Молекулярна биология и молекулярна генетика на деменция - психиатрия на възраст

7 молекулярна биология и молекулярна генетика на деменция
Саймън Aavstoun

въведение

Молекулярна биология - е прилагането на методи за манипулиране на ДНК в експерименталната биология и описание на съответните методологии. Терминът също така се използва за описване на резултатите от тези изследвания. По същия начин, молекулярна генетика - това е експериментална методика за изследване на наследствени черти на ниво ДНК, отново, този термин се използва по-широко да се опише резултатите от тези изследвания. И молекулярната биология, молекулярната генетика, и става все по-технологично оборудвани, и тяхното въздействие върху биологичните науки не могат да бъдат надценени. В действителност, те са предоставили доказателства, че са революционно. Използването на технологичния напредък, можете да се запознаете на функцията на молекулярно ниво, в допълнение към структурните проучвания, и, най-впечатляващите, че е възможно да се конструира модели на отделните процеси в клетките и живите организми. Най-малките детайли могат да изследват функциите на отделните протеини и тяхното взаимодействие с други компоненти на клетките и да проучи малки и големи промени в протеиновата последователност.
В областта на неврологията, молекулярна биология и генетика значително напреднали. Поради огромния им принос в психиатрията на старостта, особено през последното десетилетие, то се е подобрило разбирането на болестта на Алцхаймер (БА) до степен, че патогенезата на това условие може да бъде експериментално възпроизвеждат на молекулярно ниво. Това се промени разбирането ни за други, по-редки, деменции, особено енцефалопатии (подобна на гъба) енцефалопатии. Все пак трябва да се отбележи, че молекулярната наука са имали малко влияние върху резултатите от изследването на други психични разстройства. Причините за това не са напълно ясни, но е вероятно да бъде свързано със сложността, разнородния и неясен характер на афективни разстройства и психози, както и сложността на взаимодействието на околната среда и лични фактори. Когато изследователите молекулни процеси ще могат да обединят усилията си с епидемиолозите, учени и потребителско поведение други психологически дисциплини, а след това резултатите от молекулярно-биологични и молекулярно-генетични изследвания на психичните разстройства в напреднала възраст са наистина великолепни. Докато достатъчно на "експлозия" в изследванията деменция, сега виждаме.

болестта на Алцхаймер

Сенилни плаки и амилоидни отлагания

Амилоидните плаки, голям извънклетъчен структура със сърцевина от амилоид вещество, заобиколени от дегенериращи неврони - може би най-забележителните neuromorphological описаните промени на Алцхаймер. Амилоид - "специална вещество в мозъчната кора» (на Алцхаймер, 1907), който е депозиран в плаки в основни форма фибрилите на дебелина 9-10 нанометра и се открива чрез birefraktsionnomu зелено-червено оцветяване при поляризирана светлина. Това общо свойство на всички амилоидни протеини и полипептиди на вторичната структура, те приемат в виво. В допълнение към натрупването на плаки вътре амилоидни фибрили в болестта на Алцхаймер и са депозирани в стените на малките кръвоносни съдове на кората на главния мозък, и съдовете са намерени на двойно пречупване в поляризирана светлина. Поради образуването на антитела към протеинови плаки основните се изследва имунохистохимично открива първия и дифузен аморфни структури, които са невидими при стандартни оцветяване на мозъчни тъкани с хематоксилин-еозин или сребро импрегниране. Тези лезии, известни като дифузни плаки, които често се срещат при млади хора със синдром на Даун преди появата на широко разпространените плаки и образуване на възли. Това води до предположението, че те са - началото на прекурсор на сенилни плаки при пациенти с болестта на Алцхаймер (Mann et AL, 1990). Имаше дълги дебати за ролята на амилоидни отлагания в молекулярната патогенезата на AD, но повечето изследователи лесно се съгласяват, че амилоидни отлагания - необходима, ако не и достатъчно условие за развитието на заболяването (Selkoe, 1994 г.).
Амилоид протеин първо се изолира от стените на менингеалните кръвоносните съдове на пациенти с БА (Glenner и Wong, 1984), но скоро се изолира от самите плаки (Masters сътр, 1985). Това 39-43 аминокиселинен пептид, амилоид протеин амилоид, и самата получена от голям мембранно свързан протеин - амилоиден прекурсорен протеин (BPA- Kang и др, 1987). Значително усилие е направено за изясняване на клетъчната роля на АРР, неговите нормални и патологични метаболизма и агрегация ефекти на AR ин виво.
Множество изоформи на АРР са генерирани от алтернативно снаждане на единичен ген в хромозома 21. В някои изоформи зона хомоложна Kunitz тип протеаза инхибитор (PKI), но в мозъка на пациенти с БА прекомерно иРНК (и следователно най-богата протеин) изглежда се отнася до BPA695, който липсва PKI домен (Palmert и др, 1988) , АРР е широко представена в много тъкани и на място е трансмембранен, неговата малка амино-край насочен в клетката, и голям karboksiokonchanie - в извънклетъчното пространство. AR фрагмент е протеин в район определен във външния клетъчната мембрана (фиг. 7.1). Точната функция на APP все още е несигурно. Във всеки случай, е вероятно различни в различните тъкани. Допускането на пълен или формоване, функция FHT се прави въз основа на наблюдения, че протеинът проявява значителен еволюционен опазване с междувидовата сходство и факта, че е част от семейството на хомоложни протеини (включително като амилоиден прекурсорен (PPPA) 1 и 2). Разтворими форми на АРР, съдържащи PKI домейн, протеин, идентична с тази преди счита proteazosvyazyvayuschim протеин 2. Известни функция на този протеин в аналогия предполага, че ролята на АРР е да се осигури силно взаимодействие между клетките. Освен това се предполага, че бисфенол действа като медиатор на контакт на клетките, се придвижат от доказателства за неговата способност да влияят върху адхезията и растежа на качеството на невронни клетки в култура (Schubert и др, 1989 Milward и др., 1992- Чен и Yankner, 1991).

