На главную ДЛЯ НОВИЧКОВДЛЯ НОВИЧКОВ СОБЫТИЯ КАРТА САЙТА ПРЕСС-СЛУЖБА
ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ ДАТЫ ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ О ПРОЕКТЕ
ДЛЯ ИНВЕСТОРОВДЛЯ ИНВЕСТОРОВ КОМПАНИИ ГОСТЕВАЯ НАГРАДЫ
SWITCH TO ENGLISH СТАТЬИСТАТЬИ БАЗА ДАННЫХ ФОРУМ КОНТАКТЫ
поиск по сайту  
подписка  


Биотерроризм

Биокомпьютеры

С-пептид. Часть III.

С-пептид. Часть II

С-пептид. Часть I.

Инсулин. Часть II.

Инсулин. Часть I.

Атипичная пневмония. Часть II.

Атипичная пневмония. Часть I.

Геносистематика - что это такое Часть 2.

ДНК или РНК: кто более матери-Природе ценен?

Будущее коммерческого внедрения генетически модифицированных организмов в странах европейского союза

Простая модель реакции организма на внешние воздействия

Некоторые современные подходы к терапии болезни Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера. Молекулярно-биологический аспект. Часть II

Болезнь Альцгеймера. Молекулярно-биологический аспект. Часть I

Болезнь Альцгеймера. От описания симптомов - к молекулярным механизмам.

Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA). Часть 5

Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA). Часть 3

Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA). Часть 2

Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA). Часть 1

«Страшная» еда

Эглин

Почему философия не удовлетворяет биолога?

Инвестиционная привлекательность Российского рынка биоинформатики и биотехнологий

Геносистематика - что это такое.

Эндотоксины Bacillus thuringiensis

Диабет. (часть II)

Вешенка и человек

Диабет. (часть I)

Почему ограничены размеры бактериальной колонии?

Функциональная роль остеопонтина в развитии и реконструкции костной ткани.

Структура и некоторые свойства белка остеопонтина.

Проблемы инвестирования в биотехнологические разработки для сельского хозяйства.

Роль метилирования ДНК в канцерогенезе.

Жизнь и смерть овечки Долли

Дню борьбы с проказой посвящается...

Бактерии, приносящие миллиард.

Дню борьбы со СПИДом - достойные проводы!

Современная лаборатория молекулярной биологии.

Интервью с вампирчиком.


Наши статьи


Болезнь Альцгеймера. Молекулярно-биологический аспект.


Часть I.

Как уже отмечалось в первой статье данной серии, в начале 80-х годов XX века основное внимание исследователи молекулярных основ болезни Альцгеймера (БА) уделяли продуцирующим и метаболизирующим нейромедиатор ацетилхолин ферментам и холинэргическим нейрональным системам. Открытия 90-х годов сместили вектор интереса в сторону А-бета амилоида. Впоследствии, амилоидная гипотеза позволила объяснить дефицит многих нейротрансмиттерных систем, наблюдаемый при развитии БА.

Изначально амилоидная гипотеза возникновения заболевания базировалась на микроскопическом наблюдении начала XX века, и в течение почти 80 лет основным критерием патогенеза БА являлось наличие альцгеймеровских бляшек в мозгу пациентов. И лишь относительно недавно стало понятно, что амилоидные бляшки представляют собой отложение бета-амилоида (А-бета), представляющего собой небольшой пептид размером в 42 аминокислотных остатка.

Пептид продуцируется при расщеплении довольно большого мембранного белка нейронов, получившего название "предшественник амилоидного пептида" (АРР). Функция АРР, к сожалению, до конца пока неизвестна, что во многом затрудняет понимание молекулярных основ патологического процесса.

В норме "секреция" А-бета не приводит к каким бы то ни было проблемам, поскольку в здоровой ткани мозга есть неплохой баланс между продукцией пептида и его "уборкой" клетками-мусорщиками ("скавенджерами"). Нарушение функции этих клеток может вести к накоплению амилоида в межклеточных пространствах. Однако сегодня не совсем ясны механизмы подобного нарушения. Это связано с определенной сложностью экспериментальной работы с клеточными ансамблями и неопределенностью их реакции на то или иное воздействие. Поэтому внимание исследователей сконцентрировано на тех или иных формах амилоида, который может быть представлен водорастворимыми и нерастворимыми формами, а также присутствовать в мономерном и олигомерном виде.

