Актуальність
В основі хвороби Паркінсона (ХП) лежить дегенерація дофамінергічних нейронів, яка призводить до повільного процесу нейродегенерації екстрапірамідної нервової системи та проявляється моторними порушеннями, що прогресують. Нещодавно основним етіологічним фактором виникнення ХП вважали інфекції та нейротоксини. У приблизно 20% пацієнтів з ХП викликають генні мутації, що продемонстрували останні генетичні дослідження близнюків та родинних агрегацій. Наразі відомо про 11 генів та 17 локусів, асоційованих із родинними формами ХП. Тому, з точки зору генного поліморфізму, хвороба Паркінсона — це гетерогенна група захворювань із широким спектром клінічних проявів. Традиційно хвороба належала до вікозалежних. Однак спостерігається постійне зростання кількості пацієнтів віком ˂45 років. В останніх дослідженнях встановлено, що причинами раннього дебюту ХП є мутації гензв’язаних PTEN-індукованої кінази (PINK1) та убіквітин-Е3-лігази (Parkin2). Ферменти беруть участь у регуляції мітохондріального метастазу клітин та регулюють накопичення продуктів окиснення — вільних радикалів. У попередніх дослідженнях виявлено, що процес окиснення спричиняє накопичення в дофамінергічних нейронах вільних радикалів із високою пошкоджувальною дією, які викликають деполяризацію мітохондрій та призводять до мітофагії. Мітохондріальна дисфункція спричиняє апоптоз нейронів.
В експериментальних дослідженнях in vitro доведено, що механізм мітофагії запускається після ідентифікації пошкоджених мітохондрій генпов’язаним ферментом PINK1 та одночасним передаванням сигналу на рецептори генпов’язаного білка Parkin. Також у деяких пацієнтів із раннім дебютом було виявлені точкові мутації в локусах контролю PINK1 та Parkin. Дефектне молекулярне перемикання ферментів посилює процеси мітофагії. Нове дослідження мало за мету встановлення зв’язку між впливом окиснення на активацію гена Parkin, молекулярним перемиканням та клінічними проявами ХП.
Методи
Проводився експеримент in vivo із залучення генетично модифікованих мишей та дослідження клітинних культур від двох пацієнтів із раннім дебютом ХП.
Результати
Виявлено, що основною функцією білка Parkin, який кодується геном PARK2, є інгібування мітохондрієзалежного та незалежного апоптозу з метою підвищення виживаності клітин. У результаті мутацій в генах PARK1 та інших виникає дефектне перемикання генпов’язаних ферментів і формується потужний сигнальний шлях, спрямований на видалення мітохондрій.
На попередньо генетично модифікованих мишах (ParkinS65A/S65) при проведенні фосфорування продемонстроване зниження ендогенної активації білка Parkin та втрата активності Parkin E3-лігази з порушеннями накопичення продукту реакції окиснення, фосфор-убіквітину, в нейронах та стовбурових клітинах.
Під час аналізу людських клітин дослідники дійшли висновку, що ранній дебют ХП патогенетично пов’язаний із порушенням процесу фосфорування, спричиненим мутацією Parkin S65. Це призводить до зниження активності генпов’язаного ферменту та зменшення накопичення фосфор-убіквітину в мутантних нейронах, що проявляється виникненням вибіркових порушень з боку опорно-рухового апарату. Висновки підтверджено шляхом проведення імуноблотного аналізу з використанням антифосфо-антитіл ParkinS65. Генетично модифіковані миші виявляли порушення рівноваги при проходженні тесту на утримання балансу (біг по жердинці) та порушення при координації рухів кінцівок. Однак на барабані, що обертається, здатність втримуватися у диких та генетично модифікованих мишей була однаковою (р=0,058). Проте зв’язку між зниженням активності лігази та регуляцією мітофагії в нігростратіальних дофамінергічних нейронах не встановлено.
Під час дослідження з’ясовано механізм молекулярного перемикання in vitro. Встановлено, що під впливом вторинних метаболітів бактерій, наприклад, антиміцину А, мітохондрії пошкоджуються внаслідок деполяризації та активують фермент PINK1 мітохондрій, який передає патологічний сигнал на рецептори гена PARKIN. Останній, у свою чергу, ініціює механізм мітофагії. Змінені у процесі мутації ферменти втрачають здатність передавати сигнали в ланцюгу PINK1 — PARKIN. Внаслідок генпов’язаних дефектів повністю порушується процес передачі активаційних сигналів у систему моторної петлі базальних гангліїв, що викликає порушення моторної функції у людини. У результаті аналізу дослідники дійшли висновку щодо зв’язку між наявністю мутації PARK2, яка впливає на сайт фосфорування білка та є характерною для раннього дебюту хвороби, та стійкою реакцією на терапію L-DOPA.
Висновки
Таким чином, для з’ясування нейробіологічної основи порушення моторної функції, викликаної мутаціями генів PARKIN та PARK1, необхідно проводити подальші дослідження в живих організмах.
- McWilliams T.G., Barini E., Pohjolan-Pihoren R. et al. (2018) Phosphorylation of Parkin at serine 65 is essential for its activation in vivo. Open Biol., 8: 180108 (http://dx.doi.org/10.1098/rsob.180108).
- https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsob.180108#d3e2269
Юлія Жарікова
