Изучение болезни Альцгеймера (2)
Генетические механизмы болезни Альцгеймера
Евгений Рогаев, ПостНаука
Болезнь Альцгеймера может затрагивать людей совершенно разного возраста, но чаще она встречается в возрастных группах старше 60–65 лет. Особенно часто болезнь возникает в группе людей старше 80 лет. Существуют редкие случаи обнаружения болезни у людей до 60 и даже до 40 лет. Ученые не знали, разные это болезни или одна и та же. Сейчас достигнут консенсус: мы считаем, что это одна и та же болезнь, но в ранней и поздней формах, имеющих одинаковые признаки: гистопатологические, амилоидные бляшки, нейрофибриллярные клубки.
До генетических исследований мы не знали, почему у одних людей болезнь развивается раньше, а у других позже, поэтому множество работ было посвящено эпидемиологическим факторам. Ученые изучали, какие факторы среды могут влиять на развитие болезни. Самый главный фактор – старение. Ранее существовала популярная идея о том, что некоторые металлы, например алюминий, являются негативным фактором, влияющим на болезнь Альцгеймера. Частота развития болезни Альцгеймера была выше там, где находили высокое содержание алюминия в воде. Эти многочисленные факторы эпидемиологического свойства, на которые указывали ученые в своих работах, часто не подтверждались в других исследованиях.
Суммируя подтвержденные данные, мы можем выделить два основных фактора риска: травму головы и депривацию сна. Травма головы – это дополнительный фактор риска развития различных форм деменции, в том числе болезни Альцгеймера, особенно если она сочетается с некоторыми генетическими факторами, о которых мы поговорим чуть позже. Люди, которые постоянно подвергаются разным видам бессонницы, находятся в группе повышенного риска.
Подчеркну, что ученые пытаются разобраться, является ли это методическим артефактом или действительно причиной. Ведь возможна и обратная ситуация: пациенты, у которых наблюдается начальная стадия болезни Альцгеймера, страдают бессонницей. Однако эксперимент на мышах показал, что у зверьков, которых искусственно заставляли не спать, повышается уровень бета-пептида. Он находится в амилоидных бляшках и является фактором риска развития болезни.
Третий фактор, влияющий на развитие заболевания, – наличие в жизни человека эпизодов потери сознания, в том числе во время хирургических операций. Это умеренные факторы риска, которые несравнимы с такими факторами, как возраст и генетика. Поиск внешних факторов дает нам мало информации о механизме болезни. Перейдем сейчас к генетическим исследованиям.
В 1940-х годах ученые описали случаи появления в семьях ранних форм болезни Альцгеймера, которые развиваются до 60 лет. Для поздней формы болезни такой строгой тенденции не наблюдали. Достаточно трудно изучать такие закономерности, ведь родственники могли не доживать до возраста развития болезни.
Изучение болезни Альцгеймера – это пример успешного применения различных методов исследования для выявления разных генов болезни. Ученые используют поиск гена болезни через биохимический продукт. Мы знаем нарушение на уровне белка или биохимии и на этом основании пытаемся найти нужный нам ген. Мы знаем, что существует амилоидная бляшка или пептиды, и полагаем, что это не просто маркер патологии, а ее причина. Так была расшифрована сначала аминокислотная последовательность пептида – 42 аминокислоты. С помощью этой информации вывели нуклеотидную последовательность ДНК, которая должна кодировать белок с нарушением. Ученым удалось выделить ген – амилоидного предшественника. Оказалось, что патогенный пептид, влияющий на развитие болезни Альцгеймера, лишь маленький кусочек амилоидного предшественника.
Так как мы рассматриваем генетическую болезнь, мы имеем дело с мутациями. Ученые начали искать мутации амилоидного предшественника в семьях с ранней формой болезни и смогли их обнаружить. Мутации находились вблизи кусочка, который ассоциирован с болезнью Альцгеймера. Однако, когда стали смотреть более 90% оставшихся семей, никаких мутаций не обнаружили. Тогда мы начали исследования с международной группой тех семей, в которых не было мутации в гене амилоидного предшественника.
Мы использовали совершенно другую технологию, очень сложную и трудоемкую. Она позволила выявить ген, о котором мы ничего не знаем: ни функций, ни биохимических продуктов. Такая технология называется методологией позиционного клонирования генов. Она заключается в том, что если мы знаем маркеры – разбросанные по всему геному полиморфные ДНК, – то надо их накопить, чтобы мы могли проследить, как наследуется каждый из этих маркеров в семьях. Если он наследуется вместе с болезнью, ген находится где-то рядом. Мы знаем локализацию маркеров на хромосомах и можем сначала найти локализацию гена, а затем вытащить сам ген. Это было сделано еще до того, как геном человека был расшифрован.
Таким способом удалось найти ген, который мы назвали «пресенилин-1» – предстарческий. Оказалось, что этот ген кодирует белок с множественными трансмембранными доменами. Это он сидит в клеточной мембране, пронизывая ее несколько раз. Об этом гене не было известно ничего. Множество работ было выполнено на протяжении полутора десятка лет, чтобы изучать функцию этого белка и гена. Оказалось, что этот белок – необычный фермент, режущий амилоидного предшественника внутри мембраны, в которой он сидит. В результате вываливается пептид. Также используется еще одна протеаза, еще один фермент, который режет мембрану снаружи. Мутации были обнаружены в пресенилине-1. Потом был выделен гомолог – похожий ген пресенилин-2. Эти мутации усиливают расщепление.
