APP ген (предшественника бета-амилоида, ПБА)
Gene: [21q211/APP] amyloid beta (A4) precursor
Ген предшественника бета-амилоида, локализованный на длинном плече хромосомы 21 21q21.1 ( Goate A.,1991 ), содержит не менее 19 экзонов и может давать до 10 изоформ АРР различной длины молекулы, составляющих сложную группу интегральных мембранных гликопротеинов первого типа с молекулярной массой 100-140 кДа. Одной из возможных причин гетерогенности АРР является альтернативный сплайсинг его матричной РНК (мРНК) [ Koenig, ea 1992 ]. Четыре изоформы АРР, состоящие из 695, 714, 751 и 770 аминокислотных остатков, содержат последовательность В-амилоида [ Golde, ea 1990 ]. АРР может претерпевать ряд посттрансляционных химических модификаций, в том числе тирозиновую сульфатацию, N- и О- гликозилирование [ Selkoe, ea 1988 ], фосфорилирование и протеолитическое расщепление [ Oltersdorf, ea 1990 ]. Спектр идентифицированных мутаций в гене ПБА представлен в таблице ( Таблица APPm ).
Ген содержит не менее 19 экзонов и может давать до 10 изоформ ПБА различной длины молекулы, составляющих сложную группу интегральных мембранных гликопротеинов первого типа с молекулярной массой 100-140кДа. Одной из реальных причин гетерогенности ПБА является альтернативный сплайсинг его матричной РНК (мРНК). Четыре изоформы ПБА, состоящие из 695, 714, 751 и 770 аминокислотных остатков содержат последовательность бета амилоида. Превалирующими траскриптами являются транскрипты ПБА 695 (экзоны 1-6, 9-18), ПБА 751 (экзоны 1-7, 9-18) и ПБА 770 (экзоны 1-18). Данные транскрипты кодируют мультидоменные протеины с мембран-связанной областью. Транскрипты 751 и 770 содержат экзон 7, который кодирует ингибиторный домен сериновой протеазы.
Kang J. ( Kang J.,1987 ) изолировал и секвенировал полноразмерную кДНК клона, кодирующего А4 полипептид, состоящий из 695 аминокислотных остатков.
АРР экспрессируется почти во всех животных клетках, исследованных на сегодняшний день, причем с выраженным эволюционным консерватизмом. Описан ген дрозофилы, схожий с геном АРР [ Rosen, ea 1989 ]; высока степень консерватизма генов АРР у человека и обезьян [ Podlisny, ea 1991 ]. Культуры нейрональных клеток крыс [ Multhaup, ea 1996 ], обезьян [ Zhong, ea 1994 ], человека [ Xia, ea 1997 ], HL-60 и HELA [ Shoji, ea 1992 ], первичные культуры гладкомышечных клеток из аорты [ Qverfurth, ea 1997 ] и кровеносных сосудов мозговых оболочек здоровых людей [ Nostrand, ea 1994 ], клетки гепатобластомы человека HepG2 [ Smith, ea 1990 ] и многие другие клетки экспрессируют АРР. Трансфекция же ряда клеточных линий с мРНК предшественника В-амилоида (А3) увеличивает уровень экспрессии и АРР, и Ар [ Golde, ea 1990 ]. Это, возможно, играет определенную роль при синдроме Дауна , трисомии по 21 хромосоме, при которой увеличение концентрации В-амилоида (и другие проявления болезни) ряд авторов объясняет эффектом дозы гена [ Groner, ea 1995 ].
Участие гена белка амилоидного предшественника (APP) в развитии БА было предсказано несколькими независимыми наблюдениями.
Во-первых, заметили, что у больных с синдромом Дауна с высокой частотой наблюдаются клинические и нейроморфологические признаки БА, как например, накопление Абета42 и образование нейрофибриллярных клубков, а также снижение когнитивных функций после 35 лет [ Lemere et al, 1996 ; Selkoe, 1999 ].
