Нейрональная кальциевая сигнализация и нейродегенеративные заболевания

Безпрозванный, Илья Борисович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Нейрональная кальциевая сигнализация и нейродегенеративные заболевания
ВАК РФ 03.03.04, Клеточная биология, цитология, гистология

Автореферат диссертации по теме "Нейрональная кальциевая сигнализация и нейродегенеративные заболевания"

На правах рукописи

□□3434563

БЕЗПРОЗВАННЫЙ Илья Борисович

НЕЙРОНАЛЬНАЯ КАЛЬЦИЕВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ И НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

03.03.04 - клеточная биология, цитология, гистология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

2 5 Ш? 20'10

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

003494563

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук

Институт цитологии РАН и в Юго-западном медицинском центре Техасского университета в Далласе

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

Маргулис Борис Александрович

Институт цитологии РАН

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Защита состоится « 23 » апреля 2010 года в 12 часов на заседании Диссертационного совета Д.002.230.01 при Институте цитологии РАН по адресу: 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д .4

Сайт института: www.cytspb.rssi.ru

Адрес электронной почты института: cellbio@mail.cytspb.rssi.ru Факс института (812)297-03-41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии

доктор химических наук, член-корреспондент РАН Габибов Александр Габибович Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

доктор биологических наук, член-корреспондент РАН Никольский Евгений Евгеньевич Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН

РАН

Реферат разослан « 04 » марта 2010 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

Е.В.Каминская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кальциевая (Са2+) передача сигналов объединяет мембранную возбудимость и биологическую функцию нейронов [10]. Действуя на границе между «электрическим» и «сигнальным» мирами клетки, Са2+ каналы играют ведущую роль во многих ключевых аспектах нейронной функции. Вследствие огромной важности кальция как вторичного посредника, нейроны используют многочисленные способы управления внутриклеточным содержанием Са2+, чаще всего в пределах местных сигнальных путей. В нейрональную Са2+ сигнализацию вовлекается большое количество Са2+ каналов: потенциал-зависимые Са2"" каналы плазматической мембраны, ШйА рецепторы, АМРА рецепторы, ТЯР каналы и депо-управляемые каналы. Высвобождение Са2+ из внутриклеточных депо эндоплазматического ретикулума (ЭР) осуществляется рецепторами инозитол-1,4,5-трисфосфата ОпэРзИ) и рианодиновыми рецепторами (ВуалЯ). Помпа БЕЯСА в ЭР, Са2+ помпа плазматической мембраны и №7Са обменник плазматической мембраны тонко контролируют концентрацию Са2+ в цитозоле в узком диапазоне значений. В формировании цитозольных Са2+ сигналов важную роль играют митохондрии. Из-за чрезвычайной чувствительности нейронов к изменению внутриклеточной концентрации Са2+ даже относительно небольшие отклонения в Са2+ сигнализации могут привести к разрушительным последствиям. Сравнительные исследования с нейронами из молодых и старых грызунов показали, что нейрональная Са2+ сигнализация подвергается существенным изменениям с возрастом.

Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Апьцгеймера (БА), болезнь Паркинсона (БП), боковой амиотрофический склероз (БАС), болезнь Хантингтона (БХ) и спиномозжечковые атаксии (СМА), представляют собой огромную медицинскую и научную проблему [11 ]. Несмотря на интенсивный поиск причин этих заболеваний, они до сих пор остаются неизлечимыми. Лекарственные препараты, используемые для коррекции указанных нарушений, имеют ограниченный эффект, принося только временное облегчение в проявлении симптомов болезни или несколько задерживая процесс развития заболевания [11]. Основной прогресс в понимании этих

Список основных сокращений. ЭР - зндоплазматический ретикулум, БА -болезнь Апьцгеймера, БХ - болезнь Хантингтона, СМА - спиномозжечковая атаксия, СШН .- срединные шипиковые нейроны, РЭ - белок пресенилин, Хтт - белок Хантингтин, ХАП - хантингтин-ассоциированный протеин, А1х - белок атаксин, 1пзРз - инозитол-1,4,5-трйсфосфат," 1пзРзП1 - рецептор инозитол-1,4,5-трисфосфата первого типа, • БЛМ - бислойные липидныб мембраны, ДТ — дикий тип, ФДТ — фибробласты дикого типа, ФДН - фибробласты с двойным нокаутом.

нарушений был связан с установлением мутаций, вызывающих болезнь. БХ и СМА являются в чистом виде генетическими нарушениями, а гены, ответственные за развитие этих заболеваний, были клонированы 15 лет назад [11]. Большинство случаев БА, БП и БАС являются спорадическими, но примерно у 5% пациентов болезнь обусловлена наследственными причинами. Большая часть генов, ответственных за развитие наследственных форм этих заболеваний, также клонирована [11], что позволило создать генетические модели для исследования этих патологий на основе мышей.

На настоящий момент львиная доля попыток изучения этих патологий сфокусирована на определении основных причин указанных заболеваний. Например, основьой причиной развития БА считается накопление амилоида. Поэтому основные усилия исследователей были направлены на . предотвращение аккумуляции амилоида путем блокирования его продукции или путем облегчения его вывода из головного мозга. В случае с БХ главной причиной заболевания является экспрессия мутантной формы белка Хантингтина. Соответственно, основные усилия экспериментаторов в данном случае были направлены на попытки снижения экспрессии мутантного Хантингтина в головном мозге (например, применяя интерференцию антисмысловой РНК). Несмотря на блестящие научные результаты, эти подходы очень трудно перенести в клинику. Так, в случае с БА клинические испытания амилоид-связывающего соединения трамипросата (Альцгемед) и ингибитора у-секретазы таренфлурбила (Флуризан) потерпели неудачу. А клинические испытания амилоид-свяэывающих моноклональных антител (Бапинеузумаб) имели очень ограниченный эффект, если вообще имели. Для клинических испытаний подходов в лечении БХ узким местом является создание адекватной системы доставки иРНК или антисмысловой последовательности РНК в головной мозг человека. Пока нет решения этой проблемы, данные клинические испытания не могут быть начаты.

В то время как фокусирование внимания на амилоиде и мутантном Хантингтине имеет смысл для развития подходов в лечении БА и БХ, следует отметить, что разработка успешной терапии, основанной на этих подходах, займет значительное время и потребует больших усилий. Вдобавок к развитию «лечения» мы можем предложить терапию, которая позволит отложить возраст проявления симптомов и(или) снизит степень проявления заболевания. Отправной точкой наших исследований послужила гипотеза о важной роли нейрональной кальциевой сигнализации в развитии патологии нейродегенеративных заболеваний. На основании выдвинутой «кальциевой гипотезы» выносится предложение о том, что нейрональные кальциевые каналы и сигнальные белки, вовлеченные в кальциевую сигнализацию в нейронах, представляют собой притягательную цель для развития терапии для лечения нейродегенеративных заболеваний.

Цель и задачи исследования. Несмотря на интенсивный поиск причин нейродегенеративных заболеваний, они до сих пор остаются неизлечимыми. Было обнаружено, что атрофические и дегенеративные процессы в нейронах сопровождаются изменениями кальциевого гомеостаза. Эти результаты привели к формулировке «Кальциевой гипотезы» нейродегенеративных заболеваний. Основная цель диссертационной работы - выяснение роли цитоплазматического кальция в развитии нейрональных патологий и экспериментальная проверка «кальциевой гипотезы» на клеточных и животных моделях БА, БХ и СМА. В связи с этим поставлены следующие задачи:

1. Анализ изменений в нейрональной Са2+ сигнализации в присутствии мутаций, приводящих к развитию болезни Хантингтона. Выявление потенциальных связей между нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации и смертью срединных шипиковых нейронов (СШН) стриатума, наблюдаемой при БХ.

2. Анализ изменений в нейрональной Са2+ сигнализации в присутствии мутаций, приводящих к развитию спиномозжечковой атаксии 3 типа (СМАЗ). Выявление потенциальных связей между нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации и смертью нейронов в собственных ядрах моста и черном веществе, наблюдаемой при СМАЗ.

3. Анализ изменений в нейрональной Саг+ сигнализации в присутствии мутаций, приводящих к развитию спиномозжечковой атаксии 2 типа (СМА2). Выявление потенциальных связей между нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации и смертью клеток Пуркинье,: наблюдаемой при СМА2.

4. Анализ изменений в нейрональной Са2+ сигнализации, вызванных мутациями в белках пресенилинах, приводящих к развитию болезни Альцгеймера. Проверка гипотезы о новой функции пресенилинов как каналов утечки Са2+ из внутриклеточных депо. Выявление потенциальных связей между нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации и патологией нейронов наблюдаемой при БА.

Основные положения, выносимые на защиту. 1. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез болезни Хантингтона (БХ). Мутантный белок Хантингтин (Хтт) специфически связывается с 1пэР3П и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В срединных шипиковых нейронах стриатума (СШН) при БХ нарушена кальциевая сигнализация и увеличена глутаматная токсичность. Кальциевые блокаторы защищают СШН при БХ от глутаматной токсичности в экспериментах с культурами нейронов и у мышей, являющихся моделью БХ. Активация допаминовых рецепторов приводит к дополнительному увеличению кальциевого ответа в СШН стриатума. Допаминовая сигнализация принимает участие в патогенезе БХ, и блокатор допаминовой сигнализации тетрабеназин может использоваться для лечения больных, страдающих БХ.

2. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез спиномозжечковой атаксии 3-го типа (СМАЗ). Мутантный белок атаксин-3 специфически связывается с 1пвР3Н и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В результате, в нейронах, поражаемых при СМАЗ, нарушена нейрональная кальциевая сигнализация. Блокатор кальциевого выброса дантролен замедляет развитие патологии у мышей, являющихся моделью СМАЗ. Дантролен и другие кальциевые блокаторы могут использоваться для лечения больных, страдающих СМАЗ.

3. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез спиномозжечковой атаксии 2-го типа (СМА2). Мутантный белок атаксин-2 специфически связывается с 1пзР3В и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В клетках Пуркинье при СМА2 нарушена кальциевая сигнализация и увеличена глутаматная токсичность. Кальциевые блокаторы защищают клетки Пуркинье при СМА2 от глутаматной токсичности. Так, блокатор кальциевого выброса дантролен замедляет развитие патологии в модели СМА2 на основе мышей. Дантролен и другие кальциевые блокаторы могут использоваться для лечения больных, страдающих СМА2.

4. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез болезни Альцгеймера (БА). В дополнение к известной у-секретазной функции белки пресенилины работают как пассивные каналы утечки кальция из эндоплазматического ретикулума (ЭР). Большинство мутаций в пресенилинах, которые вызывают БА, приводят к нарушению функции каналов утечки и вызывают переполнение кальциевых депо. В нейронах потеря кальциевой утечки через белки пресенилины частично компенсируется за счет увеличения экспрессии рианодиновых рецепторов. Блокада рианодиновых рецепторов в модели БА на основе мышей приводит к дополнительному увеличению концентрации кальция в ЭР и вызывает увеличение количества бета-амилоидных бляшек, потерю синаптических маркеров и нейрональную атрофию. Полученные результаты свидетельствуют о важной роли нейрональной кальциевой сигнализации в патогенезе БА.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование нарушений нейрональной кальциевой сигнализации при БХ, СМАЗ, СМА2 и БА. Получены приоритетные результаты, раскрывающие связь между мутациями, вызывающими БХ, СМАЗ и СМА2, активностью (пэРзЯ и нарушенной нейрональной кальциевой сигнализацией. Впервые показана потенциальная роль кальциевых блокаторов для лечения БХ, СМАЗ, СМА2. Впервые продемонстрирован благоприятный эффект тетрабеназина в модели БХ на основе мышей. Также впервые показана роль пресенилинов как каналов утечки кальция из ЭР. Установлена связь между нейрональной кальциевой сигнализацией и формированием амилоидных бляшек при БА.

Теоретическое и практическое значение работы. Полученные в представленной работе данные имеют принципиальное значение для понимания фундаментальных основ нейрональной Са2+ сигнализации. Результаты работы демонстрируют связь между мутациями, вызывающими нейродегенеративные заболевания, и нейрональной Са2+ сигнализацией. Проведенные исследования представляют теоретическую базу и адекватную экспериментальную модель для исследования роли нейрональной Ça2+ сигнализации в проявлении и развитии нейродегенеративных заболевании. Полученные результаты расширяют представления о роли Ca2* сигнализации при нейродегенеративных заболеваниях. Общебиологическая значимость результатов определяется также тем, что новая функция пресенилинов как каналов пассивной утечки кальция из ЭР имеет принципиальное значение для понимания фундаментальных механизмов.кальциевого гомеостаза.

Итоги работы представляют несомненный интерес для современной фармакологии и практической медицины. Результаты проведенных исследований указывают на тот факт, что кальциевые антагонисты могут применяться для лечения нейродегенеративных заболеваний. Показано, что используемый з клинике препарат дантролен приводил к замедлению развития симптомов и уменьшению нейрональной смерти в моделях СМАЗ и СМА2 на основе мышей. Предложено провести клинические испытания дантролена для лечения больных СМАЗ и СМА2. Установлено, что используемый в клинике блокатор допаминовой сигнализации тетрабеназин приводит к замедлению развития симптомов и уменьшению нейрональной смерти в модели БХ на основе мышей. Было выдвинуто предположение о том, что тетрабеназин может использоваться для лечения больных БХ.

