Экспрессия генов мембранных белков лизосом при болезни Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене глюкоцереброзидазы (GBA)

Tatiana S. Usenko1, Anastasia I. Bezrukova1, Darya A. Bogdanova1, Mikhail A. Nikolaev1, Irina V. Miliukhina1, Elizaveta V. Gracheva2, Konstantin A. Senkevich1, Ekaterina Yu. Zakharova3, Anton K. Emelyanov1, Sofya N. Pchelina1
1ФГБУ «Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт», Гатчина, Россия; 2ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины», Санкт-Петербург, Россия; 3ФГБУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова», Москва, Россия

Аннотация


Введение. Известно, что у носителей мутации в гене лизосомного фермента глюкоцереброзидазы (GBA) риск развития болезни Паркинсона (БП) возрастает в 7–8 раз. Однако не у всех носителей мутаций в данном гене в течение жизни развивается БП. Мы предполагаем, что дисфункция мембранных белков лизосом, участвующих в аутофагии и транспорте глюкоцереброзидазы в лизосому может способствовать развитию БП у носителей мутаций в гене GBA.

Цель исследования — оценить вклад экспрессии генов LAMP2 и SCARB2 в CD45+-клетках периферической крови в развитие GBA-БП.

Материалы и методы. Обследованы 9 пациентов с GBA-БП, 9 бессимптомных носителей мутаций в гене GBA, 37 пациентов с БП и 56 лиц контрольной группы. Относительный уровень мРНК генов LAMP2 и SCARB2 в CD45+-клетках крови, полученных с использованием магнитного сортинга, проводилось методом количественной полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени с использованием флюоресцентных зондов TaqMan.

Результаты. Относительный уровень мРНК гена LAMP2 и гена SCARB2 в CD45+-клетках крови был снижен у пациентов с GBA-БП относительно пациентов со сБП и контроля (LAMP2: p < 0,0001, p = 0,01 соответственно; SCARB2: p = 0,01, p < 0,05 соответственно) и бессимптомных носителей мутаций в гене GBA по сравнению с пациентами со сБП (LAMP2: p = 0,021; SCARB2: p < 0,05) и а также контроля (LAMP2: p = 0,029). Выявлен пониженный уровень мРНК гена LAMP2 (p = 0,024) и отсутствие различий в уровне мРНК гена SCARB2 (р < 0,05) в CD45+-клетках крови у пациентов GBA-БП по сравнению с группой бессимптомных носителей мутаций в гене GBA.

Заключение. Показано, что GBA-БП характеризуется выраженной экспрессией гена LAMP2 в CD45+-клетках периферической крови, что может свидетельствовать о вовлеченности снижения экспрессии гена LAMP2 в патогенез GBA-БП.