Во-вторых, анализ генетического сцепления с использованием высокополиморфных маркеров показал для нескольких семей связь ранних семейных форм деменций (с возрастом начала до 50 лет) с маркерами на длинном плече 21-й хромосомы [ St. George-Hyslope, 1987 ]. Примерно в то же время на длинном плече 21-й хромосомы был картирован ген белка амилоидного предшественника, продукт посттранскрипционного процессинга которого является основным компонентом сенильных бляшек у больных БА [ Tanzi, 1987 ]. Таким образом, ген АРР стал рассматриваться как первый наиболее вероятный ген-кандидат ранней формы БА.
Белок амилоидного предшественника - это интегральный белок с одним трансмембранным доменом, который экспрессируется во всех тканях. Хотя изучению АРР посвящены тысячи работ, его клеточные функции до сих пор неясны. Эксперименты in vitro предполагают, что функциями АРР является ингибирование серин-протеазы, повышение связи клетка-субстрат, нейротрофные и нейро-протективные свойства [ Selkoe, 1994 ]. Инактивация гена АРР у мышей не приводит ни к каким серьезным патологиям [ White et al, 1998 ].
АРР подвергается протеолизу нескольким альтернативными путями районе трансмембранного домена:
1) с помощью гамма-секретазы ;
2) с помощью бета - и гамма-секретаз [ Selkoe, 1998 ]. Изменения в протеолизе, ведущие к накоплению Aбета42(43) характерно для болезни Альцгеймера. Сайт для гамма-секретазы лежит в Абета- участке и, следовательно, протеолиз не ведет к образованию Абета-фрагмента. Протеолиз с участием гамма-секретазы не ведет непосредственно к образованию амилоида . Для этого требуется еще и гамма-протеаза, которая может действовать только после альфа- или бета-секретаз [ Hartmann, 1999 ]. Таким образом, только успешное действие альфа- и бета- секретаз ведет к образованию бета-амилоида. Более того, повышенная активность альфа-секретазы снижает эффективность его образования. До сих пор не выявлены специфические альфа-, бета- и гамма-секретазы, ответственные за такой метаболизм. Появились сообщения о выделении протеазы с бета-секретазной активностью [ Vassar et al, 1999 ]. Все больше данных накапливается в пользу того, что пресенилины (другие белки, мутации в генах которых ведут к развитию БА) или сами являются гамма-секретазой, ведущей к образованию бета-амилоида, или, скорее, служат необходимым компонентом, который участвует в эндопротеолизе АРР с помощью неидентифицированной пока альфа-секретазы [ De Strooper et al, 1999 ; Wolfe et al, 1999 , Selkoe, 1999 ]. Все мутации в гене АРР, ассоциированные с БА, расположены в непосредственной близости от участка, кодирующего Абета фрагмент и потенциальных сайтов протеолитического расщепления (экзоны 16 и 17). Однако мутации в этих экзонах АРР-гена найдены в менее 5% семей с ранней формой БА (менее 0,1% всех случаев БА). Другие мутации в данной области встречаются и у здоровых людей, т.е., по-видимому, кроме "сильных" мутаций в АРР гене существуют и "слабые" с неполной пенетрантностью. Так как в большинстве семей БА не сцеплена с локусом гена АРР на 21-й хромосоме, систематический поиск мутаций в других участках гена АРР (кроме 16 и 17 экзонов) не проводился. Поэтому нельзя исключить, что полиморфизм в других экзонах или промоторной области может участвовать в развитии БА с эффектом неполной пенетрантности [ Рогаев, 1999 ].
Исследования молекулярных генетиков показали, что наследственные или семейные формы болезни Альцгеймера связаны с мутациями в генах 14 или 19 хромосом [ Strittmatter, ea 1993 , Schellenberg, ea 1992 ]. На хромосоме 19 расположен ген аполи-попротеина Е (апоЕ) . Гомозиготы по апоЕ4 , одной из изоформ апоЕ, имеют повышенный риск развития болезни Альцгеймера в 5-15 раз [ Schellenberg, ea 1992 ]. К концу 90-х гг было обнаружено около 30 мутаций на хромосоме 14 в гене пресенилина 1 и две миссинг-мутации в гене Е5-1 ( пресенилин 2 ) на хромосоме 1 у больных с семейной формой болезни Альцгеймера [ Sherrington, ea 1995 , Rogaev, ea 1995 ].
Смотрите также:
