Протеинопатии. Синуклеины. Роль α-синуклеина в патогенезе болезни Паркинсона. Амилоидные белки. Различные формы β-амилоида. Олигомеры, фибриллярные структуры. Роль βамилоида в патогенезе болезни Альцгеймера. Тау-белки. Гиперфосфорилирование тау-белков при болезни Альцгеймера. Методы терапии, направленные на модуляцию процессинга амилоидных белков. Выполнила студентка 3 курса ИББМ Прокопьева София Артемовна Протеинопатии Протеинопатии Протеинопатии – формы нейродегенеративных заболеваний, в основе патогенеза которых лежат изменения структуры или нарушение метаболизма определенных белков, приводящие к их агрегации или формированию агрегатов патогенных пептидов с последующим образованием характерных гистопатологических белковых или пептидных отложений. • • • • • Болезнь Альцгеймера Болезнь Паркинсона Прионные болезни Тринуклеотидные патологии Патологии двигательного нейрона и т.д. 2 Протеинопатии Синуклеины Синуклеины - небольшие растворимые белки, экспрессирующиеся преимущественно в нервной ткани и в некоторых опухолях. Семейство включает три известных белка: α-синуклеин β-синуклеин γ-синуклеин Участвует в патогенезе болезни Паркинсона В высокой степени гомологичен альфа-синуклеину Обнаруживается в ПНС и сетчатке, но может являться маркером прогрессирования опухоли молочной железы 3 Протеинопатии Структура синуклеинов Все последовательности белка состоят из высококонсервативного N-концевого домена, (переменное количество повторов с 11 остатками), и менее консервативного C-концевого домена (преобладание кислых остатков). 11-мерные повторы составляют консервативную аполипопротеиноподобную спираль, для связывание с фосфолипидными пузырьками. Это сопровождается значительным сдвигом во вторичной структуре белка. На рисунке: Красным - гидрофильная поверхность спирали с кислотными остатками, ограниченными центром; Желтым - основные остатки на каждой границе раздела; Белым - противоположная гидрофобная поверхность, содержащая только незаряженные остатки 4 Протеинопатии БП и α-синуклеин Болезнь Паркинсона (БП) – распространенное прогрессирующее НДЗ, в основе патогенеза которого лежит мутация α-синуклеина, который в свою очередь входит в состав телец Леви. Для характерна БП прогрессивная потеря дофаминергических нейронов в области черной субстанции. Это приводит к нарушению баланса в синтезе и синаптической секреции нейромедиаторов и утрате связей между отделами мозга. 5 Протеинопатии БП и α-синуклеин 6 Протеинопатии БП и α-синуклеин Α-синуклеин – нейрональный белок, обнаруживаемый в основном в пресинаптических терминалях. Ген, кодирующий белок α-синуклеин (SNCA), расположен на 4 хромосоме (локус 4q21) и состоит из 6 экзонов, из которых транскрибируются 5. В результате альтернативного сплайсинга образуются три изоформы белка (140 АК, 126 АК и 112 АК). 140-изоформа является основной. 7 Протеинопатии БП и α-синуклеин 8 Протеинопатии БП и α-синуклеин Для развития БП достаточно мультипликации нормальной последовательности гена SNCA, приводящей к увеличению внутриклеточного уровня α-синуклеина. 9 Протеинопатии БП и α-синуклеин Чапров К.Д. и др. в исследовании поражения дофаминергических нейронов черной субстанции при БП использовали линии мышей с нокаутом этого гена. Новая линия мышей с конститутивным нокаутом гена α-синуклеина – delta flox KO (не содержащем в модифицированном геномном локусе посторонних последовательностей, что отличает ее от всех других линий с нокаутом α-синуклеина), и на хорошо изученную линию с нокаутом гена αсинуклеина – АbKO. Вводили МФПТ – снижение уровня дофамина. Нарушения были выявлены как в обоих экспериментальных случаях, так и в контроле. 