Список литературы

  1. Лепори Л.Р. Болезнь Паркинсона. Мини-атлас. М., 2011.
  2. Emelyanov A.K., Usenko T.S., Tesson C. et al. Mutation analysis of Parkinson's disease genes in a Russian data set. Neurobiol Aging 2017; 71: 267.e7–267.e10. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.027. PMID: 30146349
  3. O'Regan G., deSouza R.M., Balestrino R., Schapira A.H. Glucocerebrosidase mutations in Parkinson disease. J Parkinsons Dis 2017; 7: 411–422. DOI: 10.3233/JPD-171092. PMID: 28598856.
  4. Schapira A.H. Glucocerebrosidase and Parkinson disease: recent advances. Mol Cell Neurosci 2015; 66: 37–42. DOI: 10.1016/j.mcn.2015.03.013. PMID: 25802027.
  5. Chen X., Wang Y. Tracking of blood pressure from childhood to adulthood: a systematic review and meta-regression analysis. Circulation 2008; 117: 3171–3180. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.730366. PMID: 18559702.
  6. Klein A.D., Mazzulli J.R. Is Parkinson's disease a lysosomal disorder? Brain 2018; 141: 2255–2262. DOI: 10.1093/brain/awy147. PMID: 29860491.
  7. Robak L.A., Jansen I.E., van Rooij J. et al. Excessive burden of lysosomal storage disorder gene variants in Parkinson's disease. Brain 2017; 140: 3193–3203. DOI: 10.1093/brain/awx285. PMID: 29140481.
  8. Сенкевич К.А., Милюхина И.В., Белецкая М.В. и др. Клинические особенности болезни Паркинсона у пациентов с мутациями и полиморфными вариантами гена GBA. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова 2017; 117(10): 81–86. DOI: 10.17116/jnevro201711710181-86. PMID: 29171494.
  9. Aharon-Peretz J., Rosenbaum H., Gershoni-Baruch R. Mutations in the glucocerebrosidase gene and Parkinson's disease in Ashkenazi jews. N Engl J Med 2004; 351: 1972–1977. DOI: 10.1056/NEJMoa033277. PMID: 15525722.
  10. Siebert M., Bock H., Michelin-Tirelli K. et al. Novel mutations in the glucocerebrosidase gene of brazilian patients with Gaucher disease. JIMD Rep 2013; 9: 7–16. DOI: 10.1007/8904_2012_174. PMID: 23430543.
  11. Livak K., Schmittgen T. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods 2001; 25: 402–408. DOI: 10.1006/meth.2001.1262. PMID: 11846609.
  12. Alcalay R.N., Levy O.A., Waters C.C. et al. Glucocerebrosidase activity in Parkinson's disease with and without GBA mutations. Brain 2015; 138: 2648–2658. DOI: 10.1093/brain/awv179. PMID: 26117366.
  13. Pchelina S., Emelyanov A., Baydakova G. et al. Oligomeric α-synuclein and glucocerebrosidase activity levels in GBA-associated Parkinson's disease. Neurosci Lett 2017; 636: 70–76. DOI: 10.1016/j.neulet.2016.10.039. PMID: 27780739.
  14. Guedes L.C., Chan R.B., Gomes M.A. et al. Serum lipid alterations in GBA-associated Parkinson's disease. Parkinsonism Relat Disord 2017; 44: 58–65. DOI: 10.1016/j.parkreldis.2017.08.026. PMID: 28890071.
  15. Pchelina S., Baydakova G., Nikolaev M. et al. Blood lysosphingolipids accumulation in patients with parkinson's disease with glucocerebrosidase 1 mutations. Mov Disord 2018; 33: 1325–1330. DOI: 10.1002/mds.27393. PMID: 30192031.
  16. Nuzhnyi E., Emelyanov A., Boukina T. et al. Plasma oligomeric alpha-synuclein is associated with glucocerebrosidase activity in Gaucher disease. Mov Disord 2015; 30: 989–991. DOI: 10.1002/mds.26200. PMID: 25962734.
  17. Cuervo A.M., Stefanis L., Fredenburg R. et al. Impaired degradation of mutant alpha-synuclein by chaperone-mediated autophagy. Science 2004; 305: 1292–1295. DOI: 10.1126/science.1101738. PMID: 15333840.
  18. Vogiatzi T., Xilouri M., Vekrellis K., Stefanis L. Wild type alpha-synuclein is degraded by chaperone-mediated autophagy and macroautophagy in neuronal cells. J Biol Chem 2008; 283: 23542–23556. DOI: 10.1074/jbc.M801992200. PMID: 18566453.
