Влияние мутаций в гене LRRK2 на агрегацию и метаболизм а-синуклеина

Как уже отмечалось выше, в настоящий момент считается, что агрегация белка а-синуклеина является центральным звеном патогенеза БП (Cookson, Bandmann, 2010). а-синуклеин является основным компонентом белковых агрегатов (телец Леви) в дофаминергических нейронах черной субстанции у пациентов как с наследственными, так и со спорадическими случаями заболевания (Spillantini et al., 1997; Cook- son, 2010).

Известно, что фосфориллирование а-синуклеина может происходить по одному из пяти аминокислотных остатков (S87, Y125, S129, Y133, S136). Наиболее изученным является белок, фосфорилированный по серину в 129 положении (S-129). Фосфорилирование а-синуклеина S-129 усиливает формирование филаментов и олигомерных форм данного белка и преобладает в а-синуклеин-положительных тельцах Леви в нейронах черной субстанции у пациентов с БП (Fujiwara et al., 2002). Косвенным подтверждением возможного взаимодействия LRRK2 и а-синуклеина является их колокализация в тельцах Леви (Alegre-Abarrategui et al., 2008;Vitte et al., 2010). Учитывая тот факт, что тельца Леви выявляются в аутоптатах мозга большинства пациентов с мутациями в гене LRRK2, можно было бы предполагать непосредственное участие LRRK2 в фосфорилировании а-синуклеина. На сегодня всего в одном исследовании в условиях in vitro было показано, что лизат клеток, экспрессирующих ген LRRK2, обладает способностью фосфорилировать рекомбинантный а-синуклеин в положении S-129 (Qing et al., 2009). Коимуннопреципита- ция LRRK2 и а-синуклеина из аутоптатов мозга пациентов с деменцией с тельцами Леви и из клеток HEK 293 на фоне индукции окислительного стресса указывает на то, что эти два белка при стрессовых состояниях могут локализоваться в клетке в одних и тех же компартментах и участвовать в одних и тех же биологических процессах, а киназная активность LRRK2 напрямую или косвенно может влиять на фосфорилирование а-синуклеина.

Альтернативно можно предположить опосредованное влияние LRRK2 на агрегацию а-синуклеина. Подтверждением данной гипотезы могут служить результаты исследования (Lin et al., 2009), выполненного на трансгенных мышах. В результате данного исследования было обнаружено, что коэкспрессия гена LRRK2 и а-синуклеина с мутацией A53T в значительной степени ускоряет нейродегенеративные процессы в доза-зависимой манере независимо от генотипа гена LRRK2. Двойной трансген обнаруживал резкую гибель дофаминергических нейронов уже в возрасте 1 месяца, указывая на совместную роль а-синуклеина и LRRK2 в нейродегенерации (Lin et al., 2009). Интересно, что ни одна модель на трансгенных мышах с гиперэкспрессией гена LRRK2 не демонстрировала возрастной нейродегенерации (Li et al., 2009).

В последнее время накапливается все больше доказательств вовлеченности как а-синуклеина, так и LRRK2 в регуляцию одних и тех же клеточных процессов, в частности - в регуляции транспорта синаптических везикул в нейронах и динамики цитоскелета.

Нельзя также исключить опосредованного влияния LRRK2 на агрегацию а-синуклеина путем нарушения клеточных процессов, влияющих на деградацию этого белка, а именно - убиквитин-протеосомную систему деградации белка (УПС) и аутофагию. Коэкспрессия а-синуклеина с заменой A53T, и LRRK2 с заменой G2019S у мышей приводила к нарушению активности УПС и усилению агрегации альфа-синуклеина (Lin et al., 2009). У мышей с нокаутом гена Lrrk2 наблюдается нарушение процесса аутофагии, накопление а-синуклеина в почках (Tong et al., 2010). В исследованиях in vitro экспрессия гена LRRK2 с мутацией R1441C вызывала нарушение аутофагии за счет накопления в клетке аутофагийных вакуолей, содержащих неполностью деградированный белковый материал (Alegre-Abar- rategui et al., 2009). Более того, гиперэкспрессия гена LRRK2 с мутацией G2019S в клеточной линии нейробластомы SH-SY5Y не только приводила к увеличению количества аутофагийных вакуолей, но также к изменению морфологии нейритов (Plowey et al., 2008), что говорит о возможной взаимосвязи этих двух событий.

Обсуждаемые выше исследования, направленные на изучение влияния мутаций в гене LRRK2 на агрегацию а-синуклеина, выполнены in vitro или на модельных животных. Широкое распространение мутаций гена LRRK2 среди пациентов с семейной формой БП впервые дает возможность формирования группы пациентов с БП с однородной этиологией заболевания. В настоящее время опубликовано несколько исследований, где в качестве одной из групп сравнения обследована группа пациентов с мутациями в гене LRRK2. Так, лимфоциты крови пациентов с LRRK2- ассоциированной БП были исследованы с целью выявления нарушений в работе киназного каскада при этой форме заболевания (White et al., 2007). Нами проведено исследование по изучению уровня общего и олигомерного а-синуклеина в крови у пациентов с БП, обусловленной мутациями в гене LRRK2.

В заключение следует отметить, что до настоящего времени остается неясным, как мутации в гене LRRK2 влияют на метаболизм и агрегацию а-синуклеина, а также, является ли а-синуклеин вероятным субстратом данной киназы. Суммируя данные зарубежных исследователей и собственные результаты, можно предположить, что LRRK2 работает на ранних этапах, в каскаде, регулирующем агрегацию а-синуклеина, и данные белки не взаимодействуют непосредственно.

5.