и фосфорилирование формы ataxin 1 (ATXN1),оторая имеет удлиненный полиглютаминовый трек [ATXN1(82Q)] вызывает spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1). Было установлено, что члены и регуляторы пути mitogen-activated protein kinase (MAPK) увеличивают концентрацию ATXN1(82Q). У Drosophila, молчащие гомологи ERK (extracellular signal-regulated kinase), MEK (a MAPK kinase, которая активирует ERK и MSK1) или MSK1 (mitogen- and stress-activated protein kinase 1) снижают дефицит двигательной активности и увеличивают продолжительность жизни у мух, моделирующих SCA1. Нокдаун MSK1, которая in vitro фосфорилирует как дикого типа ATXN1, так и ATXN1(82Q) по Ser776 внутри эволюционно законсервированного мотива, также снижает стабильность ATXN1(82Q) в лизатах голов мух. Напротив, избыточная экспрессия MSK1 в клетках мышей Neuro2a увеличивает стабильность ATXN1(82Q) Ser776-зависимым образом, и обилие MSK1 коррелирует с фосфорилированием ATXN1 во фракциях мозжечка от мышей дикого типа. Или нокдаун или фармакологическое ингибирование компонентов MSK1 или MAPK пути выше MSK1, включая RAS и MEK, в клетках медуллобластомы человека или мышей Neuro2a, экспрессирующих ATXN1(82Q), или на культурах срезов мозжечка от ATXN1(82Q) knock-in мышей также снижали фосфорилирование и концентрацию ATXN1(82Q). Двигательная активность Atxn1154Q/+ мышей, моделирующих SCA1 человека, улучшалась у мышей, гетерозиготных по Msk1 и Msk2, но не у одиночных гетерозиггот по Msk1 или Msk2. Делеция одной копии Msk1 или одновременно по одной копии Msk1 и Msk2 у B05/+ мышей (мышей, моделирующих нейродегенерацию) частично снижала как обилие ATXN1(82Q), так и потерю клеток Purkinje, признак SCA1. Более того, по сравнению с контрольными B05/+ мышами, дендриты клеток Purkinje у Msk1-/+/Msk2-/+ B05/+ мышей увеличивали концентрацию calbindin, calcium-связывающего белка, важного для координации движений. Итак, эти находки подтверждают, что воздействие на путь MAPK может снижать нейродегенерацию и дефицит двигательной активности при SCA1.