PS (пресенилины): участие в апоптозе

Некоторые исследователи, изучающие пресенилины, кодируемые двумя генами, мутации в которых приводят к наследственныой форме болезни Альцгеймера, подозревают что эти белки могут помочь регулировать апоптоз. Раннее подтверждение поступило от Лучано Д*Адамио и его коллег из Национального института аллергии и инфекционных болезней. В 1996 году они обнаружили что культивируемые нейроноподобные клетки известные как клетки РС12 , которые были созданы для проиводства пресинилина 2 , являются гораздо более чувствительным к апоптозным триггерам - включая бета-амилоид - чем нормальные клетки. Более того, оказалось что клетки РС12 созданные для получения мутантной формы пресинилина 2, которая вызывает болезнь Альцгеймера, умирают с еще большей вероятностью. Это сообщение подтвердило и то, что также наблюдали и другие исследователи, когда они создавали клетки для получения пресинелинов, по словам исследователя болезни Альцгеймера Руди Танзи из Гарвардской медицинской школы в Бостоне. Он и другие обсуждали, однако, что созданные клетки могут умирать потому, что они производят большое количество пресинелина, который может перегружать клеточные пути транспорта белков. Дора Ковач в группе Танзи отвергает это объяснение, по меньшей мере для мутантных пресенилинов. Она недавно обнаружила, что культивируемые нейроны, производящие вполне обычное количество мутантного пресинелина 1 выглядят вполне здоровыми, но в то же время легко переходят в апоптоз под воздействием различных стрессов. Вопрос о том, как мутантные пресенилины могут увеличивать восприимчивость нейронов к апоптозу остается неясным. Одна возможность состоит в том, что нормальный пресенилиновый белок в действительности помогает предотвратить вхождение в апоптоз и что мутации как-то интерферируют с этой функцией. Результаты, сообщенные Жан-Пьером Роперих, Адамом Телерманом из фонда Жак- Дуссета СЕРН в Париже и их коллегами подтверждают эту картину. Они обнаружили, что два белка, вызывающие апоптоз - р53 и р21 - оба выключают образование пресенилина 1 , и что подавление образования пресенилина 1 другими методами тоже способствует апоптозу. "Если клетка хочет войти в апоптоз, она должна подавить образование пресенилина 1" говорит Танзи. "Из этого следует что пресенилин 1 является антиапоптичным агентом". Это также следует из наблюдений, опубликованных в прошлом году, сначала группой Танзи, а затем и группой Д*Адамио и командой, возглавляемой Гельмутом Якобсоном из лаборатории Хоффман ЛаРоше в Базеле, Швейцария. Эти исследователи обнаружили, что в культивируемых нейронах, претерпевающих апоптоз, пресенилины подавляются каспазами, разрушающими белки энзимами, которые активируются как один из элементов процесса смерти. Одна из интерпретаций состоит в том, "что не только клетки прекращают экспрессию нового пресинелина 1", говорит Танзи, комментируя результаты французских исследователей, "но они купируют работу существующего пресинелина 1, разрезая его каспазами". Если пресенилины антиапоптичны, то видимо клетка, которая создана для производства нормальных белков погибает не от специфической активности пресенилинов, но из-за избытка белков, как предполагают некоторые исследователи. Изучение каспаз также дает указания, почему мутантные формы пресенилина могут быть менее эффективными для защиты чем обычные белки: исследователи наблюдали, что они разрезаются проще, чем их нормальные аналоги. Будучи сопоставленными, говорит Танзи, эти результаты говорят о том, что "если вы не позволите пресинелинам быть разрезанными каспазами, вы сможете уменьшить число умирающих клеток".

Такая стратегия может привести к новым терапевтическим подходам, обеспечивающим блокировку разрезания пресинелинов. Подход, подобный этому, который может предохранить против как наследственной, так и гораздо более частой ненаследственной формы болезни Альцгеймера, если каспазное разрезание (разрушение) пресенилинов играет роль в этой форме болезни. Но это очень большое "если", и в действительности сценарии относительно возможной функции пресенилинов весьма спекулятивны и еще должны быть проверены. Большинство исследователей болезни Альцгеймера думают, что если апоптоз играет роль в болезни Альцгеймера, он индуцируется бета-амилоидами, и действие мутантных пресинелинов просто состоит в увеличении уровня бета-амилоид . Несколько лабораторий, исследующих болезнь Альцгеймера, показали, что мутантные пресенилины заставляют нейроны продуцировать больше бета-амилоида, особенно в наиболее опасной форме, содержащей 42 аминокислоты. "Из этого следовало бы, что мутации в пресенилинах вызывают болезнь Альцгеймера за счет генерации большого количества бета-амилоида", - говорит исследователь болезни Бэн Волозин. "Как говорится, нет нужды изобретать что-то другое, чтобы объяснить это. Зачем усложнять вещи?". Перед лицом этих конфликтующих взглядов и недоказанных гипотез становится ясно, что нужна дополнительная работа чтобы выяснить как - и даже в самом ли деле - апоптоз играет роль в развитии болезни Альцгеймера. Но если даже окажется, что апоптоз имеет отношение к патологии Альцгеймера, многие неврологи сомневаются, что его блокировка замедлит или остановит развитие болезни. "Я думаю, что апоптоз находится на очень поздней стадии цепи событий, вызываемых этими патогенными ( бета-амилоидными ) молекулами", - говорит исследователь болезни Альцгеймера Сэм Сисодиа из университета Чикаго. Сисодиа и другие считают, что к тому времени, когда развивается апоптоз, бета-амилоид успевает повредить нейроны так сильно, что они уже не восстанавливаемы и что на самом деле блокирование апоптоза, очень деликатного способа убирания поврежденных клеток, может ухудшить ситуацию, приводя к неорганизованной некротической смерти, которая триггерирует опасные воспаления.