Полученные результаты и сформированные на их .основе теоретические представления используются в курсах лекций для студентов Юго-западного медицинского центра Техасского университета Далласа и при руководстве аспирантами в Институте цитологии РАН Санкт-Петербурга и в Юго-западном медицинском центре Техасского университета Далласа.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на приглашенных семинарах в University of California (In/ine, 1997, 2006), University Medical Branch (Galveston, 1997), Университете Монреаля (1998), Texas Tech Health Science Center (Lubbock, 1999), New York University (1999), Georgetown University (Washington, 2000), New Jersey Medical and Dental School (2000), University Health Science Center (San Antonio, 2000), University de Lausanne (Switzerland, 2000), University Paris Sud Orsay (2000), K.U.Leuven (Leuven, Belgium, 2000, 2008), Case Western Reserve University (Cleveland, 2000, 2008), Max Planck Institute (Dresden, Germany, 2000), NIH Gerontology Research Center (2002), University of Okazaki (Japan, 2003), University of Tokyo (Japan, 2003, 2004,

2007), Korean Institute of Science and Technology (Daejeon, Korea, 2003), KIST (Seoul, Korea, 2003, 2006), University of Chicago (2003), University of Colorado Health Science Center (Denver, 2004), New York Upstate Medical University (Syracuse, 2004), University of Arkansas (Little Rock, 2004), University of California (Davis, 2005, 2008), Yale University (New Haven,

2006), Seoul National University (Korea, 2006), Rosalind Franklin University (Chicago, 2008), University of Pennsylvania (Philadelphia, 2008), Институте цитологии РАН (Санкт Петербург, 2008), University of Ann Arbor (2008), Gladstone Institute of Neurological Disease (San Francisco, 2008), University of Iowa (Iowa City, 2009), а также в приглашенных докладах на Гордоновских конференциях (1999, 2005, 2008, 2009), на съездах международного Физиологического общества (1999, 2008), на съездах международного Биофизического общества (2003, 2008, 2009), на съездах международного общества Нейробиологов (2004), HDF foundation workshops (2003, 2004, 2008), EMBO workshop on "Calcium Signaling and Disease" (Capri, Italy, 2004), RIKEN BSI Frontiers in Molecular Neuropathology workshop (Tokyo, Japan, 2004), HighQ Foundation workshop "Calcium Targets in HD" (Los Angeles, 2005), FAOPS Congress (Seoul, Korea, 2006), Winter Conference on Brain Research (2007, 2008), Conference on Molecular Mechanisms of Neurodegeneration (Milan, italy,

2007), FASEB Summer Research Conference (2007, 2008), University of Tokyo Neuroscience Symposium (Sapporo, Japan, 2007), KMA foundation workshop (Las Vegas, 2008), European Calcium Society meeting (Leuven, Belgium, 2008), Ion Channels meeting (Giens, France, 2008), конференции Российского общества клеточных биологов в Санкт Петербурге (2009), на 16-ой международной конференции по кальциевой сигнализации (Пуко, Чили, 2009).

Публикации. Список основных публикаций по теме диссертации включает 62 оригинальные статьи в ведущих отечественных (3) и зарубежных (59) рецензируемых изданиях и 16 заказных обзоров (в зарубежных рецензируемых журналах и книгах), а также более 100 тезисов отечественных и зарубежных конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация объемом 287 страниц включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, результаты и обсуждение, 88 рисунков, 13 таблиц, заключение, выводы и список литературы. Личный вклад автора являлся определяющим на всех этапах работы и заключался в постановке задач исследования, участии в проведении экспериментов и обработке данных, анализе, обобщении и изложении результатов. Работа выполнена при финансовой поддержке, полученной автором от National Institutes of Health, CHDI foundation, Hereditary Disease Foundation, Welch Foundation, Alzheimer's Drug Discovery Foundation, Alzheimer's Association, US Department of Defence и многих других организаций.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Трансгенкые линии мышей. Для изучения патогенеза БХ использовали трансгенную линию мышей YAC128 [12], для изучения патогенеза СМАЗ - трансгенную линию CMA3-YAC-84Q [13], а для изучения патогенеза СМА2 - трансгенную линию CMA2-58Q [14]. При изучении патогенеза БА использовали мышей PScDKO (psidTAG/dTAG PS2~'~), которые были созданы скрещиванием мышей psidTAG/dTAQ с мышами PS2_/' [15]. Мыши psidTAG/dTAG были созданы при помощи нокаутной стратегии. Первый экзон гена PSEN1 был окружен сайтами loxP. Вдобавок к этому, двойная метка, кодирующая белок, связывающий кальмодулин, а затем метка эпитопа 3xFlag были вставлены сразу за стартовым кодоном ATG гена PSEN1. PScDKO мыши любезно предоставлены Bart De Strooper (KU Leuven). Для изучения патогенеза БА также использовали мышей ЗхТд (KI-PS1M14SV, Thy1-APPKM67o/67iNL, Thy1-taup3oiL) [16] и мышей APPPS1 (Thy1-APPKm67o/67inl. Thy1-PS1Li66p) [17]- Мыши ЗхТд любезно предоставлены Frank La Ferla (UC Irvine), a мыши APPPS1 - Mathias Jucker (University of Tübingen). Все животные находились на стандартной лабораторной диете и получали бидистиллированную воду ad libitum.

Плазмиды. Плазмида, кодирующая lnsP3R1 крысы [18], была любезно предоставлена Thomas Südhof (Stanford University); плазмиды с полными формами Xtt-23Q и Xtt-82Q человека [19] - Dr Christopher А Ross (John Hopkins University); плазмиды с полными формами Xtt-15Q и XTT-138Q человека [20] — Dr Michael Hayden (University of British Columbia); плазмиды с полными формами Atx3-19Q, Atx3-77Q и Atx3-127Q человека [21] - Dr Nobiku Nukina (Riken); плазмиды с полными формами Atx-22Q и Atx2-58Q человека [22] - Dr Stefan Pulst (University of Utah); плазмиды с полными формами пресенилинов человека (дикого типа и мутантых) - Dr GangYu (Southwestern University at Dallas) и Bart De Strooper (K.U.Leuven). Для генерации мутаций и конструкций для экспрессии использовали стандартные методы молекулярной биологии.

Антитела. Моноклональные антитела: против ХА (НА.11) - Covance, против Хтт (mAB2166) - Chemicon International, против ХАП1 1В6 предоставлены Dr. Claire-Anne Gutekunst, антитела против GAD65 - BD PharMingen, антитела против CTF-PS1 (МАВ5232) и против актина (МАВ1501) - Chemicon, против FLAG (F3165) - Sigma, против RyanR (МАЗ-925) - ABR, антитела NeuN (МАВ377)- Millipore, антитела DARPP-32 (#2306) - Celf Signaling, антитела против Aß 6Е10 (SIG-39300) -Covance. Поликлональные антитела: Т443 против lnsP3R1 были описаны ранее [23], против SERCA2b были предоставлены Dr. Frank Wuytack (KU Leuven); против PSD95 — Thomas Südhof (Stanford University). Вторичные антитела: Alexa Fluor-488 или Fluor-594 (A21121, A11012 и A1T0Ö8) - Invitrogen, конъюгированные с HRP антикроличьи и антимышиные антитела (115-035-146 и 111-035-144) - Jackson ImmmtinoResearch, биотинилированный реагент против IgG мыши -

Vector Labs (BMK-2202).

Вирусные векторы. Для функциональных и биохимических экспериментов рекомбинантные белки были экспрессированы в клетках Sf9, инфицированных рекомбинантными бакуловирусами. Рекомбинантные бакуловирусы, кодирующие lnsP3R1, пресенилины (PS1, PS2 и мутанты), хантинггин, атаксин-2 и атаксин-3, были созданы с использованием системы Bac-to-Bac (Invitrogen). Для экспрессии рекомбинантных белков в первичных культурах нейронов использовались лентивирусы. Шаттл-плазмиды, кодирующие NLS-GFP-Сге и NLS-GFP, любезно предоставлены Thomas Südhof (Stanford University). Вирусы Lenti-GFP и Lenti-Cre созданы посредством котрансфекций шаттл-векторов с упакованным HIV-1 вектором 8.9 и VSVG плазмид покровных гликопротеинов в пакующую клеточную линию НЕК293Т. Полученные маточные растворы вирусов были немедленно заморожены в жидком азоте и хранились при -80°С. Рекомбинантные лентивирусы, кодирующие GFP, GFP-IC10 и PS1, созданы по той же технологии. Для экспрессии рекомбинантных белков in vivo использовали адено-ассоциированные вирусы (AAV). Вирусы AAV1-GFP и AAV1-GFP-IC10 созданы в клетках Sf9 [24] при использовании протоколов University of Iowa Vector Core. Экспрессионные кассеты CMV-GFP-BGH или CMV-GFP-IC10-BGH субклонированы в аденоассоциированный шаттл-вектор pFBGR [25,26]. Были созданы рекомбинантные бакуловирусы bac-GFP и bac-GFP-IC10 с Использованием системы Bac-to-Bac (Invitrogen). Вирусы bac-GFP и bac-GFP-IC10 использовали для инфицирования клеток Sf9 вместе с вирусами Rep2 и Сар1. Вирусы AAV1-GFP и AAV1-GFP-IC10 выделены из лизатов клеток Sf9 и очищены центрифугированием в градиенте йодиксанола [27] в сопровождении Mustang-Q ионо-мембранного обмена (диализа) (Pall Corporation). Очищенные вирусы AAV1 сконцентрированы на мембране Amicon Ultra-4 и заморожены при -80°С.

Биохимические и молекулярные методы. Использовали стандартные методы для анализа с помощью двугибридной дрожжевой системы, направленного мутагенеза, GST pull-down анализа, иммунопреципитации.

Бислойные липидные мембраны. Регистрация активности одиночного канала рекомбинантного lnsP3R1 была осуществлена по описанной ранее методике [28,29] при трансмембранном потенциале в О мВ и с использованием 50 мМ Ва2+ (trans) в качестве носителя тока. Цитозольная (eis) камера содержала 110 мМ Tris, растворенного в HEPES (pH 7.35), 0.5 мМ Na2ATP, рСа 6.7 (0.2 мМ EGTA + 0.14 мМ CaCI2) [30]. lnsP3R1 был активирован добавлением 100 нМ lnsP3 или 2 мкМ lnsP3 (Alexis) в eis камеру. Активность каналов пресенилинов регистрировали по тому же методу без добавления lnsP3 и АТФ. Токи в бислоях усиливались (Warner ОС-725), фильтровались на частоте 1 кГц при помощи низкочастотного 8-полюсного фильтра Бесселя,

оцифровывались на частоте 5 кГц (Digidata 1200, Axon Instruments) и записывались на жесткий диск компьютера и на оптический диск. Дпя последующего компьютерного анализа (pClamp 6, Axon Instruments) токи подвергали цифровой фильтрации на частоте 500 Гц. Для графического представления записи токов данные фильтровали при 200 Гц.

Первичные культуры нейронов. Первичные культуры срединных шипиковых нейронов (CLUH) получены из гетерозиготных мышат YAC128 и мышат дикого типа на 1-2-й день после появления на свет. Первичные культуры клеток Пуркинье получены из гетерозиготных новорожденных мышат CMA2-58Q и новорожденных мышат дикого типа. Первичные культуры постнатальных нейронов гиппокампа получены из гомозиготных мышат ЗхТд, PScDKO и мышат дикого типа на 1 -2-й день после появления на свет. Полученные первичные культуры поддерживали 11-14 дней перед проведением экспериментов.

Флуориметрическая регистрация внутриклеточной

концентрации Са2+. Внутриклеточная концентрация Са2+ в первичных нейрональных культурах и в культурах фибробластов измеряли при помощи флуоресцентного зонда Fura 2-АМ (Molecular Probes). Для флуориметрических экспериментов покровные стекла с клетками переносились в регистрирующую/перфузионную камеру (RC-26G, Warner Instrument Corp), которая помещалась на подвижный предметный столик инвертирующего микроскопа Olympus IX-70. Клетки периодически возбуждали ультрафиолетом с длиной волны 340 и 380 нм (DeltaRAM illuminator, PTI) с использованием Fura-2 дихроического фильтра (Chroma Technologies) и 60-кратного пропускающего ультрафиолет иммерсионного объектива (Olympus). Излучаемый свет фиксировался камерой IC-300 (PTI), полученные изображения оцифровывали при помощи программного обеспечения ImageMaster Pro (PTI). Свечение зонда при длинах волн возбуждения 340 и 380 нм фиксировали каждые 5 с и представляли как соотношение свечения при 340/380 в отмеченные временные интервалы. Фоновую флуоресценцию определяли согласно рекомендациям производителя (PTI) и вычитали из регистрируемого сигнала. Внутриклеточная концентрация цитозольного Са2+ ([Ca2+]i (нМ)) в этих экспериментах определяли из уравнения [31]:

[Ca2+]i (нМ) = Kd x [(R - Rmin)/(Rmax - R)] х Sf,380/Sb,380,

где Kd = 285 нМ - это константа диссоциации Fura-2 по Са2+ при 37°С, R - это экспериментально установленное соотношение 340/380, Rmax - это соотношение 340/380 для Fura-2, связанной с Са2+, Rmin -это соотношение 340/380 для Fura-2, не связанной с кальцием. Sf,380/Sb,380 - это отношение интенсивности флуоресценции бескальциевой и связанной с Са2+ формами Fura-2 при 380 нм. Sf,380/Sb,380 в наших экспериментах определялась как 2.0.

TUNEL окрашивание для оценки алоптоза. Первичные культуры CUJH на 14-й день инкубации в течение 8 ч подвергали воздействию глутамата, добавленному в инкубационную среду в различных

концентрациях. В ходе воздействия глутамата клетки находились в С02-инкубаторе для клеточных культур (увлаженный 5% С02, 37°С). Сразу после воздействия глутаматом нейроны фиксировали в течение 30 мин в 4%-м параформальдегиде с 4% сахарозы в PBS (pH 7.4), пермеабилизировали в течение 5 мин в 0.25%-м Triton Х-100 и окрашивали при помощи DeadEnd Fluorometríc TUNEL System согласно инструкции производителя (Promega). Ядра были противоокрашены 5 мкМ йодида пропидиума (PI) (Molecular Probes). Покровные стекла были интенсивно отмыты PBS и помещены в Moweol-488 (Polysciences). FITC-и Pl-флуоресцирующие изображения фиксировали с помощью микроскопа Olympus IX70 с 40-кратным объективом камерой Cascade-650 (Rhoper Scientific) и программным обеспечением Metafluor (Universal Imaging). Для каждой позиции эксперимента было проанализировано 4-6 случайно выбранных полей зрения, содержащих по 200-300 СШН каждое. Количество TUNEL-позитивных ядер нейронов рассчитывалось как фракция Pl-позитивных ядер нейронов в каждом поле зрения безотносительно природы исследуемого образца. Ядра глиальных клеток, идентифицированных благодаря своим большим размерам и слабому Pl-окрашиванию, не рассматривались при анализе. Фракция TUNEL-позитивных ядер, определенных для каждого поля зрения, была усреднена, а результаты представлены как среднее ± S.D (п = количество проанализированных полей зрения).