10 Протеинопатии Амилоидные белки Амилоид – определенная структурная конформация полипептидной цепи, которую может принять практически любой белок. В основе конформации - повторяющийся мотив кросс-β структуры, также называемый ядром амилоида – близкорасположенные взаимосвязанные межмолекулярные β-слои. • Устойчивы благодаря водородным связям и «стерической застежке» • Имеются амилоидогенные участки – hot spot. 11 Протеинопатии Β-амилоиды (Aβ) Β-амилоиды (Aβ) — общее название для нескольких пептидов, состоящих из примерно 40 аминокислотных остатков и образующихся из трансмембранного белка — предшественника β-амилоида (АРР). РАЗНОВИДНОСТИ В-АМИЛОИДА Aβ40 Пептид из 40 аминокислотных остатков, не имеет патогенных свойств Aβ42 Пептид из 42 аминокислотных остатков, считается одним из основных факторов, провоцирующих БА (часто называется просто βамилоидом). 12 Протеинопатии Β-амилоиды (Aβ) В зависимости от происхождения и процессов, в которых они принимают участие, амилоиды можно разделить на три группы: Патологические амилоиды – белки, для которых образование амилоидных структур не является нативным свойством, но они приобретают его в рамках различных патологий. Функциональные амилоиды – белки, образующие амилоидные структуры, обеспечивающие нормальный метаболизм. Прионы – группа инфекционных амилоидных белков, которые могут как нести функциональную роль в организмах, так и быть ассоциированными с заболеваниями. 13 Протеинопатии Болезнь Альцгеймера и роль β-амилоида Болезнь Альцгеймера (БА) – прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, наиболее распространенная форма деменции. Течение болезни характеризуется длящимся годами неуклонным ухудшением состояния больного, быстрой инвалидизацией с потерей способности к самостоятельной жизнедеятельности и, в итоге, гибелью. 14 Протеинопатии Болезнь Альцгеймера и роль β-амилоида Схематическое изображение полноразмерного АРР с указанием расположения трансмембранного домена (выделено овалом) и сайты расщепления α-, β-и γ-секретазами, которые соответственно приводят к образованию: растворимого sAPPα и APP-CTFα; растворимого sAPPβ и APP-CTFβ; Aβ внутриклеточного домена амилоида (AICD) 15 Протеинопатии Болезнь Альцгеймера и роль β-амилоида 16 Протеинопатии Болезнь Альцгеймера и роль тау-белка Тау-белок - белок, ассоциированный с микротрубочками (microtubule associated protein tau – MAPT), который стимулирует полимеризацию тубулина, но его присутствие в NFT было показано только спустя десятилетие. Данный белок является фактором, стимулирующим образование микротрубочек, а также выполняет специфическую функцию – замедляет движение ассоциированых с микротрубочками кинезиновых моторных белков вдоль микротрубочек. 17 Протеинопатии Болезнь Альцгеймера и роль тау-белка Тау-белок стабилизирует МКТ через 4 тубулин-связывающих домена в случае его полноразмерной изоформы. Связь белка Тау с микротрубочками поддерживается в результате скоординированного действия киназ и фосфатаз. Фосфорилирование Тау-белка регулирует его способность связываться с микротрубочками и влияет на аксональный транспорт. Тау-белок может ингибировать +направленный транспорт везикул вдоль микротрубочек с помощью кинезина. 18 Протеинопатии Болезнь Альцгеймера и роль тау-белка 19 Протеинопатии Методы терапии Самыми перспективными являются методы терапии, направленные на уменьшение и продукции Aβ путем либо усиления активности α-секретазы, либо уменьшения активности β-секретазы, либо ингибирования активности γсекретазы. УВЕЛИЧЕНИЕ АКТИВНОСТИ ΑСЕКРЕТАЗЫ • Путем активации 5гидрокситриптаминовых-4 (5-НТ4) рецепторов; • Путем усиления экспрессии матриксной металлопротеиназы 9; • Путем синтеза мелатонина. 20 Протеинопатии Методы терапии УМЕНЬШЕНИЕ АКТИВНОСТИ Β-СЕКРЕТАЗЫ (BACE). К настоящему времени в ходе рандомизированного, двойного слепого, плацебо-контролируемого исследования эффективности экспериментального препарата – одного из ингибиторов β-секретазы (ВАСЕ1) МК-8931 (Верубецестат) – показана его способность существенно снижать уровень Аβ в ликворе у пациентов с умеренной и тяжелой формой болезни Альцгеймера. МК-8931 Alzheimer's Association International Conference® 2013 (AAIC® 2013) контроль Описанный эффект носил дозозависимый характер; при использовании наибольшей из применявшихся дозы уровень Аβ снижался более чем на 80% в сравнении с изначальным. 