Отсутствие хороших моделей на животных для болезни Альцгеймера затрудняет разрешение этого трудного противоречия. Но имея в виду существующую надежду на хороший терапевтический эффект, исследователи болезни Альцгеймера несомненно продолжат работу в этом направлении.

Может ли причиной гибели нейронов при болезни Альцгеймера быть апоптоз , в настоящее время является предметом дискуссий. В некоторых работах, в тканях мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, был найден ряд специфических морфологических и биохимических изменений в клетках - конденсация хроматина, фрагментация ДНК, нарушение Са2+ гомеостаза и функций митохондрий, оксидативный стресс, активация каспаз и др. [ Barinaga, ea 1998 , Eckert, ea 2003 , Su, ea 1994 ]. В других работах таких эффектов не было обнаружено. Следует отметить, что сопоставление результатов при прямом исследовании постмортального материала является затруднительным, т.к. начальные этапы нейродегенерации и разные стадии деменции могут варьировать и влиять на результаты исследования. В связи с этим целесообразным представляется прямое исследование моделей клеточных линий, экспрессирующих мутантные и нормальные формы генов болезни Альцгеймера.

Экспрессия APP как с мутациями, приводящими к развитию болезни Альцгеймера, так и без них, вызывала апоптоз в трансфицированных клеточных линиях [ Nishimura, ea 1998 , Yamatsuji, ea 1996 , Yamatsuji, ea 1996 ]. Индукция апоптоза [ Araki, ea 2000 , Janicki, ea 1997 , Weihl, ea 1999 ] или повышенная чувствительность к различным апоптотическим стимулам (депривации по трофическим факторам, оксидативному стрессу, действию b-амилоида) [ Deng, ea 1996 , Guo, ea 1996 , Guo, ea 1997 , Guo, ea 1998 , Guo, ea 1999 , Wolozin, ea 1996 ] показаны в культурах с гиперэкспрессией ряда мутантных форм генов hPS1 и hPS2. При изучении knock-in трансгенных мышей с экспрессией мутантных форм пресенилина 1 на эндогенном уровне, было также показано, что мутация M146V увеличивала чувствительность нейронов гиппокампа к апоптозу [ Guo, ea 1999 ].

Основными причинами нейродегенерации при болезни Альцгеймера на сегодня считается накопление токсичного пептида Аb42 , оксидативный стресс , нарушение Ca2+ обмена, воспалительный процесс при участии цитокинов , наблюдаемое повышение чувствительности клеток к действию факторов, вызывающих апоптоз и некроз [ Mattson, ea 2002 ]. При изучении механизмов апоптоза было показано, что мутации в пресенилине 1 приводят к нарушению стабильности комплексов PS1 с b-катенином , возможно защищающим клетки от негативного действия Аb42 [ Zhang, ea 1998 ]. При экспрессии мутантных форм hPS1 происходит также накопление внутриклеточного Ca2+ как напрямую, так и опосредовано, через изменение протеолиза APP [ Herms, ea 2003 ].

В ряде работ по изучению апоптоза в модельных системах болезни Альцгеймера были получены негативные данные. Так, при knock-in мутантной формы гена hPS1, кодирующей ак-замену P264L, у трансгенных мышей не изменялась чувствительность нейронов кортекса к апоптозу [ Siman, ea 2001 ].

В работе на первичных культурах нейронов кортекса гиперэкспрессия генов hPS1 дикого типа или кодирующего белок с мутацией, встречающейся при болезни Альцгеймера, A246E, не вызывала апоптоз, а напротив, играла протективную роль в отношении факторов, вызывающих апоптоз [ Bursztajn, ea 1998 ]. Гиперэкспрессия нормальной или мутантной форм hPS2 в различных клеточных культурах (N2a, CHO, HEK293T) не вызывала ни апоптоза, ни чувствительности к факторам апоптоза [ Gamliel, ea 2003 ]. При экспрессии нормальных и мутантных форм гена пресенилина в модели трансгенных D. melanogaster, апоптоз детектировали только при значительном увеличении числа копий генов - усилении экспрессии экзогенного hPS1 [ Ye, ea 1995 ].

Отличия в получаемых результатах, возможно, объясняются выбором типа клеток, уровнем экспрессии вносимых генов, различным действием мутаций, вызывающих болезнь Альцгеймера и др., что требует дальнейшего исследования.