Кіріспе

Адамда кездесетін ақуыз. Альфа-синнуклеин (aSyn) – адамда SNCA генімен кодталатын ақуыз. Альфа-синнуклеин – нейрондық ақуыз, ол синаптық везикулалардың қозғалысын және одан кейін нейротрансмиттерлердің босатылуын реттейді. Мида көп мөлшерде кездеседі, ал жүрек, бұлшықет және басқа тіндерде азырақ болады. Мида альфа-синнуклеин негізінен пресинаптикалық нейрондардың аксондық ұштарында табылады. Пресинаптикалық ұштар синаптық везикулалар деп аталатын бөлімшелерден нейротрансмиттерлер деп аталатын химиялық хабаршыларды бөліп шығарады. Нейротрансмиттерлердің босатылуы нейрондар арасында сигналдарды жеткізеді және мидың қалыпты жұмыс істеуі үшін маңызды. Туыстық Паркинсон ауруы синнуклеин (SNCA) генінің мутацияларымен байланысты. Тұқымдық нуклеация процесінде альфа-синнуклеин басқа амилоидтарға ұқсас қиылысқан қабат құрылымын қалыптастырады. Адамның альфа-синнуклеин ақуызы 140 аминқышқылынан тұрады. Альцгеймер ауруының амилоидты емес бета (non-Aβ) компоненті (NAC) деп аталатын альфа-синнуклеин фрагменті, бастапқыда амилоидқа толы фракцияда табылған, оның прекурсорлық ақуызы NACP-нің фрагменті екені анықталды.

Тіндердің экспрессиялары

Альфа-синуклеин – негізінен жүйке тінінде кездесетін синуклеин ақуызы, ол ми жасушаларының цитозолындағы барлық ақуыздардың бір пайызына дейін құрайды. Ол фронтальді қабықтың, гиппокамптың, стриатумның және иіс сезу түйіршігіндегі нейрондарда жоғары экспрессияланады. Меланоциттерде SNCA ақуызының экспрессиясын микрофтальмиямен байланысты транскрипция факторы (MITF) реттеуі мүмкін. Альфа-синуклеин сүтқоректілердің ми нейрондарының ядросында кеңінен орналасқаны анықталды, бұл альфа-синуклеиннің ядродағы рөлін көрсетеді. Дегенмен, синуклеин пресинаптикалық терминалдарда, еркін немесе мембранаға байланысқан формаларда кездеседі, нейрондарда кез келген сәтте синуклеиннің шамамен 15% мембранаға байланысқан. Альфа-синуклеиннің нейрондық митохондрияда орналасқаны да дәлелденген. Альфа-синуклеин митохондрияда иіс сезу түйіршігінде, гиппокампта, стриатумда және таламуста жоғары экспрессияланады, онда цитозольдік альфа-синуклеин де көп. Алайда, ми қыртысы мен мишақша екі ерекшелік болып табылады, олар цитозольдік альфа-синуклеинге бай, бірақ митохондриялық альфа-синуклеиннің өте төмен деңгейін қамтиды. Альфа-синуклеиннің митохондрияның ішкі мембранасында орналасқаны және митохондриялық тыныс алу тізбегінің I кешенінің белсенділігіне альфа-синуклеиннің тежегіш әсерінің дозаға тәуелді екендігі көрсетілді. Осылайша, митохондриядағы альфа-синуклеин әртүрлі ми аймақтарында әртүрлі экспрессияланады және митохондриялық альфа-синуклеиннің фоновый деңгейі митохондриялық функцияға әсер ететін және кейбір нейрондарды дегенерацияға бейімдейтін потенциалды фактор болуы мүмкін. Ақуыздың басым түрі және ең көп зерттелгені – 140 аминқышқылынан тұратын толық ұзындықтағы ақуыз. Басқа изоформалар – альфа-синуклеин 126, онда эксон 3 жоғалғандықтан 41-54 қалдықтары жоқ; және альфа-синуклеин 112, онда эксон 5 жоғалғандықтан 103-130 қалдықтары жоқ. ПД-мен байланысты микробиомдық өзгерістер ауру процесінің немесе негізгі патофизиологияның, немесе екеуінің де салдарынан болатыны әлі белгісіз. Әртүрлі синуклеинопатиялармен ауыратын адамдарда жиі ішек түйілуі және басқа да асқазан-ішек жүйесінің бұзылулары қозғалыс бұзылысы басталғанға дейін бірнеше жыл бұрын байқалады. Альфа-синуклеин Паркинсон ауруы бар науқастардың ішек-ми осімен байланысты болуы мүмкін. Паркинсон ауруының тұқым қуалау жолымен берілуі альфа-синуклеин (SNCA) генінің мутацияларымен байланысты. Тұқымдық ядролық процесінде альфа-синуклеин басқа амилоидтарға ұқсас қиылысқан қабат құрылымын қабылдайды. Borghammer және Van Den Berge (2019) ұсынғандай, бір тәсіл – әртүрлі асинтерологиялық таралу әдістерімен, соның ішінде бірінші перифериялық жүйке жүйесі (PNS) немесе бірінші орталық жүйке жүйесі (CNS) жолымен PD субтиптерінің мүмкіндігін тану. Асқазан-ішек жолы аутизм спектрінің бұзылуы, депрессия, алаңдаушылық және Альцгеймер ауруы сияқты басқа да неврологиялық аурулармен байланысты болса да, ішектегі ақуыздың агрегациясы және/немесе қабынуы синуклеинопатияларды зерттеуде жаңа тақырып болып табылады. 2014 жылдан бастап, липидтердің болмауына қарамастан, альфа-синуклеиннің ерітінді құрылымында ішінара құрылымдар немесе негізінен құрылымды олигомерлік күйлер бар екендігі туралы есептер саны артып келеді. Бұл үрдісті мономерлік альфа-синуклеиннің бір данасы және ковалентті димерлер немесе альфа-синуклеиннің тетрамерлері бойынша бір молекулалық (оптикалық пинцет) өлшеулердің көп саны да қолдайды. Альфа-синуклеин мидың пресинаптикалық терминалдарының жекелеген популяциясында, синаптық реорганизация кезеңінде жоғары реттеледі. Альфа-синуклеиннің тубулинмен елеулі әсерлесуі және альфа-синуклеиннің тау сияқты микротүбекке байланысты потенциалдық ақуыз ретінде белсенділігі болуы мүмкін екендігі көрсетілді. Альфа-синуклеин SNARE кешендерінің пайда болуында молекулалық шаперон ретінде қызмет ететіндігі дәлелденген. Атап айтқанда, ол бір мезгілде N-терминалдық домені арқылы плазма мембранасының фосфолипидтерімен және C-терминалдық домені арқылы синаптобровин 2-мен байланысады, бұл синаптық белсенділік кезінде маңыздылығы артады. Альфа-синуклеиннің нейрондық Голги аппараты мен көкшеліктер айналымына қатысы бар екендігіне айғақтар көптеп жиналуда. Альфа-синуклеин когнитивтік функцияның қалыпты дамуы үшін өте маңызды. Альфа-синуклеин экспрессиясының мақсатты түрде белсенділігі жойылған милардың кеңістіктік оқу және жұмыс жадының бұзылуы байқалады.