Введение лекарственных препаратов мышам Трансгенным мышам и мышам дикого типа препараты давались при помощи адаптированной методики, использовавшейся в предыдущих исследованиях на мышах R6/2 [32]. Все препараты были ресуспензированы в PBS и в 2% кукурузной муке и принимались мышами дважды в неделю начиная с возраста 2 мес до 10-месячного возраста. Контрольным группам скармливался PBS.

Стереотаксические инъекции вирусов AAV1. Стереотаксические инъекции вирусов AAV1 в стриатум мышей осуществляли по описанной ранее методике [26]. Для билатеральных инъекций шприцы позиционировали под углом 10 градусов с обеих сторон мозга. Оптимальные инъекционные координаты (относительно темени) для стриатальных инъекций составили: А/Р = 0.5 мм, латерально = 2.5 мм, D/V = -2.8 мм. Вирусы AAV1 были диализированы против лакгатного раствора Рингера непосредственно перед стереотаксическими инъекциями. Конечные виральные титры, используемые для инъекций, содержали 2.2 х 1011 TU/мл для AAV1-GFP и 2.0 х 1011 TU/мл для AAV1-GFP-IC10 в лакгатном растворе Рингера. Объем инъекции составил 4 мкл на участок, при скорости введения 0.2 мкп/мин. Инъекции AAV1 делали мышам в возрасте 7-8 нед.

Анализ координации движений у мышей. Эксперименты по оценке координации движений осуществлялись по ранее описанной методике для мышей R6/2 и YAC128 [12,33]. Для проведения «теста на

вращение» использовался аппарат ускоряющийся ротарод Economex (The Columbus Instruments, Columbus, Ohio). Тестирование проводилось в течение 1 дня с полуторачасовыми периодами отдыха между испытаниями. Регистрировали время, в течение которого животное удерживается на вращающемся валике до падения, в ходе двух тестовых попыток. «Тест на балансировку» проводили с использованием самодельной оригинальной экспериментальной установки. В тесте использовали круглый (17 мм и 11 мм в диаметре) и квадратный (5 мм толщиной) бруски. Для каждого испытания регистрировали время прохождения бруска (80 см длиной) и количество соскальзываний с бруска задних лап животного. Для каждого измерения брали результаты двух последовательных испытаний на каждом типе бруска. Исследование дорожки следов осуществляли в возрасте 11.5 мес по ранее описанной методике [33]. В этих экспериментах задние и передние лапы мыши покрывали соответственно синей и красной нетоксичной краской. Затем мышей обучали проходить вдоль экспериментальной камеры длиной 50 см, шириной 10 см с открытым верхом и боковыми стенками высотой 10 см. Все мыши осуществляли по три побежки в день в течение трех последовательных дней. После каждой побежки на дно камеры укладывался новый чистый лист бумаги. Дорожку следов количественно анализировали по четырем измерениям: длина самого большого шага, размер шага задними лапами, размер шага передними лапами и размер наложения следа передними и задними лапами, как было описано ранее [33].

Нейропатологическое обследование мышей. По окончании анализа координации движений (в возрасте 11-14 мес) мыши были терминально анестезированы и транскардиально перфузированы 10 мл 0.9%-ного соляного раствора со 100 мл фиксатива (4%-ного параформальдегида в 0.1 М PBS, pH 7.4). Мозг всех животных извлекали из черепа и взвешивали. Мозги стойко фиксировали в течение ночи при 4°С в 4%-м параформальдегиде и уравновешивали в 20-30% (w/v) сахарозе в PBS. Мозги нарезали на коронарные срезы толщиной 30 мкм при помощи скользящего микротома Leica SM2000R. Коронарные срезы окрашивали моноклональными антителами NeuN (Chemicon, разведение 1:1000) и биотинилироваными вторичными антимышиными антителами (Vector, Burlington, ON, Canada, разведение 1:200) (MOM набор). Для визуализации клеток Пуркинье срезы мозжечка окрашивали моноклональными антителами против кальбандина D 28К (CBD28) и биотинилироваными вторичными антимышиными антителами. Сигнал усиливался при помощи набора ABC Elite (Vector) и определялся с диаминбензидином (Pierce). Все количественные стереологические подсчеты осуществляли вслепую относительно природы срезов (генотип и принимавшиеся препараты) с использованием установки Stereoinvestigator и программного обеспечения (MicroBrightField, Williston, VT, USA).

Для окрашивания бета-амилоидных бляшек коронарные срезы мозга мышей APPPS1, проходящие через области переднего мозга, окрашивали антителами против Ар 6Е10 (разведение 1:1000), а затем вторичными антителами против IgG мыши Alexa Flour-488 (1:2000 dilution). Количественный анализ амилоидной нагрузки осуществляли вслепую с использованием сканирующей лазерной системы Isocyte (Molecular Devices). При помощи специального программного обеспечения (Molecular Devices) для каждого среза автоматически рассчитывали: среднюю площадь амилоидных бляшек (AREA), среднюю интенсивность флуоресцентного сигнала от бляшек (IINT-1) и количество бляшек. Проанализированы по 20 срезов мозга от каждой из 12 мышей. Данные для контрольной и получавшей дантролен групп усредняли.

Для анализа плотности синапсов срезы гиппокампа из APPPS1 мышей окрашивали поликпональными антителами против PSD95 и Alexa Fluor-488 вторичными антителами. Ядра нейронов гиппокампа окрашивали йодидом пропидиума. Изображения срезов гиппокампа были получены при помощи конфокального микроскопа Zeiss Axoivert 100М. На четырех срезах от каждой мыши APPPS1 осуществляли окрашивание серебром по Бильшовскому согласно ранее опубликованным процедурам.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ. 1. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез болезни Хантингтона (БХ).

1.1 lnsP3R1 связывается с ХАП1А в дрожжевой двугибридной системе (Д2Г).

Мы идентифицировали новые белки, которые связываются с С-концевой областью lnsP3R1. Для этого использовали С-концевую область lnsP3R1 крысы в векторе pLexN (1С участок, аминокислоты D2590-A2749) для Д2Г скрининга библиотеки кДНК мозга крысы и изолированных 16 позитивных клонов. Один из изолированных клонов (клон 11) соответствовал частичному фрагменту белка ХАП1А (хантингтин-ассоциированного протеина 1). Провели систематическое картирование взаимодействующих доменов, используя жидкостный Д2Г анализ (Рис. 1А, Б). Связывание lnsP3R1 и ХАП1 было подтверждено в GST pull-down экспериментах и при использовании метода иммунопреципитации (Рис. 1В, Г). Поскольку ХАП1 взаимодействует с Хтт, мы исследовали, можно ли сформировать троичный комплекс lnsP3R1-XAniA-Xrr. В ходе этого исследования обнаружено, что мутантный Xtt-82Q, но не Хтт-230 (дикого типа), демонстрировал сильное и прямое связывание с С-концом lnsP3Ri даже в отсутствие ХАП1А (Рис. 1Д).

Рисунок. 1. lnsP3R1 связывает ХАП1А и Хтт в двугибридной дрожжевой системе in vitro. А- Б. Результаты жидкостного двугибридного анализа. В-Г. Результаты pull-down экспериментов. Д. Результаты экспериментов по иммунопреципитации. [6]

1.2 Мутантный Хантингтин активирует lnsP3R1 в БЛМ.

Для изучения функциональных последствий связывания lnsP3R1 с мутантным Хтт использован метод реконституции в бислойные липидные мембраны (БЛМ). Рекомбинантный lnsP3R1 был экспрессирован в клетках Sf9 при помощи бакуловирусной системы и встроен в БЛМ. Добавление 100 нМ lnsP3 в cis (цитозольную) камеру вызывало низкие уровни активности lnsP3R1 (Рис. 2Б, вторая линия, 2В). Дальнейшее добавление белка GST или повторное добавление белка Xtt-N-15Q прямо к бислою не оказывало влияния на активность lnsP3R1 (Рис. 2Б, линии 3-5, 2В). В противоположность этому, добавление белка Xtt-N-138Q к тому же бислою приводило к усилению активности lnsP3R1 (Рис. 2Б, линия 6, 2В). В среднем вероятность открытого состояния lnsP3R1 составила 0.020±0.008 (п=16) в присутствии 100 нМ lnsP3, 0.02+0.01 (п=6) после добавления белка Xtt-N-15Q и 0.19±0.05 (п=4) после добавления белка Xtt-N-138Q. Усиление активности lnsP3R1 под действием Xtt-N-138Q было более выраженным при низких концентрациях lnsP3. Когда lnsP3R1 был активирован 2 мкМ lnsP3, добавление белков GST, Xtt-N-15Q и Xtt-N-138Q не оказывало достоверного действия на вероятность открытого состояния lnsP3R1 (Рис. 2Г). Исходя из этих данных, мы сделали заключение о том, что Хтт-N-138Q, но не Xtt-N-15Q, сенсибилизирует lnsP3R1 к активации субмаксимальными дозами lnsP3.

тк-гт-Ыр J15QJ!

XTT-N I15Q || 138Q

I'- J L-.ui It i.

Время (с)

GST Хтт-N Xrr-N

15Q 136Q

2 мкМ lnsP3

Время (с)

Рисунок 2. Мутантный Хантингтин сенситизирует 1пэР3Я1 к lnsP3 в БЛМ А-В. Эффекты GST, Xmm-N-15Q и Xmm-N-138Q на активность рекомбинантного lnsP3R1 е бислойной липидной мембране при 100 нМ lnsP3. Г. Результаты, полученные при 2 мкМ lnsP3. [6]

1.2Мутантный Хантингтин активирует выброс Са2+ в СШН. Для исследования функциональных воздействий Хттехр на lnsP3R1 была создана первичная культура СШН из эмбрионов крыс Е18. После культивирования в течение 20 сут СШН были трансфицированы плазмидами с полными формами Xtt-23Q, Xtt-82Q или Xtt-138Q. Для идентификации трансфицированных клеток была котрансфицирована плазмида с улучшенным зеленым флуоресцирующим белком (EGFP). Клетки были загружены Са2+ флуоресцентным зондом Fura-2 и простимулированы 3,5-дигидроксифенилглицином (ДГФГ),

специфическим агонистом рецептора mGluR1/5, в концентрации 10 мкМ. Данные с СШН, трансфицированными EGFP, EGFP+Xtt-23Q, EGFP+Xtt-82Q и EGFP+Xtt-138Q, показаны на рисунке 3. Трансфицированные клетки определялись по наличию свечения GFP (Рис. 3, первая колонка, стрелки) до начала флуориметрических экспериментов. 10 мкМ ДГФГ соответствует пороговой концентрации для активации рецептора mGluR1/5 в СШН. На аппликацию ДГФГ в этой концентрации к контрольным СШН, трансфицированным одной плазмидой с EGFP (Рис. 3, первый ряд), и к СШН, трансфицированным плазмидой с Хтт-230 (Рис. 3, второй ряд), наблюдался незначительный ответ. В противоположность этим данным, аппликация 10 мкМ ДГФГ вызывала значительный ответ в СШН, трансфицированных плазмидой с Xtt-82Q (Рис. 3, третий ряд). Еще более сильная реакция на агонист наблюдалась в СШН, трансфицированных плазмидой с Xtt-138Q (Рис. 3, четвертый ряд).

соотношение 340/280 Fura-2

EGF Р* XTT-23Q

EGFP + XTT-82Q

EGFP Xtt-138Q|

GFP 10 мкМ ДГФГ

... /г Уа

Л U | II iU 81

Л Ч * 21 (яс ч \ а.« ■ » > ... Ч * «

ж У> . ш о> в

-1 мин 8 с 30 с 1 мин 2 мин 3 мин

Рисунок 3. Мутантный Хантингтин стимулирует высвобождение Саг* в СШН. Сигнал Рига-2 показан для ДГФГ-индуцированных (в концентрации 10 мкМ) Саг* выбросов в СШН, трансфицированных ЕвРР (первый ряд), ЕвРР+Хтт-23С! (второй ряд), ЕвЕР+Хтт82й (третий ряд) и ЕвРР+Хтт-1380 (четвертый ряд). [6]

1.4 Нарушение Са2+ сигнализации и апоптоз СШН при БХ.

В трансгенных мышах YAC128, являющихся моделью БХ, полная форма Хтт человека с увеличенным полиглутаминовым повтором (128Q) экспрессируется под контролем эндогенного промотора и регуляторных элементов [12]. С использованием мышей YAC 128 мы разработали «in vitro модель БХ» на основе первичных культур СШН. В качестве контроля использовали первичные культуры СШН дикого типа (ДТ) и мышей линии YAC18. На 14-й день инкубации все 3 группы СШН были подвергнуты 8-часовому воздействию глутамата (в концентрациях от О до 250 мкМ) для имитации физиологической стимуляции. После воздействия глутамата СШН фиксировали, пермеабилизировали и оценивали количество апоптировавших клеток с помощью TUNEL окрашивания. Установлено, что в базальных условиях (без добавления глутамата) приблизительно 10% СШН во всех трех экспериментальных группах были апоптическими (TUNEL-позитивными) (Рис. 4А, 4Б). Добавление 25 или 50 мкМ глутамата увеличивало количество апоптирующих клеток до 15-20% во всех трех экспериментальных группах (Рис. 4А, 4Б). Добавление 100 или 250 мкМ глутамата увеличивало апоптическую смерть клеток до 60-70% для YAC128 СШН и только до 25-30% для СШН ДТ и YAC 18 (Рис. 4А, 4Б). Таким образом, воздействие глутаматом в концентрациях от 100 до 250 мкМ приводит к селективному апоптозу YAC128 СШН. Полученная клеточная модель БХ была использована для проверки «кальциевой гипотезы БХ». Нейропротективный эффект был продемонстрирован в экспериментах с ингибиторами mGluR1/5 рецепторов, NMDA рецепторов, lnsP3R рецепторов, блокаторами каспазы-3 и каспазы-9 и ингибиторами пор митохондриальной проницаемости [3]. Нейропротективные эффекты в клеточной модели БХ были также показаны для клинических кальциевых и глутаматных блокаторов мемантина и рилузола [34], биоактивных фракций из экстракта женьшеня [35] и для препарата Димебон [36]. Было сделано заключение о том, что каналы кальциевой сигнализации

представляют собой новые потенциальные мишени для терапевтического воздействия при БХ.