21 Протеинопатии Методы терапии ИНГИБИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ Γ-СЕКРЕТАЗЫ. Ингибиторы были быстро получены, но нередко проявляли токсичность, связанную с механизмом действия. Токсичность возникала вследствие подавления других сигнальных путей, зависящих от расщепления γ-секретазой рецепторов, отличных от APP. В последнее время внимание исследователей сфокусировано на неоднородном классе веществ, названных модуляторами γ-секретазы. Они оказывают свое действие за счет модификации преимущественного сайта расщепления γ-секретазой, что вызывает снижение продукции более амилодогенной формы Aβ42 при увеличении продукции Aβ38 (менее склонной к амилоидогенезу). Молекулярные механизмы их действия выяснены не до конца, но, вероятно, включают аллостерические взаимодействия дальнего порядка, опосредованные через некаталитический сайт связывания комплекса или сам субстрат. Недавно показано, что соединения этой группы (GSM) вызывают конформационные изменения в каталитическом центре путем связывания c петлей пресенилина в просвете комплекса. 22 Протеинопатии Методы терапии МЕТОДЫ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ФЕРМЕНТЫ И РЕЦЕПТОРЫ. В случае ферментов используется усиление их активности, которые приводят к деградации Aβ (инсулиндеградирующий фермент, ангиотензинконвертирующий фермент и непрелизин). При этом необходимо учитывать, что данные ферменты могут влиять на множество процессов, в частности стимулировать вазоконстрикцию, и вызывать побочные эффекты. Модуляция трансцитоза Aβ путем воздействия на рецептор поздних продуктов гликозилирования (RAGE) также может быть использована для контроля уровня Aβ. RAGE относится к так называемым рецепторам распознавания образов (РРО), которые способны обнаруживать класс лигандов, имеющих общий мотив. Считается, что при БА взаимодействие олигомерных форм Aβ и RAGE приводит к увеличению количества этого рецептора на поверхности клеток и стимулирует транспорт амилоидных пептидов из кровеносного русла через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), а затем внутрь нейронов, также благодаря RAGE, что приводит к повышению концентрации и аккумуляции олигомерного Aβ в паренхиме мозга и в самих нервных клетках, вызывая их дегенерацию. 23 Протеинопатии Методы терапии АКТИВНЯ ИММУНИЗАЦИЯ. Первые исследования с использованием в качестве модели трансгенных мышей, экспрессирующих мутантный АРР человека, показали значительную способность анти-Aβ антител стимулировать распад агрегатов Aβ и улучшать когнитивные функции. Ранние испытания по активной иммунизации с использованием соединения AN-1792 были приостановлены после развившегося у ряда испытуемых энцефалита. В последовавшем исследовании в иммунизированной группе было зафиксировано определенное снижение уровня Aβ в мозге по сравнению с группой контроля, но не показано действие на когнитивные функции, которые были оценены при помощи простых тестов. 24 Протеинопатии Методы терапии ПАССИВНАЯ ИММУНИЗАЦИЯ. Дальнейшие исследования с пассивной иммунизацией рекомбинатными анти-Aβ антителами не выявили заметной эффективности, даже учитывая тот факт, что некоторые из них были эффективны по результатам II фазы испытаний. Соланезумаб, не показавший эффективности в целом, вызвал малые, но статистически значимые улучшения когнитивных функций у испытуемых подгруппы с умеренной БА и был выбран как безопасный препарат для дальнейшего изучения. *Eli lilly – американская фармакологическиая компания, проводящая испытания соланезумаба. 