  19. Sala G., Marinig D., Arosio A., Ferrarese C. Role of chaperone-mediated autophagy dysfunctions in the pathogenesis of Parkinson's disease. Front Mol Neurosci 2016; 9: 157. DOI: 10.3389/fnmol.2016.00157. PMID: 28066181.
  20. Mazzulli J.R., Xu Y.H., Sun Y. et al. Gaucher disease glucocerebrosidase and α-synuclein form a bidirectional pathogenic loop in synucleinopathies. Cell 2011; 146: 37–52. DOI: 10.1016/j.cell.2011.06.001. PMID: 21700325.
  21. Mazzulli J.R., Zunke F., Isacson O. et al. α-Synuclein-induced lysosomal dysfunction occurs through disruptions in protein trafficking in human midbrain synucleinopathy models. Proc Natl Acad Sci USA 2016; 113: 1931–1936. DOI: 10.1073/pnas.1520335113. PMID: 26839413.
  22. Ortega R.A., Torres P.A., Swan M. et al. Glucocerebrosidase enzyme activity in GBA mutation Parkinson's disease. J Clin Neurosci 2016; 28: 185–186. DOI: 10.1016/j.jocn.2015.12.004. PMID: 26857292.
  23. Choi J.H., Stubblefield B., Cookson M.R. et al. Aggregation of α-synuclein in brain samples from subjects with glucocerebrosidase mutations. Mol Genet Metab 2011; 104: 185–188. DOI: 10.1016/j.ymgme.2011.06.008. PMID: 21742527.
  24. Cerri S., Blandini F. Role of autophagy in Parkinson's disease. Curr Med Chem 2019; 26: 3702–3718. DOI: 10.2174/0929867325666180226094351. PMID: 29484979.
  25. Gonzalez A., Valeiras M., Sidransky E., Tayebi N. Lysosomal integral membrane protein-2: a new player in lysosome-related pathology. Mol Genet Metab 2014; 111: 84–91. DOI: 10.1016/j.ymgme.2013.12.005. PMID: 24389070.
  26. Alcalay R.N., Levy O.A., Wolf P. et al. SCARB2 variants and glucocerebrosidase activity in Parkinson's disease. NPJ Parkinsons Dis 2016; 2. pii: 1600. DOI: 10.1038/npjparkd.2016.4. PMID: 27110593.
  27. Velayati A., DePaolo J., Gupta N. et al. A mutation in SCARB2 is a modifier in Gaucher disease. Hum Mutat 2011; 32: 1232–1238. DOI: 10.1002/humu.21566. PMID: 21796727.
  28. Liou B., Haffey W.D., Greis K.D., Grabowski G.A. The LIMP-2/SCARB2 binding motif on acid β-glucosidase: basic and applied implications for Gaucher disease and associated neurodegenerative diseases. J Biol Chem 2014; 289: 30063–30074. DOI: 10.1074/jbc.M114.593616. PMID: 25202012.
  29. Gan-Or Z., Dion P.A., Rouleau G.A. Genetic perspective on the role of the autophagy-lysosome pathway in Parkinson disease. Autophagy 2015; 11: 1443–1457. DOI: 10.1080/15548627.2015.1067364. PMID: 26207393.
  30. Moors T.E., Paciotti S., Ingrassia A. et al. Characterization of brain lysosomal activities in GBA-related and sporadic Parkinson's disease and dementia with Lewy bodies. Mol Neurobiol 2019; 56: 1344–1355. DOI: 10.1007/s12035-018-1090-0. PMID: 29948939.
  31. Руденок М.М., Алиева А.Х., Николаев М.А. и др. Возможная роль генов, связанных с лизосомными болезнями накопления, в патогенезе болезни Паркинсона. Молекулярная биология 2019; 53: 81–86. DOI: 10.1134/s0026898419010142.
  32. Murphy K.E., Gysbers A.M., Abbott S.K. et al. Lysosomal-associated membrane protein 2 isoforms are differentially affected in early Parkinson's disease. Mov Disord 2015; 30: 1639–1647. DOI: 10.1002/mds.26141. PMID: 25594542.
  33. Alvarez-Erviti L., Rodriguez-Oroz M.C., Cooper J.M. et al. Chaperone-mediated autophagy markers in Parkinson disease brains. Arch Neurol 2010; 67: 1464–1472. DOI: 10.1001/archneurol.2010.198. PMID: 20697033.
  34. Wu G., Wang X., Feng X. et al. Altered expression of autophagic genes in the peripheral leukocytes of patients with sporadic Parkinson's disease. Brain Res 2011; 1394: 105–111. DOI: 10.1016/j.brainres.2011.04.013. PMID: 21514572.
  35. Kim H.J., Jeon B., Song J. et al. Leukocyte glucocerebrosidase and β-hexosaminidase activity in sporadic and genetic Parkinson disease. Parkinsonism Relat Disord 2016; 23: 99–101. DOI: 10.1016/j.parkreldis.2015.12.002. PMID: 26705847.