Липидтік мембраналармен өзара әсерлесу

Альфа-синонуклеиннің мембранамен өзара әрекеттесуі және оның мембрана құрамы мен алмасуына қатысы туралы тәжірибелік деректер жиналды. Ашытқы геномының скринингі липид метаболизмімен және митохондриялық бірігумен айналысатын бірнеше гендердің альфа-синонуклеиннің уыттылығына әсер ететінін көрсетті. Керісінше, альфа-синонуклеиннің экспрессия деңгейі липидтік екі қабаттың тұтқырлығына және май қышқылдарының салыстырмалы мөлшеріне әсер ете алады. Альфа-синонуклеин липид мембраналарына тікелей байланысады, фосфолипидтердің теріс зарядталған беттерімен байланысады. Шағын везикулаларға басымдықпен байланысу анықталды. Альфа-синонуклеиннің липид мембраналарына байланысуы соңғыларына күрделі әсер етеді, екі қабатты құрылымды өзгертеді және шағын везикулалардың пайда болуына әкеледі. Альфа-синонуклеин теріс зарядталған фосфолипид везикулаларының мембраналарын иіп, ірі липид везикулаларынан түтікшелер құрайды. Криоэлектронды микроскопияны қолдану арқылы олардың диаметрі шамамен 5-6 нм болатын мицеллярлы түтіктер екені анықталды. Альфа-синонуклеин липид дискісі тәрізді бөлшектерді, аполипопротеинге ұқсас етіп құрайтыны да көрсетілді. ЭПР зерттеулері альфа-синонуклеиннің құрылымы байланысқан бетке тәуелді екенін көрсетті. Ақуыз липопротеин бөлшектерінде бұзылған спиральді конформацияны қабылдаса, липид везикулалары мен мембраналық түтікшелерде кеңейтілген спиральді құрылымды құрайды. Альфа-синонуклеиннің мембранамен өзара әрекеттесуі оның агрегация жылдамдығын модуляциялайды немесе әсер етеді. Мембрана арқылы агрегацияның модуляциясы IAPP және абета сияқты басқа амилоидты ақуыздарда байқалатын модуляцияға өте ұқсас. Олар пероксидтелуге бейім полиқанықпаған май қышқылдарымен (ПҚМҚ) өзара әрекеттесу кезінде пайда болады, бірақ моноқанықпаған май қышқылдарымен емес, ал липид автоокисленуін ынталандыратын темір немесе мыс сияқты өтпелі металдардың байланысы альфа-синонуклеиннің олигомеризациясын тудырады. Агрегатталған альфа-синонуклеин пероксидтелген липидтерге қатысты белгілі бір активтілікке ие және нейрондар мен астроциттердің ПҚМҚ-ға бай мембраналарында липид автоокисленуін тудырады, бұл апоптозға төзімділікті азайтады. Липид автоокисленуі клеткалардың изотоппен байытылған ПҚМҚ (D ПҚМҚ) арқылы алдын ала инкубацияланған жағдайда тежеледі.

Функция

Альфа-синонуклеиннің функциясы толыққанды түсіндірілмеген, бірақ зерттеулер оның синаптық везикулалардың жылжуын шектеу арқылы, салдарынан синаптық везикулаларды қайта өңдеу және нейротрансмиттерлердің босатылуын әлсірететін рөл атқаратынын көрсетеді. Балама көзқарас – альфа-синонуклеин VAMP2-ге (синаптобревин) байланысып, SNARE кешендерін тұрақтандырады; алайда, соңғы зерттеулер альфа-синонуклеиннің VAMP2-ге байланысуы синаптық везикулаларды қайта өңдеудің альфа-синонуклеин арқылы әлсіреуі үшін маңызды екенін көрсетіп, екі көрінетін түрлі көзқарасты байланыстырады. ДНК зақымдану жауап маркерлері альфа-синонуклеинмен бірге адам және егеуқұйрық жасушаларында дискретті ошақтарды құрайды. Адам жасушаларындағы альфа-синонуклеин деңгейінің төмендеуі блеомицинге ұшырағаннан кейін ДНК-ның ДСБ-ларының көбеюіне және оларды жөндеу қабілетінің төмендеуіне әкеледі. Сонымен қатар, альфа-синонуклеин жоқ есетін егеуқұйрықтарда ДСБ деңгейі жоғарылайды, ал бұл мәселені трансгендік адам альфа-синонуклеинін қайта енгізу арқылы жеңілдетуге болады. Альфа-синонуклеин ДНК-ның ДСБ-ларын жөндеу жолын, яғни гомолог емес ұштарды біріктіруді ынталандырады. Дегенмен, Snca-ның қалыпты физиологиялық рөлі әлі толыққанды түсіндірілмеген. Шындығында, физиологиялық Snca бірнеше типті апоптоздық стимулдардың әсерінен туындайтын апоптозды тежеу арқылы немесе апоптоздық жолдарға қатысқан ақуыздардың экспрессиясын реттеу арқылы нейроқорғау әсерін көрсетеді. Жақында дентатты гируста (жаңа нейрондар өмір бойы жаратылатын нейрогендік орта) альфа-синонуклеиннің жоғары реттелуі ішек жасушаларын белсендіретіні анықталды, бұл қарттыққа байланысты нейрондық қарттықтың моделінде байқалады. Бұл модель альфа-синонуклеин экспрессиясының төмендеуін және физиологиялық қартаю кезінде байқалатындай, дің жасушалардың көбеюінің төмендеуін көрсетеді. Дентатты гирустағы экзогенді альфа-синонуклеин бұл кемшілікті жоюға қабілетті. Сонымен қатар, альфа-синонуклеин жабайы типті жас егеуқұйрықтарда дентатты гирус прогенеторлық нейрондық жасушалардың көбеюін күшейтеді. Осылайша, альфа-синонуклеин нейрондық діңгек және прогенеторлық жасушаларды белсендірудің эффекторы болып табылады. Сол сияқты, альфа-синонуклеин SVZ (субвентрикулярлық аймақ, яғни тағы бір нейрогендік орта) дің жасушаларын циклдік күйде ұстау үшін қажет екені анықталды.