В результате сейчас мы знаем механизм для всех форм болезни Альцгеймера. Это механизм протеолиза, то есть неправильного расщепления белков внутри мембран. Даже если нет мутации, расщепление все равно происходит, но не с такой скоростью. Если мы знаем мишени, можем разрабатывать лекарственный препарат. Это объясняет большую часть очень ранних форм болезни Альцгеймера, для поздних форм таких мутаций нет.
Почему же тогда возникает болезнь? Был применен другой генетический подход: просто перебирались гены, известные в середине 1990-х годов. Случайно было обнаружено, что известный аполипопротеиновый E-ген, который участвует в транспорте липидов, влияет на болезнь Альцгеймера. В человеческой популяции он представлен в трех видах: e2, e3, e4. У европейцев e4 встречается в 10% случаев. Оказалось, что этот вариант гена является сильным фактором риска развития болезни Альцгеймера, в том числе поздних форм. Если приходит этот вариант от папы и мамы, у вас находятся две копии гена e4, риск заболевания в 10 раз выше. Мы объяснили еще 40% случаев болезни Альцгеймера, но до сих пор не можем объяснить около 40–50% случаев, которые связаны с другими факторами. Так или иначе, мы поняли генетическую составляющую болезни Альцгеймера. Мы не до конца понимаем молекулярный механизм, как работает аполипопротеиновый ген, но, скорее всего, он тоже действует на механизм протеолиза. Теперь мы можем использовать это для молекулярной диагностики. Если мы находим мутацию в пресенилинах для врожденного заболевания у совсем маленьких детей, мы можем точно предсказать развитие болезни до 60–65 лет. Но, в отличие от рака молочной железы, мы не можем прибегнуть к каким-то хирургическим превентивным операциям. Были описаны случаи проведения преимплантационного тестирования с использованием анализа генов болезни Альцгеймера. По запросу женщины тестировались ее ооциты, и выбирался такой, который не несет ген с мутацией. Искусственное оплодотворение проводили только клетки, которые не несут мутации. Такой метод порождает определенные этические вопросы, которые ведут к всевозможным дискуссиям, потому что это не врожденное заболевание – оно наступает после 40 лет.
К сожалению, клинические испытания лекарственных препаратов, направленных на первичный механизм, пока не привели к реальным результатам. Когда мы пытаемся воздействовать на механизм, который предсказали, не всегда можно увидеть позитивный результат сразу же. Хотя на моделях животных, в частности мышей, удалось провести процесс, который называется «иммунизация»: добавление бета-пептида и возникновение антитела на этот пептид. На модели болезни Альцгеймера у мышей добивались рассасывания амилоидных бляшек в мозге. Тестирование метода на человеке привело к ряду негативных эффектов. Главный из них – воспаление мозга, возникновение сильного иммунного ответа. Это направление еще не закрыто, ученые проводят исследования с безопасной вакцинацией, другими формами пептидов.
Существует разработка гуманизированных человеческих антител. Ученые получают антитела и с их помощью пытаются лечить больных. Но последние клинические испытания показали, что позитивных результатов и улучшения когнитивных свойств больных не происходит. Мы знаем первичный механизм, но у нас нет лекарств. До сих пор используются те же самые препараты, которые воздействуют на нейротрансмиттер ацетилхолин. Ингибитор ацетилхолиновой эстеразы – фермент, который разрушает ацетилхолин – нейротрансмиттер между нейронами, который передает сигналы. Если его сохранять между клетками, когнитивные способности будут лучше. Но это сохранение не держится долго, это симптоматическое лечение, которое не устраняет самого механизма болезни. Сейчас многие фармакологические компании отказываются от разработки лекарств, действующих на первичный механизм – амилоиды. Они делают ставку на разработку новых подходов.
Один из тех подходов, который нам интересен, – использование малых РНК-интерферирующих молекул, которые могут связываться непосредственно на уровне РНК с мишенями при болезни Альцгеймера. Нас интересует аполипопротеиновый E-ген. Мы в коллаборативной группе с учеными Массачусетского университета исследуем, может ли малая РНК-молекула подавлять активность на уровне аполипопротеинового E-гена. Мы хотим увидеть улучшение на моделях мышей. Если вернуться к старению, следующий этап для нас – попытка поиска тех факторов риска, которые вызывают старение. Нас интересуют эпигенетические изменения – химические модификации генома, влияющие на активность генов. Такие изменения происходят в нейронах при старении. Мы не знаем, можно ли на них воздействовать так, чтобы обратить вспять такие изменения. Эпигенетические изменения, в отличие от мутаций, можно обратить вспять, тем самым изменив регуляцию генов. Такие работы мы проводим, для того чтобы увидеть сигналы активности генов в нейронах, которые происходят или изменяются при старении. Эти гены могут быть новыми мишенями для лечения.
Об авторе:
Евгений Рогаев – доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией эволюционной геномики Института общей генетики имени Н. И. Вавилова, заведующий кафедры генетики биологического факультета МГУ, Медицинская школа университета Массачусетса.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru