NEURODEGENERATIVE DISORDERS. THE ONE-HUNDRED FACES OF NEURONAL DEATH Nature Reviews Neuroscience (2002);V. 3, N 8. P. 586 Перевод И.Г. Лильп | |||||
|
|
Увеличенное число CAG тринуклеотидов в многочисленных генах приводит к так называемым полиглутаминовым заболеваниям, включающим болезнь Гентингтона и тяжелые формы спиномозжечковых атаксий (spinocerebellar ataxia, SCA). Механизм, приводящий к нейропатологическим изменениям при этих заболеваниях, пока остается неясным. В вышедших недавно трех работах предпринята попытка идентифицировать пути, при которых увеличенная длина полиглутамина может привести к нейротоксичности.
Оказалось, что агрегирование пораженных белков является предпосылкой их токсического действия. Meriin с соавт. (J. Cell Biol. 157, 997-1004. 2002) сообщили, что в агрегационном процессе участвует прионовый белок. Они создали дрожжевую модель полиглутаминовой токсичности, экспрессирующую гентингтоновые фрагменты с увеличенным и разным по длине глутамином. Эта модель может быть потенциально эффективной системой для фармакологического и генетического скрининга модификаций агрегации и токсичности. Авторы провели скрининг для выявления роли некоторых чаперонов в гентингтоновом эффекте. Им удалось идентифицировать два класса белков, дефицит которых ведет соответственно к подавлению инициации или увеличению агрегатов. Но т.к. некоторые из этих чаперонов также участвуют в "размножении" прионов у дрожжей, авторы с удивлением обнаружили, что и прионовые белки могут принимать участие и в агрегировании. На самом деле они обнаружили, что элиминация прионового белка Rnq1 из дрожжей дикого типа, подавляет гентингтоновую агрегацию. Это предполагает, что прионо-подобные белки могут быть также вовлечены в полиглутаминовые болезни.
Когда агрегаты уже сформированы, их токсичность может зависеть от оксидативного стресса, митохондриальных и протеасомных дисфункций. Nishitoh et al. (Genes Dev. 16, 1345-1355.2002) добавили еще одну версию к этому перечню, обнаружив, что полиглутаминовые агрегаты индуцируют эндоплазматический стресс ретикулума (endoplasmic reticulum (ER) stress). Авторы изучали эффекты экспрессии полиглутаминового фрагмента ataxin-3 белка, участвующего в патогенезе SCA3. Они обоснованно предположили, что если агрегаты поражают протеасомальные функции, то это может повлиять на деградацию неупакованных (unfolded) белков, образующихся с нормальной интенсивностью. Т.к. unfolded белки накапливаются в ER, Nishitoh et al. проверили, приводит ли экспрессия мутантного ataxin-3 в PC12 клетках и в нейронах к ER стрессу. Они выяснили, что активность IRE1 и PERK, двух киназ, опосредующих ER стрессовую реакцию, была повышена после экспрессии мутантного белка, - эффект, который был связан с протеасомальной дисфункцией, и что он однозначно приводил к гибели клеток. Важно также, что ER стресс активировал также apoptosis-signal-regulating kinase ASK1, и авторы доказали, что этот белок может служить как связка между IRE1 и нижележащими апоптозными путями. ASK1, следовательно, может быть новой мишенью при разработке средств для лечения полиглутаминовых заболеваний.
Однако, исходя из литературных источников, не все исследователи согласны с идеей о том, что полиглутаминовые заболевания являются результатом токсичности агрегатов. Некоторые авторы даже предполагают, что агрегаты могут играть и защитную функцию - это попытка клеток изолировать мутантные белки для снижения их токсичности. В третьей работе Watase et al. (Neuron 34, 905-919. 2002) представили данные, в некоторой степени подтверждающие эту гипотезу. Они интродуцировали удлиненные полиглутаминовые фрагменты в эндогенный мышиный ataxin-1, пытаясь создать новую модель SCA1. У мутантных мышей оказалось множество признаков, характерных для SCA1 - утрата двигательной координации и дегенерация клеток Пуркинье в мозжечке. Но авторы случайно обнаружили также, что мутантный ataxin -1 был наиболее растворимым в наиболее чувствительных к поражению областях мозга. В клетках Пуркинье агрегаты не формировались до развития определенных стадий заболевания. Поэтому у этой модели нейроны, которые не способны "захватить" мутантный белок и агрегировать его, еще больше страдают от функциональных нарушений.
