Андрей Брюховецкий - Боковой амиотрофический склероз

РНК-токсичность

T.F. Gendron и команда определили, что локусы (очаги) РНК расположены преимущественно в ядре и, периодически, в цитоплазме двигательных нейронов, и отметили, что эти локусы состоят как из смысловых, так и из антисмысловых РНК (Gendron et al., 2013). Как оказалось, наличие антисмысловых РНК-очагов находится в корреляционном соответствии с неверной локализацией TDP-43, но не с белковой токсичностью дипептидных повторов (DPRs) (Gendron et al., 2013; Cooper-Knock et al., 2015). Считается, что последовательность повторов формирует G-квадруплексные (учетверенные) структуры внутри клетки. Многие РНК-связывающие белки совместно локализуются с РНК-очагами, теоретически изолируя их из клетки и прерывая их РНК-процессинговые (обрабатывающие) функции (Cooper-Knock et al., 2014, Lee et al., 2013). Это обстоятельство может лежать в основе существенной дисрегуляции РНК-сплайсинга, которая отмечается при экспансии, когда более высокий разрыв (прерывание) заметен у больных с более короткой выживаемостью (Cooper-Knock et al., 2015, Prudencio et al., 2015). Однако очаги РНК отмечаются и в фибробластах, полученных от бессимптомных пациентов (Cooper-Knock et al., 2014, Lagier-Tourenne et al., 2013), и в моделях БAC на трансгенных мышах, содержащих расширенную аллель; тогда как очаги РНК и дипептидные повторы воспроизводят нейропатологию БАС, сведения, которые могли бы подтвердить наличие нейродегенерации, отсутствуют (Peters et al., 2015, O’Rourke et al., 2015). Это противоречит данным по мышиной модели, экспрессирующей 66-повторную G4C2-экспансию конкретно в ЦНС, что продемонстрировало нейропатологические, поведенческие и двигательные нарушения уже к 6 месяцам (Chew et al., 2015).

Белки дипептидного повтора

Наконец, было показано, что экспансия GGGGCC-повторов подлежала повтор-ассоциированной не-анти-тимоцитарной глобулиновой трансляции (repeat-associated non-ATG translation) (Mori et al., 2013). Как смысловые, так и антисмысловые РНК транслируются, образуя белки дипептидных повторов, состоящие из poly-GA, -GP, -GR, -PA и -PR (с poly-GP, продуцируемой как из антисмысловых, так и из смысловых РНК) (Gendron et al., 2013; Mori et al., 2013). Эти белки дипептидного повтора наблюдаются в виде скопления внутри нейрональных цитоплазматических включений и нейрональных внутриядерных включений в двигательной коре мозга, мозжечке, гиппокампе и спинном мозге и положительно маркируются к убиквитину и p62. В недавнее время антитела, восставшие против каждого из белков дипептидного повтора, продемонстрировали лишь небольшую корреляционную зависимость между распространением/грузом дипептидных повторов (DPR) и клиническим фенотипом (Mackenzie et al., 2015; Davidson et al., 2015), что, по мнению авторов, говорит против того, чтобы рассматривать скопление и агрегацию дипептидных повторов как главный патогенный механизм. Это противоречит работе, использовавшей модель дрозофилы, в которой экспрессия дипептидных повторов порождала нейродегенерацию в глазе насекомого (Mizielinska et al., 2014).

В итоге появляется все большее количество данных, говорящих в пользу некоторой формы РНК-дисрегуляции как фактора, способствующего БАС, обусловленному действием C90RF72. Однако пока различные клеточные и животные модели, применяющие разнообразные генетические конструкции, генерируют противоречивые результаты относительно вклада каждой из трех гипотез в развитие заболевания, более точные механизмы все еще подлежат полноценному разъяснению. Прерывание (разрыв) C90RF72-белковой функции в эндосомальном трафике может также представлять собой способствующий фактор.

