Главная страница

Биотехнологии ЗАГАДКА ХОРЕИ ГЕНТИНГТОНА Элена К... Прошло почти десять лет с тех пор


НазваниеПрошло почти десять лет с тех пор
АнкорБиотехнологии ЗАГАДКА ХОРЕИ ГЕНТИНГТОНА Элена К.
Дата01.07.2018
Размер0,6 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаBiotekhnologii_ZAGADKA_KhOREI_GENTINGTONA_Elena_K.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#12697
Каталогid183915701

С этим файлом связано 8 файл(ов). Среди них: Vasilyev_Gomeostaz_i_plastichnost_mozga.pdf, Biotekhnologii_ZAGADKA_KhOREI_GENTINGTONA_Elena_K.pdf, Osnovy_gerontologii_i_geriatrii_-_Pogodina_A_B.djvu, nevrologia_shpora.doc, shutterstock_155318618.jpg, Stanovlenie_i_pervonachalnoe_rasselenie_roda_Homo.fb2, Gustov_A_V_Istoria_bolezni_nevrologicheskogo_bolnogo.djvu.
Показать все связанные файлы
Прошло почти десять лет с тех пор,
как ученые идентифицировали ген, отвечающий за развитие хореи Гентинг- тона. Однако до сих пор неясно, как мутантный ген оказывает свое разрушительное воздействие.
Поначалу человек выглядит вполне здоровым, лишь изредка на лице появляются странные гримасы. Затем они становятся все более заметными, возникают хаотичные непроизвольные движения, особенно ярко выраженные при психологической или физической нагрузке. Позже появляется танцующая походка – кажется, что человек просто выпил немного лишнего, затем танцы повторяются все чаще и становятся все более мучительными. У больного снижается интеллект, он не может выполнять простую повседневную работу. На более поздних стадиях наступают апатия, раздражительность и,
наконец, – слабоумие и психоз. Отличавшийся прежде отменным здоровьем жизнерадостный человек превращается в жалкую безжизненную тень.
Таков зловещий портрет хореи Ген- тингтона, наследственного заболевания, настигающего человека в возрасте от 30 до 40 лет. Эффективного лечения не существует. Болезнь медленно, но неуклонно прогрессирует,
приводит к полной инвалидности и гибели через 15–20 лет. Несмотря на то, что поражается прежде всего центральная нервная система, больной умирает от сердечной или легочной недостаточности, поскольку часто бывает прикован к постели, либо от черепно-мозговых травм, возникающих в результате частых падений.
Ген, мутации в котором приводят к развитию хореи Гентингтона, был идентифицирован в 1993 г. учеными из разных стран, в том числе Джеймсом Гузеллой (James F. Gusella) из Массачусетского госпиталя общего профиля в г. Чарльз-таун и Фрэнсисом
Коллинзом (Francis Collins), который в то время работал в Мичиганском университете в Анн-Арборе. Вскоре появились молекулярно-генетические тесты, позволяющие обнаружить мутантный гену членов семьи, в истории которой встречались страдавшие этим недугом. Поскольку болезнь является аутосомно-доминантной, любой член семьи, унаследовавший аномальный ген, неизбежно заболевает и с вероятностью 50% передает его каждому из своих детей. Однако далеко не все соглашаются пройти тестирование, многие предпочитают полагаться на случай и ничего не знать.
Ученые разъясняют больным, как работает мутантный ген, как уменьшить его вредоносное действие. Есть данные, что мутация, являющаяся причиной болезни, имеет двоякий эффект аномальный белок, кодируемый мутантным геном, не только оказывает токсическое действие на нервные клетки, он уже не способствует, как раньше, синтезу одного из основных факторов роста, и без этого фактора остается очень важный отдел мозга.
В МИРЕН АУ К И
43
БИОТЕХНОЛОГИИ
ЗАГАДКА
ХОРЕИ ГЕНТИНГТОНА
Элена Каттанео, Доротея Ригамонти, Киара Цукато
Болезнь настигает человека в самом расцвете сил появляются странные гримасы, непроизвольные хаотичные движения, танцующая походка, психические отклонения. В конце концов жизнь больного становится невыносимой. А в основе патологии лежит увеличение числа повторов из трех нуклеотидов цитозина-аденина-гуанина
(
CAG) – в молекуле ДНК
Опыты на животных и первые клинические испытания на человеке дают основания полагать, что воздействие можно частично компенсировать, вводя в организм недостающий фактор роста. Но все, что сегодня известно о патогенезе болезни Гентингтона, лишь часть сложной картины, на которой еще много белых пятен.
