Blood Glucocerebrosidase Activity and α-Synuclein Levels in Patients with GBA1-Associated Parkinson's Disease and Asymptomatic GBA1 Mutation Carriers

Cover Page


Cite item

Abstract

Introduction. Mutations in a GBA1 gene, which encodes a lysosomal enzyme called glucocerebrosidase (GCase), are the most common genetic risk factor for Parkinson's disease (PD). The pathogenesis of PD results from the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra of the brain, which is associated with the aggregation of α-synuclein protein. However, not all GBA1 mutation carriers develop PD during their lifetime.

The aim of this study was to evaluate GCase activity and α-synuclein levels in CD45+ blood cells of patients with PD associated with GBA1 mutations (GBА1-PD), asymptomatic carriers of GBA1 mutations (GBА1-carriers), and patients with sporadic PD (sPD), as well as correlation between the study parameters in the study groups.

Materials and methods. The study included patients with GBА1-PD (n = 25) and sPD (n = 147), and GBА1-carriers (n = 16). A control group included healthy volunteers (n = 154). The level of α-synuclein in CD45+ cells was measured by enzyme-linked immunosorbent assay, and GCase activity in dried blood spots was detected by high-performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry.

Results. Increased level of α-synuclein protein was detected in CD45+ blood cells of patients with GBA1-PD, sPD, and GBA1-carriers compared to controls (p = 0.0043; p = 0.0002; p = 0.032, respectively). Decreased GCase activity was reported in GBA1-PD patients and GBA1-carriers compared to sPD patients (p = 0.0003; p = 0.003, respectively) and controls (p < 0.0001; p < 0.0001, respectively). However, negative correlation between α-synuclein levels and GCase activity was observed only in GBA1-PD patients, but not in GBA1-carriers.

Conclusion. Our data suggest a possible functional relationship between the activity of GCase and the metabolism of α-synuclein in PD associated with GBA1 mutations.

Full Text

Введение

Болезнь Паркинсона (БП) — это распространённое нейродегенеративное заболевание, характеризующееся гибелью дофаминергических нейронов головного мозга и ассоциированное с агрегацией в них белка α-синуклеина. В основном БП является спорадическим заболеванием, однако в 10% случаев наблюдается отягощённый семейный анамнез. Описан ряд генов, мутации в которых приводят к развитию наследственных форм БП [1, 2]. Мутации в гене GBA1 являются фактором высокого риска БП и приводят к развитию GBA-ассоциированной БП (GBA-БП) с распространённостью до 10% среди пациентов с БП в зависимости от популяции [3–5].

Ген GBA1 кодирует лизосомный фермент глюкоцереброзидазу (GCase), который участвует в расщеплении лизосфинголипида глюкозилцерамида на глюкозу и церамид. Биаллельные мутации в гене GBA1 приводят к развитию редкого аутосомно-рецессивного заболевания — болезни Гоше, сопровождающейся снижением активности GCase до 5–30% в зависимости от типа мутаций, а также накоплением её субстрата [3, 6, 7]. При гетерозиготном носительстве мутаций в гене GBA1 как у GBA-БП, так и у бессимп-томных носителей мутаций в данном гене (GBA-носители) также наблюдается снижение ферментативной активности GCase и повышение концентрации лизосфинголипида глюкозилцерамида, но данные нарушения выражены в меньшей степени по сравнению с пациентами с болезнью Гоше [8–10]. Следует отметить, что не у всех носителей мутаций в гене GBA1 происходит манифестация БП в течение жизни, и механизм патогенеза заболевания остаётся неясным.

В настоящее время предполагается двунаправленное влияние дисфункции GCase на уровень α-синуклеина по механизму прямой–обратной связи [11, 12]. В экспериментах in vitro выявлено, что α-синуклеин способен напрямую взаимодействовать с GCase, приводя к снижению её активности [13].