Глу | (мкМ) I

дт

YAC 123 VAC18

f Г

сшн

О 25 50 1С« 25Ü Глутамат {тЩ

Рисунок 4. Гпутамат-индуцированный апоптоз

YAC128 БХ СШН. [3]

1.5 Нейропротективные эффекты фрагмента С-конца lnsP3R1 у мышей-моделей БХ.

Раннее нами было показано, что С-концевой фрагмент IC10 lnsP3R1 (F2627-A2749, длиной 122 аминокислот) напрямую и специфично связывается с мутантным Хттехр (раздел 1.1). Мы предположили, что включение пептида IC10 в СШН БХ в trans позиции должно нарушать патогенную связь между lnsP3R1 и Хтт843, что позволит нам оценить значение комплекса lnsP3R1 -Хтте>ф для патогенеза БХ. Для введения пептида IC10 в полностью дифференцированные нейроны стриатума мы создали лентивирусные векторы, кодирующие интегрирующий белок GFP-IC10, и контрольные лентивирусы, кодирующие только белок GFP. Первичные культуры СШН дикого типа и YAC128 были инфицированы Lenti-GFP или Lenti-GFP-IC10 на 7-й и 11-й день культивирования. При измерении Саг+ сигналов в инфицированных культурах СШН мы определили, что фрагмент IC10 специфично стабилизирует глутамат-опосредованное нарушение Са2+ сигнализации в YAC128 СШН [1].

Для изучения нейропротективного эффекта Lenti-GFP-IC10 мы использовали разработанную нами ранее «/л vitro модель БХ» (раздел 1.4). На 14-й день все инфицированные культуры СШН в течение 7-8 ч подвергались воздействию глутамата в концентрациях 0, 100, 250 мкМ, а затем при помощи TUNEL-TMR окрашивания (красный) и DAPI противоокрашивания ядер (синий) был проанализирован уровень клеточной смерти. Инфицирование вирусом Lenti-GFP не оказывало достоверного влияния на апоптоз СШН дикого типа или YAC128 (Рис. 5А, 5Б), а инфицирование вирусом Lenti-GFP-IC10 не оказывало

Глу

(мкм; О

100 250

Растворитель ДТ 1 YAC128 Lenti-GFP ДТ I YACI28 Lenti-GFP-IC10 ДТ I YAC128

■ as ■ в ш ш

■ на В Ü т ш

И ш т ш ЕЯ и

100

III

h- £ 40

Lenti-GFP

Lent¡-GFP-IC10

Гпу(мкМ)

ДТ + Lent¡-GFP/GFP-IC10 • YAC + Lenti-GFP/GFP-IC10

Рисунок 5. Экспрессия GFP-IC10 защищает YAC128 СШН от апоптоза. [1]

достоверного воздействия на клеточную смерть СШН дикого типа, однако значительно снижало глутамат-индуцированный апоптоз УАС128 СШН (Рис. 5А, 5В). Таким образом, экспрессия вЯР-ЮЮ оказывает специфичное нейропротективное действие в клеточной модели БХ.

Для исследования долговременных эффектов экспрессии вРР-ЮЮ в модели БХ на основе мышей УАС128, мы создали рекомбинантные вирусные векторы аденоассоциированных вирусов первого серотипа (АА\/1), экспрессирующие интегрирующий белок вРР-ГСЮ и контрольный белок вРР. Полученные вирусы были билатерально стереотаксически инъецированы в область стриатума самок мышей дикого типа и мышей УАС128 в возрасте 7-8 нед. Для сравнения тонкой координации движений и способностей к поддержанию равновесия среди разных групп мышей использовался тест на балансировку на круглом (11 мм в диаметре) и квадратном (5 мм толщиной) брусках. Тест на балансировку повторялся каждые 2 мес до достижения мышами возраста 11.5 мес. Было установлено, что мыши УАС128, которым инъецировался вирус АА\Л-ЭРР, с возрастом демонстрировали прогрессирующее нарушение способности ходить по бруску (более продолжительный период прохождения бруса и увеличенное число соскальзывания лап) в сравнении с мышами дикого типа, которым инъецировался тот же вирус ААВ1-ОРР. Достоверные отличия в основных показателях этого теста (р<0.05) между группами УАС128/вРР и ДТЛЗРР наблюдались в возрасте 7, 9 и 11.5 мес для круглого бруска и в возрасте 5, 7, 9 и 11.5 мес для квадратного бруска. В противоположность этому, мыши УАС128/1С10, так же, как и мыши ДТЯЗРР или ДТ/1С10, успешно справлялись с тестом при любом уровне сложности вплоть до 9-месячного возраста, а в возрасте 9 мес мыши этих экспериментальных групп проходили тест достоверно (р<0.01)

Таблица 1. Невропатологический анализ мозга мышей, после инъекции А А VI. В наших экспериментах тестировались 4 группы мышей. Данные представлены как среднее ± в.Е.М. (п =

количество мышей). [1]

№груп пы Наименование группы Кол и чес тво мышей Вес мозга (г) Количество нейронов (х10° клеток) Площадь поперечного сечения СШН (мкм2)

1 ДТ-вРР 13 0.506 ±0.014 1.331 ±0.030 87.00 ± 2.47

2 УАС-вРР 15 0.445 ± 0.006 4 0.992 ± 0.032" 72.88 ± 1.87 А

3 ДТ-вРР-ЮЮ 11 0.511 ±0.021 1.347 ±0.027 90.11 ±1.14

4 УАС-ЭРР-ЮЮ 14 0.460 ± 0.007" 1.196 ± 0.031 А'И 82.56 ± 1.90 А "

А: Достоверные отличия (р < 0.01) при сравнении с контрольными группами (ДТ). В: Достоверные отличия (р < 0.01) при сравнении с группами УАС-СЗРР.

лучше, чем мыши группы YAC128/GFP в возрасте 9 и 11.5 мес для круглого бруска и в возрасте 5, 7, 9 и 11.5 мес для квадратного бруска. Эти данные свидетельствуют о том, что экспрессия белка GFP-IC10 в стриатуме достоверно улучшает показатели теста на балансировку у стареющих мышей YAC128.

Селективная потеря СШН стриатума является главным нейропатологическим маркером БХ и характерной особенностью стареющих мышей YAC128 [12]. Для оценки эффектов экспрессии GFP-IC10 на нейропатологию по завершении поведенческого анализа у мышей всех четырех групп после транскардиальной перфузии был извлечен мозг и определено количество СШН, используя стереологические методы. В этих экспериментах NeuN-позитивныв нейроны стриатума подсчитывались безотносительно природы срезов (генотипа и воздействия вирусным вектором). В соответствии с опубликованными результатами [12], мыши YAC128, которым инъецировали AAV1-GFP, демонстрировали значительную потерю нейронов стриатума в сравнении с мышами ДТ/GFP или ДТ/1С10 (Таблица 1). У мышей YAC128, которым инъецировали вирус AAV1-GFP-IC10, наблюдалось достоверное большее количество нейронов стриатума по сравнению с мышами YAC128/GFP (Таблица 1), что свидетельствует о нейропротекгивном действии экспрессии GFP-IC10 на СШН у мышей YAC128.

Дополнительный стереологический анализ выявил значительное снижение средней площади поперечного сечения нейронов у мышей YAC128/GFP по сравнению с мышами ДТ/GFP (Таблица 1). Интересно, что площадь поперечного сечения СШН у мышей YAC128/IC10 была достоверно больше, чем этот показатель у мышей YAC128/GFP (Таблица 1). Эти результаты свидетельствуют о том, что экспрессия GFP-IC10 не только защищает YAC128 СШН от клеточной смерти, но и препятствует клеточному сжатию СШН у стареющих животных YAC128.

В целом установлено, что оверэкспрессия интегрирующего белка GFP-IC10 может стабилизировать Са2+ сигнализацию и защищать YAC128 СШН от клеточной смерти in vitro и in vivo. Результаты наших исследований позволяют рассматривать lnsP3R1 как потенциальную терапевтическую мишень при лечении БХ, а также подтверждают роль пептида IC10 как нового терапевтического агента при этом заболевании.

1.6 Роль допаминовой сигнализации при БХ.

Помимо глутаматергической стимуляции из коры больших полушарий, стриатум является основной мишенью воздействия допаминергических нейронов черного вещества мозга [37]. Для оценки потенциальной роли допаминергической сигнализации в дегенерации СШН при БХ мы использовали «in vitro модель БХ», описанную ранее (раздел 1.4). Результаты экспериментов in vitro показали, что допамин и глутамат работают синергично, вызывая апоптоз СШН при БХ [7]. В дальнейшем мы оценили вклад допаминовых путей сигнализации в нейродегенерацию стриатума in vivo, используя мышей YAC128 как модель БХ. Для увеличения уровня допамина в мозге мышей был использован L-Dopa (100 мг/кг, дважды в неделю перорально), а для противодействия L-Dopa и ингибирования допаминовой сигнализации использовался ингибитор VMAT2 тетрабеназин (TBZ) (5 мг/кг, дважды в неделю перорально). В наших экспериментах координация движения животных оценивалась в тесте на вращение и в тесте на балансировку. В возрасте 2 мес до начала приема препаратов у всех групп мышей регистрировались базальные показатели координации движений в этих двух тестах. Начиная с 2-месячного возраста и до возраста 10 мес всем мышам дважды в неделю скармливались препараты по описанной выше схеме. В возрасте 10 мес прием препаратов был прекращен и в течение последующих 30 сут животные не принимали никаких веществ. Показатели теста на вращение и теста на балансировку регистрировались в возрасте 2, 5, 7, 9, 10 и 11 мес. После анализа результатов исследования поведения установлено, что у мышей дикого типа и мышей YAC128 в возрасте 2 мес показатели теста на вращение были сходными (Рис. 6). Контрольная группа животных дикого типа (которые получали PBS) проходила тест на вращение достоверно лучше (р<0.05), чем контрольная группа мышей YAC128 в возрасте 5, 7, 9, 10 и 11 мес (Рис. 6). Скармливание мышам дикого типа L-Dopa или L-Dopa/TBZ не оказывало очевидного эффекта на прохождение ими теста на вращение в каждом из исследованных возрастов (Рис. 6). Прием L-Dopa мышами YAC128 ухудшало их показатели теста на вращение (Рис. 6) с достоверным (р<0.05) уменьшением времени до падения, измеренного в возрасте 10 и 11 мес. В противоположность этому, скармливание мышам YAC128 смеси L-Dopa/TBZ достоверно (р<0.05) улучшало прохождение теста этими животными в возрасте 9, 10 и 11 мес в сравнении с контрольными

-О-ДТюнгр Д-ДТОора

-•-YAC метр -A- YAC Dope V VA: ТБ2

2 5 7 9 10 11

Возраст (мес) Рисунок 6. Результаты теста на вращение мышей YAC128. ¡71

мышами YAC 128 (Рис. 6). Качественно похожие результаты были получены при использовании теста на балансировку и при анализе дорожки следов [7].

Для определения вклада путей допаминовой сигнализации в потерю нейронов у мышей YAC128, по завершении анализа поведения (в возрасте 11 месяцев), мозг животных всех 6 экспериментальных групп после транскардиальной перфузии извлекался из черепа и анализировался методами стереологии (раздел 1.5). Установлено, что прием мышами дикого типа L-Dopa и смеси L-Dopa/TBZ не вызывал достоверного изменения количества нейронов стриатума у этих животных (Таблица 2). Напротив, у мышей YAC128, принимавших L-Dopa, отмечалась достоверная потеря нейронов (р<0.05) по сравнению с контрольными мышами YAC128 (Таблица 2). Скармливание мышам YAC128 L-Dopa/TBZ достоверно (р<0.05) уменьшало потерю нейронов стриатума по сравнению с контрольными мышами YAC128 (Таблица 2).

Результаты нейропатологического анализа показали, что устойчивое увеличение уровня допамина посредством скармливания мышам L-Dopa способствуют потере нейронов стриатума у мышей YAC 128 в возрасте 11 мес. Мы пришли к заключению о том, что TBZ защищает нейроны стриатума от клеточной смерти у стареющих мышей Y АС 128, но не защищает эти нейроны от усыхания (Таблица 2). Было выдвинуто предположение, что TBZ и другие допаминовые антагонисты могут быть использованы для лечения больных БХ.

Таблица 2. Невропатологический анализ мозга мышей после воздействия ¿-ООРА/ТВ^.

Тестировали 6 групп мышей. Данные представлены как среднее ± в-ЕМ. (п = количество мышей). [7]

Группа # Наименование группы Количество мышей Масса мозга (г) Количество нейронов (х106 клеток) Площадь поперечного сечения СШН (мкм2)

1 ДТ-контроль 9(5?, 4c?) 0.508 ± 0.025 1.264 ±0.035 85.75 ± 2.33

2 ДТ-Dopa 7 (5?, 2c?) 0.501 ± 0.020 1.225 ±0.016 87.51 ± 1.98

3 ДТ- Dopa /TBZ 8 (5?, 3c?) 0.501 ±0.019 1.258 ±0.020 91.34 ±2.57

4 YAC-контроль 9 (4?, 5c?) 0.432 ± 0.007 1.090 ±0.020 71.99 ± 1.48

5 YAC-Dopa 8(4$,4c?) 0.423 ±0.008 1.014 ±0.028 75.53 ±1.16

б YAC- Dopa/TBZ 7(4$,3cJ) 0.46410.010 1.182 + 0.026 77.21 ±1.15

Достоверные отличия (р <0.01} при сравнении с контрольными группами (ДТ).

В: Достоверные отличия (р <0.01) при сравнении с группами YAC-GFP.

2. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез спиномозжечковой атаксии 3-го типа (СМАЗ).

2.1 Мутантный атаксин-3 специфически связывается с lnsP3R1 и увеличивает его активность в БЛМ.

