При болезни Паркинсона нарушаются стабильность мРНК и функции телец процессинга

Болезнь Паркинсона — это одно из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний. Его главными симптомами являются характерные двигательные расстройства — паркинсонизм (связан с дефицитом дофамина), а также когнитивные нарушения. Среди ключевых механизмов патогенеза болезни Паркинсона — изменения альфа-синуклеина (αS). αS — внутренне неупорядоченный (intrinsically disordered) белок, он лишен строго определенной конформации и легко «слипается» в агрегаты. Однако механизмы токсичности αS не совсем понятны.

В новой статье, опубликованной коллективом ученых из США и Канады в журнале Cell, выявлен новый патогенетический механизм болезни Паркинсона с участием αS. Он затрагивает работу так называемых P-телец и стабильность мРНК.

P-тельца, или тельца процессинга, представляют собой небольшие немембранные органеллы, расположенные в цитозоле эукариот. P-тельца образованы РНК-связывающими белками и мРНК и контролируют ее декэпирование (снятие защитной кэп-структуры с 5'-конца), а также хранение мРНК и сайленсинг.

В новой работе исследователи выяснили, что αS связывает коровые белки P-телец (Edc3, Edc4, Dcp1, Dcp1, Xrn1), которые регулируют снятие кэпа с мРНК и ее деградацию. В этом принимает участие N-концевая область αS — та, что способна также связывать мембраны.

Для того, чтобы разобраться со сложными молекулярными механизмами токсичности αS, ученые использовали несколько модельных систем. В экспериментах на дрожжах (Saccharomyces cerevisiae) они установили, какие регуляторные пути при патологических изменениях этого белка нарушены сильнее всего. Для этого применялась платформа управляемого скрининга RBPyTRAP (yeast transcriptional reporting of aggregating proteins), которая использует синтетический фактор транскрипции и позволяет отслеживать агрегацию белков по флуоресцентному сигналу.

Полученные данные подтвердили на многоклеточной модели — плодовой мушке Drosophila melanogaster, а именно линии насекомых, которая моделирует синуклеинопатию. С помощью метода количественной ПЦР оценивали РНК-интерференцию. Авторы отметили специфический для мозга нокдаун гена XRN1, вызывающий усиление двигательных расстройств. Таким образом, в этих опытах была установлена связь токсичности αS с экспрессией генов, кодирующих компоненты P-телец.

Далее линию клеток человека HEK293, эндогенно экспрессирующую αS, использовали для исследования специфических белок-белковых взаимодействий αS. Для этого применяли флуоресцентную метку (GFP) и связывающие ее антитела, методы количественной масс-спектроскопии и pull-down-анализ. Авторы показали ключевую роль N-конца αS в связывании и мембран, и компонентов P-телец. Среди наиболее активно связывающих αS белков оказались четыре компонента P-телец (Edc3, Edc4, Dcp1, Dcp2), которые как раз и образуют декэпирующий модуль.

Авторы изучили нейроны, полученные из плюрипотентных стволовых плеток пациентов с болезнью Паркинсона и мутациями в гене, кодирующем αS. Физиологическая структура и функции P-телец были утеряны, а регуляция мРНК была нарушена. То же было показано в посмертно собранных образцах ткани пациентов с болезнью Паркинсона. Генетический анализ подтвердил — люди с мутациями в генах, кодирующих компоненты P-телец, имеют более высокий риск развития болезни.

В то же время сам αS в составе P-телец обнаружен не был. Следовательно, взаимодействие αS и этих комплексов происходит либо в свободном виде в цитозоле, либо в составе «микро-P-телец». Так авторы обозначили растворимые фрагменты этих комплексов, которые не образуют плотные гранулы.

«Если мы хотим создать таргетирующие альфа-синуклеин методы терапии, нам необходимо сперва выяснить функции этого белка и возможные последствия снижения уровня его активности», — подводит итог Эринк Халлакли, первый автор статьи и сотрудник Гарвардской медицинской школы (США).