От хореи Гентингтона
к гену гентингтину
Своим названием болезнь обязана психиатру из Огайо Джорджу Ген- тингтону. В 1872 гон подробно описал необычное наследственное заболевание, которое наблюдал среди членов одной семьи из Нью-Йорка.
Особенно бросались в глаза двигательные нарушения – быстрые хаотичные движения, танцующая походка. Эти симптомы и дали название болезни – хорея, от греческого – танец. Сегодня хорея Гентинг- тона – одно из самых распространенных заболеваний мозга, встречающихся с частотой 1 на 10 В основе болезни лежит атрофический процесс в нейронах полосатого тела, структуры, расположенной в глубине мозга и входящей в состав базальных ганглиев. В норме эти нейроны отфильтровывают сигналы,
поступающие в двигательную зону коры головного мозга. Когда они отмирают, эта зона чрезмерно активизируется, что приводит к хаотичным непроизвольным движениям. Почему при этом возникают психические нарушения не вполне ясно.
Ген хореи Гентингтона, кодирующий белок гентингтин, находится на конце короткого плеча й хромосомы. Гены – это сегменты ДНК, в которых в закодированном виде содержится информация о белках.
Генетический код состоит из четырех
«букв» – азотистых оснований аденина (А, тимина (Т, цитозина (Си гуанина. В двойной спирали ДНК эти основания соединяются друг с другом определенным образом А образует пару – перекладину в винтовой лестнице ДНК – с Та с С. (Когда клетке нужно синтезировать какой-то белок,
двойная спираль слегка раскручивается в нужном месте и комплементарные цепи расходятся, так что клеточная машина, осуществляющая синтез белка, может считывать закодированную в ДНК информацию) Каждую из аминокислот, из которых состоят белки, кодируют три основания, поэтому код называется триплетным.
Идентифицировав ген
гентингтин,
ученые обнаружили, что даже у здоровых людей его нуклеотидная последовательность, дойдя до определенного места, начинает заикаться, повторяя триплетное слово
САG от 9 до 35 раз
(повышенное число тринуклеотидных повторов встречается ив других генах и ассоциируется с различными дегенеративными заболеваниями, такими,
как миотоническая дистрофия. Ноу больных хореей Гентингтона – число повторов достигает 250! Примечательно, что чем оно больше, тем раньше развивается болезнь. По неясным пока причинам в ряду поколений, составляющих одну семью, протяженность участка с аномально большим числом повторов увеличивается, причем особенно быстро, когда мутантный ген наследуется по отцовской линии.
Теории и гипотезы
Триплет
САG кодирует аминокислоту глутамин (ее обозначают буквой поэтому у больных хореей Гентингто- на белок гентингтин содержит поли- глутаминовый сегмент длиной более звеньев. Но почему это приводит к столь трагичным последствиям?
Проще всего предположить, что белок с аномально большим числом остатков
Q не может нормально функционировать. Однако гипотеза
«утраты функции была отвергнута,
поскольку уже в ранних исследованиях обнаружилось, что гентингтин синтезируется не только в клетках полосатого тела, но ив других отделах мозга, никак несвязанных с заболеванием. Кроме того, у каждого человека имеются две копии любого гена одну он получает от отца, другую от матери.
Одна из копий гена гентингтина у больного скорее всего будет нормальной, ив клетках будет ситензи- роваться достаточное количество полноценного белка. Известен и такой факту больных с синдромом
Вольфа–Хиршорна (редкого заболевания, обусловленного обширной делецией конца короткого плеча й хромосомы вместе с геном гентинг- тином) никаких симптомов хореи
Гентингтона не наблюдается.