Спиномозжечковая атаксия 3 типа (СМА 3), также известная как болезнь Мачадо-Джозефа, - аутосомно-доминантное нейродегенеративное нарушение, которое, как и рассмотренная ранее БХ, принадлежит к группе заболеваний, вызываемых увеличением полиглутаминовой последовательности (polyQ) в белках [38]. На молекулярном уровне причина СМАЗ состоит в увеличении polyQ последовательности в С-конце белка атаксина-3 (АТХЗ) [38]. По аналогии с Хттехр мы предположили, что мутантный АТХЗехр может также связываться с С-концевой областью lnsP3R1. Для проверки этой гипотезы мы экспрессировали белки EGFP-ATX3-19Q, EGFP-ATX3-77Q и EGFP-ATX3-127Q в клетках НЕК293 и осуществили серию GST pull-down экспериментов с бактериально экспрессированным С-концевым фрагментом lnsP3R1 GST-IC10. Установлено, что GST-IC10 специфично связывается с мутантными белками GFP-ATX3-77Q и GFP-ATX3-127Q, но не с белком дикого типа EGFP-ATX3-19Q (Рис. 7А). Аналогичные результаты были получены в экспериментах по иммунопреципитации полной формы lnsP3R1 (RT1) с белками EGFP-ATX3-19Q, EGFP-ATX3-77Q и EGFP-ATX3-127Q (Рис. 7Б).

Для оценки функционального влияния Atx3e*p на lnsP3R1 в бактерии были экспрессированы полные формы белков ATX3-19Q и ATX3-77Q с добавлением амино-терминального тага МБР. Белки МВР-АТХЗ-19Q/77Q были очищены аффинной хроматографией и отфильтрованы в геле. При помощи бакуловирусной инфекции в клетках Sf9 была экспрессирована полная форма lnsP3R1 (RT1), которая затем

/gp-mxmsq / 3FP-ATXV77Q; GFP-ATX3-127QI

k Ji I м I N и

• - ш 0-

'//Ванти-GFPmAb

G-=-ATH"jC 3FP-ATC3-77Q

- "If

wa. ант-GFP mAb

Рисунок 7. Мутантный атаксин-3 связывается с lnsP3R1. [2].

"M^Hi 1оо м i р Л« ^ ИХ.,

mmmIA

1O.U«« р jíwNVUi

]|aTX3-19q| 0.в ¡ [mbf| [a1X3-77Q (

время {с] 500

.».in

время (с) 75о

Рисунок 8. Мутантный атаксин-3 активирует lnsP3R1 в БЛМ. [2].

встраивалась в БЛМ. Активность рекомбинантного 1пзР3В1 индуцировалась добавлением 100 нМ 1пзР3 в с/в камеру (Рис. 8А, В, вторая запись тока). Добавление очищенного белка МБР или МВР-АТХЗ-1ЭО не оказывало влияния на активность 1пзР3Я1 в БЛМ (Рис. 8А, третья и четвертая запись тока, 8В). Напротив, добавление белка МВР-АТХЗ-770 вызывало выраженную активацию 1пзР3П1 (Рис. 8В, четвертая запись тока, 8Г). На основании полученных результатов мы сделали заключение о том, что связывание А1хЗехр с 1пзР3В1 увеличивает аффинность 1пзР3В1 к (пэРз, аналогично эффекту белка Хттехр (Глава 1).

2.2 Высвобождение Са2+ из внутриклеточных Са2+ депо в первичных фибробластах пациентов со СМАЗ.

Для дальнейшего исследования функциональных воздействий А1хЗехр на Са2+ сигнализацию в клетках и для определения адекватности наших результатов в отношении заболеваний человека мы осуществили серию экспериментов по измерению внутриклеточной концентрации Са2+ (при помощи зонда Рига-2) на первичных фибробластах человека, взятых от здоровых людей и от пациентов с симптомами СМАЗ с удлинением ро1уО до 740 в гене атаксина-3 (Рис. 9А). Обнаружено, что аппликации 300 нМ брадикинина (ВК), агониста 1пзР3-связанного рецептора, вызывали более значительное увеличение концентрации Са2+ в фибробластах пациентов со СМАЗ, по сравнению с клетками здоровых людей (Рис. 9Б, 9В). В среднем амплитуда ВК-индуцированного изменения концентрации Са2+ составила 318±71 нМ Са2+ (п=43) в контрольных клетках здоровых людей и 573+108 нМ Са2+ (п=37) в клетках со СМАЗ, что было достоверно (р<0.05) выше контрольных значений. Таким образом, экспрессия мутантного белка атаксина-3 у человека оказывает усиливающее действие на 1пзР3В-опосредованное высвобождение Са2+ в фибробластах пациентов со СМАЗ, что согласуется с результатами, полученными в экспериментах с БЛМ (раздел 2.1).

°0 100 150 X» 250 307 бремя (с)

Рисунок 9. Выброс Са2* из депо в первичных фибробластах пациентов со СМАЗ [2].

2.3 Дантролен уменьшает выраженность симптомов СМАЗ у трансгенных мышей.

Для проверки роли нейрональной Са2+ сигнализации в патогенезе СМАЗ мы провели исследования эффектов дантролена на трансгенных мышах CMA3-YAC-84Q. Дантролен — это релаксант скелетной мускулатуры, широко применяемый в клинике при лечении злокачественной гипертермии и мышечных спазмов [39]. Одной из молекулярных мишеней дантролена в мышечных и нервных клетках является рианодиновый рецептор (RyanR) — канал выброса Са2+ из внутриклеточных депо. В наших исследованиях 100 мкг дантролена ресуспензировали в PBS и скармливали мышам дикого типа и мышам CMA3-YAC-84Q (СМАЗ) дважды в неделю начиная с двухмесячного возраста до достижения животными возраста 12 мес (Таблица 3). Прием дантролена мышами со СМАЗ достоверно улучшал прохождение этими животными теста на балансировку (раздел 1.4) и улучшил «походку» животных, что установлено в результате анализа дорожки следов [2].

По завершении исследования поведения (в возрасте 13.5 мес) мозг животных из всех экспериментальных групп был извлечен из черепа и проанализирован методами стереологии. Наше внимание было сфокусировано на области ядер моста и черного вещества, которые наиболее сильно поражаются у пациентов со СМАЗ [40]. Установлено, что пероральный прием дантролена уменьшил потерю нейронов в этих участках мозга у мышей-моделей СМАЗ (Таблица 3). Полученные результаты свидетельствуют о том, что дантролен оказывает нейропротективное действие на нейроны ядер моста и черного вещества мозга, и подтверждают гипотезу об участии нарушений кальциевой сигнализации в патогенезе СМАЗ.

Таблица 3. Исследования эффектов дантролена на мышах CMA3-YAC-84Q. [2]

В наших экспериментах использовались 4 группы мышей. Средняя масса мозга, количество нейронов в ядрах моста и черном веществе представлены как среднее ± SEM для каждой группы.

№ группы Наименование Количео тво самок мышей Генотип мышей Дозировка лекарства (мг/кг/3 дня) Масса мозга (г) Ядра моста количество нейронов Черное вещество количество нейронов

1 ДТ-контроль 10 ДТ PBS 0.500±0.008 43368±1811 11026±284

2 ДТ-дантролен 7 ДТ 5 мг дантролена 0.501 ±0.004 43659±2203 11202±254

3 СМАЗ-контроль 8 CMA3-YAC-84Q PBS 0.451 ±0.007 37021±1000 9384±250

4 СМАЗ-дантропен 10 CMA3-YAC-84Q 5 мг дантролена 0.470±0.007 43642±1725 10699±239

3. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез спиномозжечковой атаксии 2-го типа (СМА2).

3.1 Мутантный атаксин-2 связывается с lnsP3R1 и увеличивает его активность в БЛМ.

Спиномозжечковая атаксия 2 типа (СМА2) - это аутосомное доминантное генетическое нейродегенеративное заболевание [41]. При СМА2 прежде всего поражаются клетки Пуркинье мозжечка [41,42]. На молекулярном уровне причина СМА2 состоит в удлинении нестабильного тринуклеотидного CAG повтора в гене ATXN2, который кодирует полиглутаминовый (polyQ) участок белка атаксина-2 (Atx2). По аналогии с Хттехр и Atx3exp мы предположили, что мутантный Atx2exp может также связываться с С-концевой областью lnsP3R1. Для проверки этой гипотезы мы экспрессировали белки Atx-22Q и Atx2-58Q человека в клетках C0S7 и осуществили серию GST pull-down экспериментов с бактериально экспрессированным С-концевым фрагментом lnsP3R1 GST-IC10. Установлено, что GST-IC10 специфично связывается с мутантными белком Atx2-58Q, но не с белком дикого типа Atx-22Q (Рис. 10А). Аналогичные результаты были получены в экспериментах по иммунопреципитации полной формы lnsP3R1 (RT1) с белками Atx-22Q и Atx2-58Q (Рис. 10Б). Таким образом, мутантный Atx2exp специфично связывается с С-концевой областью lnsP3R1 так же, как и Хттехр и Atx3exp (Главы 1 и 2).

Для оценки функционального влияния Atx2exp на lnsP3R1, мы создали бакуловирусы, экспрессирующие полные формы белков Atx2-22Q и Atx2-58Q. Клетки Sf9 были коинфицированы бакуловирусами Atx2-22Q или Atx2-58Q вместе с бакуловирусом, кодирующим lnsP3R1 (RT1). Из коинфицированных Sf9 были выделены микросомы ЭР, которые

WB; анти-АТХ2 mAb

АТХ2-22Q~

ATX2-22Q ATX2-58Q

§ RT1 S RT1

£ сл >n Я" (0 со

то о. с » Ol УГ н

ч •4 щ

WB: анти-АТХ2 mAb

ММ.кДа — 175 ■«—АТХ2-580

Рисунок 10. Мутантный атаксин-2 связывается с lnsP3R1. [9].

НИ . АТХ2-580

2 мкМ !nsP3

Ыгий

Lвремя (с) 40а 0 воемя (с) 4И-

Рисунок 11. Мутантный атаксин-2 активирует lnsP3R1 в БЛМ. [9]

затем встраивались в БЛМ. До аппликации (пвРзВ наших экспериментах не наблюдалось активности каналов (Рис. 11 А, В). Аппликация 100 нМ 1пзР3 приводила к низким уровням активации 1пзР3В1, коэкспрессированного с Агх2-220 (Рис. 11 А, верхние записи тока, 11 Б), но вызывала мощную активацию 1пбР3Я1 , коэкспрессированного с Atx2-580 (Рис. 11В, верхние записи тока, 11 Г). Увеличение концентрации ¡пэРз до 2 мкМ еще сильнее активировало 1пзР3П1 коэкспрессированного с А1х2-220 (Рис. 11 А, нижние записи тока, 11 Б), но не оказывало дополнительного влияния на активность 1пэРзВ1, коэкспрессированного с А1х2-580 (Рис. 11В, нижние записи тока, 11 Г). На основании этих результатов мы пришли к заключению о том, что ассоциация с А1х2ехр увеличивает аффинность 1пэР3Я1 к 1пэРз, что аналогично эффектам белков Хттехр и А(хЗехр (Главы 1 и 2).

3.2. Мутантный атаксин-2 сенситизирует клетки Пуркинье к глутамат-индуцированному апоптозу.

Клетки Пуркинье мозжечка серьезно поражаются уже на ранних стадиях СМА2 [41]. Эти клетки обильно экспрессируют 1пзР3Р1 [43]. Приводит ли описанное выше взаимодействие 1пзР3В1 с АТх2ехр (раздел 3.1) к нарушению Са2+ сигнализации в клетках Пуркинье при СМА2? Для ответа на этот вопрос мы получили первичные культуры клеток Пуркинье из новорожденных мышат дикого типа и трансгенных мышат СМА2-580. В экспериментах с флуоресцентным кальциевым зондом Рига-2 мы показали, что клетки Пуркинье из животных СМА2-580 выбрасывают значительно больше Са2+ в ответ на стимуляцию 10 мкМ ДГФГ, чем нейроны из контрольных мышей дикого типа [9]. В следующей

Контроль 200 мкМ Глу

Т443 Т443 ТиМЕЦ ОАР1 Наложение

ДТ 0Щ •к-, 1 • Ж --^ЙС- Щ 4: *

"Ч&Ь' щ/т, ' . •' В'.'-С •..»"'' у.

ДТ+дан л-,- V X % - г ^. , * '

580 Ф ш V' е&У* - у/ •>* .-

• •»'* э

58СЭ+дан ш V ■;..;■ Ж

Рисунок 12. Глутамат-индуцированная клеточная смерть в первичной культуре клеток Пуркинье из мышей дикого типа и СМА2-580 [9].

серии экспериментов 14-суточные культуры клеток Пуркинье дикого типа и СМА2-580 были подвергнуты 7-часовому воздействию 200 мкМ глутамата, как ранее описывалось для культур СШН стриатума (Глава 1). Вслед за аппликацией глутамата клетки Пуркинье были окрашены антителами Т443 на 1п5Р3Р1 для визуализации формы клеток (Рис. 12, первая и вторая колонки, зеленый). Для идентификации клеточных ядер в стадии апоптоза использовался метод ТШЕЬокрашивания (Рис. 12, третья колонка, красный), а для маркировки всех ядер в поле зрения применялось ОАР1-окрашивание (Рис. 12, третья колонка, синий). В ходе данных экспериментов показано, что клетки Пуркинье СМА2-580 имеют повышенную чувствительность к глутамат-индуцированному апоптозу (Рис. 12). Также установлено, что блокада ЯуапР дантроленом защищает СМА2-580 клетки Пуркинье от глутамат-индуцированного апоптоза (Рис. 12).

2.3 Дантролен уменьшает выраженность симптомов СМА2 у трансгенных мышей.

Для проверки гипотезы о том, что нейрональная Са2+ сигнализация вносит свой вклад в патогенез СМА2, мы провели исследования эффектов дантролена на трансгенных мышах СМА2-580. Эти эксперименты были организованы по той же схеме, что и эксперименты с мышами-моделями СМАЗ (Глава 2). Установлено, что прием дантролена мышами со СМА2 достоверно улучшал прохождение этими животными теста на балансировку и на вращение [9].

По завершении

исследования поведения (в возрасте 12 мес) мозг всех подопытных животных был извлечен из черепа. Для визуализации клеток Пуркинье сагиттальные срезы мозжечка были окрашены

моноклональными антителами против кальбандина О 28К.

ДТ ДТ-дан 580 580дан ДТ ДТ*дан 58С| 580+дан

Рисунок 13. Нейроанатомический анализ головного мозга мышей дикого типа и мышей СМА2-580 после курса дантролена [9].