В ряде других исследований показано, что дисфункция GCase может приводить к накоплению α-синуклеина в нейронах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток [11]. У модельных животных с дисфункцией GCase [14], а также в дофаминергических нейронах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, и мононуклеарных клетках периферической крови пациентов с GBA-БП [15, 16] и болезнью Гоше [15, 17] был выявлен повышенный уровень α-синуклеина.

Цель работы — оценить уровень α-синуклеина в CD45+-клетках и активность GCase в крови пациентов с GBA-БП, GBA-носителей, сБП и группы контроля, а также корреляцию между данными показателями в исследуемых группах.

Материалы и методы

Группы, включённые в исследование

В исследование были включены пациенты с GBA-БП (гетерозиготные носители мутаций в гене GBA1; n = 25) и сБП (n = 147), GBA-носители (n = 16) и группа контроля (n = 154). Постановка диагноза производилась на основании критериев Британского банка мозга [18] и Международного сообщества по двигательным расстройствам [19]. Пациенты с БП проходили обследование в Институте мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН и Первом Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. акад. И.П. Павлова. В исследование были включены пациенты с сБП, ранее не принимавшие препараты L-ДОФА. Пациенты с GBA-БП получали терапию L-ДОФА.

Группа GBA-носителей (n = 16, неврологически здоровые лица с гетерозиготными мутациями в гене GBA1) была составлена из родственников пациентов с болезнью Гоше. Наличие мутаций было подтверждено прямым секвенированием ДНК по Сэнгеру. Все участники исследования проходили клинико-неврологическое обследование для исключения нейродегенеративных заболеваний. Лица контрольной группы (n = 154) проходили обследование в Первом Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. акад. И.П. Павлова. У всех пациентов с сБП и лиц контрольной группы отсутствие распространённых мутаций GBA1 (L444P, N370S, E326K) было подтверждено с помощью полимеразной цепной реакции и рестрикционного анализа [5]. Контрольная и экспериментальные группы не различались по возрасту и полу.

Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием людей, соответствуют этическим стандартам Национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации или сопоставимым нормам этики. От каждого участника исследования было получено информированное добровольное согласие. Протокол исследования одобрен Этическим комитетом Института мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН (протокол № 1 от 26.11.2020).

Определение уровня α-синуклеина в CD45+-клетках

CD45+-клетки выделяли из 8 мл периферической крови центрифугированием в градиенте плотности фиколла («Ficoll-Paque PLUS», «GE Healthcare») с последующей магнитной сортировкой с использованием микрочастиц, конъюгированных с антителами к CD45+-рецепторам, и колонок miniMACS типа MS («Miltenyi Biotec»). Клеточную суспензию аликвотировали и замораживали при –70º С.

Клетки лизировали с помощью набора для экстракции общего белка «Chemicon» («Millipore»). Концентрацию общего белка измеряли с помощью набора «Pierce BCA» («Thermo Scientific»). Уровень α-синуклеина в CD45+-клетках определяли с помощью иммуноферментного анализа с использованием набора для детекции α-синуклеина человека («Thermo Fisher Scientific»). Все образцы были выровнены по количеству общего белка (6 мкг) и оценены в 3 повторах. Оптическую плотность измеряли с помощью микропланшетного спектрофотометра «XMark» («Bio-Rad»).

Измерение активности GCase в крови

Активность GCase определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией в сухих пятнах крови [10]. Ферментативную активность оценивали путём измерения концентрации продукта, полученного в результате реакции фермента с субстратом: фермент (Ф) + субстрат (С) + (ФС комплекс) Ф + продукт.

Масс-спектрометрический анализ проводили на тандемном масс-спектрометре «API 3200 QTrap» («ABSciex») в режиме мониторинга множественных реакций. Активность рассчитывали исходя из предположения, что количество полученного продукта прямо пропорционально активности ферментов лизосом в сухом пятне крови.

В качестве контроля использованы образцы с известным уровнем активности ферментов, полученных из Центра по контролю и профилактике заболеваний США, которые были добавлены в каждый планшет.