25 Протеинопатии Методы терапии МЕТОДЫ, СВЯЗАННЫЕ С ТАУ-БЕЛКОМ. Предлагается ряд подходов для коррекции патологии Тау-белка при БА, которые призваны замедлить дегенерацию нейронов, обусловленную образованием нейрофибриллярных клубков. В их числе: • Ингибирование одной или нескольких протеинкиназ, фосфорилирующих тау-белок (гликогенсинтаза-киназа 3-β и циклинзависимая протеинкиназа 5); • Активация главного фермента-фосфатазы тау-белка – фосфатазы-2А; • Усиление модификации тау-белка β-N-ацетилглюкозамином путем либо ингибирования β-N-ацетилглюкозаминидазы, либо стимуляции захвата глюкозы тканями мозга; • Усиление выведения патологически гиперфосфорилированного таубелка путем аутофагии или через систему убиквитина или протеосом. 26 Протеинопатии Заключение Отличительная особенность НДЗ, относящихся к протеинопатиям, это их медленное течение. Достаточно долгое время заболевание может протекать бессимптомно, а клинические изменения в состоянии больного выявляются гораздо позднее. Это результат работы целого набора защитных внутриклеточных систем, которые обеспечивают длительное функционирование нейронов даже после начала активного процесса патологической агрегации белков. Раньше протеинопатии рассматривались как возрастные деменции, болезни “старческого возраста”. Однако сейчас выяснилось, что патологический процесс часто начинается достаточно рано, а при наследственных формах – уже в перинатальном периоде или сразу после рождения. Именно поэтому протеинопатии нельзя рассматривать как естественный процесс, сопровождающий старение головного мозга. Протеинопатии – это заболевания, приводящие к развитию дегенеративных процессов в нервной системе, тогда как естественные процессы старения не приводят к развитию таких патологических состояний. 27 Протеинопатии Список литературы СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Куликова, А. А., Цветков, Ф. О., Бачурин, С. О., Бухман, В. Л., Нинкина, Н. Н. Протеинопатии – формы нейродегенеративных заболеваний, в основе которых лежит патологическая агрегация белков [Текст] / А. А. Куликова, Ф. О. Цветков, С. О. Бачурин, В. Л. Бухман, Н. Н. Нинкина // Молекулярная биология. — 2012. — № 3. — С. 402-415. Пчелина, С. Н. Альфа-синуклеин как биомаркер болезни Паркинсона [Текст] / С. Н. Пчелина // Научный обзор. — 2011. — № 4. — С. 46-51. Тарасова, Т. В., Латыкина, О. А., Роман, А. Ю., Бачурин, С. О., Устюгов, А. А. Роль альфа-синуклеина в развитии дофаминергических нейронов черной субстанции и области вентральной покрышки среднего мозга [Текст] / Т. В. Тарасова, О. А. Латыкина, А. Ю. Роман, С. О. Бачурин, А. А. Устюгов // Доклады академии наук. — 2016. — № 5. — С. 620-623. Татарникова, О. Г., Орлов, М. А., Бобкова, Н. В. Бета-амилоид и Тау-белок: структура, взаимодействие и прионоподобные свойства [Текст] / О. Г. Татарникова, М. А. Орлов, Н. В. Бобкова // Успехи биологической химии. — 2015. — № 55. — С. 351-390. Ганкин, М. М. Методы предсказания амилоидной структуры и прионных свойств белков: состояние и перспективы : специальность 06.04.01 «Биология» : Автореферат на соискание кандидата биолологических наук / Ганкин, М. М. ; Санкт-Петербургский государственный университет. — Санкт-Петербург, 2021. — 43 c. Чапров К.Д., Тетерина, Е. В., Роман, А. Ю., Голоборщева, В. В., Кучерян, В. Г., Морозов, С. Г., Кухарский, М. С. Сравнительный анализ нейротоксического эффекта мфтп у мышей с конститутивным нокаутом гена альфа-синуклеина [Текст] / Е. В. Тетерина, А. Ю. Роман, В. В. Голоборщева, В. Г. Кучерян, С. Г. Морозов, М. С. Кухарский // Молекулярная биология. — 2021. — № 1. — С. 734-747. Гарбуз, Д. Г., Зацепинаа, О. Г., Евгеньев, М. Б. Бета-амилоид, тау-белок и нейровоспаление: попытка объединения различных гипотез патогенеза болезни Альцгеймера [Текст] / Д. Г. Гарбуз, О. Г. Зацепинаа, М. Б. Евгеньев // Молекулярная биология. — 2021. — № 5. — С. 734747. George J.M. The synucleins / George J.M. [Электронный ресурс] // Genome biology : [сайт]. — URL: https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/gb-2001-3-1-reviews3002#citeas (дата обращения: 22.09.2024). 28 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
