Дрожжевая модель

Болезнь Паркинсона (паркинсонизм) — хроническое нейродегенеративное заболевание, сопровождающееся прогрессирующим разрушением и гибелью дофаминовых нейронов в ЦНС. Болезнь Паркинсона была известна и ранее под названием «дрожательный паралич», но подробно и полно её впервые описал в 1817 году Джеймс Паркинсон в своей книге «Эссе о дрожательном параличе». По имени первоописателя эта болезнь и была впоследствии названа болезнью Паркинсона. Этиология паркинсонизма до настоящего времени остаётся не полностью выясненной.

Однако, по-видимому, в развитии болезни Паркинсона играет роль генетическая предрасположенность, а также воздействие различных нейротоксинов, образующихся в самих дофаминовых нейронах, в частности, МФТП (англ. MPTP) и свободных радикалов, приводящее к повреждению дофаминовых нейронов, истощению в них запасов дофамина, нарушению ихтрофики и в конечном итоге гибели нейронов.

Болезнь Паркинсона относят к дегенеративным заболеваниям

головного мозга с наследственной предрасположенностью, основными

проявлениями которого являются нарушение контроля за своими движениями, замедленность и скованность при ходьбе, дрожание рук, ног и подбородка. Болезнь Паркинсона – это одно из самых частых заболеваний среди пожилых людей. А отдельные признаки паркинсонизма всё чётче вырисовываются даже у здорового человека по мере его естественного старения. Болезнь Паркинсона возникает чаще всего в возрасте 50-65 лет и длительно неуклонно прогрессирует. Мужчины и женщины страдают с одинаковой частотой. Распространенность болезни Паркинсона среди населения в целом составляет 1-2 на 1000, а среди лиц старше 65 лет - 1:100.

Различают первичный и вторичный паркинсонизм. Первичный паркинсонизм – это собственноболезнь Паркинсона, вызванная наследственными факторами и составляющая 80% от всех проявлений паркинсонизма. Вторичный паркинсонизм (или синдром Паркинсона) проявляется не сам по себе, а на фоне различных заболеваний и патологических состояний.

Разрушение дофаминовых нейронов в области чёрной субстанции, а также нарушение метаболизма глутамата в стриатуме приводит к развитию характерных для болезни Паркинсона двигательных нарушений. Разрушение дофаминовых нейронов в области «дофаминового пути удовольствия» (dopamine pleasure pathway) в лимбической системе, в частности в ventral tegmental area (en:VTA), приводит к постепенному снижению мотивации, энергии больных, к снижению способности испытывать положительные эмоции (ангедония) и в конечном счёте к развитию хронической депрессии. Разрушение дофаминовых нейронов лобных долей коры приводит к развитию интеллектуальных нарушений: снижению памяти, уменьшению интеллектуальной продуктивности, обучаемости и в конечном счёте к картине органического слабоумия (деменции). В поздних стадиях болезни Паркинсона нередко присоединяется органический психоз с галлюцинаторно-параноидными проявлениями или хронический делирий (дезориентация во времени и месте, спутанность, галлюцинации, бред). Болезнь Паркинсона развивается в результате гибели клеток компактной части черной субстанции и голубоватого места. Кроме того, погибают нейроны бледного шара и скорлупы. В нейронах базальных ядер, ствола мозга,спинного мозга и симпатических ганглиев обнаруживают эозинофильные включения (тельца Леви). Они отсутствуют при других заболеваниях, сопровождающихся паркинсонизмом.

Медиальный бледный шар

и сетчатая часть черной субстанции оказывают тормозящее действие на

ядра таламуса, от которых идет возбуждающая импульсация к моторной коре; стриатум(хвостатое ядро и скорлупа) модулирует это тормозящее действие. Это осуществляется с помощью прямого моносинаптического тормозного пути от стриатума к медиальному бледному шару и сетчатой части черной субстанции, а также непрямого пути тормозного пути, идущего отстриатума к данным структурам через латеральный бледный шар и субталамическое ядро; этот непрямой путь в конечном счете растормаживает медиальный бледный шар и сетчатую частьчерной субстанции. Таким образом, активация прямого пути ведет к возбуждению моторной коры, а непрямого - наоборот.

