УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2007, том 38, № 4, с. 80-88
УДК 612.821.2 +612.829.3
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА
НА ЖИВОТНЫХ
© 2007 г. Г. А. Григорьян, А. С. Базян
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва
В обзоре рассматриваются современные модели исследования болезни Паркинсона на животных, их преимущества, ограничения и недостатки. Показано, что наиболее распространенными на сегодняшний день являются модели, разрабатываемые на основе этиологии паркинсонизма. Хотя болезнь Паркинсона в основном вызывается токсинами, изучение вовлеченных генов позволяет исследовать не только наследуемые, но и спорадические (не наследуемые) формы заболевания, поскольку в обоих случаях вовлекаются те же самые гены. При мутациях генов возникают мутантные токсические белки, которые вызывают гибель специализированных нейронов нигростриатной до-фаминергической системы и развитие болезни Паркинсона. Важное место в обзоре уделяется описанию характеристик токсических моделей, вызываемых 6-OHDA, МРТР и ротеноном, их сходства и различия в патогенетических механизмах развития паркинсонизма. На основании рассмотренных экспериментальных моделей паркинсонизма на животных делается заключение, что ни одна из них не может в полной и адекватной мере имитировать всю клиническую, патофизиологическую, морфологическую, биохимическую и другие аспекты развития болезни Паркинсона.
Ключевые слова: болезнь Паркинсона, нейродегенерация, наследуемые, спорадические формы, мутация генов, токсические белки, нигростриатная дофаминергическая система, токсические модели.
Болезнь Паркинсона (БП) - это хроническое нейродегенеративное заболевание с избирательным повреждением нейронов нигростриатной системы, образованием внутрицитоплазматических белковых отложений (тельца Леви) и нарушениями двигательной, эмоциональной и когнитивной деятельности организма. Среди клинических проявлений БП наиболее типичны тремор, брадики-незия, мышечная ригидность и нарушения позы. Обычно заболевание развивается медленно и проявляется клинически после 50 лет, когда повреждено уже значительное число дофаминерги-ческих нейронов (60-80%). Из других симптомов БП можно выделить депрессии, трудности глотания, жевания и разговорной речи, проблемы мочеиспускания и пищеварения, кожные нарушения и расстройства сна. На развитие БП влияют как генетические, так и обстановочные факторы. В последние годы удалось расшифровать значение ряда генов и некоторых агентов внешней среды в формировании БП и их взаимное влияние друг на друга.
ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ РАЗВИТИЕ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА
Паркинсонизм - это нервно-дегенеративное заболевание, в основе которого лежит выпадение или разрушение нигро-стриатной дофаминерги-ческой системы.
Генетические факторы
До недавнего времени считалось, что БП вызывается исключительно факторами внешней среды. Однако после того, как были обнаружены семейные или наследуемые формы БП, начался активный поиск и интенсивные исследования лежащих в их основе генов и белков, которые кодируются этими генами. И хотя в 95% случаев БП вызывается токсинами, изучение вовлеченных генов помогает понять происхождение и развитие не только наследуемых, но и спорадических (не наследуемых) форм заболевания, поскольку и в тех, и других случаях вовлекаются одни и те же гены и соответствующие им белки.
Альфа-синуклеин (а^ушс1ет, PARK1) был первым идентифицированным геном, связанным с БП. В норме отдельные молекулы а-синуклеи-на соединяются вместе, образуя тонкие протеиновые нити, называемые фибрилами. Мутации а-синуклеинового гена ведут к нарушению процесса фибрилизации и скоплению большого числа протофибрил [14]. Последние имеют белковые структуры очень схожие с токсинами бактерий и насекомых. Под их влиянием происходит нарушение целостности мембраны и утечка содержимого клетки. В результате запускается механизм уничтожения клетки (запрограммированная гибель) и образование телец Леви с большим скоплением токсичных протеинов [30].
Согласно другой точке зрения при мутациях а-синуклеинового гена нарушается количество и размещение белков в клетке. Например, у больных с ранней формой БП вместо обычных двух копий а-синуклеинового гена, три из них расположены на одной хромосоме и один - на другой хромосоме [70]. В результате такого аномального размещения генов синтезируется большое количество а-синуклеинового белка, который засоряет клетки и приводит к их повреждению. В нормальных условиях а-синуклеин расщепляется лизосо-мами, которые выполняют функцию "чистильщиков" клетки. Мутантный а-синуклеин, связываясь с лизосомами, блокирует их нормальную функцию. При этом затрудняется распад не только а-синуклеина, но и других белков, которые в чрезмерных количествах вызывают гибель клеток.
Паркин (parkin, PARK2) был обнаружен при исследованиях БП с ранним началом заболевания (в возрасте до 50 лет). Ген паркин составляет часть так называемой убиквитин-протеасомной системы, которая расщепляет белки клетки [43, 49]. Взаимодействуя с синфилином-1 (synphilin-1) и альфа-синуклеином, паркин регулирует содержание белков в клетке [13]. При его мутациях в клетках скапливается большое количество белков, оказывающих повреждающее токсическое действие [16, 67].