Статистический анализ

Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения R (версия 3.6.2). Соответствие полученных данных нормальному распределению было проверено с помощью критерия Шапиро–Уилка. Попарное сравнение вариационных рядов осуществляли с использованием U-критерия Манна–Уитни. Значения p < 0,05 считали статистически значимыми. Корреляцию между исследуемыми группами оценивали с использованием коэффициента Спирмена. Клинические и экспериментальные данные представлены как среднее значение ± стандартное отклонение (M ± SD) и медиана (минимум–максимум) соответственно.

Результаты

Клинические характеристики пациентов и лиц контрольной группы, участвовавших в исследовании, представлены в таблице. Поскольку риск БП у носителей мутаций N370S, L444P гена GBA1 повышен в 6–7 раз, а в случае мутации E326K — в 2 раза, уровень α-синуклеина и активность GCase были проанализированы как в группе пациентов с мутациями N370S, L444P (GBA-БП — N370S, L444P), так и в общей группе, включающей пациентов с БП с мутациями N370S, L444P и E326K (все_GBA-БП).

 

Клинические характеристики и изучаемые параметры индивидуумов исследуемых групп

Clinical characteristics and study parameters of participants in study groups

Параметр | Parameter

Контроль

Control

сБП | sPD

GBA-носители

GBA carriers

GBA-БП, мутации | GBA-PD, mutations

N370S, L444P, E326K

N370S, L444P

N

154а

68g

147а

40б

16а

15g

25

15

Пол (м/ж)

Gender (M/F)

75/79а

32/36g

61/86а

16/24g

5/11а

5/10g

15/10

9/6

Возраст, лет

Age, years (M ± SD)

62,02 ± 9,06а

59,68 ± 8,76g

63,36 ± 9,26а

61,57 ± 8,56g

53,93 ± 8,19а

53,26 ± 8,31g

61,74 ± 9,91

62,71 ± 11,19

Возраст начала, лет

Age of onset, years (M ± SD)

N/A

59,32 ± 10,00а

57,17 ± 8,91g

N/A

57,32 ± 9,91

57,00 ± 11,20

Мутации в гене GBA1

GBA1 mutations

N/A

N/A

5 L444P/Nа, g,

4 N370S/Nа, g,

1 L326P/Nа, g,

1 N227S/Nа, g,

1 R159W/Nа, g,

4 E326K/Nа/3 E326K/Ng

8 L444P/N,

7 N370S/N,

10 E326K/N

8 L444P/N,

7 N370S/N

Уровень α-синуклеина, нг/мл

Levels of α-synuclein, ng/mL

6,56

(0,46–45,70)

9,28

(0,63–65,60),

p* = 0,0002

12,80

(1,22–41,30)

p* = 0,032

10,80 (0,68–51,40), p* = 0,0043

12,90 (2,92–37,50),

p* = 0,0014

Активность Gcase, мМ/л/ч

Gcase activity, mM/L/h

8,14

(1,55–32,10)

7,60

(3,33–14,70)

4,67

(2,33–10,40)

p* = 3,9e-05

p** = 0,003

4,28 (1,51–13,20)

p* = 5,1e-06

p** = 0,00027

4,40 (1,51–6,13)

p* = 1,5e-06

p** = 9,9e-05

Примечание. aИсследование по оценке уровня α-синуклеина; gисследование по оценке активности GСase. N/A — не определяли. *p — по сравнению с контролем; **p — по сравнению с сБП.

Note. aAssay of α-synuclein levels; gAssay of GCase activity. N/A, not assessed. *p compared to the control group; **p compared to sPD patients.