Согласно другой гипотезе изменения функции, мутация в гене ген- тингтине приводит к синтезу токсичного белка. Наличие протяженного полиглутаминового участка изменяет конформацию белка, ион склеивается с другими белками (прежде всего с нормальным гентингтином) и выводит их из строя. Это объясняет и тот факт, что мутантный ген наследуется по аутосомно-доминантному типу. По мнению Макса Перутца (Max из Кембриджской лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований, полиглутамино-
44
В МИРЕН АУ К И
А ПРЕЛЬ 3
БИОТЕХНОЛОГИИ
ОБЗОР: ХОРЕЯ ГЕНТИНГТОНА

• Хорея Гентинг тона – наследственное заболевание, обусловленное мутацией в гене под названием гентингтин, который находится на конце короткого плеча
4-й хромосомы Носителей дефектного гена можно выявить с помощью генетического теста,
но помочь им пока невозможно Мутантный ген содержит огромное число повторов
CAG, что приводит к синтезу мутантного белка гентингтина с избыточным количеством остатков глутамина Мутантный белок, по-видимому, оказывает токсическое действие на один из ключевых отделов головного мозга. Кроме того, он больше не может включать ген очень важного для мозга фактора роста
вые участки мутантного гентингтина укладываются с образованием так называемого слоя, а, как известно,
именно эта структура ответственна за образование белковых комплексов.
Эрих Ванкер (Erich Wanker) из берлинского Института Макса Дельбрю- ка, Джилл Бейтс (Jill Bates) из госпиталя Гюи в Лондоне и Мариан Дифиглиа
(Marian DiFiglia) из Массачусетского госпиталя общего профиля в Бостоне обнаружили агрегаты мутантного ген- тингтина в мозге мыши, а также в мозге больных, умерших от этого недуга.
Но почему агрегаты гентингтина вызывают неврологические симптомы, характерные для хореи Гентинг- тона Этот вопрос остается без ответа. Согласно одной из гипотез,
протеасомы, клеточные органеллы,
разрушающие вышедшие из строя или токсичные белки, неспособны расправляться с мутантным гентинг- тином вследствие его необычной конформации. В результате аномальный белок накапливается в клетках и убивает их. Но почему при этом страдает только одна структура головного мозга – полосатое тело Есть и прямо противоположные гипотезы,
согласно которым агрегаты не только не отвечают за патологию, но и обеспечивают клетку неким защитным механизмом, предохраняющим ее от токсического действия полиглутамина.
Так или иначе, исследование роли агрегатов ключевой момент в выяснении патогенеза хореи Гентингтона.
А поиски способов, позволяющих избежать их образование или разрушить уже существующие, могут привести к созданию лекарственных препаратов,
способных противостоять болезни.
Еще одно направление исследований идентификация веществ, образующихся только в полосатом теле и взаимодействующих с гентингти- ном. Входя в состав агрегатов, они могут влиять на их токсичность. Уже найдены три группы белков, которые связываются с гентингтином, но ни один из них, по-видимому, не отвечает за токсичность мутантного гентинг- тина. Не получен и ответ на вопрос,
почему атаке подвергаются только клетки полосатого тела.
«Служба спасения мозга
Чтобы разгадать головоломку, мы и наши коллеги, в том числе Скотт Цейтлин
(Scott Zeitlin) из Колумбийского университета, занялись изучением функции нормального гентингтина. Сначала мы попытались ввести в нейроны, выращенные в культуре, лишние копии нормального гена и его мутантных форм и посмотреть, к каким последствиям это приведет. Выяснилось, что клетки, синтезирующие нормальный гентингтин в избыточном количестве, выживают в неблагоприятных условиях, в которых обычные клетки погибают. Более того,
гентингтин предотвращает апоптоз (запрограммированную гибель) нейронов,
блокируя каскад молекулярных процессов, которые обычно к нему приводят.
Мы пришли к выводу, что в нейронах нормальный гентингтин выполняет функцию спасателя.
Цейтлин с коллегами продвинулись еще дальше они создали так называемых «нокаутных» мышей, у которых обе копии гена гентингтина выключались, как только животные достигали зрелости. У грызунов с инактиви- рованным геном прекращался синтез гентингтина и возникали серьезные мозговые нарушения. Блокирование синтеза гентингтина у животных разного возраста приводило к гибели нейронов мозга в результате апоптоза.
