«Это может быть важным открытием для пациентов с болезнью Паркинсона», — сказал Тед Доусон, доктор медицины, доктор философии, директор Центра передового опыта Морриса К. Удалла по лечению болезни Паркинсона Университета Джона Хопкинса, Балтимор, Мэриленд. Доктор Доусон и его жена Валина Доусон, доктор философии, директор программ JHU по стволовым клеткам и нейродегенерации в Институте клеточной инженерии, возглавляли исследование, опубликованное в Cell.Исследователи обнаружили, что мутации в гене, называемом киназа 2 с богатым лейцином повторов (LRRK2; произносится как «жаворонок два» или «скрытый два»), могут увеличивать скорость, с которой LRRK2 маркирует рибосомные белки, которые являются ключевыми компонентами механизма производства белков внутри клетки.
Это может привести к тому, что оборудование будет производить слишком много белков, что приведет к гибели клеток.«Почти десять лет ученые пытались выяснить, как мутации в LRRK2 вызывают болезнь Паркинсона», — сказала Маргарет Сазерленд, доктор философии, директор программы NINDS. «Это исследование представляет собой четкую связь между LRRK2 и патогенетическим механизмом, связанным с болезнью Паркинсона».Болезнь Паркинсона, поражающая более полумиллиона человек в Соединенных Штатах, представляет собой дегенеративное заболевание, которое поражает нервные клетки во многих частях нервной системы, особенно в области мозга, называемой черной субстанцией, которая выделяет дофамин, химический посредник, важный для движение. Первоначально болезнь Паркинсона вызывает неконтролируемые движения; в том числе дрожание рук или ног.
По мере того, как болезнь постепенно ухудшается, пациенты теряют способность ходить, говорить или выполнять простые задания.Причина большинства случаев болезни Паркинсона остается неизвестной.
Мутации в гене LRRK2 являются ведущей генетической причиной. Они были замешаны в 10 процентах наследственных форм болезни и примерно у 4 процентов пациентов, не имеющих семейного анамнеза. Одно исследование показало, что наиболее распространенная мутация LRRK2, называемая G2019S, может быть причиной 30-40 процентов всех случаев болезни Паркинсона у людей арабского происхождения из Северной Африки.
LRRK2 — это фермент киназа, тип белка, обнаруженного в клетках, который маркирует молекулы химическими веществами, называемыми фосфатными группами. Процесс фосфорилирования помогает регулировать основные функции нервных клеток и их здоровье. Предыдущие исследования показывают, что болезнетворные мутации, такие как мутация G2019S, увеличивают скорость, с которой LRRK2 маркирует молекулы. Идентификация молекул, которые маркируются LRRK2, дает ключ к разгадке того, как нервные клетки могут умирать во время болезни Паркинсона.
В этом исследовании исследователи использовали LRRK2 в качестве приманки для вылова белков, которые он обычно маркирует. Многочисленные эксперименты, проведенные на клетках почек человека, показали, что LRRK2 маркирует рибосомные белки. Эти белки объединяются с другими молекулами, называемыми рибонуклеиновыми кислотами, с образованием рибосом, которые являются фабриками по производству белков в клетке.Дальнейшие эксперименты показали, что болезнетворные мутации в LRRK2 увеличивают скорость, с которой он маркирует два рибосомных белка, называемых s11 и s15.
Более того, образцы ткани мозга пациентов с мутациями LRRK2 имели более высокие уровни фосфорилированного s15, чем наблюдаемые в контроле.Затем исследователи выяснили, может ли фосфорилирование быть связано с гибелью клеток, изучая нервные клетки, полученные от крыс или эмбриональных стволовых клеток человека.
Генетическая инженерия клеток с мутантным геном LRRK2 увеличивала количество гибели клеток и фосфорилировал s15. Напротив, исследователи предотвратили гибель клеток, сконструировав клетки так, чтобы они также производили мутантный белок s15, который не мог быть помечен LRRK2.«Эти результаты предполагают, что рибосомный белок s15 может играть решающую роль в развитии болезни Паркинсона», — сказал доктор Доусон.
Как фосфорилирование s15 может убивать нервные клетки? Чтобы исследовать это, доктор Доусон и его коллеги провели эксперименты на плодовых мушках.Предыдущие исследования на мухах показали, что генная инженерия нервных клеток, высвобождающих дофамин, приводит к чрезмерному продуцированию мутантного белка LRRK2, вызывающего повреждение нервных клеток и двигательные нарушения. Команда доктора Доусона обнаружила, что в мозге этих мух был повышен уровень фосфорилированного s15, и что разработка мух таким образом, чтобы s15 не могла быть помечена LRRK2, предотвратила повреждение клеток и восстановила нормальное движение.
Интересно, что в мозге мутантных мух по LRRK2 также были аномально высокие уровни всех белков, что позволяет предположить, что усиленное мечение s15 заставляет рибосомы производить слишком много белка. Лечение мух низкими дозами анизомицина — препарата, который блокирует выработку белка, предотвращает повреждение нервных клеток и восстанавливает движения мух, даже несмотря на то, что уровни фосфорилирования s15 оставались высокими.«Наши результаты подтверждают идею о том, что изменения в способах производства белков клетками могут быть частой причиной болезни Паркинсона и, возможно, других нейродегенеративных расстройств», — сказал доктор Доусон.Доктор Доусон и его коллеги считают, что блокирование фосфорилирования рибосомных белков s15 может привести к будущим методам лечения, как и другие стратегии, которые уменьшают синтез белка или повышают способность клеток справляться с повышенным метаболизмом белка.
Они также считают, что средство для измерения фосфорилирования s15 может также действовать как биомаркер активности LRRK2 в испытаниях лечения ингибиторами LRRK2.Эта работа была поддержана грантами NINDS (NS038377, NS072187), JPB Foundation, Мэрилендского фонда исследования стволовых клеток (2007-MSCRFI-0420-00, 2009-MSCRFII-0125-00, 2013-MSCRFII-0105-00) и Нью-Йоркский фонд стволовых клеток.