Структурата на гени и протеинови продукти начин по-сложно, отколкото някой може да си представи, когато Watson и Crick описано химичната структура на ДНК и нейната роля в наследственост. Генетичният материал се съдържа в отделни структури, кодирани от нуклеотидните бази в ДНК Най ДНК, обаче, представлява некодираща материал Частична е установено, функцията на генетични установки и други контролни механизми Междувременно, значителна част от ДНК се състои от некодиращи области в гени са известни като интрони и значително количество ДНК, разположена между гени с неизвестна функция. Всъщност гени се състоят от ДНК, кодираща структура протеин (екзони) между екзони на некодираща ДНК (интрони) и контролни последователности. Екзоните се транскрибират в РНК, който на свой ред се превръща в протеин. Различни изоформа протеин може да се произведе чрез алтернативен сплайсинг - механизъм как различни видове РНК, получени чрез транскрипция на различните екзони или кодираща ДНК региони.
По този начин, в резултат на транскрипция на екзони хипотетичен 4-екзон ген се появява най-голямата изоформа транскрипцията на екзони 1, 2 и 4 се произвежда малка изоформа, транскрипция на екзони 1 и 4 - дори по-малко Оказва се, че в много отношения естеството - консервативните и някои гени кодиращи последователности имат общ или хомология. Те се превърнаха в мощен инструмент в областта на биологията, както и в компютърните програми може да сканира има безкраен геномна база данни търсите хомоложни области. Направете гени с подобни последователности обикновено са сходни функции. хомология междувидовата Предполага близо еволюционна връзка между видовете по отношение на ген на значимост и полезност, че неговата структура по време на еволюцията не се променя.
Ярък пример за хомоложните зони на търсене Полезно е генетика на астма в началото на лятото на 1995 г. са били идентифицирани мутации в 14-та хромозома. Гледайки през геномна база данни, друга група от изследователи е често срещан подобен ген в една хромозома. Този ген, който преди това не е в интерес за изучаване на астма, беше на членовете на семейството на болестта на Алцхаймер и мутацията е бил идентифициран, което води ген заболяване е идентифициран само няколко седмици, свързана с болестта на фамилна Алцхаймер - научно постижение, за което в противен случай Тя може да отнеме много години, дори и с днешните бързи темпове на движение.
Това означава, че ако може да бъде хомоложен на всеки други гени могат да съществуват като протеини. Има все повече доказателства, че много протеини са членове на цялото семейство на протеини с подобна аминокиселинна последователност, структура, и (често) функция.
Един от най-пълните доклади за невероятния науката за гените могат да бъдат намерени в редовно се публикуват "Genes" (публикувани в Lcwin, Oxford University Press).

Фиг. 7.1. Протеин - амилоиден прекурсорен протеин (АРР). Показва позицията на протеина в мембраната, мястото на разцепване и мутацията в позиция