В соответствии с предыдущим описанием мышей СМА2-580 [14], наблюдалась потеря иммунореакгивности к кальбандину в телах и дендритах клеток Пуркинье из мозжечков 12-месячных контрольных мышей СМА2-580 в отличие от сильного окрашивания кальбандина в клетках Пуркинье мышей дикого типа того же возраста (Рис. 13Б). Окрашивание кальбандина в клетках Пуркинье заметно восстанавливалось у животных СМА2-580, принимавших дантролен (Рис. 13Б). Для количественного определения морфологических изменений в мозжечке старых мышей СМА2-580 мы измерили толщину молекулярного слоя (МС). Обнаружено, что у 12-месячных контрольных мышей 580 МС был на 10 мкм тоньше (166±3 мкм), чем у контрольных мышей дикого типа (176±5 мкм), но эти отличия не достигали статистически достоверного уровня (р=0.078) (Рис. 13В, Таблица 4). Толщина МС у животных СМА2-580, получавших дантролен, была почти такой же, как у животных дикого типа, получавших этот препарат (Рис. 13С, Таблица 4).

Для дальнейшей оценки степени потери клеток Пуркинье у мышей СМА2-580 мы провели стреологический анализ этих клеток во всех исследованных группах животных. В результате этого анализа мы установили, что количество клеток Пуркинье у 12-месячных контрольных мышей СМА2-580 было на 14% меньше, чем у контрольных животных дикого типа (Рис. 13Г, Таблица 4). Скармливание дантролена мышам СМА2-580 достоверно снижало гибель клеток Пуркинье (Рис. 13Г, Таблица 4). Из приведенных данных следует, что прием дантролена защищает клетки Пуркинье старых мышей СМА2-580 от дегенерации. Полученные результаты подтверждают гипотезу об участии нарушений кальциевой сигнализации в патогенезе СМА2.

Таблица 4. Исследования эффектов дантролена на мышах CMA2-58Q [9]

Использовались 4 группы мышей. Масса мозга, толщина молекулярного слоя и количество клеток Пуркинье представлены как среднее ± SEM для каждой группы.

№ группы Наименова ние группы Кол-во самок мышей Генотип мышей Разовая доза (2 в нед) (50мкл) Дозировка препарата (мг/кг/3 дня) Толщина молекулярного слоя(мкм) Кол-во клеток Пуркинье

1 ДТ контроль 9 ДТ 50 мкп PBS PBS 176 ±5 221240 ± 6767

2 ДТ дантролен 12 ДТ 100 мкг дантролена 5 мг/кг дантролена 173 ±3 224239 ±5171

3 CMA2-58Q контроль 10 CMA2-58Q 50 мкл PBS PBS 166 ±3 191305 ±4459

4 CMA2-58Q дантролен 9 CMA2-58Q 100 мкг дантролена 5 мг/кг дантролена 175 ±5 217629 ±8951

4. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез болезни Альцгеймера (БА).

4.1 Рекомбинантные пресенилины формируют катион-проницаемые каналы низкой проводимости в БЛМ.

Болезнь Альцгеймера (БА) - это нейродегенеративное нарушение, приводящее к потере памяти. В большинстве случаев БА является идиопатической и характеризуется поздним проявлением симптомов (старше 60 лет). Небольшая часть от всех случаев этого заболевания (наследственная БА, НБА) характеризуется ранним проявлением симптомов и генетическим наследованием. В 40% всех известных случаев НБА наблюдались мутации в белках пресенилине-1 (PS1) и пресенилине-2 (PS2) [44]. Пресенилины - это белки массой 50 кДа, содержащие 9 трансмембранных доменов и расположенные в мембране эндоплазматического ретикулума (ЭР). Комплекс пресенилинов с никастрином, субъединицами aph-1 и реп-2 функционирует как у-секретаза, которая расщепляет белок предшественник амилоида (АРР), что приводит к образованию амилоидного р-пептида (Ар) — основного элемента амилоидных бляшек в мозге пациентов с БА. Поскольку пресенилины являются каталитическими субъединицами у-секретазы [45,46], мутации этих белков, наблюдаемые при НБА, затрагивают процессинг АРР.

Помимо изменений процессинга АРР, имеющих место при НБА, мутации пресенилинов приводят к нарушению Са2+ сигнализации [47]. Каково механистическое объяснение этих процессов? Какую роль играют пресенилины в Са2+ сигнализации? Предсказанная структура пресенилинов содержит 9 трансмембранных доменов, что согласуется с возможностью выполнения этими белками функции ионного канала или транспортера. Нами было выдвинуто предположение, что пресенилины могут опосредовать транспорт Са2+ в клетке. Для проверки этой гипотезы мы экспрессировали белок PS1 человека, белки PS1-M146V и PSI-ДЕЭ (мутантные белки, характерные для НБА) в клетки Sf9 при помощи бакуловирусной

инфекции. Также мы исследовали белок PS1-D257A — мутант, который устраняет у-секретазную активность

пресенилинов. Гетерологически оверэкспрессированные пресенилины не объединялись в у-секретазный комплекс и в основном находились в виде холопротеинов [4].

Рисунок 14. PS1 формируют низкопроводящие катианные каналы в БЛМ [4].

Микросомы ЭР из инфицированных PS1 клеток Sf9 изолировались и встраивались в БЛМ. В качестве носителя тока в этих экспериментах использовались ионы Ва2+ (50 мМ на trans стороне). Мы не отмечали ионных токов через БЛМ до встраивания микросом ЭР (Рис. 14, первая колонка) или после встраивания микросом из неинфицированных клеток Sf9 (Рис. 14, вторая колонка). Напротив, когда микросомы из инфицированных PS1 клеток Sf9 встраивались в БЛМ, в 7 из 9 экспериментов наблюдались токи (Рис. 14, третья колонка). При сравнении с током на поддерживаемом потенциале 0 мВ, PS1-опосредованные токи возрастали при потенциале -10 мВ и снижались при потенциале +10 мВ (Рис. 14, третья колонка), что согласуется с электрохимическим градиентом для ионов Ва2+. Эти данные свидетельствуют о том, что PS1 способен усиливать транспорт ионов Ва2+ через БЛМ, что может служить подтверждением выполнения им функции Са2+ канала in vivo. В противоположность экспериментам с микросомами PS1, в экспериментах с микросомами PS1-M146V наблюдались намного меньшие токи (Рис. 14, четвертая колонка). Мутант PS1-D257A поддерживал токи Ва2+ через БЛМ, сходные по амплитуде с PS1 дикого типа (Рис. 14, пятая колонка), а мутант PS1-AE9 демонстрировал усиление канальной функции (Рис. 14, шестая колонка). По аналогии с другими известными ионными каналами, функциональные каналы PS1, вероятно, являются мультимерами нескольких субъединиц PS1. Может ли мультимер PS1:PS1-M146V работать как ионный канал? Для ответа на этот вопрос мы коинфицировали клетки Sf9 бакуловирусами с PS1 и PS1-M146V (в соотношении 1:1). Изолированные из этих клеток микросомы ЭР встраивались в бислойные липидные мембраны. Мы не обнаружили активности каналов в этих экспериментах (Рис. 14, седьмая колонка), что может свидетельствовать о наличии доминантно негативного действия мутанта PS1-M146V на функцию PS1 как ионного канала.

PS1 и PS2 - это две изоформы пресенилинов млекопитающих высокой степени гомологии. Разделяет ли PS2 функцию ионного канала с PS1? Для ответа на этот вопрос мы создали бакуловирус, кодирующий PS2 человека и мутантный PS2-N141I, и провели серию экспериментов с БЛМ. Мы установили, что рекомбинантный PS2, но не рекомбинантный PS2-N141I, поддерживает Ва2+токи в БЛМ [4].

В наших экспериментах мы были не в состоянии зарегистрировать работу отдельного одиночного канала, и PS-опосредованные токи имели вид шумов (Рис. 14) Такой тип тока характерен для каналов с низкой проводимостью. Для оценки амплитуды одиночного тока через PS-поддерживаемые каналы мы использовали модификацию методики анализа постоянного шума. Применив этот метод, мы определили, что при потенциале 0 мВ амплитуда единичного тока Ва2+, поддерживаемого PS1, составила 0.04±0.01 пА (п=4), что в 50 раз меньше амплитуды единичного тока через lnsP3R1 (2 пА).

4.2. Пресенилины функционируют как каналы Са2+ утечки в эмбриональных фибробластах мышей.

Для определения физиологической роли Са2+ каналов, формируемых пресенилинами, мы провели серию экспериментов по флуориметрическому определению внутриклеточной концентрации Са2+ в фибробластах, полученных из мышей с двойным нокаутом (ФДН) по пресенилинам [48]. Контрольные эксперименты проводились на фибробластах мышей дикого типа (ФДТ). Обнаружено, что аппликация 300 нМ брадикинина (ВК) вызывала более выраженный Са2+ ответ в клетках ФДН по сравнению с ФДТ (Рис. 15А, Б). В среднем амплитуда ВК-индуцируемых Са2+ ответов была в 3.5 раза выше в ФДН фибробластах по сравнению с ФДТ дикого типа (Рис. 15В). Для объяснения этих результатов мы предположили, что клетки ФДН и ФДТ отличаются по уровню заполнения Са2+ депо ЭР в неактивированном состоянии. Для сравнения уровней Са2+ в ЭР в следующей серии экспериментов мы оценили Са2+ сигналы в ФДТ и ФДН, индуцируемые аппликацией 5 мкМ ионофора иономицина. Аппликации иономицина приводили к появлению более массивных и длительных Са2+ сигналов в клетках ФДН по сравнению с ФДТ (Рис. 15Г). В среднем размер иономицин-чувствительного пула Са2+ в ФДН был в 1.8 раз больше, чем в ФДТ (Рис. 15Д), что согласуется с гипотезой о переполнении Са2+ депо в ФДН. Данные результаты позволили нам предположить, что пресенилины работают как каналы утечки Са2+ из ЭР, что усиливает пассивный ток Са2+ через мембрану ЭР. Для проверки этой гипотезы мы оценили Са2+ сигналы, индуцируемые в ФДН и ФДТ ингибитором Саг+ помпы ЭР тапсигаргином. Аппликация 1 мкМ тапсигаргина вызывала резкое и значительное увеличение уровня цитозольного Са2+ в клетках ФДТ и более скромное и отложенное во времени увеличение

цитозольного Са2+ в клетках ФДН (Рис. 15Е). Генетическое удаление пресенилинов

приводит к уменьшению в 5.6 раз скорости пассивной утечки Са2+ (Рис. 15Ж), свидетельствуя о том, что в ФДТ пресенилины ответственны примерно за 80% общей эндогенной активности пассивной утечки Са2+ из ЭР.

:=а i i

время (с) 4|>0 о врем* |е)

Д Ж

uULijUL

"дт i ¿да! .. од. ,) . *flZ

Ш иМ ВК | 5 >.»10

ggf | <щн

Рисунок 15. Са * сигнализация в фибробластах дикого типа (ФДТ) и с двойным нокаутом по пресенилину (ФДН) [4].

4.3 Эксперименты по восстановлению Са2+ утечки из ЭР фибробластов с двойным нокаутом по PS.

Для оценки функции PS1 дикого типа и отдельных мутантов PS1, характерных для НБА, как каналов утечки Саг+ из ЭР мы осуществили серию экспериментов по «восстановлению». В этих экспериментах ФДН были трансфицированы плазмидой с EGFP (EGFP контроль) или плазмидами EGFP вместе с конструкцией экспрессии PS1. Через 48 ч после трансфекции в клетках при помощи флуоресцентного кальциевого зонда Fura-2 анализировалось изменение внутриклеточной концентрации Ga2+. Трансфицированные клетки в этих экспериментах идентифицировались по флуоресценции EGFP. Для оценки функции каналов утечки в трансфицированных ФДН клетках были проведены измерения Са2+ ответов на добавление 300 нМ ВК или 5 мкМ иономицина (10). Были также проведены прямые измерения концентрации Са2+ в ЭР ([Са2+]ЭР) при помощи низкоаффинного Са2+ флуоресцентного зонда Mag-Fura-2. Обнаружено, что экспрессия белков PS1 и PS2 дикого типа в ФДН привела к нормализации ответов на ВК и 10 и восстановлению уровня [Са2+]ЭР [4]. Сходные результаты были получены при экспрессии конструкций PS1-D257A и PS1-AE9 [4]. В противоположность этим результатам экспрессия мутантов PS1-M146V и PS2-N141I в ФДН не оказала влияния на ВК- и Ю-индуцируемые Са2+ сигналы или на уровень [Ca2+]ER [4]. Таким образом, PS1 и PS2 дикого типа или мутанты PS1-D257A и PS1-ДЕ9, но не мутанты PS1-M146V и PS2-N141I, работают как каналы утечки Са2+ из ЭР фибробластов.

Используя аналогичный подход, мы протестировали дополнительную серию НБА мутантов в PS1. Исходя из этих результатов мы заключили, что экспрессия PS1 дикого типа или мутанта A79V, но не мутантов L166P, А246Е, Е273А, G384A и P436Q, восстанавливает ответ на ВК (Рис. 16А), размер Ю-чувствительного пула Са (Рис. 16Б) и уровни [Са2+]эр (Рис. 16В) в ФДН до уровней этих показателей, наблюдаемых в ФДТ дикого типа. Таким образом, можно заключить, что большинство НБА мутаций в пресенилинах приводят к нарушению функции каналов пассивной Са2+ утечки из ЭР.

300 нМ ВК

EG>-*P PS1 A?SV U.SCP А2Д6С Е273А G3S4A P435Q

Б 5 мкМ 10

JL1

щи

FGFP PSI Al'iiV MfiSP A?4K- £■>/$A G,"84A P4-&0

ЭР Ca2»

CGFP : A'SV .' Ч- i '" I. y

Рисунок 16. Сводные данные результатов экспериментов по «восстановлению» PS1 [8].

4.4 Роль пресенилинов в нейрональном гомеостазе кальция.

Для того, чтобы ответить на вопрос, работают ли пресенилины в качестве каналов утечки Са2+ из ЭР и в нейронах, мы провели серию экспериментов по флуориметрическому измерению концентрации Са2+ в первичных культурах нейронов гиппокампа мышей с условным двойным нокаутом по пресенилину (мыши PScDKO; psidTAG/dTAG, PS2';") и тройных трансгенных мышей, являющихся моделью БА (мыши ЗхТд; KI-PS1Mu6v, Thy1-APPKM67o/67iNL, Thy1-taup3oii) [16]. При создании нейронов с двойным нокаутом (DKO) по PS нейроны PScDKO были инфицированы лентивирусами, кодирующими нуклеарный поровый белок GFP-Cre (NLS-Cre). В параллельных контрольных экспериментах культуры PScDKO были инфицированы лентивирусами, кодирующими нуклеарный белок GFP (NLS-GFP). В наших экспериментах первичные культуры нейронов гиппокампа были загружены Саг+ флуоресцентным зондом Fura-2, перенесены из инкубационной среды, содержащей 2 мМ Са2+, в бескальциевую среду на 30 с и затем подвергнуты действию иономицина в концентрации 5 мкМ. Увеличение соотношения свечений j цитозольной Fura-2, наблюдаемое сразу после добавления иономицина, j интегрировалось и обозначалось как Ю30. Обнаружено, что аппликации j иономицина приводили к значительно более выраженным Са2+ ответам Î в культурах гиппокампальных нейронов ЗхТд, по сравнению с | культурами нейронов дикого типа (Рис. 17). Индуцируемое иономицином | повышение цитозольного уровня Са2+ также было выше в нейронах

PScDKO, инфицированных вирусами i Lenti-Cre, по сравнению с нейронами, ; инфицированными вирусами Lenti-| GFP (Рис. 17Б,В). Коинфицирование ; вирусом PS1 дикого типа или ; вирусом, экспрессирующим «у! секретазного мутанта» PS1-D257A, I восстанавливало Ю-индуцированные ! ответы до уровней ответов, ! наблюдаемых в культурах, инфицированных только GFP (Рис. ; 17Б, В). Напротив, коинфицирование | мутантом «потери функции утечки i Са2+ из ЭР» PS1-L166P не | восстанавливало Ю-индуцированное ; увеличение концентрации Са2+, а ! вместо этого приводило к ее I увеличению: в среднем размер Ю30 | пула Са2+ в нейронах PScDKO, : коинфицированных вирусами с Сге и ! PS1-L166P, был в 3 раза больше, ! чем в нейронах PScDKO,

Сге ♦ PS1 Сге * U66P

s "! ©

(m)

Сге * D257A Сге » dE9

Рисунок 17. Иономицин-чувствительный пул Cé* в гиппокампальных нейронах ЗхТд и PS DKO. [5].

инфицированных вирусом с GFP (Рис. 17В). Похожие результаты были получены в экспериментах с мутантами PS1-D385A, которые утратили и у-секретазную функцию, и функцию утечки Са2+ из ЭР (Рис. 17В). Коинфицирование вирусом Lenti-Cre с мутантом «усиления функции канала утечки Саг+из ЭР» PS1-AE9 снижает амплитуду ответов на Ю до уровней ответов, даже более низких, чем наблюдаемые в нейронах PScDKO, инфицированных GFP, что согласуется с тем фактом, что мембрана ЭР в этих нейронах более проницаема для утечки Саг+ (Рис. 17Б,В). Основываясь на этих (Рис. 17) и дополнительных [5] результатах, мы пришли к заключению о том, что пресенилины работают как каналы утечки Са2+ в нейронах гиппокампа.

4.5 Рецептор рианодина и утечка Са2+ из ЭР в нейронах гиппокампа.

Анализ с помощью Вестерн блота выявил существенное увеличение уровней экспрессии RyanR в гиппокампальных нейронах ЗхТд [5]. Мы выдвинули гипотезу о том, что экспрессия RyanR может быть компенсаторным ответом на нарушение функции утечки Са2+ из ЭР в этих нейронах. Для проверки этой гипотезы мы культивировали нейроны гиппокампа дикого типа и ЗхТд в течение 6 сут (7 - 13-е сутки инкубации) в присутствии 50 нМ дантролена, мембрано-проницаемого ингибитора RyanR [39]. Мы обнаружили, что инкубация с дантроленом существенно усиливала Ю-индуцированные Са2+ ответы в клетках ЗхТд (Рис. 18А, Б). Для специального исследования роли RyanR мы инфицировали культуры нейронов дикого типа и ЗхТд лентивирусами, кодирующими короткие шпильки интерферирующей РНК (кРНК) против RyanR (RyR-кРНК) или контрольные кРНК (Контр-кРНК). Показано, что Ю-индуцированные Са2+ ответы в гиппокампальных нейронах дикого типа, инфицированных RyR-кРНК, были выше, чем в нейронах, инфицированных контрольными кРНК (Рис. 18В, Г). Нейроны ЗхТд, инфицированные RyR-кРНК, отвечали на иономицин гораздо сильнее, чем нейроны ЗхТд, инфицированные контрольными кРНК (Рис. 18В, Г). Исходя из этих данных мы заключили, что RyanR компенсирует нарушение функции каналов утечки в гиппокампальных нейронах ЗхТд.

4.6. Оценка действия дантролена в мышах APPPS1.

Данные, полученные на гиппокампальных нейронах ЗхТд, указывают на тесную взаимосвязь между пресенилин- и RyanR-опосредованными путями утечки Са2+ из ЭР (раздел 4.5). Для понимания значения этой взаимосвязи in vivo мы осуществили исследование эффектов дантролена на дважды трансгенных мышах APPPS1 (Thy1 -APPKm67o/67inü Thy1-PS1|_i66p) [17]. Дантролен давался мышам APPPS1 по той же схеме, которую мы использовали ранее при испытании дантролена на мышах со СМА (главы 2 и 3) начиная с возраста 2 мес и заканчивая 8-месячным возрастом, после чего мыши забивались, у них извлекался мозг, который подвергался гистологическому анализу. Для определения количества амилоидной нагрузки у этих животных коронарные срезы головного мозга мышей APPPS1 были окрашены моноклональными антителами против Ар. Обнаружено, что количество и интенсивность флуоресценции амилоидных бляшек у мышей APPPS1, принимавших дантролен, были значительно выше по сравнению с контрольными животными (Рис. 19А, Б). Поскольку утрата синаптических связей является одним из наиболее ранних событий в БА человека [49], мы окрасили срезы гиппокампа обеих групп мышей антителами против маркера синаптического возбуждения PSD95. Было отмечено значительное снижение интенсивности окрашивания PSD95 в поле СА1 гиппокампа у получавших дантролен мышей APPPS1 (Рис. 19В). Используя нейрональный ядерный маркер NeuN и цитозольный маркер СШН DARPP-32, мы не обнаружили достоверных отличий между контрольной и получавшей дантролен группами мышей APPPS1 (Рис. 19Г), что свидетельствует о том, что нейроны стриатума у этих мышей не были затронуты патологическим процессом. Используя метод окрашивания по Бильшовскому, мы наблюдали значительное снижение плотности нервных волокон и обилие дистрофичных аксонов в гиппокампе и кортикальной области мышей APPPS1, которые принимали дантролен (Рис. 19Д). Все эти изменения согласуются с продолжающейся нейрональной

атрофией и потерей нейронов в гиппокампальных и кортикальных областях мозга мышей APPPS1, принимавших дантролен.

шллокампа Кора Стриатум

Рисунок 19. Нейропатологические эффекты длительного приема дантролена у мышей APPPS1. [5].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В наших исследованиях проведен систематический анализ изменений в нейрональной кальциевой (Са2+) сигнализации в условиях нейродегенеративных заболеваний - болезни Хантингтона (БХ), спиномозжечковой атаксии 3-го типа (СМАЗ), спиномозжечковой атаксии 2-го типа (СМА2) и болезни Альцгеймера (БА). Эти заболевания представляют собой огромную медицинскую, социальную, финансовую и научную проблему. Несмотря на интенсивный поиск причин этих заболеваний, они до сих пор остаются неизлечимыми. Несколько предыдущих исследований указывали на то, что нарушение в нейрональной Са2+ сигнализации может играть роль в патогенезе этих заболеваний. Наиболее известный и яркий пример - это "Кальциевая гипотеза БА", выдвинутая Завеном Хачутряном в конце 80-х годов. Однако подавляющее большинство предыдущих исследований были описательными и не смогли объяснить причину нарушения в Са2+ сигнализации при нейродегенеративных заболеваниях или показать роль кальциевой сигнализации в их патогенезе.

В нашей работе было достигнуто несколько приоритетных результатов, которые впервые помогли установить причинно-следственную связь между наследственными мутациями, вызывающими нейродегенеративные заболевания, и нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации. Мы впервые показали, что увеличение полиглутаминового повтора в белках Хантинггин, атаксин-2 и атаксин-3 оказывает прямое действие на активность рецепторов инозитол-1,4,5-трисфосфата. Это открытие позволило нам объяснить причину нарушенной нейрональной Саг+ сигнализации при БХ, СМА2 и СМАЗ.

На следующем этапе работы были проведены исследования значения Са2+ сигнализации для нейрональной патологии при БХ, СМА2 и СМАЗ. Для этих экспериментов использовались трансгенные мыши, являющиеся моделями БХ, СМА2 и СМАЗ. В экспериментах с первичными культурами срединных шипиковых нейронов стриатума (СШН) из мышей-моделей БХ было показано, что эти нейроны имеют повышенную чувствительность к глутаматной токсичности. Блокаторы Са2+ сигнализации уменьшили глутаматную токсичность в культурах БХ СШН. В наших экспериментах был эффективен и клинический блокатор ЫМОАЙ мемантин. Клинические испытания мемантина с пациентами, страдающими БХ, сейчас проводятся в США.

испытаний дантролена с пациентами СМА2 и СМАЗ. Возможность организации таких испытаний в рамках Европейской организации EUROSCA обсуждается с профессором Thomas Klockgether (University Hospital Bonn, Germany). Организация EUROSCA, возглавляемая профессором Klockgether, разработала Шкалу оценки степени атаксии, которая теперь является стандартом для клинических исследований с пациентами. При поддержке Евросоюза организация EUROSCA собрала информацию и произвела клиническое описание 4000 больных. Созданная инфраструктура позволит провести клинические испытания дантролена или других клинических кальциевых блокаторов (мемантина, дигидропиридинов) с больными СМА2 и СМАЗ.

В дополнение к БХ, СМА2 и СМАЗ было также проведено изучение связи между нейрональной кальциевой сигнализацией и патогенезом болезни Альцгеймера (БА). Наследственная форма БА вызвана точечными мутациями в белках пресенилинах. Пресенилины функционируют как каталитические субъединицы у-секретазы, п ротеазного комплекса, расщепляющего амилоидный белок-предшественник (АРР). Большинство исследователей считают, что клинические мутации в пресенилинах изменяют специфичность расщепления АРР и приводят к БА в результате увеличения концентрации амилоидного пептида 42. В наших исследованиях было показано, что в дополнение к роли в расщеплении АРР пресенилины также работают как пассивные каналы утечки кальция из эндоплазматического ретикулума (ЭР). Более того, оказалось, что большинство клинических мутаций в пресенилинах приводят к нарушению функции каналов утечки и вызывают переполнение кальциевых депо. С использованием моделей БА на основе мышей нам удалось показать, что в нейронах гиппокампа потеря кальциевой утечки через белки пресенилины частично компенсируется за счет увеличения экспрессии рианодиновых рецепторов. Также было обнаружено, что блокада рианодиновых рецепторов в модели БА на основе мышей приводит к дополнительному увеличению концентрации кальция в ЭР и вызывает увеличение количества бета-амилоидных бляшек, потерю синаптических маркеров и нейрональную атрофию.

Полученные в результате проведенного цикла работ результаты подтвердили важную роль нейрональной кальциевой сигнализации в патогенезе БХ, СМА2, СМАЗ и БА. Для развития и проверки "Кальциевой гипотезы нейродегенеративных заболеваний" будут необходимы дальнейшие исследования. Клинические испытания кальциевых блокаторов с больными этими заболеваниями покажут практическую важность "Кальциевой гипотезы нейродегенеративных заболеваний".

выводы

Проведены исследования молекулярных механизмов патогенеза нейродегенеративных заболеваний - болезни Хантингтона (БХ), спиномозжечковых атаксий 3-го и 2-го типа (СМАЗ и СМА2) и болезни Альцгеймера (БА). Основной задачей исследований служила проверка гипотезы о важной роли нейрональной кальциевой (Са2+) сигнализации в патогенезе этих заболеваний. Исследования проводились на моделях БХ, СМАЗ, СМА2 и БА на оснозе клеток и трансгенных мышей.

1. При изучении БХ показано, что мутантный белок Хантингтин специфически связывается с рецепторами инозитол-1,4,5-трисфосфата первого типа (1пзР3П1) и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В первичных культурах срединных шипиковых нейронов (СШН) стриатума из трансгенных мышей, являющихся моделью БХ, увеличивается выброс Са2+ из внутриклеточных депо и глутаматная токсичность. Было также показано, что кальциевые блокаторы защищают СШН при БХ от глутаматной токсичности.

2. Изучена роль допамин-зависимой сигнализации в патогенезе БХ. Показано что активация допаминовых рецепторов приводит к дополнительному увеличению Са2+ ответа в БХ СШН и к усилению глутаматной токсичности. В экспериментах с моделью БХ на основе трансгенных мышей блокатор допаминовой сигнализации тетрабеназйн замедлял развитие моторных симптомов и уменьшал потерю нейронов стриатума. Полученные данные указывают на возможность терапевтического использования тетрабеназина.

3. При изучении СМАЗ показано, что мутантный атаксин-3 специфически связывается с 1пзР3В1 и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. Блокатор выброса Са2+ дантролен замедляет развитие патологии у трансгенных мышей, являющихся моделью СМАЗ.

4. При изучении СМА2 показано, что мутантный атаксин-2 специфически связывается с 1пзР3В1 и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В первичных культурах клеток Пуркинье из мышей, являющихся моделью СМА2, усиливается выброс Са2+ и дегенеративные изменения в ответ на глутамат. Блокатор выброса Са2+дантролен защищает клетки Пуркинье при СМА2 от глутаматной токсичности и замедляет развитие патологии у мышей, являющихся моделью СМА2.

5. Полученные результаты позволяют считать, что кальциевые блокаторы различной природы (мемантин, дантролен, дигидропиридины) представляют потенциальный интерес для клинических испытаний с пациентами, страдающими БХ, СМАЗ, СМА2.

