Амилоидные белки с экспансией полиглутаминовых повторов
Болезнь Хантингтона с прогрессирующей нейродегенерацией и летальным исходом примерно через 15-20 лет относится к наследуемым амилоидным заболеваниям ( Bates et al, 2002 ). Она вызывается мутационным (в результате рекомбинации) увеличением числа полиглутаминовых повторов в белке хантингтин (Htt) . Кроме хантингтина известно еще 8 белков, в которых также может происходить экспансия полиглутаминовых повторов, что приводит к патогенезу и возникновению ряда нейродегенеративных заболеваний , таких как дистрофия эффекторных нейронов , спинноцеребральные атаксии и др. ( Landles and Bates, 2004 ).
При болезни Хантингтона происходит накопление амилоидных агрегатов белка Htt в ядре и цитоплазме нейронов, в основном эффекторных нейронов стриатума , что приводит к нейродегенерации и апоптозу клеток ( Saudou et al, 1998 ). В составе таких агрегатов помимо Htt обнаруживают также компоненты протеасомного комплекса и некоторые шапероны ( Sakahira et al, 2002 ; Ciechanover and Brundin, 2003 ). Это указывает на перераспределение протеазной и шаперонной активности внутри всей клетки. Так в клетках Пуркинье при заболевании уровень протеасом в цитоплазме понижен, а в ядре повышен, что может служить причиной токсичности агрегатов.
Сверхэкспрессия Hsp70 и Hsp40 уменьшает уровень агрегации и продлевает жизнь клеток в культуре. Ингибирование протеасомной активности, напротив, увеличивает накопление агрегатов ( Bonini, 2002 ). Кроме того показано, что внутриядерные агрегаты накапливают внутри себя многие важнейшие транскрипционные факторы, такие как p53 , CBP (CREB- связывающий белок) и TBP (TATA-связывающий белок), вследствие чего происходит выключение многих сигнальных путей, что также может приводить к токсичности и гибели клеток ( Cha, 2000 ; Sugars and Rubinsztein, 2003 ). Помимо этого известно, что сам хантингтин является транскрипционным регулятором как в агрегированном, так и в неагрегированном состоянии, что тоже может приводить к неправильной регуляции сигнальных путей ( Landles and Bates, 2004 ). В нескольких работах, сделанных на дрожжах, цитотоксичность полиглутаминовых агрегатов была связана с нарушениями в эндоцитозе и актиновом цитоскелете ( Meriin et al, 2003 ). Если белок находился в не агрегированной форме, токсичности не наблюдалось. Также была сделана работа, где токсичность и агрегация хантингтина уменьшалась при сверхэкспрессии дрожжевого шаперона Hsp104 в мышиной модели. При этом увеличивалась продолжительность жизни таких мышей ( Vacher et al, 2005 ).
Интересно, что агрегаты Htt, образующиеся в ядре, включают только часть этого белка, содержащую полиглутаминовый тракт. По-видимому, образование такого полиглутаминового фрагмента из интактного белка является важным этапом в формировании агрегата. Известно также, что многие интактные белки не попадают в ядро из-за своего размера. Была выдвинута гипотеза, что в таком расщеплении участвуют каспазы, поскольку различные ингибиторы каспаз вызывают уменьшение частоты возникновения агрегатов и их токсичности и замедленное развитие патологии ( Kim et al, 1999 ; Wellington et al, 2002 ). Ингибиторы каспаз рассматривают как потенциальное лекарство для лечения болезни Хантингтона. В одной из работ на эту тему была сконструированна модификация хантингтина, которая не могла расщепляться каспазами; при введении такого белка в клетки образование агрегатов сильно уменьшалось ( Gafni et al, 2004 ).
В ряде работ ставится под сомнение нейротоксический эффект самих полиглутаминовых агрегатов для клетки. Возможно они спасают клетки от апоптоза и токсичности, вызываемых хантингтином. В нескольких экспериментах удалось отделить формирование агрегатов от токсичности. Наличие агрегатов не коррелировало со смертностью нейронов в культуре клеток. Ко-экспрессия Htt и доминантно-негативной мутантной формы убиквитин-конъюгирующего фермента подавляла агрегацию Htt, но ускоряла клеточную смерть ( Saudou et al, 1998 ). При исследовании этого вопроса на примере спинно-церебральной атаксии 1 типа выяснили, что для возникновения заболевания критичным оказалась лишь ядерная локализация белка, но не способность образовывать агрегаты ( Klement et al, 1998 ). Вероятно, агрегаты следует рассматривать как способ защиты от накопления токсичных полимеров по всему объему клетки.