Той е само един фрагмент от АП се отлага в плакети и стени на кръвоносните съдове на хора, страдащи от болестта на Алцхаймер. Следователно е вероятно, че този фрагмент се появява като резултат на патологични промени в родителски АРР молекула. Въпреки това, сега е ясно, че Ар - само по себе си нормално, а не като патологичен продукт на APP. За съжаление, много по-малко е известно за биологичната роля на Аг, че интересна невротропно се демонстрира (Уитсън и сътр., 1989 Yanker и сътр., 1990).
Че резултатите от проучвания на вътреклетъчен транспорт на АРР разсеяни по-рано, че Аг е патологично продукт на обмяната на веществата. Доказано е, че Ар се секретира от различни клетки и трансфектирани клетъчни модели освен факта, че той присъства в цереброспиналната течност на пациенти и здрави контролната група (Хаас и сътр., 1992a, Seubert и др, 1992, Shoje и др, 1992, Busciglio и др, 1993 ). Мембранно свързан АРР се разцепва от поне две ензими -. А-секретаза (Esch et Al, 1990) Р-секретаза и (Seubert и др, 1993). Отцепването сайт е а-секретаза в фрагмента Ар, генерира продукти на разцепване без интактен AR, докато разцепване на мястото на р-секретаза карбокси краен фрагмент, произведен с непокътнати амилоид (Ар) последователност. Мембранно свързан приложение може също reinternirovatsya в ендозоми в клетка (Хаас и сътр, 992b.) - везикули, които са насочени към липозоми, съдържащи протеаза. Цялостни Aw съдържащ протеолитични фрагменти, генерирани по този начин (Golde и др, 1992). Може би това е пътят, който се генерира от нормалната секретиран AB (Koo и сътр., 1994).
По този начин, метаболизма на АРР генерира множество вътреклетъчни продукти, някои от които съдържат интактния Aw-последователност (амилоидогенен метаболизъм). На секретирани продукти колкото karboksiokonchany бисфенол (TRAU), разделена-секретаза, и Аг.
В нормалния CSF главно AR се състои от (AR 1-40- VigoPelfrey и сътр., 1993) 40 аминокиселини. болест на Алцхаймер, обаче, АП се отлага под формата на протеин, състоящ се от аминокиселини 39-43 и изобилно намерени в плаки и съдовите стени често съдържа АР 1-42 (Miller и др, 1993 Roher и сътр., 1993). Освен това, относително неразтворими AR 1-42, се забави в началото на процеса на заболяването (Ivatsubo и др, 1995). Въпреки AR - нормален клетъчен продукт е вероятно, че образуването на относително големи изоформи е причина за болестния процес.
Разбирането на АРР метаболизъм допълнително се усложнява от наблюдението, че секрецията на а-секретаза proteolizirovannyh фрагменти (TRAU) се амплифицира чрез стимулиране на холинергичните рецептори. Мускариновите рецептори, особено на М1 / m3 изглежда да увеличи секрецията TRAU и намаляване на количеството на свързани БПА клетки (Nitsch и др, 1993, Haring и др, 1994). Тъй като мястото на разцепване на което се образува TRAU се намира в рамките на последователността на Ар, както е обсъдено по-горе, в резултат на стимулиране на М1 / M3 ще намали общия брой на Ag-съдържащ метаболитен продукт - намаляване на "амилоидогенно" АРР метаболизъм. Мускариновите рецептори са събрани в групи от протеини, - свързване главно протеини, кинази и фосфатази, - които предават сигнала за активиране към клетъчните рецептори. Доказано е, че директно активиране на тези клетки от сигнални каскади надолу от мускариновите рецептори също влияе върху метаболизма на АРР (Buxbaum и др). Освен това беше установено, че амилоидогенен метаболизма в фибробласти взети от индивиди с шведски мутация на АРР може да се намали съединения, които действат по този начин (Felsenstein и др, 1994). Свързването на структурни промени в болестта на Алцхаймер (отлагане на амилоид в плаки) с известни функционални промени (най-вече на изчерпване на холинергичната начин), можете да получите по-дългосрочни възможности за терапия.
Ако бисфенол - широко представена и еволюционно непроменен протеин и Аг - нормално метаболитен продукт, което роля тези протеини играят астма? Убедително доказателство за патологична роля на амилоид Въз основа на данни от генетични изследвания, обсъдени по-долу, и новосъздадените животински модели. Въпреки това, някои от данните от ин витро опитите показват, че, независимо от факта, че AB - нормален метаболитен продукт, само по себе си е невротоксичен. Това невротоксичност се регулира от състоянието на АП, фибриларен амилоид невротоксичността на по-голяма от необобщена разтворим АР (Pike et Al, 1993 Simmons и др, 1994).
По този начин, патологични protses Алцхаймер може да ускори по себе си не Aw и ин виво монтаж на пептида в фибриларен амилоид в сенилни плаки Алцхаймер.
Друг ключов въпрос, който трябва да бъде адресирано до изследователи амилоид: какъв е механизмът на невротоксични ефекти на обобщена Ap? Той се предполага пряко включване на AR в образуването на свободни радикали (Behl и др, 1994 Hensley et Al, 1994), промени в невроналната калциевата хомеостаза (Mattson et AL, 1992) или индиректен ефект като огнището генериране на възпалителен отговор (Rogers et Al, 1992) , Каквато и да е механизъм на увреждане на невроните, предизвикана натрупване Av неврохистологични процес при болестта на Алцхаймер включва неврофибриларни възли. Ето защо, в който и да е убедителен модел на астма може да се проследи връзката между образуването на плаки и плетеници форма. Някои изследвания показват, че в невроните в културата на живот, Аг частично препарати индуцират молекулни промени намерени в неврофибриларни възли (Greenberg et AL, 1994). Въпреки това, в други проучвания, пряка физическа връзка между точката за достъп и на големи протеинови компоненти се демонстрира възли (Smith et AL, 1995). Въпросът дали АБ предизвиква образуването на неврофибриларни възли, преки, косвени, или дори по обратния начин, при определени обстоятелства, когато образуването на сплитовете насърчава отлагането на амилоид, трябва да остане за дебат и по-нататъшни изследвания.