Андрей Брюховецкий - Боковой амиотрофический склероз

ALS6/ALS6: соединение с саркомой (FUS)

Ген FUS в chr16p11.2 впервые был идентифицирован как гибридный (соединительный) онкоген липосаркомы. Ген FUS принадлежит семейству FET-белков, и было доказано, что он является hnRNP (гетерогенным ядерным РНП) благодаря своему участию в транскрипционном процессе, транспорте, трафике, альтернативном сплайсинге и обработке микроРНК. Как и в случае с TDP-43, он также присутствует в SGs (стресс-гранулах). По своей структуре FUS состоит из 526 аминокислот, которые образуют N-терминальный домен, обогащенный в глутамин-глицин-серин-тирозине (QGSY), трех аргинин-глицин-глицин обогащенных доменов (RGG-rich domains), RRM, и мотива «цинкового пальца», а также из сигнала ядерного экспорта и NLS (сигнала ядерной локализации), обеспечивающих ядерно-цитоплазматическое челночное курсирование белка (Deng et al., 2014).

Мутации, происходящие в FUS-гене, вначале были выявлены в аутосомно-рецессивном семействе из Кабо Верде, хотя последующий скрининг позволил установить, что FUS также является причинным фактором в аутосомно-доминантном БАС (Kwiatkowski et al., 2009; Vance et al., 2009). Мутации FUS составляют до 4% семейных БАС и 1% спорадических БАС, а большинство мутаций сосредоточено либо в пределах экзонов 3—6, кодирующих QGSY-обогащенный и первый RGG-регион, либо в экзонах 12—15, которые шифруют домен «цинкового пальца», два других RGG-домена и NLS (сигнал ядерной локализации) (Deng et al., 2014). Хотя было продемонстрировано, что в С-терминале мутации являются функциональными, тем не менее мутации, происходящие в экзонах 3—6, чаще выявляются при спорадическом БАС, или они не всегда изолируются от заболевания, что предполагает факт неполной пенетрантности (проявления гена) или непатогенных вариаций.

Ранее очищение от РНК полимеразы II из ядра было показано как приводящее к увеличению цитоплазматического FUS, что позволяет предположить, что FUS играет роль в транскрипции (Zinszner et al., 1998). Впоследствии было показано, что FUS выступает как посредник-медиатор во взаимодействии между РНК полимеразой II и фактором сплайсинга U1 snRNP, тем самым соединяя транскрипцию со сплайсингом (Yu, Reed, 2015). Мутации в FUS приводят к неверной локализации как FUS, так и U1 snRNP в цитоплазме (Yu et al., 2015), а другие РНК-связывающие белки, в том числе SMN1, hnRNPA1, и hnRNP2, также совместно локализуются в mtFUS-скоплениях (Takanashi, Yamaguchi, 2014). К последствиям таких mtFUS-взаимодействий можно отнести дисрегуляцию сплайсинга и увеличение соединения FUS с SMN, что приводит к сокращению в Gem-организмах (Gem bodies), тем самым отражая как потерю, так и приобретение функции, которые осуществляются mtFUS (Sun et al., 2015).

Мутации, происходящие в FUS, также могут передавать патогенность через дополнительные взаимодействия. Было показано, что FUS соединяется с mRNAs и способствует их транспортировке по дендритам (Fujii, Takumi, 2005); впоследствии было показано, что FUS связывается с polyA отростком AMPA рецептора GluA1, управляя его устойчивостью, притом что утрата FUS приводила к сокращению GluA1 (Udagawa et al., 2015). Кроме того, было показано, что FUS транслоцируется с митохондрией, взаимодействуя с митохондриальным белком 60 шаперона теплового шока (mitochondrial chaperone heat shock protein 60, HSP60), что приводит к митохондриальному поражению (Deng et al., 2015). Наконец, mtFUS взаимодействует с Pur-alpha в стресс-гранулах (SGs) и увеличивает фосфорилирование фактора инициации элонгации 2-alpha, соответственно, тем самым блокируя синтез белков (Di Salvio et al., 2015). Однако вклад каждого из подобных взаимодействий относительно патогенеза заболевания подлежит более точному определению.

