Роль микро-РНК в регуляции генов семейных форм болезни Паркинсона

На настоящий момент выявлен целый ряд микро-РНК, которые могут принимать прямое или опосредованное участие в развитии БП. В нескольких работах было показано, что экспрессия генов SNCA, PARK2, PINK1, PARK7, а также LRRK2 может регулироваться различными микро-РНК и влиять на развитие патологии (Doxakis, 2010; Junn et al., 2009; Ugrumov et al., 2011; Wang et al., 2008).

В одном из недавних исследований был выявлен ранее не известный механизм, с помощью которого в нервной системе происходит регулирование уровня транскрипта SNCA, чья повышенная экспрессия является характерным признаком БП (Doxakis, 2010). В частности, показано, что miR-7 и miR-15 3 , э кспрессирующие - ся в больших количествах в мозге, связываются, главным образом, с 3'-нетранс- лируемой областью (3'-НТО) мРНК SNCA и значительно снижают уровень синтеза белка SNCA, а miR-7, кроме того, ингибирует SNCA-зависимую гибель клеток (Junn et al., 2009). Анализ количеств транскриптов генов и белка SNCA выявил коэкспрессию miR-7, miR-153 и SNCA в ходе развития нервной системы и в зрелой нервной ткани. Таким образом, было показано, что, во-первых, miR-7 и miR-153 являются синергистами по своему действию; во-вторых, требуется именно 3'-НТО мРНК SNCA для регулирования экспрессии этого гена; в-третьих, микро-РНК не взаимодействуют с кодирующей областью SNCA для регуляции экспрессии SNCA; в-четвертых, микро-РНК действуют на претрансляционном уровне (Doxakis, 2010). Поскольку ни одна из этих микро-РНК полностью не комплементарна мРНК SNCA, то регуляция уровня этой мРНК, вероятно, обеспечивается увеличением уровня де- аденилирования и декэпирования мРНК, индуцируемого miR-7 и miR-153 (Behm- Ansmant et al., 2006; Eulalio et al., 2009). Высокие уровни экспрессии miR-7, miR- 153, мРНК SNCA и белка SNCA выявлены в нервных тканях, в частности в среднем мозге, гиппокампе и коре. Более того, уровни miR-7, miR-153 и мРНК SNCA значительно выше в нейронах, чем в астроцитах.

Кроме того, было также показано, что на изменение экспрессии SNCA могут влиять другие микро-РНК. Так, была обнаружена корреляция увеличенной экспрессии SNCA с повышенной трансляцией FGF20 в культурах клеток и тканях мозга пациентов с БП. FGF20 экспрессируется преимущественно в черной субстанции и стимулирует созревание ДА-нейронов (Wang et al., 2008). В 2001 г. при проведении ассоциативного анализа была обнаружена связь риска развития БП с наличием однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП) на участке хромосомы 8, содержащей ген фактора роста фибробластов 20 (FGF20) (Scott et al., 2001). Позднее в этом гене была выявлена ассоциация ОНП rs12720208 с риском развития БП. Этот ОНП находится в 3'-НТО FGF20, и in vitro было показано, что на данном участке гена расположена область узнавания miR-433, которая активно экспрессируется в мозге (Wang et al., 2008). Кроме того, было показано наличие полиморфизмов в области узнавания miR-433 в 3'-НТО SNCA, однако никакого регуляторного влияния этих полиморфизмов и самой микро-РНК на экспрессию а-синуклеина показано не было (Schmitt et al., 2012).