DJ-1 (PARK7). Этот ген также связан с ранним началом БП. Синтезируемый на его основе белок предохраняет клетки от повреждающих влияний окислительного стресса [8]. Мутантные белки не соединяются в цепочки, как это происходит с нормальными протеинами, и быстрее разрушаются протеасомами [33].
PINK1 (PARK6). Мутации PTEN-индуцирован-ной киназы (PINK1) также ведут к развитию БП. PINK1 обеспечивает кодирование белка, который переводит глюкозу и другие питательные вещества в энергию. PINKl предохраняет клетки от окислительного стресса [76].
DRDN (PARK8) или LRRK2. Этот ген связан с поздним началом БП [54]. LRRK2 (Leucine-rich repeat kinase 2) вызывает аутосомно-доминантную форму паркинсонизма с плеоморфной патологией; включает большие скопления агрегированного белка [69]. Мутация в гене LRRK2, кодирующим дардарин вызывает наследуемый тип БП. Дардарин большой белок, и мутация его вовлекает киназный домен. Патогенетическая мутация увеличивает тенденцию дардарина формировать тела включения (inclusion bodies). После экспрессии мутантных белков нейроны начинают гибнуть. Манипуляция с активностью белка через замену киназного домена блокирует формирование тел включения и приостанавливает клеточную смерть [26, 52]. Было продемонстрировано, что
семь из 10 мутаций LRRK2 приводят к увеличению киназной активности. Мутация в LRRK2 цепи повышает связывание ГТФ и киназную активность. LRRK2 киназная активность нуждается в ГТФаз-ной активности, хотя функция ГТФазной активности и независима от киназной активности. Обе LRRK2 киназная и ГТФазная активности представляют собою необходимые звенья для нейро-токсичности, усиливающей пероксид индуцируемую гибель клетки [36, 75].
Другие гены, имеющие отношение к болезни Паркинсона
UCHL-1 (Ubiquitin Carboxyl-Terminal Hydrolase L1) входит в убиквитин-протеасомную систему; осуществляет метку протеинов для их дальнейшего разрушения [47].
Синфилин-1 (synphilin-1) взаимодействует с а-синуклеином; способствует образованию телец Леви [13].
PACRG (parkin co-regulated gene) относится к системе разрушения белков. GSTO-1 (glutathione S-transferase omega-1) относится к семейству генов-чистильщиков, которые разрушают и удаляют вредные вещества из клетки, например, медицинские препараты, продукты окислительного стресса и т.д. [48].
Tay (tau) участвует в поддержании структуры клетки. Мутации гена ведут к развитию наследуемых (фронто-темпоральная деменция с паркинсонизмом) и спорадических форм БП [23, 46].
Фактор роста фибробластов 2 (fibroblast growth factor 2) выполняет трофическую функцию; относится к факторам риска БП [12].
Аполипопротеин Е (apolipoprotein E). Нормальные вариации этого гена влияют на начало развития БП и болезни Альцгеймера [3, 37].
PARK3, PARK9, PARK10, and PARK11 - области хромосом, имеющие также отношение к развитию БП. PARK3 связан с поздним началом и спорадическими формами заболевания [55].
ND2, ND4L и ND5 митохондриальные гены; подвергаются мутациям в пожилом возрасте, также связаны с БП [31, 71, 78].
Токсические факторы
6-OHDA. Среди специализированных токсинов, избирательно повреждающих дофаминерги-ческую систему мозга, наиболее часто используют аналог норадреналина, 6-гидооксидофамин (6-OHDA) [40]. Его применяют, главным образом, в опытах на небольших животных (обычно грызунах), но иногда вводят и обезьянам [6, 27, 28, 63]. Обладая сродством к транспортерам дофамина и норадреналина, 6-OHDA проникает в соответствующие нейроны центральной и перифери-
ческой нервной системы и повреждает их. Разрушение катехоламинергических нейронов с помощью 6-OHDA происходит за счет окислительного процесса, превращающего 6-OHDA в парахинон с двумя реактивными кислородными остатками и выделением перекиси водорода [57].
MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyri-dine). Механизм действия этого нейротоксина связан с ингибированием цепочки комплекса 1 электронного транспорта в митохондриях. За последние годы хорошо изучены сложная фармакология и ключевые этапы интоксикации этим веществом. Это касается, прежде всего, молекулярных процессов, инициирующих повреждение клеток под влиянием окислительного стресса, вызываемого супероксидом и окисью азота, и тех процессов, которые ведут к развитию апоптоза и нейродеге-неративного инсульта [58].
Rotenone. Ротенон широко используется в мировой практике в качестве инсектицида и пестицида. Он легко разрушается под влиянием солнечного света и быстро (в течение 2-3 дней) теряет свою токсичность в условиях прямого солнечного влияния. В организм ротенон попадает вместе с едой. Поскольку он быстро разрушается в печени, а его всасываемость в кровь медленная, требуется большое количество вещества для серьезного токсического отравления. Как и MPTP, ротенон легко связывается с жирами и проникает практически во все органы и ткани, включая мозговые образования. О
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.