Дефицит CDKL5 при генетической эпилепсии можно смягчить активацией другой киназы

Ученые из Института Фрэнсиса Крика нашли новую мишень для лечения синдрома дефицита CDKL5 (CDD), одного из самых распространенных типов генетической эпилепсии.

Ген CDKL5, находящийся в Х-хромосоме, кодирует фермент циклинзависимую киназу 5 (cyclin-dependent kinase-like 5), который присоединяет фосфатные группы к другим белкам и тем самым изменяет их активность. Киназа CDKL5 необходима для развития нейронных связей в раннем возрасте. Патогенные варианты CDKL5 вызывают неврологические расстройства, которые сопровождаются эпилептическими припадками, тяжелыми нарушениями когнитивного развития, подвижности и мелкой моторики. Лишь около трети пациентов могут передвигаться без инвалидной коляски. Известно более 265 патогенных мутациях в CDKL5, в том числе вставки и делеции, вызывающие сдвиг рамки считывания, и нонсенс-мутации. Частота встречаемости синдром дефицита CDKL5, по-видимому, составляет около 1 на 40 000–60 000 новорожденных; около 90% больных женского пола.

В исследовании этой патологии важную роль играют мышиные модели с нокаутом Cdkl5. Было показано, в частности, что восстановление активности гена купирует симптомы; надо отметить, что и отключение гена производилось у взрослых особей (подробнее на PCR.NEWS). Также проводились эксперименты по доставке нормальной копии гена в клетки мозга мышей; для этого использовали вектор на основе аденоассоциированного вируса.

Чтобы разработать адекватную заместительную терапию, необходимо понимать закономерности активности CDKL5 в мозге. Этим белком обогащены кора, гиппокамп, полосатое тело и обонятельная луковица. Однако на клеточном уровне сложно получить результаты из-за отсутствия надежных методов иммуноокрашивания; например, неясно, экспрессируется ли CDKL5 в глиальных клетках. Неясно также, могут ли компенсировать его дефицит другая киназа или киназы.

Авторы нового исследования использовали в качества индикатора активности CDKL5 одиз из его субстратов — ассоциированный с микротрубочками белок EB2, точнее, его фосфорилированную форму EB2 pS222.

Исследования на мышах с условным и с полным нокаутом CDKL5 показали, что в норме CDKL5 преимущественно активен в возбуждающих и тормозных нейронах, но не в глиальных клетках. На это указывали как данные об экспрессии мРНК в разных типах клеток мышей, взятые из общедоступной базы, так и присутствие в клетках EB2 pS222.

Кроме того, авторы обнаружили, что активность CDKL5 подавляется притоком кальция через синаптические NMDA-рецепторы, а EB2 дефосфорилируют фосфатазы PP1 и PP2A. Очевидно, вместе с CDKL5 они поддерживают базовый уровень фосфорилированной формы.

В небольших количествах EB2 pS222 присутствовал и в клетках, где не было CDKL5, и можно было предположить, что его фосфорилирует другая киназа. Чтобы определить, так ли это, авторы провели скрининг киназ, имеющих высокую гомологию с CDKL5, и обнаружили, что ICK и CDKL2 фосфорилируют EB2 S222 в клетках HEK293T и первичных нейронах.

В мозге человека ICK не очень активно экспрессируется, поэтому исследователи сосредоточились на CDKL2. Чтобы подтвердить, что CDKL2 может фосфорилировать субстраты CDKL5 в более физиологических условиях, они получили мышей с нокаутом генов двух киназ — Cdkl5 и Cdkl2. На этой модели продемонстрировали, что CDKL2 in vivo фосфорилирует белки-мишени CDKL5 — EB2 и MAP1S. Двойной нокаут еще сильнее подавлял фосфорилирование. По оценке авторов, CDKL2 обеспечивает примерно 15% фосфорилированного EB2, а CDKL5 фосфорилирует 80%, остальное же количество приходится на другие киназы.

Таким образом, впервые показано, что CDKL2 можно использовать для терапии дефицита CDKL5. «CDD — это разрушительное заболевание, которое поражает маленьких детей с рождения, и мы мало знаем о том, почему потеря этого фермента так катастрофична для развивающегося мозга. Благодаря этому исследованию мы определили потенциальный способ компенсировать потерю CDKL5. Если мы сумеем повысить уровень CDKL2, однажды мы сможем остановить ухудшение симптомов», — говорит руководитель исследования Сила Ультанир, завлаборатории киназ и развития мозга в Институте Фрэнсиса Крика.

Ученые предполагают, что дефицит CDKL5 может быть обратим даже у взрослых