 

В результате проведённого исследования показано, что уровень α-синуклеина в CD45+-клетках пациентов групп все_GBA-БП и GBA-БП, а также у GBA-носителей был повышен по сравнению с индивидуумами контрольной группы (р = 0,0043; р = 0,0014; р = 0,032 соответственно; таблица). Уровень α-синуклеина также был повышен у пациентов с сБП по сравнению с контрольной группой (р = 0,0002). У пациентов с GBA-БП, а также у GBA-носителей наблюдалось снижение активности GСase по сравнению с пациентами с сБП (p = 0,0003; p = 0,003) и контрольной группой (p < 0,0001; p < 0,0001; таблица), что согласуется с полученными ранее результатами [2].

Выявлена обратная корреляция между активностью GCase и уровнем α-синуклеина в CD45+-клетках в крови у пациентов групп все_GBA-БП (R = –0,53; p = 0,017), GBA-БП (R = –0,78; p < 0,0001), но не в группе GBA-носителей (R = –0,39; p = 0,15; рисунок). В группе пациентов с сБП на грани статистической значимости была выявлена обратная корреляция между активностью GCase и уровнем α-синуклеина в CD45+-клетках (R = –0,3, p = 0,057; рисунок). В то же время в контрольной группе корреляции между исследуемыми параметрами не выявлено.

 

Корреляция между уровнем α-синуклеина в CD45+-клетках и активностью GСase в крови пациентов групп все_GBA-БП (A; n = 25), GBA-БП (В; n = 15), GBA-носителей (С; n = 15), сБП (D; n = 40) и группы контроля (E; n = 68). По осям абсцисс — уровень α-синуклеина, нг/мл, по осям ординат — активность GСase, мМ/л в час.

Correlation between the level of α-synuclein in CD45+ blood cells and GCase activity in the all-GBA-PD group (A; n = 25), the GBA-PD group (B; n = 15), GBA carriers (C; n = 15), sPD patients (D; n = 40) and controls (E; n = 68).Abscissa: level of α-synuclein, ng/mL; ordinata: GСase activity, mM/L/h.

 

Корреляция между уровнем α-синуклеина в CD45+-клетках и активностью GСase в крови пациентов групп все_GBA-БП (A; n = 25), GBA-БП (В; n = 15), GBA-носителей (С; n = 15), сБП (D; n = 40) и группы контроля (E; n = 68).

Обсуждение

Молекулярный механизм развития GBA-БП остаётся неизвестным, однако предполагается, что дисфункция GСase и олигомеризация α-синуклеина в клетках могут быть взаимосвязаны. В то же время мало изучен вопрос: снижение активности GСase и накопление лизосфинголипидов, а также изменение уровня α-синуклеина в периферической крови предшествует развитию заболевания у носителей мутаций в гене GBA1 или является следствием развития заболевания. В то же время изучение БП с известной этиологией, а также факторов, предшествую-щих и/или влияющих на развитие заболевания у носителей мутаций в гене GBA1, является крайне важным, поскольку позволит выделить биомаркеры заболевания и сформировать группы риска развития БП среди носителей GBA1-мутаций для включения данной когорты пациентов в клинические исследования с использованием таргетных препаратов, направленных на повышение активности GCase [3].

Нами впервые показано, что на фоне увеличения уровня α-синуклеина и снижения активности GСase в клетках крови пациентов как с GBA-БП, так и GBA-носителей обратная корреляция уровня α-синуклеина и активности GCase была характерна только для пациентов с GBA-БП, но не для GBA-носителей.

Следует отметить, что повышение уровня α-синуклеина, а также снижение активности GCase в периферической крови ранее было выявлено в исследованиях пациентов с БП с мутациями в гене GBA1 [8, 10, 15]. Так, М. Avenali и соавт. обнаружили повышение уровня α-синуклеина в лимфоцитах периферической крови в группе GBA-БП по сравнению с пациентами с сБП и контролем [15]. Ранее нами показано повышение уровня олигомерного α-синуклеина в плазме крови как у пациентов с болезнью Гоше, так и у пациентов с БП с мутациями гена GBA1 и полиморфными вариантами гена GBA1 по сравнению с контролем [9].

В настоящее время обсуждается наличие взаимосвязи между дисфункцией GCase и накоплением белка α-синуклеина [11]. В исследованиях in vitro доказано прямое влияние лизосфинголипидов на агрегацию α-синуклеина [12, 20]. Так, с использованием α-синуклеина, выделенного из дофаминергических нейронов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, было показано, что субстрат GCase глюкозилцерамид индуцировал агрегацию α-синуклеина, способствуя превращению его олигомерных форм в токсичные агрегаты определённой конформации [21]. Интересно отметить, что для оценки таких конформеров α-синуклеина в биологических жидкостях организма человека при синуклеинопатиях в последние годы всё чаще применяется метод циклической амплификации белков с нарушенной конформацией [22]. В частности, применение этого подхода позволило М. Shahnawaz и соавт. обнаружить специфические конформеры α-синуклеина в образцах ликвора пациентов с синуклеинопатиями при отсутствии их в контроле [23]. В связи с этим можно предположить, что наблюдаемая нами обратная корреляция активности GCase и уровня α-синуклеина в CD45+-клетках крови пациентов с GBA-БП, а также отсутствие её в группе GBA-носителей могут быть обусловлены наличием в биологических образцах пациентов с БП патологических форм α-синуклеина, чувствительных к снижению активности GCase. Обнаруженная нами обратная корреляция между активностью GCase и уровнем α-синуклеина в крови на грани статистической значимости у пациентов с сБП, но не в контрольной группе, также может подтверждать данное предположение.

Данные по активности GCase в крови при сБП носят противоречивый характер [8, 24]. Нами было выявлено отсутствие различий в активности GCase у пациентов с сБП по сравнению с лицами контрольной группы.

В то же время обнаружено увеличение уровня α-синуклеина в CD45+-клетках пациентов с сБП по сравнению с контролем, что согласуется с полученными ранее результатами [16]. В последние десятилетия обсуждается, что уровень α-синуклеина периферических тканей может быть использован в качестве потенциального биомаркера БП [25], однако результаты многочисленных исследований противоречивы, что может объясняться различиями в применяемых методах, используемых антителах, а также других сопутствующих проведению эксперимента факторов. Несмотря на показанное в нашем исследовании повышение уровня α-синуклеина в CD45+-клетках пациентов с сБП, использование данного маркера для дифференциальной диагностики БП не представляется возможным, поскольку полученные значения перекрываются между исследуемыми группами, а в группе здоровых носителей мутаций в гене GBA1 выявлен даже более высокий уровень α-синуклеина в CD45+-клетках, чем у пациентов с сБП. В ранее опубликованных исследованиях по оценке уровня α-синуклеина в мононуклеарных клетках периферической крови не обнаружено различий в группе пациентов с сБП по сравнению с контрольной группой [15, 26, 27]. В связи с этим для оценки влияния уровня α-синуклеина в мононуклеарных клетках периферической крови на развитие и прогрессирование БП необходимо проведение дальнейших исследований.

Следует отметить, что наше исследование обладает рядом как преимуществ, так и недостатков. Основным преимуществом является включение в него бессимптомных носителей мутаций в гене GBA1, что позволило провести сравнительную характеристику исследуемых параметров в группе GBA-носителей с наличием БП и при его отсутствии. Использование гомогенной фракции CD45+-клеток периферической крови индивидуумов исследуемых групп для оценки уровня α-синуклеина позволило нивелировать эффект влияния на него гемолиза эритроцитов. Ранее было показано, что при получении мононуклеарных клеток периферической крови с помощью центрифугирования в градиенте плотности фиколла в них может обнаруживаться примесь эритроцитов, содержащих более 99% общего α-синуклеина из всех клеток крови [28]. Кроме того, в наше исследование были включены пациенты с сБП, не принимающие пре-параты L-ДОФА, что позволило исключить потенциальное влияние данных лекарственных средств на экспрессию гена α-синуклеина [29]. Следует отметить, что в большинстве проведённых ранее исследований по оценке уровня α-синуклеина в мононуклеарных клетках крови при БП влияние α-синуклеина эритроцитов, а также приё-ма пациентами с БП L-ДОФА-содержащих препаратов не учитывалось.