Другие РНК-процессирующие гены, причастные к БАС

До определения генов TARDBP и FUS как генов, связанных с возникновением БАС, уже была доказана причастность к заболеванию двух РНК-процессирующих генов: ангиогенина (ANG) и сенатаксина (SETX). Впоследствии мутации в hnRNPA1 и matrin 3 (MATR3) были установлены методом полноэкзомного секвенирования, и атаксин 2 (ATXN2) определили как фактор риска.

ALS9/БАС9: ангиогенин (ANG)

После идентификации ANG однонуклеотидных полиморфизмов rs11701, представленных в большом количестве и превалирующих в случаях БАС по Шотландии и Ирландии, скрининг на ANG установил 7 миссенс-мутаций (с изменением смысла) в 15 случаях БАС, из которых 4 являлись семейной формой заболевания (FALS) (1,54%), а 11 относились к спорадическому БАС (SALS) (0,80%) (Greenway et al., 2006). Ген ангиогенин (ANG) является членом суперсемейства панкреатической рибонуклеазы и обладает нейропротекторными свойствами, хотя в mtANG эти свойства нарушаются (Subramanian et al., 2008). В то время как многочисленные мутации были определены, p.K17I не всегда демонстрировал сегрегацию заболевания. Тем не менее метаанализ показал, что у представителей белой европеоидной расы, носителей этой аллели, риск возникновения БАС выше в 1?65 раза, и он увеличивался десятикратно в семейной форме БАС (Pan et al., 2015). Оказалось, что ангиогенин (ANG) индуцирует сборку стресс-гранул (SGs) (Ivanov et al., 2014). Любопытно, что подобная индукция может ингибироваться G-квадриплексными структурами, которые формируются с помощью G4C2 C90RF72 расширенного повтора, тем самым устанавливая взаимосвязь между C90RF72 и ANG.

ALS4/БАС4: сенатаксин (SETX)

Мутации в SETX ассоциируются с подростковым стартом БАС, сопровождаемым ослаблением дистальных мышц и отсутствием бульбарных или чувствительных симптомов. У больных обычно отмечается длительное и медленное прогрессирование болезни, при котором сохраняется сравнительно нормальная продолжительность жизненного цикла (Chen et al., 2004; Hirano et al., 2011). Редкие мутации аутосомно-доминантного вида в SETX имеют место при БАСе, тогда как рецессивные SETX-мутации ассоциируются с атаксия-глазодвигательной апраксией-2 (Hirano et al., 2011). Механизмы, посредством которых SETX-варианты приводят к БАС, остаются неизвестными; тем не менее SETX шифрует ДНК/РНК-геликазный белок, который играет роль в восстановлении ДНК в ответ на окислительный стресс. Ген SETX также взаимодействует с РНК-процессирующими белками, регулирующими транскрипцию и pre-mРНК процессинг, что позволяет выдвинуть теорию о том, что причина дегенерации двигательного нейрона, обусловленной мутациями в SETX, может являться результатом патологического РНК-процессинга (Skourti-Stathaki et al., 2011).

ALS13/БАС13: атаксин 2 (ATXN2)

Более 36 повторов CAG внутри ATXN2 способны вызвать спинально-церебеллярную атаксию 2; однако было замечено, что промежуточные повторы в диапазоне 27—33 тесным образом ассоциируются с БАС, и таким образом установлено, что ATXN2 модифицирует токсичность TDP-43 в дрожжах (Elden et al., 2010). Белок ATXN2 представляет собой РНК-связующий белок, участвующий в РНК-процессинге и локализующийся в эндоплазматическом ретикулуме, аппарате Гольджи и SGs; ATXN2 также взаимодействует с FUS, и промежуточные экспансии обостряют мутантный фенотип FUS в клеточных моделях (Farg et al., 2013). Недавний метаанализ более 6000 больных БАС и 7000 контрольных испытуемых установил, что длины повторов в диапазоне 25—28 обладали в действительности протекторными свойствами, тогда как существенный риск связан с CAG-повторами в диапазоне 31—33 (Neuenschwander et al., 2014). Данное наблюдение поддерживается итальянским исследованием, в котором дополнительно <31 повтора соотносились со спинальным стартом БАС и сокращенной выживаемостью (Borghero et al., 2015).