Болезнь Альцгеймера: охота за генами
Когда гены сводят с ума
Марина Муравьёва, STRF.ru
До сих пор не создан препарат, который бы излечивал пациентов от болезни Альцгеймера, а не только улучшал их состояние. Не существует и эффективной технологии для быстрой диагностики болезни. Новые подходы к решению этих задач пытаются применить русские учёные под руководством ведущего генетика Евгения Рогаева.
Болезнь Альцгеймера – настоящее бедствие современности, этот недуг находится на четвёртом месте среди естественных причин смерти. И если в России масштабы проблемы пока недооцениваются (нет даже примерной статистики больных), то в европейских странах ей уделяется самое пристальное внимание. К 60-ти годам патология встречается у 3-6 процентов людей, а к 80-ти у 25-30 процентов. Существует и ранняя форма заболевания, проявляющаяся в возрасте от 30 до 50 лет. Известен даже 25-летний больной со старческим слабоумием. Среди первых симптомов болезни – забывание недавних событий или неспособность совершать привычные действия, например, самостоятельно одеваться. Болезнь неуклонно прогрессирует: человек теряет память, способность к логическому мышлению, эмоциональную стабильность.
Генетические или социальные факторы определяют развитие болезни Альцгеймера – долгое время учёные не могли дать на этот вопрос однозначного ответа. 14 лет назад Евгению Рогаеву вместе с коллегами из Канады впервые в мире удалось обнаружить особые гены, ответственные за развитие этой болезни. Результаты исследований были опубликованы в журнале «Nature»: за прошедшие после открытия годы эта работа остаётся самой цитируемой в области нейронаук. Сегодня профессор Рогаев руководит тремя лабораториями – в Научном центре психического здоровья РАМН, Институте общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН и в Массачусетском технологическом институте (MIT).
Охота за генами
Открытию предшествовала многолетняя работа по разработке подходов к поиску генов заболеваний, начатая Евгением Рогаевым ещё в середине 1980-х годов. Исследования проводились при поддержке РФФИ, Роснауки, зарубежных организаций. В первую очередь разрабатывалась технология, позволяющая с точностью определять расположение нужных генов в хромосоме, – позже она получила название позиционного клонирования и картирования генов.
«Преимущество этой технологии заключается в том, что не нужно строить никаких гипотез или теорий о том, какие именно молекулы участвуют в развитии заболевания, – говорит Евгений Рогаев. – Мы не опирались на предыдущее знание, иначе бы не смогли определить гены болезни Альцгеймера. Проверяя сцепление гена с маркёрами всех хромосом, выявляются участки генома, которые наследуются вместе с патологией. Таким способом можно найти любой ген, даже если о его положении и функциях ничего неизвестно».
В ходе исследований, к которым были привлечены семьи больных из разных стран мира (США, России, Италии, Германии и других), учёные установили, что у 50-70% пациентов с диагнозом «ранняя семейная болезнь Альцгеймера» нарушена работа гена на 14-й хромосоме. Мутации этого гена, названного «пресенилином-1» или «предстарческим», вызывают заболевание к 30-60 годам, в течение 5-7 лет у пациента резко ухудшается память и происходит полная деградация личности. Никакие условия среды и внешние факторы не могут предотвратить или остановить болезнь.
Позднее учёные выяснили, что развитие старческого слабоумия связано и с мутациями в других генах, в частности, пресенилине-2, который располагается на первой хромосоме. Нарушение его структуры встречается гораздо реже: в первой работе Рогаева (с соавторами) по описанию этого гена мутация была обнаружена в семьях из российских немцев, живущих в Поволжье, и в итальянцеской семье. В дальнейшем редкие мутации в гене пресенилина 2 удалось обнаружить и во многих других популяциях.
На сегодняшний день выявлено четыре гена, мутации и вариации которых бесспорно вызывают патологию или являются факторами риска болезни Альцгеймера.
Загадки необычного фермента
Когда были обнаружены гены–пресенилины, учёные ничего не знали об их функциях. Предполагалось, что они кодируют некий белок, пронизывающий мембрану нейронов в нескольких местах. Но каков механизм его действия, было неизвестно. В ходе дальнейших исследований оказалось, что пресенилины расщепляют белок амилоидного предшественника, образуя труднорастворимый фрагмент – бета-амилоид 42, который при патологии накапливается в нейронах в виде бляшек. Полученные результаты поначалу обнадёжили учёных: раз главный патологический признак болезни Альцгеймера – это наличие в мозге амилоидных бляшек, значит, достаточно подавить действие белка, который их образует, и болезнь будет побеждена.
«Но, увы, не всё так просто, – признаёт Евгений Рогаев. – Очевидно, что пресенилин предназначен вовсе не для создания бляшек. О важности его действия свидетельствовали эксперименты на животных: когда у мышей «выключали» гены пресенилинов, то они почти сразу умирали от геморрагического инсульта или других нарушений, например, неправильного развития скелета. Позже выяснилось, что этот белок – необычный фермент, расщепляющий другие белки внутри мембран, в частности, рецепторы, что ранее считалось нонсенсом в связи с отсутствием там водной среды. Интересно, что такое необычное расщепление ведёт к ещё одному неизвестному ранее механизму передачи сигналов внутрь клетки посредством включения и выключения генов. Оказалось, что внутриклеточный кусочек рецептора, образовавшийся в результате расщепления, попадает в ядро клетки, где регулирует активность некоторых генов. В результате, помимо обнаружения «генов болезни» Альцгеймера удалось открыть ещё и принципиально новый механизм протеолиза (расщепления белков) и внутриклеточных сигналов (сигнальной трансдукции) в клетках. А вот образование бляшек оказалось побочным эффектом работы фермента».