Несмотря на то, что эти работы вносят некоторую ясность в причины клеточной гибели при полиглутаминовых болезнях, они напоминают нам, что эти заболевания образуют гетерогенную группу, и что универсального средства их лечения вероятно не существует.
| Progressive disruption of cellular protein folding in models of polyglutamine diseases. Science ( 2006). Vol. 311. no. 5766, pp. 1471 – 1474. Перевод И.Г. Лильп (lilp@mail.ru) | |||
) Рис.1. | Aggregation-prone proteins expose temperature-sensitive phenotypes of paramyosin(ts) (A to C, and F), dynamin(ts) (D), and ras(ts) (E) mutants at permissive temperatures. ) Рис.2. | PolyQ expansions affect the folding of a ts mutant of paramyosin. ) Рис.3. | Progressive disruption of cellular folding capacity by misfolded proteins. |
Белки с экспансией повторов glutamine (polyQ) ассоциируются с несколькими нейродегенеративными расстройствами человек, включая болезнь Гентингтона. PolyQ экспансия приводит к аномальной упаковке (folding) белков, их агрегации и, как следствие, к цитотоксикозу. В работе авторов показано, что polyQ агрегаты оказывают цитотоксический эффект, разрушая тонко сбалансированный гомеостаз белковой упаковки и клиренса. Были предложены разные механизмы для объяснения цитотоксического эффекта polyQ агрегатов. Среди них – нарушения транскрипции, энергетического обмена, сворачивания (упаковки) белков и активирование апоптоза. Группа исследователей, возглавляемая Dr.Richard Morimoto's, попыталась найти основной механизм, контролирующий молекулярную патологию при polyQ заболеваниях. Они сфокусировали свое внимание на вопросе о том, может ли экспрессия склонных к агрегации polyQ белков нарушать стабильность упаковки нормальных клеточных метастабильных белков – белков, имеющих тенденцию к нестабильности. Чувствительные к температуре мутантные белки являются полезной генетической моделью таких метастатических вариантов. При пермиссивных температурах они не приводят к аномальному фенотипу, однако при более высоких (рестриктивных) температурах метастабильный баланс нарушается, белки сворачиваются и перестают осуществлять свои нормальные функции. Авторы использовали разные температуро-чувствительные линии Caenorhabditis elegans и скрещивали их с трансгенными линиями, экспрессирующими polyQ белки. В норме температурочувствительные линии имеют аномальный фенотип только при рестриктивных температурах. Однако при скрещивании с polyQ червями дефектный фенотип проявлялся даже при пермиссивных температурах. Каким образом polyQ белки способствуют сворачиванию метастабильных белков? Тщательное изучение одной из температурочувствительных линий показало, что аномальная структура кристаллина (crystalline), обычно формируемая белком с аномальной упаковкой при рестриктивных температурах была сформирована у температурочувствительных/polyQ червей. Это дало возможность предположить, что polyQ белок не оказывает эффекта посредством специфических взаимодействий или агрегации с самим метастабильным белком, а, скорее, оказывает стрессовое воздействие на общий механизм упаковки клеточных белков. Учитывая этот факт, авторы высказали гипотезу, что уровень агрегации polyQ белка может также увеличиваться (в соответствии с позитивной обратной связью) у температурочувствительных /polyQ червей, что и было ими продемонстрировано. На основании своих исследований авторы предложили модель, в соответствии с которой при нормальных условиях нарушения упаковки метастабильных клеточных белков соответствуют механизму белковой упаковки и клиренсу. Однако экспрессия склонных к агрегации polyQ белков подавляет этот механизм и нарушает гомеостаз. Это нарушает folding микроокружение клетки, что, в свою очередь, ведет к постепенному накоплению неправильно упакованных белков и в итоге к заболеванию. Следовательно, терапия, способная устранить данную проблему, может иметь положительное значение в лечении polyQ расстройств. | ||||
Сайт создан в системе uCoz