Кроме того, у мышей с дефицитом нормального гентингтина появлялись
В МИРЕН АУ К И
45
БИОТЕХНОЛОГИИ
Кора головного
мозга
Желудочек
Полосатое тело
Атрофический процесс захватывает в основном полосатое тело – часть отдела головного мозга, называемого базальными гангелиями. У людей, умерших не от хореи Гентинг тона, полосатое тело в целости и сохранности (слева);
совсем другой вид имеет мозг больных, ушедших из жизни от этой страшной болезни (справа
В МИРЕН АУ К И
А ПРЕЛЬ 3
БИОТЕХНОЛОГИИ
такие же неврологические симптомы,
как и у мышей, синтезирующих мутантный белок. Это означает, что отсутствие нормального гентингтина и синтез гентингтина мутантного – две стороны одной медали.
Пытаясь разгадать, почему страдают только нейроны полосатого тела, мы обратились к изучению нейротропного вещества
BDNF – фактора роста, необходимого для развития нейронов полосатого тела и их нормальной работы. Обычно
BDNF синтезируется в теле нейронов коры головного мозга и затем переправляется в полосатое тело по волокнам, соединяющим эти отделы мозга. И мы подумали может,
существует какая-то связь между ген- тингтином и Вскоре мы обнаружили интересную вещь нормальный гентингтин способствует синтезу
BDNF в нейронах, растущих в культуре. В частности, он
«включает» ген, кодирующий
BDNF,
ДНК
Ген гентинг тин
Хромосома Мутантный белок гентинг тин
Полиглутаминовый сегмент
Рибосома
Звено Транспортная РНК
Матричная РНК
Нормальный белок
Дефектный нефункциональный белок
Мутантный белок связывается с нормальными выводит его из строя
У ТРАТА
ФУНКЦИИ
ИЗМЕНЕНИЕ
ФУНКЦИИ
Токсичные агрегаты
Поврежденная клетка головного мозга
ГИПОТЕЗЫ
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ХОРЕИ ГЕНТИНГТОНА
Есть разные гипотезы происхождения хореи Гентингтона.
Ген гентингтин, мутации в котором приводят к этому заболеванию, в норме содержит от 9 до 35 повторов В дефектном гене их гораздо больше – от 40 до 60. Как и всякий другой ген, гентингтин транскрибируется с образованием матричной РНК (мРНК), на которой затем синтезируется белок гентингтин. Поскольку
CAG кодирует аминокислоту глутамин, в мутантном белке гентингти- не появляется протяженный участок, состоящий только из остатков глутамина (полиглутамин). Это может привести к тому, что белок перестает работать (гипотеза утраты функции, или к тому, что он ассоциирует с нормальным гентингтином и выводит его из строя (гипотеза
«изменения функции. Полагают, что агрегаты гентинг- тина токсичны для клеток головного мозга. Возможно, за развитие хореи Гентингтона отвечают оба эти механизма
и нейроны начинают интенсивно синтезировать фактор роста. Мутантный же белок не обладает таким активирующим свойством. Наличие связи между и гентингтином подтвердили и опыты на генетически модифицированных мышах. Оказалось, что у грызунов, синтезирующих нормальный ген- тингтин в избыточном количестве,
в мозге содержится больше
BDNF, чем обычно, ау мышей, синтезирующих мутантный белок, этого не происходит.
Обобщив все данные, мы пришли к выводу, что хорея Гентингтона – гораздо более сложное заболевание, чем казалось ранее. Мутантный белок образует токсичные агрегаты, убивающие клетки, а мозг лишается нормального гентингтина, который обычно
«включает» ген, кодирующий Несомненно, эти два эффекта взаимосвязаны. В 1999 г. ученые подтвердили это, показав в экспериментах на генетически модифицированных мышах,
что мутантный гентингтин может выводить из строя нормальную форму этого белка.
Удастся ли спасти мозг?