Расщепление предшественника амилоида АРР осуществляется другим трансмембранным белком, получившим название пресенилин (в память о названии "пресенильная деменция", данном самим Альцгеймером при описании болезни). В настоящее время выделено две формы пресенилина и соответственно им два гена (I и 2). В суммарном виде пресенилин представляет собой большой интегрированный в мембрану нейрона белок с 8 трансмембранными доменами и 4 внеклеточными петлями. Аминотерминальный и карбоксильный концы протеиновой цепи, а также еще одна петля локализованы в цитоплазме клетки, точнее, в ее подмембранном пространстве.

Поначалу было выдвинуто предположение о том, что пресенилин необходим для секреции амилоидного пептида, в результате чего белку приписали роль секретазы. И поскольку секретазная активность пресенилина по отношению к АРР проявлялась в различный сайтах предшественника амилоида, были выделены альфа-, бета-, гамма- и вплоть до эпсилон-секретазы. Затем выяснилось, что секретаза обладает также активностью аспартил-протеазы, в частности наиболее важные при продукции амилоида бета- и гамма-секретазные участки пресенилина. Интересно, что альфа-секретаза расщепляет амилоидный пептид А-бета почти посередине между сайтами секретаз бета и гамма. Как в пресенилине, так и в АРР выявлены многочисленные мутации, которые приводят к фамильным формам болезни Альцгеймера. Указанные замены аминокислот присутствуют как в трансмембранных доменах обоих белков, так и во внеклеточном и цито-плазматическом участках полипептидных цепей.

Протеазная активность пресенилина в настоящее время привлекает большое внимание вследствие двух причин. Дело в том, что специфические аспартил- и калпаин-протеазы (AsP 3 и 4, СLР, ТRA), как показали самые последние исследования у круглого червя Сanorabdis elegance - эта микроскопическая нематода является сегодня излюбленным объектом молекулярной биологии, - принимают самое непосредственное участие в нейродегенеративных процессах, приводящих к некрозу клеток нервной системы.

Следует также обратить внимание и на мутации, выявленные в генах червя, кодирующих синтез мембранных ионных каналов, а также ацетилхолиновых рецепторов-каналов. Замены аминокислот в рецепторах-каналах приводят к резкому увеличению поступления ионов кальция в клетку (инфлюкс), что является некротическим сигналом. В частности, активность калпаин-протеазы регулируется кальцием. Не будем забывать и об апоптозе, то есть запрограммированной смерти клетки, который, конечно же, отличается от некроза, но, тем не менее "включается" благодаря действию различных каспаз - цистеиновых протеаз.

Так или иначе, аспартил-протеазы видятся сегодня как одна из главных мишеней при разработке лекарственных средств, поскольку та же секретаза/пресенилин локализуется в мембране и ингибиторам ее активности не надо преодолевать мембранный барьер. Но это к слову в связи с определенным прогрессом, достигнутым в самое последнее время в области изучения некротических протеаз. Терапевтические же аспекты БА будут обсуждаться в соответствующем разделе.

После десятка лет интенсивных исследований самых разных аспектов БА можно довольно уверенно говорить о гипотезе амилоидного каскада. Каскад запускается мутациями в генах АРР и пресенилинов, что ведет как к большей "ломкости" АРР, так и повышению продуцирующей А-бета активности секретаз бета и гамма.

Увеличение продукции амилоидного пептида превышает способности клеточных систем процессировать как мономерные, так и олигомерные отложения, что ведет к выпадению нейрофибрилл и бляшек и вызывает токсическое воздействие на синапсы и нейроны. Это в свою очередь активирует микроглию и астроциты, что проявляется в воспалении.

Прогрессирующее поражение синапсов и нервных клеток ведет к нарушению ионного гомеостаза мозговой ткани и ее коры, что вызывает генерирование реактивных окислов и радикалов, вызывающих оксидативный стресс. Параллельно нарушается активность клеточных киназ и фосфатаз. Это способствует накоплению фибриллярных отложений, которые в еще большей степени вызывают дисфункцию нейритов-отростков и тел самих нейронов. Вовлечение в патологический процесс нейрональных отростков с их синапсами приводит к нейротрансмиттерному дефициту. Все эти события, в конечном счете, завершаются клеточной смертью - некрозом.