Основным ограничением нашей работы является небольшой размер групп GBA-БП и GBA-носителей. Несмотря на то что средний возраст в группах GBA-БП и GBA-носителей не различается, мы не можем исключить возможность того, что у кого-то из GBA-носителей проявятся клинические симптомы БП в течение жизни.

Заключение

Полученные данные о наличии обратной корреляции уровня α-синуклеина и активности GCase в крови носителей мутаций гена GBA1 с БП, но не бессимптомных GBA-носителей позволяют предположить, что изменение уровня α-синуклеина и активности GCase в крови носителей мутаций в гене GBA1 может наблюдаться при появлении клинических проявлений БП.

×

About the authors

Anton K. Emelyanov

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: e_anton_gen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3249-7889

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; senior researcher, Laboratory of medical genetics, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg

Tatiana S. Usenko

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: u.tatiana86@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5132-2283

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; senior researcher, Laboratory of nanotechnology, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg

Alena E. Kopytova

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; Surgut State University

Email: kopytovaalena@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6557-0253

Cand. Sci. (Biol.), junior researcher, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; junior researcher, Laboratory of molecular biology, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; junior researcher, Medical Institute, Surgut State University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg; Surgut

Irina V. Miliukhina

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; N.P. Bechtereva Institute of the Human Brain

Email: milyukhinaiv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6433-542X

Cand. Sci. (Med.), Head, Center for neurodegenerative diseases, N.P. Bechtereva Institute of the Human Brain; senior researcher, Laboratory of medical genetics, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Alla A. Timofeeva

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: timmma@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1661-7753

Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof., Head, Center for extrapyramidal diseases, Department of neurology

Russian Federation, St. Petersburg

Anastasia I. Bezrukova

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: bz.nastya96@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3939-0758

research assistant, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; junior researcher, Laboratory of medical genetics, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg

Darya G. Kulabukhova

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: kulabuhovadarya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9700-0095

Cand. Sci. (Biol.), research intern, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; junior researcher, Laboratory of medical genetics, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg

Galina V. Baydakova

Research Centre for Medical Genetics

Email: gb2003@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8806-5287

Cand. Sci. (Biol.), leading researcher, Laboratory of hereditary metabolic diseases

Russian Federation, Moscow

Mikhail A. Nikolaev

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: almaflex@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1952-4678

junior researcher, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; junior researcher, Laboratory of medical genetics, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg

Anna O. Lavrinova

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: lavrinova.anna@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-2824-5762

junior researcher, Laboratory of human molecular genetics

Russian Federation, Gatchina

Anastasia V. Kudrevatykh

N.P. Bechtereva Institute of the Human Brain

Email: kudrevatykh91@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1706-1718

Cand. Sci. (Med.), neurologist

Russian Federation, St. Petersburg

Alexander S. Zhuravlev

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; Surgut State University

Email: rigold988@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8495-5581

research assistant, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; junior researcher, Laboratory of medical genetics, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; laboratory assistant, Medical Institute, Surgut State University

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg; Surgut

Ekaterina Yu. Zakharova

Research Centre for Medical Genetics

Email: doctor.zakharova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7938-7196

D. Sci. (Med), Head, Laboratory of hereditary metabolic diseases

Russian Federation, Moscow

Sofya N. Pchelina

Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov, National Research Centre “Kurchatov Institute”; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: sopchelina@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7431-6014

D. Sci. (Biol.), Head, Laboratory of human molecular genetics, NRC “Kurchatov Institute” — PNPI; Head, Department of molecular genetics and nanobiological technologies, Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; leading researcher, Biochemistry department, Institute of Experimental Medicine