Отростки дофаминергических нейронов компактной части черной субстанции направляются кстриатуму, оказывая возбуждающее влияние на прямой путь (через D1-рецепторы) и тормозящее - на непрямой (через D2-peцепторы). При болезни Паркинсона дофаминергические нейронычерной субстанции погибают. В результате снижается активность прямого пути и повышается -непрямого. Следовательно, уменьшаются возбуждающие влияния таламуса на моторную кору.

При болезни Паркинсона уменьшается содержание и других медиаторов, в частностинорадреналина. Клинические проявления этих изменений неизвестны. Предполагают, что их следствием бывает депрессия.

Болезнь обычно начинается с малых признаков двигательных нарушений: с мелкого тремора, напоминающего катание пилюль, гипертонуса мышц, брадикинезии (замедленные, затруднённые движения) и гипокинезии (уменьшение двигательной активности), появления гнусавости и смазанности речи, скованности и неловкости в движениях, изменения походки (шаркающая, мелкие шажки), изменения почерка (мелкий дрожащий почерк).

Лечение болезни Паркинсона включает 2 задачи: попытку

приостановить отмирание клеток с дофамином в головном мозге и

уменьшение проявлений болезни. Ученые до сих пор спорят, возможно ли замедлить прогрессирование уже наступившего заболевания. Но, тем не менее, обоснованным считается прием антиоксидантов в больших дозах (витамин Е), посильная физическая нагрузка и лечебная физкультура.

Лекарственные препараты для лечения болезни Паркинсона на

ранних стадиях стараются не применять как можно дольше. Их начинают

использовать только тогда, когда отмечается двигательное ограничение,

мешающее осуществлять профессиональные и бытовые обязанности.

Используют:

Препараты леводопы (предшественники дофамина) – мадопар, наком, синеметПрепараты амантадина – ПК-мерц, мидантанАгонисты дофаминовых рецепторов – проноран, бромокриптин (парлодел), мирапексИнгибиторы моноаминооксидазы – селегелин (юмекс)Антихолинергические средства – акинетон, паркопан, циклодолИнгибиторы катехол-О-метилтрансферазы – тасмар, комтан

В результате многолетнего приема препаратов у пациента развивается

привыкание – для получения того же лечебного эффекта необходимо

повышать дозу лекарств, а это, в свою очередь, приводит к побочным

эффектам. Чтобы этого избежать, используют основной принцип

противопаркинсонического лечения – начинают с более мягких препаратов и стараются как можно дольше не переходить на высокие дозы, а также комбинируют препараты с различными механизмами действия – при этом добавлять новое средство нужно только по необходимости. Препараты леводопы, несмотря на их наибольшую эффективность, начинают применять в последнюю очередь, особенно если возраст пациента меньше 65 лет.

• • Болезнь ПаркинсонаЛечение болезни Паркинсона стволовыми клетками на ранних и поздних стадиях

• • • www.cellmed.ru

• • Гостиница Гамма Дельта от 2700р.!2мСтандарт от 2700р Гамма Дельта Измайлово3* Группам Дополнительные Скидки

У многих больных, умерших от паркинсонизма, при вскрытии в черной субстанции обнаруживаются белковые скопления (они называются тельцами Леви по фамилии немецкого патологоанатома, открывшего их в 1912 г.). Аналогичные образования характерны также дляболезни Альцгеймера и хореи Гентингтона. Являются ли эти кластеры причиной деструктивных изменений или, напротив, выполняют защитные функции, удерживая аномальные, токсичные для нейрона белки от распространения по всей клетке, - не совсем ясно. В любом случае большинство ученых сходятся на том, что выяснение причины кластеризации белков поможет раскрыть тайну болезни Паркинсона.