FTDALS I (лобно-височная деменция-БАС): С90КА72 (С90КА72)

Наиболее распространенная причина семейных случаев БАС на данное время заключается в экспансии интронного GGGGCC-повтора, происходящего в C90RF72. Эта область вначале была определена посредством полногеномных ассоциативных исследований случаев БАС спорадического вида, а также в популяции финских больных БАС (Shatunov et al., 2010; Laaksovirta et al., 2010). Несмотря на то что изначальное секвенирование гена не смогло определить наличие каких-либо точечных мутаций, самый современный метод таргетированного секвенирования этой области установил участок интронного повтора, расположенный между некодирующими экзонами 1a и 1b (Renton et al., 2011; DeJesus-Hernandez et al., 2011). В то время как здоровые испытуемые группы контроля чаще всего обладают менее 10 гексануклеотидными повторами, пациенты БАС обычно переносят 400—2000 повторов. Экспансия повторов была идентифицирована у 37,6% семейных БАС и 6,3% спорадических БАС, а также в диапазоне до 25,1% случаев лобно-височной деменции (Majounie et al., 2012). В этой связи не удивляет тот факт, что наиболее существенный клинический фенотип, ассоциирующийся с этим генетическим подтипом, состоит в повышенной частоте случаев семейной истории лобно-височной деменции. Помимо того, есть доказательства, что большее количество случаев бульбарного возникновения ассоциируются с БАС, который связан с геном C90RF72 (до 44%, в сравнении с 25—26% в не связанных с геном C90RF72 случаях БАС), а некоторые исследования также сообщают о более раннем возрасте возникновения заболевания (на 1,8—5,0 лет) и его более короткой продолжительности (на 5,7—12,0 мес.) (Cooper-Knock et al., 2015).

Функция C90RF72-гена в настоящее время изучается, хотя структурный анализ позволил установить, что функция этого гена схожа с функцией GDP/GTP-факторов обмена, регулирующих Rab-GTP-азы и может регулировать везикулярный трафик (Levine et al., 2013). Дальнейшее исследование продемонстрировало, каким образом C90RF72 совместно локализовался с Rab-белками, участвующими в аутофагии и эндосомальном трафике (Farg et al., 2014). Хотя механизм действия функции в настоящее время устанавливается, были предложены несколько гипотез относительно того, каким образом интронный гексануклеотидный повтор может вызывать нейродегенерацию: 1) гаплонедостаточность, 2) РНК-токсичность, 3) белковая токсичность дипептидных повторов.

Гаплонедостаточность

Сниженные уровни C90RF72-транскрипта были замечены у больных с экспансией повторов по сравнению с контрольными испытуемыми, и гипотеза о гаплонедостаточности получила подтверждение, когда нокдаун (выключение) гомолога C9orf72, смоделированного у данио (zebrafish), привел к аксональной дегенерации (Ciura et al., 2013). В противоположность этому, в условной модели у C9orf72 нокаутированной мыши, у которой C9orf72 был специально удален из нейрональных клеток, не были получены какие-либо данные, свидетельствующие о нейродегенеративном фенотипе (Koppers et al., 2015). Тем не менее систематическое изучение уровней экспрессии трех C90RF72-транскриптов (вариант 1 = экзон 1а, 2—5; вариант 2 = экзон 1b, 2—11; вариант 3 = экзон 1а, 2—11) показало существенно сокращенную экспрессию вариантов 1 и 2, отмечавшуюся в мозжечке и лобном отделе коры (фронтальном кортексе) переносчиков экспансии C90RF72, и наблюдалось корреляционное соответствие между более высоким уровнем экспрессии варианта 1 и выживаемостью (van Blitterswijk et al., 2015). Данный факт предполагает, что стратегии антисмысловых олигомеров должны избегать сокращения уровней экспрессии C90RF72.