Russian Federation, Gatchina; St. Petersburg; St. Petersburg

References

  1. Balestrino R., Schapira A.H.V. Parkinson disease. Eur. J. Neurol. 2020;27(1):27–42. doi: 10.1111/ene.14108
  2. Lill C.M. Genetics of Parkinson’s disease. Mol. Cell. Probes. 2016;30(6):386–396. doi: 10.1016/J.MCP.2016.11.001
  3. Do J., McKinney C., Sharma P., Sidransky E. Glucocerebrosidase and its relevance to Parkinson disease. Mol. Neurodegener. 2019;14(1):36. doi: 10.1186/S13024-019-0336-2
  4. Sidransky E., Nalls M.A., Aasly J.O. et al. Multi-center analysis of glucocerebrosidase mutations in Parkinson disease. N. Engl. J. Med. 2009;361(17):1651–1661. doi: 10.1056/NEJMOA0901281
  5. Emelyanov A.K., Usenko T.S,. Tesson C. et al. Mutation analysis of Parkinson’s disease genes in a Russian data set. Neurobiol. Aging. 2018;71:267.e7–267.e10. doi: 10.1016/J.NEUROBIOLAGING.2018.06.027
  6. Horowitz M., Pasmanik-Chor M., Ron I., Kolodny E.H. The enigma of the E326K mutation in acid β-glucocerebrosidase. Mol. Genet. Metab. 2011;104(1-2):35–38. doi: 10.1016/J.YMGME.2011.07.002
  7. Montfort M., Chabás A., Vilageliu L., Grinberg D. Functional analysis of 13 GBA mutant alleles identified in Gaucher disease patients: pathogenic changes and “modifier” polymorphisms. Hum. Mutat. 2004;23(6):567–575. doi: 10.1002/HUMU.20043
  8. 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(Pt 9):2648–2658. doi: 10.1093/BRAIN/AWV179
  9. 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
  10. Kopytova A.E., Usenko T.S., Baydakova G.V. et al. Could blood hexosylsphingosine be a marker for Parkinson’s disease linked with GBA1 mutations? Mov. Disord. 2022;37(8):1779–1781. doi: 10.1002/MDS.29132
  11. 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(1):37–52. doi: 10.1016/j.cell.2011.06.001
  12. Fredriksen K., Aivazidis S., Sharma K. et al. Pathological α-syn aggregation is mediated by glycosphingolipid chain length and the physiological state of α-syn in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2021;118(50)e2108489118. doi: 10.1073/PNAS.2108489118/-/DCSUPPLEMENTAL
  13. Yap T.L., Velayati A., Sidransky E,. Lee J.C. Membrane-bound α-synuclein interacts with glucocerebrosidase and inhibits enzyme activity. Mol. Genet. Metab. 2013;108(1):56–64. doi: 10.1016/j.ymgme.2012.11.010
  14. Mus L., Siani F., Giuliano C. et al. Development and biochemical characterization of a mouse model of Parkinson’s disease bearing defective glucocerebrosidase activity. Neurobiol. Dis. 2019;124:289–296. doi: 10.1016/j.nbd.2018.12.001
  15. Avenali M., Cerri S., Ongari G. et al. Profiling the biochemical signature of GBA‐related Parkinson’s disease in peripheral blood mononuclear cells. Mov. Disord. 2021;36(5):1267–1272. doi: 10.1002/mds.28496
  16. Emelyanov A., Usenko T., Nikolaev M. et al. Increased α-synuclein level in CD45+ blood cells in asymptomatic carriers of GBA mutations. Mov. Disord. 2021;36(8):1997–1998. doi: 10.1002/MDS.28688
  17. Fernandes H.J.R., Hartfield E.M., Christian H.C. et al. ER stress and autophagic perturbations lead to elevated extracellular α-synuclein in GBA-N370S Parkinson’s iPSC-derived dopamine neurons. Stem. Cell Reports. 2016;6(3):342–356. doi: 10.1016/j.stemcr.2016.01.013