Процесс, который начинается с усиливающих процессинг АРР мутаций, нарастает подобно снежному кому. Единственное отличие - это довольно медленное развитие патологических изменений, поскольку мозг имеет много компенсаторных механизмов, а также явно избыточное количество нейронов. И это до поры до времени позволяет ему сдерживать развитие болезни.

Интересно, что амилоидная гипотеза на протяжении десятка лет не могла утвердиться из-за возражений сторонников нейрофибрилл, провозглашавших выпадение этих белковых образований как основной фактор патогенеза при болезни Альцгеймера. Сторонникам первородности греха в лице амилоида трудно было возражать своим критикам, поскольку нейрофибриллы действительно образуют в мозгу пациентов с БА плотные спиральные переплетения с микрофибриллами белка тау (тау-белок представляет собой протеин, связывающийся с микротрубочками в теле и отростках нейрона). Единственным возражением со стороны сторонников гипотезы амилоида было то, что тау-протеиновые нейрофибриллы неспецифичны для БА. Они наблюдаются при целом ряде других нейродегенеративных заболеваний, сцепленные гены которых локализуются на 17-й хромосоме. Эти заболевания получили название тау-патии.

Выпадая в виде нейрофибрилл, тау-белок теряет свою функцию и приобретает нейротоксические свойства. В норме "деполимеризация" фибрилл происходит под действием киназ - ферментов, переносящих фосфатные группы на белки. Протеин тау фосфорилируется по аминокислотным остаткам серина в положениях 212 и 422, а также по треонину 214. Дефосфорилирование протеина с помощью фосфатаз приводит к образованию депозитов тау, утере белком присущей ему функции, агрегации и нейродегенерации.

В течение долгих десяти лет ученые спорили, что первично при болезни Альцгеймера - бляшки или нейрофибриллярные сплетения. И вот относительно недавно спор был благополучно разрешен. Специалисты клиники Майо в Джексон-вилле сумели "объединить" в геноме мыши мутантные гены как тау, так и АРР. И пришли к выводу о том, что амилоид-бета стимулирует формирование тау-фибрилл, а соответственно и ускорение нейродегенеративных процессов. Мутантный АРР имел в данном исследовании замену Lys670 на аспарагин и Мет671 на лейцин. Однако наличие мутантного белка тау представляется необходимым и достаточным условием формирования сплетений фибрилл.

Интересно, что экспрессия мутантного тау приводит к прогрессирующим моторным нарушениям, чего обычно не наблюдается у больных с БА. Экспрессия двух мутантных генов в свою очередь ускоряет и формирование депозитов амилоида. Патологические сплетения тау-белка наблюдались в нейронах лимбической и ольфакторной коры. У человека лимбическая кора отвечает за эмоции, за что она ответственна у мышей, сказать трудно. Ольфакторная кора очень древняя и заведует обонянием. Именно сюда приходят отростки-проекции нейронов обонятельного нерва, клетки которого локализуются в слизистой носовых ходов. Такие же депозиты тау наблюдаются и при нейродегенеративной фронто-темпоральной деменции ("фронто-темпоралъная" кора означает в переводе лобно-височная) и паркинсонизме, при мутациях некоторых генов 17-й хромосомы. Эти заболевания лишь в самое последнее время стали связывать с болезнью Альцгеймера.

В другой работе, проведенной в Цюрихском университете, мутантный тау протеин с заменой пролина в 301-м положении на лейцин вводили непосредственно в мозг мышей. При этом количество сплетений в клеточных телах увеличивалось в 5 раз! Особенно выраженным был эффект в нейронах височной миндалины, которая у человека отвечает за эмоции и распознавание выражения лиц. Дело в том, что проекции нейронов миндалины в виде их отростков находились как раз в месте инъекции мутантного белка.