Центральное место во всей этой истории занимают два внутриклеточных

процесса: пространственная упаковка белков и их элиминация. Белки синтезируются в клетке в виде полимерной цепочки из аминокислот, соединяющихся друг с другом в соответствии с инструкциями, записанными в генах. По завершении синтеза белковая молекула сворачивается в компактную трехмерную глобулу при участии особых молекул - шаперонов. Эти же молекулы вновь упаковывают

белки, утратившие должную конфигурацию.Если по тем или иным причинам шаперонная системавыходит из строя, то неправильным образом уложенные белки становятся мишенью для так называемой

убиквитин-протеасомной системы. Сначала к белковой молекуле с аномальной конформацией присоединяется небольшой белок убиквитин (процесс называется убиквитинилированием). Вслед за первой убиквитиновой "бусиной" присоединяется вторая - и так до тех пор, пока на конце обреченной на гибель белковой молекулы не образуется цепочка (своеобразная "черная метка"). Она служит сигналом для протеасомы ("мусорщика" нервной клетки) к расщеплению аномального белка на составляющие его аминокислоты. В 2004 г. за исследование этой системы были удостоены Нобелевской премии по химии Авраам Гершко (Avram Hershko) и Аарон Цихановер (Aaron Ciechanover)

из Института "Технион" в Израиле, а также американский биохимик

Ирвин Роуз (Irwin Rose) из Калифорнийского университета.

За последние несколько лет стало более или менее ясно, чтоболезнь Паркинсона развивается в результате нарушений в работе шаперонной и убиквитин-протеасомной

систем. По-видимому, дело обстоит следующим образом. Какое-то повреждение в нейронах черной субстанции запускает целый каскад реакций, приводящих к появлению большого количества неправильно упакованных белков. Они образуют кластеры, что вначале даже дает некоторые преимущества клетке, поскольку аномальные белки держатся вместе, а не распространяются по ней, вызывая повреждения. Затем в дело вступают шапероны, приводящие белки в норму, а те из них, которые исправить не удается, расщепляются убиквитин-протеасомной

системой. Когда аномальных белков становится слишком много, клеточная "очистительная машина" перестает справляться с работой, шаперонов не хватает, токсичные белки накапливаются, и в конце концов нейроны погибают.Эта гипотеза хороша тем, что, по мнению ученых, объясняет природу обеих форм болезни Паркинсона. Предполагается, что 95% больных страдают вторичным паркинсонизмом, возникающим в результате сложных взаимодействий между генетическими и средовыми факторами. Если человек с предрасположенностью к паркинсонизму попадает в неблагоприятные условия (например, длительное

время находится в контакте с пестицидами), то нейроны черной субстанции страдают у него в большей степени, чем нейроны

людей, не имеющих предрасположенности, и в них накапливается больше белков с аномальной конформацией. У 5% остальных больных паркинсонизмом в основе патологии лежат чисто генетические факторы (первичный паркинсонизм). Результаты исследований, проведенных за последние восемь лет, указывают на наличие связи между мутациями в геноме больных и образованием белков с аномальной конформацией или сбоем в работе защитных механизмов клетки. Это наиболее

впечатляющее достижение в изучении природы болезни Паркинсона за многие годы.

В 1997 г. Михаэль Полимеропулос (Mihael H. Polymeropoulos) из Национальных институтов здоровья идентифицировал мутацию в гене, кодирующем белок под названием альфа-синуклеин, у членов итальянских и греческих семей, страдавших наследственной

формой паркинсонизма. Мутация наследовалась по аутосомно-доминантному типу, т.е. для возникновения болезни было достаточно одной мутантной копии гена (полученной от отца или матери). Мутация в гене альфа- синуклеина встречается крайне редко: доля несущих ее больных составляет лишь 1% от числа всех страдающих паркинсонизмом. Но сам факт обнаружения связи между наличием мутантного белка и болезнью Паркинсона вызвал большой

интерес в научных кругах. Отчасти это было связано с тем, что в том же

году выяснилось, что альфа-синуклеин (не важно, мутантный или нормальный) относится к категории белков, способных к образованию кластеров. Отсюда напрашивается вывод: разобравшись,

каким образом мутация приводит к паркинсонизму, можно раскрыть тайну образования телец Леви в дофаминпродуцирующих клетках черной субстанции при болезни Паркинсона.

В 1998 г. японские ученые Есикуни Мицуно (Yoshikuni Mizuno) из Университета Джунтендо и Нобуёси Шимицу (Nobuyoshi Shimizu) из Университета Кейо идентифицировали еще один ген - он кодирует белок паркин, мутация в котором приводит к наследственному паркинсонизму, но другого типа. Такая мутация обычно встречается у людей, заболевших в возрасте до 40 лет, и чем моложе пациент, тем выше вероятность, что в основе заболевания лежит мутация в гене паркина. Те, кто получают мутантные копии гена и от отца, и от матери, обязательно

заболевают, но к группе риска относятся и люди, несущие лишь одну копию мутантного гена. Мутации в гене паркина встречаются чаще, чем в гене альфа-синуклеина, однако точные цифры неизвестны.