Задача исследования белков-пресенилинов по-прежнему актуальна, учёным необходимо выяснить, как следует воздействовать на эти молекулы, чтобы они подавляли своё действие в отношении предшественника бета-амилоида, но сохраняли активность к другим белкам. Если этого удастся добиться, то исследователям откроются новые возможности для разработки лекарств от болезни Альцгеймера. Для научного коллектива профессора Рогаева это одно из ключевых направлений работы, наряду с генетической диагностикой старческого слабоумия.
Дышите глубже
Основная проблема диагностики старческого слабоумия связана с тем, что далеко не у всех пациентов встречаются явные генетические формы болезни. Хотя, по утверждению Евгения Рогаева, предрасположенность всё-таки имеется. Некоторое время назад учёные провели исследования представителей российской популяции, в результате чего смогли дать ответ на один из ключевых вопросов: генетические или социальные факторы определяют развитие болезни. Оказалось, что основную роль играют нарушения в генах.
Помимо мутаций в пресенелинах, стопроцентно вызывающих старческое слабоумие, есть гены с неполной пенетрантностью, то есть их нарушения могут и приводить, и не приводить к болезни. Это касается в первую очередь генов аполипопротеина Е (сокращённо ApoE). Например, один из вариантов ApoE гена, называемый эпсилон 4, встречается у людей с болезнью Альцгеймера в 3-5 раз чаще, чем у здоровых. Тем не менее, к старческому слабоумию он приводит не всегда, а служит лишь фактором риска. Учёные из лаборатории профессора Рогаева в настоящее время ведут поиск таких генов с менее выраженным влиянием на развитие болезни.
Ещё одно направление исследований связано с выявлением универсального для всех больных физиологического фактора, по которому можно детектировать заболевание до его клинических проявлений. Недавно в сотрудничестве с Н. Пономарёвой были проведены первые исследования, в которых участвовали люди с гаплотипом эпсилон 4 гена ApoE. Их подвергали оксидативному стрессу (заставляли очень глубоко дышать), после чего делали энцефалограмму.
Было установлено, что у людей, которые имели в семье больных старческим слабоумием, сильно изменялись амплитуды определённых волн. Причём проявлялось это уже за 20 лет до предполагаемого развития у них болезни, то есть в возрасте 30-40 лет.
«Вполне вероятно, что энцефалографический показатель может служить неким физиологическим маркёром для детектирования болезни, – говорит Евгений Рогаев. – В том числе и для людей, которые не имеют явных генетических факторов патологии».
В планах учёных разработка технологии молекулярной диагностики болезни Альцгеймера и её внедрение в практику клинических учреждений в виде диагностических наборов.
Лечиться, чтобы не заболеть
Над созданием лекарств от болезни Альцгеймера работают десятки учёных во всём мире, в развитых странах на эти разработки выделяются миллионы долларов. Но пока в этих исследованиях не удалось достичь серьёзных успехов: препараты способны только улучшать самочувствие больного, но не излечивать его.
Существующие лекарства воздействуют на различные системы: холинергические (отвечающие за передачу нервного импульса), глутаматэргические (за процессы обучения и память), а также нейротрофические факторы (способствующие росту и выживанию клеток головного мозга). Например, самые распространённые препараты, воздействующие на холинергические системы, базируются на том, что при болезни Альцгеймера гибнут ацетилхолиновые, или холинергические рецепторы (как правило, это нейроны височных долей мозга). Лекарства воздействуют на фермент холинэстеразу, приводящий к деградации нейротрансмиттеров. Если такой фермент инактивировать, то ацетилхолина (передатчика сигналов нейрона) станет больше, улучшится передача сигналов и, следовательно, память. Исходя из этого механизма действия, ясно, что болезнь, связанная с гибелью нейронов, не лечится. По существу улучшается работа оставшейся системы на химическом и биохимическом, но не на клеточном уровне. Нейроны не восстанавливаются, их дальнейшая гибель не предотвращается, работа головного мозга не улучшается. То есть это симптоматическое лечение.
«К сожалению, сегодня преобладает редукционистская биология и медицина, – отмечает Евгений Рогаев. – Исследователи обычно выбирают какую-то структуру, молекулу или клетку и пытаются её исследовать в ограниченной модели. На уровне всего организма с учётом различных факторов при создании лекарств пока работать затруднительно. Тем не менее, мы пытаемся использовать системный подход и хотим разработать препарат, который будет воздействовать на первопричину болезни Альцгеймера, а не на последствия, когда уже невозможно восстановить погибшие нейроны и удалить образовавшиеся бляшки».
Для создания таких лекарств учёные изучают работу мутантных генов на специально полученных культурах клеток (в американской лаборатории Рогаева создана клеточная модель болезни Альцгеймера) и трансгенных животных. По предварительным прогнозам, на разработку лекарства может уйти несколько лет.
Прямая речь
Евгений Рогаев:
«Развитие науки в США основано на жёсткой конкурентной основе. Когда проводится конкурсный отбор (а он как правило – реальный) на должность «заведующего лабораторией и профессора» в университете, первый критерий: может ли этот человек обеспечить деньгами свою работу, способен ли он конкурировать в грантовских системах? А второе – это связанные вещи, – уровень его научных публикаций, его достижений».
«Когда речь заходит о возвращении российских учёных из-за границы, то не надо ничего изобретать. Есть общемировая практика, опыт Японии, Китая. Нужно создавать хорошие условия для работы и жизни. Должны быть специальные программы – но не только для возвращающихся, а для всех, на конкурсной основе. По приоритетным темам. Пусть все имеют доступ для участия в них, пусть конкурируют и побеждают сильнейшие».
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
07.05.2009