В отличие от нормальных микротрубочек, имеющих правильную линейную форму, переплетения состоят из перекрученных белковых нитей. Накопление патологических нейрофиламентов отмечались уже у 6-месячных мышей, которые уже половозрелы, но в то же время еще молоды (средняя продолжительность жизни мышей 2-2,5 года). Тем не менее, даже в таком молодом мозге белок тау начинал откладываться всего лишь через 18 дней после его инъекции.

Что означает термин "накопление" и "депозит"? Дело в том, что в нормальных физиологических условиях, как амилоид, так и протеин тау присутствуют в наномолярных концентрациях (приставка "нано" означает 10-9). Патологические же или экспериментальные состояния характеризуются микромолярными количествами ("микро" - 10-6), то есть в тысячу раз большими. В то же время следует учитывать, что свойства природных мутантных пептидов и "синтетических", то есть полученных биотехнологически, могут существенно различаться "in vivo".

Как уже отмечалось, самые первые биохимические исследования начала 80-х показали, что и амилоидные бляшки, и сплетения тау-белка каким-то образом интерферируют с функцией энзимов синтеза и деградации такого важнейшего нейромедиатора как ацетилхолин. В какой-то мере это подтверждается тем фактом, что БА статистически чаще встречается у курильщиков. Известно, что никотин связывается с рецепторами ацетилхолина, оказывая через них стимулирующее воздействие на нейроны коры, чем и обусловлено эйфорическое действие этого алкалоида.

Вполне возможно, что - как в свое время в истории с изучением патогенеза различных форм диабета, - БА имеет как минимум разные аспекты, а может быть, что это и разные варианты заболевания с разной генетической "подложкой". По крайней мере, изучение классической БА и ранней ее формы привело к клонированию гена пресенилина, кодирующего секретазу с протеазной активностью. То есть гена белка, который имеет лишь функциональную связь с АРР и продукцией из него амилоида.

Все это говорится в связи с тау-белком, который есть как при БА, так и при других нейродегенеративных патологиях, хотя при том же паркинсонизме и не наблюдаются "провалы" в памяти, а при БА - обычно отсутствует дрожание конечностей и головы. То есть специфичность поражения налицо, хотя молекулярные механизмы частично и перекрываются.

В какой-то мере ситуация с БА имеет параллели с тем же паркинсонизмом, который по своей генетике, в частности генетике допаминовых рецепторов, определенным образом "перекрывается" с шизофренией. И вполне возможно, что разрешение проблемы БА позволит достичь прогресса и в исследовании этого страшного психопатического состояния, приводящего к гораздо более жестоким социальным последствиям, чем БА.

Автор статьи: Кандидат биологических наук И.Э. Лалаянц

обсудить на форуме>



При написании статьи использовались материалы:
  1. Hardy J. and Selkoe D. J. The Amyloid Hypothesis of Alzheimer's Disease: Progress and Problems on the Road to Therapeutics // Science 2002, № 5580, P: 353-356.
  2. Syntichaki P., Xu K., Driscoll M. & Tavernarakis N. Specific aspartyl and calpain proteases are required for neurodegeneration in C. elegans // Nature 2002, № 6910, P. 939 - 944.
  3. Lewis J., Dickson D. W., Lin Wen-Lang, Chisholm L., Corral A., Jones G., Yen Shu-Hui, Sahara N., Skipper L., Yager D., Eckman C., Hardy J., Hutton M. and McGowan E. Enhanced Neurofibrillary Degeneration in Transgenic Mice Expressing Mutant Tau and APP // Science 2001, № 5534, P: 1487-1491.
  4. Götz J., Chen F., Van Dorpe I., and Nitsch R.M. Formation of Neurofibrillary Tangles in P301L Tau Transgenic Mice Induced by Aβ42 Fibrils // Science 2001, № 5534, P: 1491-1495.
  5. Virginia M.-Y. Lee. Enhanced: Tauists and βaptists United--Well Almost!// Science 2001, № 5534, P: 1446-1447.
  6. Selkoe D.J. Alzheimer's Disease Is a Synaptic Failure // Science 2002, № 5594, P: 789-791.


Rusbiotech™
Copyright © 2000-2003 Rusbiotech
designed by Интерруссофт © 2003





   Яндекс цитирования    ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - www.logoSlovo.RU   TopList