В молекуле паркина имеются несколько доменов, характерных и для многих других белков. Особый интерес представляют так называемые RING-домены; содержащие их белки участвуют в расщеплении других белков. Имеющиеся на сегодня данные позволяют предположить, что гибель нейронов при данной форме паркинсонизма происходит, в частности, вследствие нарушения убиквитинилирования - составного компонента системы удаления аномальных белков. В норме паркин

присоединяет убиквитин к неправильно упакованным белкам, без этого белок не получает "черную метку" и не разрушается. Недавно обнаружили, что белок под названием BAG5, присутствующий в тельцах Леви, может связываться с паркином и блокировать его работу, результатом чего служит гибель дофаминергических нейронов.

Интересно, что у некоторых больных, несущих мутацию в гене паркина,

в нейронах черной субстанции отсутствуют тельца Леви. Это означает, что, пока происходитубиквитинилирование, белковые агрегаты не образуются. А отсюда, в свою очередь, следует, что, когда аномальные белки не держатся вместе, а распределяются по всей клетке, возникает хаос. Поскольку у людей с мутацией в гене паркина паркинсонизм развивается в молодом возрасте, можно предположить, что у них отсутствует защитный механизм, обеспечивающий

кластеризацию токсичных белков.

В последнее время появились сообщения об идентификации целого ряда других генов, имеющих отношение к паркинсонизму.Так, в 2002 г. Винченцо Бонифати (Vincenzo Bonifati) из Медицинского центра Эразма в Роттердаме обнаружил мутацию в гене DJ-1 у членов нескольких голландских и итальянских семей. Как и мутация в гене паркина, она отвечает за возникновение аутосомно-рецессивной формы болезни Паркинсона. Выявлена также мутация в гене UCHL1 у больных,

страдающих наследственной формой паркинсонизма. А недавно в журнале Science опубликована статья о мутации в гене PINK-1, следствием которой может стать нарушение метаболических процессов и гибель нейронов черной субстанции. Сообщается об идентификации еще одного гена подобного типа, LRRK2, или дардарина (что на языке басков, у которых этот ген обнаружен, означает "тремор"). К сожалению, вся цепочка событий от возникновения мутации до развития заболевания учеными пока не воссоздана.

Группа ученых из Луизианы предприняла попытку найти гены, вовлеченные в развитие токичности синуклеина в дрожжах, в результате были обнаружены гены, вовлеченные в регуляцию внутриклеточного транспорта, гены, кодирующие разнообразные ядерные и митохондриальные белки, транскрипционные факторы, компоненты протеасомы, шапероны, киназы, эндонуклеазы и др. (см. таблицу ниже).

Получены свидетельства того, что экспрессия альфа-синуклеина в дрожжах вызывает стресс эндоплазматического ретикулума (ER-stress) и нарушает функционирование аппарата Гольджи и убиквитин-протеасомного комплекса. Кроме того, показано, что экспрессия альфа-синуклеина приводит к активации каскада программируемой клеточной гибели, нарушению функционирования митохондрий, сопровождающемуся образованием активных форм кислорода. Таким образом, изучение агрегации и токсичности альфа-синуклеина на дрожжевой модели является в настоящее время весьма актуальной задачей и способствует прояснению общей картины и поиску способов лечения болезни Паркинсона и других полиглутамин-ассоциированных заболеваний человека. В тоже время не следует забывать о том, что использование дрожжевой модели накладывает некоторые ограничения на интерпретацию полученных результатов, поскольку дрожжи не позволяют установить роль нормального синуклеина в клетке, кроме того, у них отсутствует I комплекс дыхательной цепи, что затрудняет изучение роли митохондрий и АФК в развитии болезни Паркинсона. Однако легкость генетических манипуляций с дрожжами позволяет сравнительно легко искать терапевтические мишени для устранения токсичности синуклеинов и затем проверять их на других клеточных линиях и модельных организмах.