В одной из первых работ, посвященной поиску вовлеченных в развитие БП микро-РНК в крови человека, было выявлено 6 микро-РНК, уровни которых отличались от контроля. При этом было показано, что уровни miR-1, miR-22* и miR-29а у пациентов, не подвергавшихся лечению, ниже, чем в здоровом контроле. В то же время, уровни miR-16-2*, miR-26a-2* и miR-30a оказались выше у пациентов, подвергавшихся лечению, чем у пациентов, не подвергавшихся лечению. При этом необходимо отметить, что все эти микро-РНК могут быть косвенно связаны с функционированием SNCA. Так, известно, что miR-1 и miR-30a вовлечены в регуляцию транспорта дофамина. Мишенями miR-1 являются гены, кодирующие белок, запускающий полимеризацию тубулина (TPPP/p25), обнаруженный во включениях в мозге пациентов с БП, и белок тяжелой цепи клатрина (CLTC) (Beckstead et al., 2005). Повышенная экспрессия TPPP/p25 может служить маркером патологических процессов, связанных с агрегацией SNCA (Bellen et al., 2004). Клатрин, в свою очередь, может быть вовлечен в микроглиальный эндоцитоз агрегированного SNCA, а также связан с активацией микроглии (Pesah et al., 2004). Мишенью miR- 30а является ген транспортера дофамина DAT (SLC6A3), который кодирует белок, осуществляющий в комплексе с другими белками обратный захват свободного дофамина в синапсе. SNCA модулирует работу белка DAT, регулируя синаптическую концентрацию дофамина (Sidhu et al., 2004). Таким образом, miR-1 и miR-30a могут быть вовлечены в патогенез БП. Кроме того, miR-30a может связываться с FGF20, который имеет сайт связывания также с miR-16-2* (Beckstead et al., 2005). Мишенью miR-22* может быть ген опухолевого супрессора - р53-связывающий белок 2 (TP53BP2) и ген предшественника глутаматного рецептора 1 (GRIA1), являющийся также мишенью miR-26a-2* и miR-30a (Ng et al., 2009). Мишенью miR-29a является ген белка септина (SEPT4). Было показано, что в постмортальных тканях черной субстанции пациентов с БП концентрация септина 4 повышена. Также было отмечено параллельное повышение уровня септина 4 и SNCA у пациентов с БП (Flagler et al., 2009).

При анализе трансгенных линий дрозофил, несущих мутацию в гене lrrk (I1915T) или экспрессирующих ген LRRK2 человека с мутацией G2019S, было показано, что дефектный LRRK2 лишен ГТФазной активности. При этом LRRK2 переставал регулировать трансляцию транскрипционных факторов E2F1 и DP (Ugrumov et al., 2011), которые вовлечены в контроль клеточного цикла и выживаемость клеток (Butson et al., 2009). Также было выявлено, что микро-РНК семейства let-7 и miR-184* подавляют активность данных факторов. В то же время, делеция гена let-7, блокирование let-7 и miR-184*, а также блокирование сайтов связывания let-7 и miR-184* в 3'-НТО их мРНК-мишеней приводили к увеличению синтеза E2F1 и DP и возникновению токсического эффекта, сходного с тем, что наблюдается у мух, трансгенных по гену LRRK2. Это в свою очередь приводит к снижению двигательной активности и уменьшению числа ДА-нейронов. С другой стороны, повышение уровней let-7 и miR-184* ослабляет неблагоприятный эффект мутантного LRRK2 (Ugrumov et al., 2011).

В одном из недавних исследований было показано, что низкие уровни miR-34b и miR-34c в ДА-нейронах, дифференцированных из SH-SY5Y клеток нейробластомы, сопровождались снижением концентрации белков паркина и DJ1, что приводило к нарушению функционирования митохондрий и снижению выживаемости клеток. Кроме того, было обнаружено значительное снижение уровней miR-34b/c в мозге пациентов с БП по сравнению со здоровым контролем. Примечательно, что в образцах мозга пациентов, больных БП, где были обнаружены пониженные уровни miR-34b/c, также была значительно снижена концентрация белков паркина и DJ1. Гены этих микро-РНК располагаются на 11-ой хромосоме и транскрибируются как один предшественник микро-РНК. В миндалевидном теле, черной субстанции и лобной коре пациентов с БП уровни miR-34b и miR-34c снижены на 40-65%, однако является ли это снижение следствием потери ДА-нейронов или специфических процессов в оставшихся ДА-нейронах, пока не выяснено (Minones-Moyano et al., 2011). Тем не менее, экспериментальных подтверждений того, что мишенями miR34b/c являются гены белков паркина и DJ1 пока нет.

4.3.