Осознав всю сложность хореи Ген- тингтона, мы стали искать способы ее лечения. Все имеющиеся сегодня препараты лишь смягчают симптомы и обладают серьезными побочными эффектами. Седативные средства, позволяющие контролировать непроизвольные движения, приводят к снижению уровня нейромедиатора дофамина в головном мозге и усиливают депрессию. Антидепрессанты снимают депрессию, но при этом часто возвращается хореическая симптоматика. При галлюцинациях и бреде больным назначают нейролептики,
но лишь в очень небольших дозах, поскольку они усиливают непроизвольные движения. Уже несколько лет проводятся испытания лекарственного препарата рилузола, механизм действия которого неизвестен, но его уже используют для лечения амиотрофи- ческого бокового склероза. Приходится признать, что препарат малоэффективен в обоих случаях.
Более новаторский подход – замена поврежденных нейронов с помощью трансплантации тканей плода или инъекции либо инфузии нейротропных факторов, например
BDNF. Уже получены обнадеживающие результаты. Марк Песчански (Marc и его сотрудники из Медицинской школы в Кретей (Франция) трансплантировали нейроны плода в полосатое тело пяти больных хореей Гентингто- на, и у трех из них наблюдалось заметное улучшение двигательных функций и повышение интеллекта. Чтобы обойти этические проблемы, связанные с использованием клеток плода, ученые пытаются вырастить нервные стволовые клетки в культуре. Однако не получится ли так, что мутантный гентингтин, вырабатываемый нейронами больного, выведет из строя нормальный белок, который будут синтезировать трансплантирован- ные нейроны По этой и другим причинам перспективы трансплантационного метода лечения пока не ясны.
В результате опытов на животных обнаружилось, что гибель клеток полосатого тела предотвращает цилиарный нейротропный фактор (Ноне так-то просто доставить этот фактор роста в головной мозг в достаточном количестве, так, чтобы он сохранил свою активность. При пероральном введении такие белки, как и CNTF, разрушаются в желудке.
При инъецировании или инфузии они иногда не могут преодолеть клеточный барьер, защищающий мозг от ненужных веществ, циркулирующих в крови. Чтобы обойти эти трудности, Патрик Эбишер (Patrick
Aebischer) из Медицинской школы
Лозаннского университета (Швейцария) разработал генно-терапевти- ческий способ он имплантировал в правый желудочек капсулу с полупроницаемыми стенками с генетически модифицированными клетками,
способными синтезировать Сначала метод был опробован на шимпанзе, и когда Эбишер убедился,
что из капсулы непрерывно высвобождается, он вместе с Песчански приступил копытам на небольшой группе больных. Тот факт, что именно, а не BDNF стали испытывать на людях первым, объясняется тем,
что его благотворное действие на клетки полосатого тела было обнаружено на несколько лет раньше. Сейчас несколько групп исследователей планируют провести аналогичные испытания с Следует обратить особое внимание на ген
BDNF как на потенциальное лекарственное средство. Если какое-ли- бо вещество, подобно гентингтину,
сможет включить этот ген, то удастся компенсировать эффект мутации.
Думаю, будущее за такими лекарственными препаратами, которые смогут устранять токсическое действие мутантного гентингтина, не влияя при этом на свойства гентингтина нормального. Постигая тайну болезни
Гентингтона, мы даем надежду будущим поколениям. В МИРЕН АУ К И
47
БИОТЕХНОЛОГИИ
ОБ АВТОРАХ:
Элена Катанео (Elena Cattaneo), Доротея Ригамонти (Dorotea Rigamonti) и Киара
Цукато (Chiara Zuccato) работают в отделении фармакологии ив Центре нейро- дегенеративных нарушений при Миланском университете (Италия. Катанео профессор фармацевтической биотехнологии. С 1995 г. сотрудничает с Коалицией по методам лечения – международной исследовательской организацией, поддерживаемой Американским обществом по борьбе с хореей Гентинг тона,
и с инициативной группой по лечению хореи Гентинг тона, финансируемой Фондом по наследственным заболеваниям. С 1988 г. – эксперт Итальянского фонда
Телетона. Она удостоена многих награди почетных званий, в частности, награждена медалью президента Италии Карло Адзельо Чампи за работы по исследованию стволовых клеток и патогенеза хореи Гентинг тона. Ригамонти и Цукато – ассистенты Катанео и работают в ее лаборатории

перейти в каталог файлов
связь с админом