Клиникалық маңызы

Альфа-синуклеин, нақты анықталған үшінші құрылымы жоқ, ішкі ретсіз ақуыз болып табылады, оның pI мәні 4,7-ге тең. Белгілі бір патологиялық жағдайларда, ол өзінің негізгі гидрофобтық қалдықтарын жасуша ішкі ортасына бағыттайтын қате бүгілуге ұшырауы мүмкін, бұл осыған ұқсас, сондай-ақ әсер ететін ақуызбен гидрофобтық өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. 2011 жылы екі топ өздерінің зерттеулерін жариялады, онда мутацияланбаған α-синуклеин агрегацияға қарсы тұратын тұрақты бүгілген тетрамерді қалыптастыратыны көрсетілді. Бұл бүгілген тетрамер жасушалардағы тиісті in vivo құрылымын көрсетеді, осылайша альфа-синуклеиннің ретсіздік статусын жояды. Тетрамерлік гипотезаның жақтаушылары бактериялар, біріншілік нейрондар және адам эритролейкемия жасушаларындағы in vivo байланыстардың лабильді, тетрамерлік түрлердің бар екенін растағанын мәлімдеді. Алайда, көптеген жасушалық ЯМР зерттеулері альфа-синуклеиннің ішкі E. coli жасушаларында мономерилік және ретсіз екенін көрсеткеніне қарамастан, бұл мәселе әлі де талқыланып отыр, өйткені қайшы келетін мәліметтер саны артып келеді. Дегенмен, альфа-синуклеин Леви денелерімен сипатталатын патологиялық жағдайларда, мысалы Паркинсон ауруы, Леви денелерімен байланысты деменция және көп жүйелік атрофияда ерімейтін фибрилдерді қалыптастыру үшін жинақталады. Бұл аурулар синуклеинопатиялар деп аталады. Синуклеинопатияның in vitro модельдері альфа-синуклеиннің агрегациясы микротубулалардың бұзылуына, синаптық және митохондриялық дисфункцияларға, тотығу стресіне, сондай-ақ кальций сигналдаудың, протеасомалық және лизосомалық жолдардың бұзылуына әкелетін әртүрлі жасушалық бұзылыстарға әкелуі мүмкін екенін көрсетті. Альфа-синуклеин - Леви денелерінің фибрилдерінің негізгі құрылымдық компоненті. Кейде Леви денелерінде тау ақуызы да кездеседі, бірақ альфа-синуклеин және тау бір инклюзия денелеріндегі екі ерекше жіліктердің қосалқы топтарын құрайды. Альфа-синуклеин патологиясы Альцгеймер ауруының спорадикалық және туыстық жағдайларында да табылған. Альфа-синуклеиннің агрегациялық механизмі әлі белгісіз. Агрегацияның және ақырында Леви денелерінің пайда болуына себеп болатын бета-құрылымына бай құрылымды аралық заттардың бар екеніне дәлелдер бар. 2008 жылғы бір молекулалық зерттеу альфа-синуклеиннің тепе-теңдіктегі құрылымдалмаған, альфа-спираль және бета-жапсырмалы конформерлердің қоспасы ретінде бар екенін көрсетті. Агрегацияны жақсартатын мутациялар немесе буферлік жағдайлар бета-конформердің популяциясын күрт арттырады, бұл оның патогендік агрегациямен байланысты конформация болуы мүмкін екенін ұсынады. Бір теория бойынша, альфа-синуклеин агрегаттарының көпшілігі синапста кішігірім шөгінділер түрінде орналасқан, бұл синапстық дисфункцияға әкеледі. Синуклеинопатияны емдеу стратегияларының бірі альфа-синуклеиннің агрегациясын тежейтін қосылыстарды қолдану болып табылады. Кішкентай молекулалық куминалдегид альфа-синуклеиннің фибрилляциясын тежейтіні көрсетілген. Эпштейн-Барр вирусы осы аурулардың дамуымен байланысты. Паркинсон ауруының отбасылық формаларының сирек кездесетін жағдайларында альфа-синуклеинді кодтайтын генде мутациялар болады. Қазірге дейін бес нүктелік мутация анықталды: A53T, A30P, E46K, H50Q және