  18. Hughes A.J., Daniel S.E., Kilford L., Lees A.J. Accuracy of clinical diagnosis of idiopathic Parkinson’s disease: a clinico-pathological study of 100 cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1992;55(3):181–184. doi: 10.1136/JNNP.55.3.181
  19. Postuma R.B., Berg D., Stern M. et al. MDS clinical diagnostic criteria for Parkinson’s disease. Mov. Disord. 2015;30(12):1591–1601. doi: 10.1002/MDS.26424
  20. Abdelkarim H., Marshall M.S., Scesa G. et al. α-Synuclein interacts directly but reversibly with psychosine : implications for α-synucleinopathies. Sci. Rep. 2018;8(1)12462. doi: 10.1038/s41598-018-30808-9
  21. Zunke F., Moise A.C., Belur N.R. et al. Reversible conformational conversion of α-synuclein into toxic assemblies by glucosylceramide. Neuron. 2018;97(1):92–107.e10. doi: 10.1016/j.neuron.2017.12.012
  22. Bellomo G., De Luca C.M.G., Paoletti F.P. et al. α-Synuclein seed amplification assays for diagnosing synucleinopathies: the way forward. Neurology. 2022;99(5):195–205. doi: 10.1212/WNL.0000000000200878
  23. Shahnawaz M., Mukherjee A., Pritzkow S. et al. Discriminating α-synuclein strains in Parkinson’s disease and multiple system atrophy. Nature. 2020;578(7794):273–277. doi: 10.1038/s41586-020-1984-7
  24. Alcalay R.N., Wolf P., Chiang M.S.R. et al. Longitudinal measurements of glucocerebrosidase activity in Parkinson’s patients. Ann. Clin. Transl Neurol. 2020;7(10):1816–1830. doi: 10.1002/ACN3.51164
  25. Abd Elhadi S., Grigoletto J., Poli M.et al. α-Synuclein in blood cells differentiates Parkinson’s disease from healthy controls. Ann. Clin. Transl. Neurol. 2019;6(12):2426–2436. doi: 10.1002/acn3.50944
  26. Fuchs J., Tichopad A., Golub Y. et al. Genetic variability in the SNCA gene influences alpha-synuclein levels in the blood and brain. FASEB J. 2008;22(5):1327–1334. doi: 10.1096/fj.07-9348com
  27. Miki Y., Shimoyama S., Kon T. et al. Alteration of autophagy-related proteins in peripheral blood mononuclear cells of patients with Parkinson’s disease. Neurobiol. Aging. 2018;63:33–43. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2017.11.006
  28. Barbour R., Kling K., Anderson J.P. et al. Red blood cells are the major source of alpha-synuclein in blood. Neurodegener. Dis. 2008;5(2):55–59. doi: 10.1159/000112832
  29. Schmitt I., Kaut O., Khazneh H. et al. (2015) L-DOPA increases α-synuclein DNA methylation in Parkinson’s disease patients in vivo and in vitro. Mov. Disord. 30(13):1794–1801. doi: 10.1002/mds.26319

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Correlation between the level of α-synuclein in CD45+ blood cells and GCase activity in the all-GBA-PD group (A; n = 25), the GBA-PD group (B; n = 15), GBA carriers (C; n = 15), sPD patients (D; n = 40) and controls (E; n = 68).Abscissa: level of α-synuclein, ng/mL; ordinata: GСase activity, mM/L/h.

Download (557KB)

Copyright (c) 2024 Emelyanov A.K., Usenko T.S., Kopytova A.E., Miliukhina I.V., Timofeeva A.A., Bezrukova A.I., Kulabukhova D.G., Baydakova G.V., Nikolaev M.A., Lavrinova A.O., Kudrevatykh A.V., Zhuravlev A.S., Zakharova E.Y., Pchelina S.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77-83204 от 12.05.2022.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies