БИОХИМИЯ, 2006, том 71, вып. 7, с. 876 - 881
УДК 577.115.3
РОЛЬ АПОБЕЛКА Е В «КОНФОРМАЦИОННЫХ» ПАТОЛОГИЯХ И АТЕРОСКЛЕРОЗЕ
Обзор © 2006 г. А.Д. Дергунов
ФГУ «Государственный научно-исследовательский центр профилактической медицины» Росздрава, 101990 Москва, Петроверигский пер., 10; факс: (495)928-5063, электронная почта: dergunov@img.ras.ru
Поступила в редакцию 14.12.05 После доработки 08.01.06
Три изоформы апобелка Е (апоЕ) являются лигандами к липопротеиновым рецепторам и по-разному контролируют эффективность синтеза и катаболизма проатерогенных триглицерид-богатых липопротеинов плазмы крови человека. Среди трех изоформ апобелка изоформа апоЕ4 ассоциирована с увеличенными рисками развития атеросклероза и болезни Альцгеймера (БА). В развитии БА важны конформационные переходы амилоида в (АР), контролируемые апоЕ и сывороточным амилоидным белком (САБ). Придается особое значение накоплению промежуточной диффузной растворимой олигомерной формы АР; САБ и апоЕ для трех изоформ апобелка могут выступать в качестве «патологических» шаперонов в процессе агрегации АР как «конформационной» патологии. АпоЕ в растворе, в свою очередь, может самоассоциировать вследствие двухдоменной структуры и наличия промежуточных структур, содержание которых различно для трех изоформ. Различные структуры трех изоформ апобелка определяют их различное распределение между липопротеинами разных классов. Структурно-метаболическая модель общих путей участия апоЕ в двух патологиях предполагает четыре мишени в коррекции БА: ингибирование образования промежуточных растворимых олигомеров АР; снижение синтеза и секреции апоЕ астроцитами, в частности, за счет ли-пидснижающей терапии; ингибирование связывания апоЕ и/или САБ с АР; увеличение экспрессии транспортера холестерина АВСА1.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: амилоидоз, апобелок Е, атеросклероз, структура апобелка.
В работе рассматриваются структурно-метаболические аспекты участия апобелка Е при сопряжении метаболизма холестерина и амилоида Р в атерогенезе и нейродегенеративных заболеваниях (схема) с обоснованием принципиально новых терапевтических мишеней.
ВОВЛЕЧЕННОСТЬ апоЕ В АТЕРОГЕНЕЗ
АпоЕ — многофункциональный белок, синтезируемый печенью и периферическими тканями и клетками, в частности макрофагами. АпоЕ и его ген рассматриваются в качестве пер-
Принятые сокращения: Ар — амилоид Р; апоЕ — апобелок Е; БА — болезнь Альцгеймера; БПА — белок-предшественник амилоида; БПЛ — белок, подобный ЛНП-рецептору; кСАЧ — карбоксиамидометилированный сывороточный альбумин человека; ЛНП — липопротеин низкой плотности; ЛНП-Р — рецептор к ЛНП; САБ — сывороточный амилоидный белок; САЧ — сывороточный альбумин человека; ХС — холестерин; SR (scavenger receptor) — рецептор-«мусорщик».
вичных мишеней для профилактики и терапии атеросклероза. Белок вовлечен в поглощение печенью липопротеиновых частиц, в выход ХС из нагруженных липидами макрофагов в атеро-склеротической бляшке. В то же время апоЕ в составе триглицерид-богатых липопротеинов при гипертриглицеридемии может провоцировать накопление липидов в макрофагах [1]. Полиморфизм гена апоЕ влияет на развитие атеросклероза. Три общие изоформы апоЕ различаются одиночными аминокислотными заменами. Относительно аллели еЗ (соответствует изо-форме апоЕЗ: С112, М58) аллель е4 (изоформа апоЕ4: М12, Я158) ассоциирована с увеличенным содержанием ХС плазмы и с коронарной болезнью сердца [2], тогда как аллель е2 (изоформа апоЕ2: С112, С158) ассоциирована со сниженным содержанием ХС. Молекула апоЕ состоит из М- и С-доменов и самоассоциирована в растворе [3—5]. Равновесная схема сворачивания апобелка включает в себя одну [6, 7] или несколько [8] промежуточных структур, различно выраженных для трех изоформ и контролирующих взаимодействие с липидной фазой.
ВКЛАД апоЕ В «КОНФОРМАЦИОННЫЕ» ПАТОЛОГИИ
Влияние ХС мембран на синтез амилоида р.
Основным компонентом внеклеточных амилоидных отложений в мозге при болезни Альцгей-мера является Ap-пептид длиной 39—43 остатка (продукт протеолитической деградации белка-предшественника амилоида (БПА)) [9, 10]. Формы Ар 1—42 и Ар 1—43 присутствуют во всех видах альцгеймеровых бляшек [11]. Ар образуется из БПА в богатых ХС областях мембраны, и снижение содержания ХС приводит к снижению образования Ар [12]. Снижение содержания ХС может достигаться за счет экспрессии транспортера ХС ABCA1 [13, 14] и сопутствующего выхода ХС из клеток с участием апоЕ-со-держащих липопротеинов [14]. При этом выраженность амилоидоза снижается, как и при ли-пидснижающей терапии статинами [15]. Предположено, что увеличение содержания ХС в мембране вызывает увеличение активностей р-и у-секретаз (локализованных в богатых ХС областях мембраны и образующих цепь генерации Ар) относительно неамилоидогенной а-секре-тазы [12, 16]. Действительно, экспрессия АВСА1 сопровождается снижением образования пептида С99 как продукта активности p-секретазы и его протеолиза у-секретазой [17]. У мышей с «выключенным» геном АВСА1, несмотря на снижение содержания растворимого апоЕ в мозге, содержание нерастворимого апоЕ не изменяется и наблюдается увеличение амилоидных отложений [13]. Это, во-первых, подтверждает амилоидопровоцирующую роль апоЕ, во-вторых, указывает на сопряжение метаболизма ХС и Ар через апоЕ и, в-третьих, предполагает, что АВСА1 — возможная мишень для терапии.
Скрещенная Р-структура и агрегация амилои-дообразующих белков. Самоассоциация белка в амилоидные фибриллы и дальнейшая агрегация фибрилл в нерастворимые отложения являются индикатором БА и других нейродегенера-тивных заболеваний [18], диабета второго типа [19] и ряда системных амилоидозов [20]. Инги-бирование фибриллогенеза может быть одним из путей терапии этих конформационных патологий. Более 20 белков способны образовывать амилоидные фибриллы in vivo с характерными свойствами отложений [21]. Несмотря на различия в первичной структуре амилоидообразу-ющих белков, отложения характеризуются сходной морфологией и структурой — линейными неразветвленными ансамблями белка-предшественника со скрещенной р-структурой [22]. Агрегация и внеклеточного амилоида [23], и внутриклеточного развернутого белка т [24]
вызывается конформационным переходом с накоплением промежуточной формы с р-структурой. Предположено, что фибриллогенез проходит через промежуточную стадию протофиб-рилл и что эта стадия может представлять интерес для поиска ингибиторов фибриллогенеза [25]. Несмотря на общее признание фибрилло-генеза как ключевого повреждающего фактора с апоЕ-провоцирующей ролью в накоплении Ар, существует точка зрения о нейротоксичнос-ти растворимых форм Ар [26, 27], действие которых ингибировалось ХС мембран [27]. Специфические поверхностные белки и сигнальные молекулы, опосредующие токсичность растворимых олигомеров Ар, могут быть очередными мишенями для поиска лекарств [26]. Растворимые олигомеры Ар способны акцептировать ХС с нейрональной мембраны, что, возможно, объясняет их нейротоксический эффект [28]. Возможная наибольшая цитотоксич-ность именно промежуточных, а не фибриллярных форм амилоидообразующих белков приводит, во-первых, к парадоксальной точке зрения о нейропротективном действии фибриллярных структур (например, тельца Леви при болезни Паркинсона рассматриваются как эпифеномен, вызываемый гибелью нейронов [29]) и, во-вторых, к радикальному изменению мишени для поиска лекарств. С этой точки зрения амилоидные отложения могут рассматриваться как адаптивные механизмы защиты от растворимых цитотоксичных продуктов «ошибочного» сворачивания и агрегации белков [30].
Шапероны в фибриллогенезе. Нерастворимые отложения содержат ряд нефибриллярных компонент, влияющих на фибриллогенез [31] и не зависящих от природы фибриллообразующего белка [32]. Наиболее известны сывороточный амилоидный белок (САБ) и апоЕ. САБ — это Са2+-зависимый лектин, состоящий из пяти субъединиц, нековалентно ассоциированных в дискоидальную структуру c поверхностями А и В: поверхность А включает в себя пять а-спира-лей, тогда как на поверхности В локализованы пять Са2+-связывающих участков [33]. В присутствии Са2+ происходит агрегация САБ при взаимодействии поверхностей А и В, тогда как добавление лиганда САБ (дАМР) приводит к самоассоциации САБ (В : В-взаимодействие) в растворимый декамер. Связывание САБ с амилоидной фибриллой и Ар является Са2+-зависи-мым [34] и приводит к увеличению стабильности структуры фибрилл in vitro [35]. В то же время САБ ингибировал образование фибрилл и увеличивал растворимость Ар в отсутствие Са2+ [36]. Вследствие участия САБ в качестве шапе-рона при агрегации амилоида [33] использова-
878
ДЕРГУНОВ
ние ингибиторов связывания САБ с Лр могло бы предотвращать развитие БА [37].
Аллель s4 ассоциирована с развитием БА [38, 39], возможно, за счет прямого взаимодействия апоЕ и Лр [31, 40]. Предположено апоЕ-зависи-мое участие БПЛ в клиренсе Лр [41] (тем более что часть Лр, помимо альбуминсвязанного Лр, транспортируется липопротеинами [42]) и транслирование действия внеклеточного Лр во внутриклеточные ответы астроцитов с их активацией через апоЕ-зависимые рецепторы [43]. Кроме того, апоЕ вовлечен в протеолитическую деградацию Лр инсулинодеградирующим ферментом [44]. По сравнению с апоЕ3 апоЕ4 быстрее связывается с Лр [45]. Для апоЕ предположена роль «патологического» шаперона в фиб-риллогенезе Лр за счет ускорения агрега-ции/фибриллогенеза, возможно, за счет индукции р-структуры [45—48]. В то же время апоЕ удлиняет начальный период фибриллогенеза изначально растворимого Лр1—40 без влияния на скорость агрегации предсформированных фибрилл в отсутствие Ca2+ [49]. Взаимоисключающие точки зрения на активаторную [47] и ингибиторную [49] роли апоЕ в образовании амилоида приводят к предположениям соответственно о большей и меньшей амилоидогенери-рующей эффективности апоЕ4 относительно апоЕ3. Также отрицается [49] или постулируется [50] роль С-домена апобелка во влиянии на агрегацию Лр1—40. Таким образом, апоЕ играет двоякую роль в амилоидогенезе: нерастворимые отложения стабилизируются за счет шаперон-ной роли апоЕ и снижаются за счет апоЕ-опосре-д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.