Ключевые слова

болезнь Паркинсона; CD45+-клетки крови; GBA; LAMP2; SCARB2

Полный текст:

PDF

Литература

Lepori L.R. [Parkinson's disease. Miniatlas]. Moscow, 2011. (in Russ.).

Emelyanov A.K., Usenko T.S., Tesson C. et al. Mutation analysis of Parkinson's disease genes in a Russian data set. Neurobiol Aging 2017; 71: 267.e7-267.e10. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.027. PMID: 30146349.

O'Regan G., deSouza R.M., Balestrino R., Schapira A.H. Glucocerebrosidase mutations in Parkinson disease. J Parkinsons Dis 2017; 7: 411–422. DOI: 10.3233/JPD-171092. PMID: 28598856.

Schapira A.H. Glucocerebrosidase and Parkinson disease: recent advances. Mol Cell Neurosci 2015; 66: 37–42. DOI: 10.1016/j.mcn.2015.03.013. PMID: 25802027.

Chen X., Wang Y. Tracking of blood pressure from childhood to adulthood: a systematic review and meta-regression analysis. Circulation 2008; 117: 3171–3180. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.730366. PMID: 18559702.

Klein A.D., Mazzulli J.R. Is Parkinson's disease a lysosomal disorder? Brain 2018; 141: 2255–2262. DOI: 10.1093/brain/awy147. PMID: 29860491.

Robak L.A., Jansen I.E., van Rooij J. et al. Excessive burden of lysosomal storage disorder gene variants in Parkinson's disease. Brain 2017; 140: 3193–3203. DOI: 10.1093/brain/awx285. PMID: 29140481.

Senkevich K.A., Miliukhina I.V., Beletskaia M.V. et al. [The clinical features of Parkinson's disease in patients with mutations and polymorphic variants of GBA gene]. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii im. S.S. Korsakova 2017; 117(10): 81–86. DOI: 10.17116/jnevro201711710181-86. PMID: 29171494.

Aharon-Peretz J., Rosenbaum H., Gershoni-Baruch R. Mutations in the glucocerebrosidase gene and Parkinson's disease in Ashkenazi jews. N Engl J Med 2004; 351: 1972–1977. DOI: 10.1056/NEJMoa033277. PMID: 15525722.

Siebert M., Bock H., Michelin-Tirelli K. et al. Novel mutations in the glucocerebrosidase gene of brazilian patients with Gaucher disease. JIMD Rep 2013; 9: 7–16. DOI: 10.1007/8904_2012_174. PMID: 23430543.

Livak K., Schmittgen T. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods 2001; 25: 402–408. DOI: 10.1006/meth.2001.1262. PMID: 11846609.

Alcalay R.N., Levy O.A., Waters C.C. et al. Glucocerebrosidase activity in Parkinson's disease with and without GBA mutations. Brain 2015; 138: 2648–2658. DOI: 10.1093/brain/awv179. PMID: 26117366.

Pchelina S., Emelyanov A., Baydakova G. et al. Oligomeric α-synuclein and glucocerebrosidase activity levels in GBA-associated Parkinson's disease. Neurosci Lett 2017; 636: 70–76. DOI: 10.1016/j.neulet.2016.10.039. PMID: 27780739.

Guedes L.C., Chan R.B., Gomes M.A. et al. Serum lipid alterations in GBA-associated Parkinson's disease. Parkinsonism Relat Disord 2017; 44: 58–65. DOI: 10.1016/j.parkreldis.2017.08.026. PMID: 28890071.

Pchelina S., Baydakova G., Nikolaev M. et al. Blood lysosphingolipids accumulation in patients with parkinson's disease with glucocerebrosidase 1 mutations. Mov Disord 2018; 33: 1325–1330. DOI: 10.1002/mds.27393. PMID: 30192031.

Nuzhnyi E., Emelyanov A., Boukina T. et al. Plasma oligomeric alpha-synuclein is associated with glucocerebrosidase activity in Gaucher disease. Mov Disord 2015; 30: 989–991. DOI: 10.1002/mds.26200. PMID: 25962734.

Cuervo A.M., Stefanis L., Fredenburg R. et al. Impaired degradation of mutant alpha-synuclein by chaperone-mediated autophagy. Science 2004; 305: 1292–1295. DOI: 10.1126/science.1101738. PMID: 15333840.

Vogiatzi T., Xilouri M., Vekrellis K., Stefanis L. Wild type alpha-synuclein is degraded by chaperone-mediated autophagy and macroautophagy in neuronal cells. J Biol Chem 2008; 283: 23542–23556. DOI: 10.1074/jbc.M801992200. PMID: 18566453.

Sala G., Marinig D., Arosio A., Ferrarese C. Role of chaperone-mediated autophagy dysfunctions in the pathogenesis of Parkinson's disease. Front Mol Neurosci 2016; 9: 157. DOI: 10.3389/fnmol.2016.00157. PMID: 28066181.

Mazzulli J.R., Xu Y.H., Sun Y. et al. Gaucher disease glucocerebrosidase and α-synuclein form a bidirectional pathogenic loop in synucleinopathies. Cell 2011; 146: 37–52. DOI: 10.1016/j.cell.2011.06.001. PMID: 21700325.