G51D; алайда, SNCA геніндегі он тоғыз мутация паркинсонизммен байланысты: A18T, A29S, A53E, A53V, E57A, V15A, T72M, L8I, V15D, M127I, P117S, M5T, G93A, E83Q және A30G. Кейбір мутациялар агрегация процесінің басталу және күшею кезеңдеріне әсер ететіндігі хабарланды. Геннің дупликациясы және трипликациясы басқа ұрпақтарда Паркинсон ауруының сирек себебі болып көрінеді, бірақ нүктелік мутацияларға қарағанда жиі кездеседі. Сондықтан, альфа-синуклеиннің кейбір мутациялары Паркинсон ауруына ықпал ететін амилоид тәрізді фибрилдердің қалыптасуына себеп болуы мүмкін. Приматтарда адамның жабайы типіндегі немесе A53T мутантты альфа-синуклеинінің экспрессиясы альфа-синуклеиннің орталық мидың көлденең бөлігінде жиналуына, дофаминергиялық жүйенің дегенерациясына және моторлық функцияның нашарлауына әкеледі. Альфа-синуклеин белоктарының кейбір бөліктері тауопатияда рөл атқарады. Альфа-синуклеиннің приондық түрі көп жүйелік атрофия ауруының себепші факторы болуы мүмкін. Альфа-синуклеиннің өзін-өзі көбейтуге қабілетті "прион тәрізді" амилоидтық жиынтықтары сипатталған, олар амилоидтық бояғыш Тиофлавин Т үшін көрінбейді және in vitro және in vivo нейрондарда жедел таралуы мүмкін. Альфа-синуклеинге қарсы антиденелер Леви денелерін иммунобояу үшін алтын стандарт ретінде юбиквитинге қарсы антиденелерді ығыстырды. Суреттегі орталық панель ақуыз агрегациясының негізгі жолын көрсетеді. Мономерлік α-синуклеин ерітіндіште туа біткендей бүгілген, бірақ α-спиральдық формада мембраналармен де байланыса алады. Бұл екі түрдің жасуша ішінде тепе-теңдікте болатыны ықтимал, бірақ бұл әлі дәлелденбеген. In vitro зерттеулер көрсеткендей, бүгілмеген мономер алдымен β-жапсырмалы өзара әрекеттесулермен тұрақтандырылатын кішкентай олигомерлік түрлерге агрегацияланады, содан кейін жоғары молекулалық салмақты ерімейтін фибрилдерге айналады. Жасушалық контексте липидтердің болуы олигомерлердің қалыптасуын ынталандырады деген дәлелдер бар: α-синуклеин мембранамен өзара әрекеттесетін сақина тәрізді, тесік тәрізді құрылымдарды да қалыптастыра алады. Леви денелері сияқты патологиялық құрылымдарға α-синуклеиннің жиналуы кейбір нейрондарда болатын соңғы оқиға болуы мүмкін. Сол жақта осы процестің белгілі модификаторларының кейбіреулері көрсетілген. Нейрондардағы электрлік белсенділік α-синуклеиннің везикулалармен байланысын өзгертеді және Серин 129-да α-синуклеинді фосфорлаған PLK2 сияқты полюстік киназаны да ынталандыруы мүмкін. Басқа киназалардың да қатысуы болжанып отыр. Фосфорланудан басқа, кальпин сияқты протеазалар арқылы кесу және күкірт қышқылы (NO) немесе қабыну кезінде болатын басқа реактивті азот түрлері арқылы нитрация, синуклеиннің агрегацияға бейімділігін арттырады. Леви денелеріне юбиквитиннің қосылуы депонизацияға байланысты екіншілік процесс болуы мүмкін. Оң жақта α-синуклеинмен шақырылған уыттылықтың ұсынылған жасушалық мақсаттары көрсетілген, оларға (жоғарыдан төменге қарай) ER-Гольджи көлігі, синаптық везикулалар, митохондриялар және лизосомалар, сондай-ақ басқа протеолитикалық механизмдер кіреді. Әрбір жағдайда α-синуклеиннің зиянды әсер ететіні болжанып отыр, әрбір жебеден төмен тізілгендей, бірақ қазіргі уақытта олардың кез келгені нейрондардағы уыттылыққа қажетті немесе жеткілікті екені белгісіз.