Выявление пусковых факторов амилоидоза нейронов в начальной стадии болезни Альцгеймера

В ходе формирования патологического процесса при всех заболеваниях нервной системы, вызванных различными эндогенными и экзогенными нарушениями, нейротрофические факторы сдерживают развитие болезни и способствуют процессам компенсации и регенерации (Завалишин и др., 2001).

Пусковые факторы БА обусловлены двумя основными причинами. Около 7% случаев заболевания обязаны аутосомно-доминантной наследственности и связаны с мутациями в одной из шести разных хромосом. У людей, имеющих мутации в одном из этих генов, обычно очень рано развивается БА - задолго до 60 лет. Детальный анализ последствий этих генных мутаций определил ключевые пути контроля патогенного прогрессирования этого заболевания. В литературе описано четыре гена, мутации которых связывают с возникновением деменции альцгеймер- ского типа (Ещенко, 2004). При синдроме Дауна трисомия 21 хромосомы приводит к утроению копий гена AD1, повышению в 1,5 раза скорости синтеза АРР, задержке развития и прогрессирующему слабоумию к 30-40 годам (Stanton, Coetzee, 2004). Все генетические аномалии, вызывающие БА, проявляются и реализуются переключением процессинга АРР с неамилоидного на амилоидный. Хотя генетические формы БА являются чрезвычайно ценными моделями для выяснения возможных молекулярных механизмов нейродегенерации при БА, следует помнить, что причиной более 90% случаев пусковых факторов БА являются спорадические причины эндогенного и экзогенного характера. Обычно врач сталкивается не с причинами и формой этого заболевания, а с отдельными возрастными проявлениями БА.

Учитывая высокую скорость синтеза белка и большие объемы белковой продукции, можно предположить, что в нейронах имеют место специализированные транспортные системы, осуществляющие (специфический) транспорт АТР, АК и АРС к месту синтеза белка и транспортирующие из этого района PPi, фосфаты и АМР к митохондриям, где происходит ресинтез АТР.

на нейроны происходит увеличение синтеза белков, на метаболизме которых они специализируются (Nilsson, 2004). Если эти воздействия экстремальны, нейроны погибают по одному из сценариев: некроза, апоптоза или амилоидоза. Мы показали характерные отличия (Каминский и др., 2005) гибели нейронов при некрозе, апоптозе и амилоидозе. «Амилоидоз нейронов» может начаться с экстремального продолжительного увеличения тотального синтеза белка, в том числе и АРР (Iwata et al., 2002; Smith et al., 2003), как ответная реакция нейронов на стрессовые воздействия. Экспериментально и в клинике показано, что мозговая травма сопровождается увеличением уровня APP, АЬ и нейрофибриллярного белка и даже образованием бляшек (Thal et al., 1997), при этом они, как правило, локализованы в местах нарушенных афферентных связей (Thal et al., 1997). В активации выщепления АЬ из АРР при травмах мозга принимает непосредственное участие каспаза-3, которая связывается со специфическим сайтом на АРР (Stone et al., 2002). Чрезвычайно интересные данные о повышении уровня мРНК APP и самого АРР в коре мозга были получены в экспериментах при разрушении ацетилхолинсинтезирующего ядра Мейнерта и моделировании прекращения поступления к корковым нейронам основных медиаторов - норадреналина, серотонина и дофамина (Wallace et al., 1993). Авторы приходят к заключению, что индукция синтеза АРР в коре является результатом утраты функциональной иннервации со стороны подкорковых структур. И как следствие - это приводит к повышению концентрации постреакционных молекул Ар, которые после взаимодействия с шаперонами выполняют свои физиологические функции, а также по принципу обратной связи дополнительно стимулируют белковый синтез (Giasson et al., 2003; Ашмарин, 2001). При этом в зоне синтеза белка увеличивается концентрация свободных фосфатов, РРІ и АМР, а концентрация АТР падает.

Другой возможной причиной гиперпродукции фрагментов Ар-пептидов может быть рацемизация аминокислотных остатков в Ар при БА, которая рассматривалась в обзоре (Kaneko et al., 1995). Пептиды АР(1-40) в форме солей соляной кислоты, но не коммерческий препарат АР(1-40) в форме соли трифторуксусной кислоты, при инкубации в фосфатном буферном солевом растворе в течение нескольких часов приобретали P-структуру, образовывали фибриллы и оказывали токсическое действие на культивируемые нейроны гиппокампа. Другие авторы (Kubo et al., 2002) показали, что АР(1-40) с рацемизированным аминокислотным остатком Ser26 ([D-Ser26] АР(1-40) растворим в водных растворах, не токсичен для нервных клеток и легко гидролизуется протеазами мозга. При изучении механизмов старения и БА авторы обратили внимание, что возможная рацемизация L-форм Ser и Аsp в молекуле АР(1-40) в D-форму (в частности Ser26) является обычной модификацией при БА и является частью нормального процесса старения (Shapira et al., 1988). На основе этих данных была представлена гипотеза (Kaneko et al., 1995) о том, что процесс рацемизации сериновых аминокислотных остатков в Ар является определяющим в нейродегенерации и образовании сенильных бляшек. При гистопатологии мозга пациентов с БА (Kubo et al., 2003) авторы выявили локализацию рацемизированных остатков Ser26 внутри лимбической системы (наиболее рано повреждаемом месте при БА).

При БА наблюдается изменение в регуляции процессинга АРР, приводящее к амилоидозу нейронов. Установлено, что в нормально фукционирующих нейронах триггером протеолитического расщепления белка предшественника амилоида (АРР) между двумя путями процессинга: а-процессинг - неамилоидный и Р-процессинг - амилоидный (при амилоидозе нейронов - амилоидогенный) - является реакция фосфорилирования АРР. Торможение фосфорилирования АРР приводит к переключению на амилоидный путь метаболизма с выщеплением Ар (1-40) и Ар (1-42). На роль катализаторов фосфорилирования АРР претендует целый ряд ферментов: киназа гликоген синтазы-3р (GSK-3P), циклин-зависимая киназа-5 (CDK-5), киназа стресс-активированного белка-1 (SAPK-1) и протеинкиназа С, активированная в фосфоинозитидном цикле. Угнетение киназной активности в отношении АРР манифестирует избыточной продукцией Ар-пептида, что является одним из условий проагрегатной ситуации. Было показано, что процесс фосфорилирования АРР происходит сразу после синтеза и, следовательно, в большей мере зависит от количества АТР в зоне синтеза белка (Lu et al., 2013). Таким образом, дефицит АТР вызывает подавление фосфорилирования АРР, что автоматически переключает процессинг АРР с неамилоидного на амилоидный со всеми вытекающими последствиями (см. рис. 1).

7.