Mazzulli J.R., Zunke F., Isacson O. et al. α-Synuclein-induced lysosomal dysfunction occurs through disruptions in protein trafficking in human midbrain synucleinopathy models. Proc Natl Acad Sci USA 2016; 113: 1931–1936. DOI: 10.1073/pnas.1520335113. PMID: 26839413.

Ortega R.A., Torres P.A., Swan M. et al. Glucocerebrosidase enzyme activity in GBA mutation Parkinson's disease. J Clin Neurosci 2016; 28: 185–186. DOI: 10.1016/j.jocn.2015.12.004. PMID: 26857292.

Choi J.H., Stubblefield B., Cookson M.R. et al. Aggregation of α-synuclein in brain samples from subjects with glucocerebrosidase mutations. Mol Genet Metab 2011; 104: 185–188. DOI: 10.1016/j.ymgme.2011.06.008. PMID: 21742527.

Cerri S., Blandini F. Role of autophagy in Parkinson's disease. Curr Med Chem 2019; 26: 3702–3718. DOI: 10.2174/0929867325666180226094351. PMID: 29484979.

Gonzalez A., Valeiras M., Sidransky E., Tayebi N. Lysosomal integral membrane protein-2: a new player in lysosome-related pathology. Mol Genet Metab 2014; 111: 84–91. DOI: 10.1016/j.ymgme.2013.12.005. PMID: 24389070.

Alcalay R.N., Levy O.A., Wolf P. et al. SCARB2 variants and glucocerebrosidase activity in Parkinson's disease. NPJ Parkinsons Dis 2016; 2. pii: 1600. DOI: 10.1038/npjparkd.2016.4. PMID: 27110593.

Velayati A., DePaolo J., Gupta N. et al. A mutation in SCARB2 is a modifier in Gaucher disease. Hum Mutat 2011; 32: 1232–1238. DOI: 10.1002/humu.21566. PMID: 21796727.

Liou B., Haffey W.D., Greis K.D., Grabowski G.A. The LIMP-2/SCARB2 binding motif on acid β-glucosidase: basic and applied implications for Gaucher disease and associated neurodegenerative diseases. J Biol Chem 2014; 289: 30063–30074. DOI: 10.1074/jbc.M114.593616. PMID: 25202012.

Gan-Or Z., Dion P.A., Rouleau G.A. Genetic perspective on the role of the autophagy-lysosome pathway in Parkinson disease. Autophagy 2015; 11: 1443–1457. DOI: 10.1080/15548627.2015.1067364. PMID: 26207393.

Moors T.E., Paciotti S., Ingrassia A. et al. Characterization of brain lysosomal activities in GBA-related and sporadic Parkinson's disease and dementia with Lewy bodies. Mol Neurobiol 2019; 56: 1344–1355. DOI: 10.1007/s12035-018-1090-0. PMID: 29948939.

Rudenok M.M., Alieva A.Kh., Nikolaev M.A. et al. Possible involvement of genes related to lysosomal storage disorders in the pathogenesis of Parkinson's disease. Mol Biol 2019; 53(1):81-86. DOI: 10.1134/s0026898419010142.

Murphy K.E., Gysbers A.M., Abbott S.K. et al. Lysosomal-associated membrane protein 2 isoforms are differentially affected in early Parkinson's disease. Mov Disord 2015; 30: 1639–1647. DOI: 10.1002/mds.26141. PMID: 25594542.

Alvarez-Erviti L., Rodriguez-Oroz M.C., Cooper J.M. et al. Chaperone-mediated autophagy markers in Parkinson disease brains. Arch Neurol 2010; 67: 1464–1472. DOI: 10.1001/archneurol.2010.198. PMID: 20697033.

Wu G., Wang X., Feng X. et al. Altered expression of autophagic genes in the peripheral leukocytes of patients with sporadic Parkinson's disease. Brain Res 2011; 1394: 105–111. DOI: 10.1016/j.brainres.2011.04.013. PMID: 21514572.

Kim H.J., Jeon B., Song J. et al. Leukocyte glucocerebrosidase and β-hexosaminidase activity in sporadic and genetic Parkinson disease. Parkinsonism Relat Disord 2016; 23: 99–101. DOI: 10.1016/j.parkreldis.2015.12.002. PMID: 26705847.




DOI: http://dx.doi.org/10.25692/ACEN.2020.2.6