6. При изучении наследственной формы БА открыта новая функция белков пресенилинов как каналов пассивного выхода (утечки) Са2+ из эндоплазматического ретикулума (ЭР). Показано, что мутации в пресенилинах, вызывающие наследственную БА, приводят к нарушению функции каналов утечки и вызывают переполнение Са2+ депо. В мутантных нейронах потеря этой функции — транспорта Са2+ через белки пресенилины — частично компенсируется за счет увеличения экспрессии и функции рианодиновых рецепторов. Блокада рианодиновых рецепторов в модели БА на основе трансгенных мышей приводит к дополнительному увеличению концентрации Са2+ в ЭР и вызывает увеличение количества бета-амилоидных бляшек, потерю синаптических маркеров и нейрональную атрофию. Полученные результаты подтверждают важную роль нейрональной кальциевой сигнализации в патогенезе БА.

7. Результаты, полученные в проведенном цикле исследований на моделях БХ, СМАЗ, СМА2 и БА на основе клеток и мышей, свидетельствуют в пользу "Кальциевой гипотезы нейродегенеративных заболеваний" и дают экспериментальную и теоретическую основу для ее дальнейшего развития и медицинского приложения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. I. Bezprozvanny, J. Watras, В. Ehrlich (1991) Bell-shaped calcium response curves of lns(1,4,5)P3- and calcium-gated channels from endoplasmic reticulum of cerebellum. Nature, V. 351, pp. 751-754.

2. И.Б. Безпрозванный (1992) Изучение ионных каналов внутриклеточных мембран с использованием метода бислойной реконституции. Институт цитологии РАН. Санкт-Петербург. Кандидатская диссертация.

3. I. Bezprozvanny, R.H. Scheller, R.W. Tsien (1995) Functional impact of syntaxin on gating of N-type and Q-type calcium channels. Nature, V. 378, pp. 623-626.

4. T.-S. Tang, H. Tu, E.Y.W. Chan, A. Maximov, Z. Wang, C.L. Wellington, M.R. Hayden and I. Bezprozvanny (2003) Huntingtin and huntingtin-associated protein 1 influence neuronal calcium signaling mediated by inositol-(1,4,5) triphosphate receptor type 1. Neuron, V. 39, pp. 227-239

5. T.-S. Tang, H. Tu, P.C. Orban, E.Y.W. Chan, M.R. Hayden, I. Bezprozvanny (2004) HAP1 facilitates effects of mutant huntingtin on inositol 1,4,5-trisphosphate-induced Ca2+ release in primary culture of striatal medium spiny neurons. European Journal of Neuroscience, V. 20, pp. 1779-1787.

6. T.-S. Tang, E. Slow, V. Lupu, I. G. Stavrovskaya, M. Sugimori, R. Llinas, B. S. Kristal, M. R. Hayden, I. Bezprozvanny (2005) Disturbed Ca2+

signaling and apoptosis of medium spiny neurons in Huntington's disease. Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), V. 102, pp. 2602-2607.

7. H. Tu, 0. Nelson, A. Bezprozvanny, Z. Wang, S.-F. Lee, Y.-H. Hao, L. Semeels, B. De Strooper, G. Yu, I. Bezprozvanny (2006) Presenilins form ER calcium leak channels, a function disrupted by famiiial Alzheimer's disease-linked mutations. Cell, V. 126, pp. 981-993.

8. J. Wu, T.-S. Tang, I. Bezprozvanny (2006) Evaluation of clinically-relevant glutamate pathway inhibitors in in vitro model of. Huntington's disease. Neuroscience Letters, V. 407, pp. 219-223.

9. O. Nelson, H. Tu, T. Lei, M. Bentahir, B. De Strooper, I. Bezprozvanny

(2007) Familial Alzheimer's disease-linked mutations specifically disrupt calcium leak function of presenilin 1. Journal of Clinical Investigation, V. 117, pp. 1230-1239.

to. T.-S. Tang, X. Chen, J. Liu, I. Bezprozvanny (2007) Dopaminergic signaling and striatal neurodegeneration in Huntington's disease. Journal of Neuroscience, V. 27, pp. 7899-7910.

11.E.B. Казначеева, Л.Н. Глушанкова, B.B. Бугай, В А Апексеенко, K.O. Гусев, И.Б. Безпрозванный, Г.Н. Можаева (2007) Роль белка TRPC3 в формировании рецептор- и депо-управлямых каналов в клетках А431. Биологические мембраны. Т. 24, С. 90-99.

12. Н. Zhang, S. Das, Q.-Z. Li, I. Dragatsis, J. J. Repa, S. Zeitlin, G. Hajnoczky, I. Bezprozvanny (2008) Elucidating a normal function of huntingtin by functional and microarray analysis of huntingtin-null. mouse embryonic fibroblasts. BMC Neuroscience, V. 9: pp. 38.

13. H. Zhang, Q. Li, R. K. Graham, E. Slow, M. R. Hayden, I. Bezprozvanny

(2008) Full length mutant huntingtin is required for altered Ca2+ signaling and apoptosis of striatal neurons in the YAC mouse model of Huntington's disease. Neurobiology of Disease, V. 31, pp. 80-88.

14. J. Wu, Q. Li, I. Bezprozvanny (2008) Evaluation of Dimebon in cellular mode! of Huntington's disease. Molecular Neurodegeneration, V. 3, pp.15.

15. X. Chen, T.-S. Tang, H. Tu, O. Nelson, M. Pook, R. Hammer, N. Nukina, I, Bezprozvanny (2008) Deranged calcium signaling and neurodegeneration in spinocerebellar ataxia type 3. Journal of Neuroscience, V. 28, pp. 12713-12724.

16. J. Wu, H. K. Jeong, S. Bulin, S. W. Kwon, J. Hili Park, I. Bezprozvanny

(2009) Ginsenosides protect striatal neurons in a cellular model of Huntington's disease. J. Neuroscience Research, V. 87, pp. 1904-1912.

17. T.-S. Tang, C. Guo, H. Wang, X. Chen, I. Bezprozvanny (2009) Neuroprotective effects of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor carboxy-terminal fragment in Huntington's disease mouse model. Journal of Neuroscience, V. 29, pp. 1257-1266.

18. J. Liu, T.-S. Tang, H. Tu, O. Nelson, E. Herndon, D. P. Huynh, S.-M. Pulst, I. Bezprozvanny (2009) Deranged calcium signaling and

neurodegeneration in spinocerebellar ataxia type 2. J Neuroscience, V. 29, pp. 9148-9152.

19. M. W. Kim, Y. Chelliah, S. W. Kim, 2. Otwinowskl, I. Bezprozvanny (2009) Secondary structure of Huntingtin amino-terminal region. Structure, V. 17, pp. 1205-1212.

Избранные обзоры:

1. В. Ehrlich, E. Kaftan, S. Bezprozvannaya, I. Bezprozvanny (1994) The pharmacology of intracellular Ca2+-release channels. Trends in Pharmacological Sciences, V. 15, pp. 145-149.

2. i. Bezprozvanny, B. Ehrlich (1995) The inositol 1,4,5-trisphosphate (lnsP3) receptor. Journal of Membrane Biology, V. 145, pp. 205-216.

3. I. Bezprozvanny, M.R. Hayden (2004) Deranged neuronal calcium signaling and Huntington's disease. Biochemical and Biophysical Research Communications, V. 322, pp. 1310-1317.

4. I. Bezprozvanny (2005) The inositol 1,4,5-trisphosphate receptors. Ceil Calcium, V. 38, pp. 261-272.

5. I. Bezprozvanny, M. P. Mattson (2008) Neuronal calcium mishandling and the pathogenesis of Alzheimer's disease. Trends in Neuroscience, V. 31, pp. 454-463.

6. I. Bezprozvanny (2009) Calcium signaling and neurodegeneration. Trends in Molecular Medicine, V. 15, pp. 89-100.

7. I. Bezprozvanny (2009) Amyloid goes global. Science Signaling. V. 2, pp. 16-20.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] . Tang T.S. et al. (2009). J. Neurosci., V. 29, pp.1257-66.

[2] Chen x: et al. (2008). J. Neurosci., V. 28, pp. 12713-12724.

[3] Tang T.-S. et al. (2005). Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V. 102, pp.2602-2607.

[4] Tu H. et ai. (2006). Ceil, V. 126, pp.981-993.

[5] Zhang H. et a!. (2009). submitted

16] Tang T.-S. et al. (2003). Neuron, V. 39, pp.227-239.

[7] Tang T.S. et al. (2007). J. Neurosci., V. 27, pp.7899-910.

[8J!i Nelson Or etai. (2007). J. Clin. Invest., V. 117, pp.1230-9.

[9] ;Liu J. et al. (2009). J. Neurosci., V. 29, pp.9148-62.

[10] Berridge M.J. (1998). Neuron, V. 21, pp.13-26.

[11] Bezprozvanny I. (2009). Trends Mo!. Med., V. 15, pp.89-100. ¡12] Slow E.J. etal. (2003). Hum. Mol. Genet., V. 12, pp.1555-67.

[13] Cemal C.K. et al. (2002). Hum. Mol. Genet, V. 11, pp.1075-94.

[14] Huynh D.P. et al. (2000). Nat. Genet., V. 26, pp.44-50.

[15] Herreman A. et al. (1999). Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V. 96, pp.11872-7.

[16] Oddo S. et al. (2003). Neuron, V. 39, pp.409-21.

[17] Radde a et al. (2006). EMBO Rep., V. 7, pp.940-6.

[181 Mignery G.A. et al. (1990). J. Biol. Chem., V. 265, pp.12679-12685.

[19] Cooper J.K. et al. (1998). Hum. Mol. Genet., V. 7, pp.783-90.

[20]' Wellington C.L. et al. (2000). J. Biol. Chem., V. 275, pp.19831-8.

[21] Wang G. et al,. (2000). Hum. Mol. Genet., V. 9, pp.1795-803.

[22] Huyiih D.P. et al. (2007). Exp. Neurol., V. 203, pp.531-41.

[23] Kaznacheyeva E, et al. (1998). J. Gen. Physiol., V. 111, pp.847-856.

[24] Urabe M. etal. (2002). Hum. Gene Ther., V. 13, pp.1935-43.

[25] Xia H. etal. (2004). Nat. Med., V. 10, pp.816-20.

[26] Harper S.Q. et al. (2005). Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V. 102, pp.5820-5.

[27] Zolotukhin S. et al. (1999). Gene Ther., V. 6, pp.973-85.

[28] Tu H. et al. (2002). Biophys., V. J 82, pp.1995-2004.

[29] Tang T.S. et ai. (2003). J. Neurosci., V. 23, pp.403-15.

[30] Bezprozvanny I. et al. (1991). Nature, '/. 351, pp.751 -754.

[31 ] Grynkiewicz G. et a!. (1985). J. Biol. Chem., V. 260, pp.3440-3450.

[32] Hickey M.A. et al. (2002). J. Neurochem., V.81, pp.46-59.

[33] Carter R.J. et al. (1999). J. Neurosci., V. 19, pp.3248-57.

[34] Wu J. et al. (2006). Neurosci. Lett., V. 407, pp.219-223.

[35] Wu J. et al. (2009). J. Neurosci. Res., V. 87, pp. 1904-12.

[36] Wu J. et al. (2008). Mol. Neurodegener., V. 3, pp.15.

[37] Gerfen C.R. (1992). Trends Neurosci., V. 15, pp.133-9.

[38] Gusella J.F. et al. (2000). Nat. Rev. Neurosci., V. 1, pp.109-15.

[39] Krause T. et al. (2004). Anaesthesia, V. 59, pp.364-73.

[40] Stevanln G. et al. (2000). Eur. J. Hum. Genet., V. 8, pp.4-18. [41 j Lastres-Becker I. et al. (2008). Cerebellum, V. 7, pp.115-24.

[42] Geschwind D.H. et al. (1997). Am. J. Hum. Genet., V. 60, pp:842-50.

[43] Mignery G. et al. (1989). Nature, V. 342, pp.192-195.

[44] Tandon A. et al. (2002). Genome Biol., V. 3, reviews3014.

[45] De Strooper B. et al. (1998). Nature, V. 391, pp.387-90.

[46] Wolfe M.S. et al. (1999). Nature, V. 398, pp.513-7.

[47] Smith I.F. et al. (2005). Cell Calcium, V. 38, pp.427-37.

[48] Herreman A. et al. (2000). Nat. Cell. Biol., V. 2, pp.461-2.

[49] Gomez-lsla T. et al. (2008). Handb. Clin. Neurol., V. 89, pp.233-43.

Подписано в печать 10.02.2010. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис».

Заказ № 2/0210. П. л. 2.6. Уч.-изд. л. 2.6. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервис» Адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 3. тел.: (812) 327 5098

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Безпрозванный, Илья Борисович

Список сокращений ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. КАЛЬЦИЕВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ

НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

1 1 9+

Нейрональная Са сигнализация

1.2. Са блокаторы и комбинированный подход к лечению нейродегенеративных нарушений

1 ^ 9+

Нейрональная Са сигнализация и старение

1 4 9+

Нейрональная Са сигнализация и болезнь Хантингтона

1.5. Нейрональная Са2+ сигнализация и спиномозжечковые атаксии

Нейрональная Са2+ сигнализация и болезнь Альцгеймера

1 ■ Нейрональная Са2+ сигнализация и спорадическая БА

1.6.2. Нейрональная сигнализация и наследственная болезнь Альцгеймера. Кальциевая гипотеза патогенеза БА

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Трансгенные линии мышей

2.2. Плазмиды

2.3. Антитела

2.4. Вирусные векторы

2.5. Биохимические и молекулярные методы

2.5.1. Метод двугибридной дрожжевой системы

2.5.2. GST pull-down анализ.

2.5.3. Коиммунопреципитация и Вестерн блот

2.6. Бислойные липидные мембраны

2.7. Первичные культуры нейронов

9 о Флуориметрическая регистрация внутриклеточной концентрации Са

2.8.1. Флуориметрическое измерение концентрации Са"' в эндоплазматическом ретикулуме

2.8.2. Флуориметрическое измерение концентрации Са2+ в микросомах

2.9. TUNEL окрашивание для оценки апоптоза

2.10. Введение лекарственных препаратов мышам

2.11. Анализ координации движений у мышей

2.12. Нейропатологическое обследование мышей

2.13. Регистрация спонтанной синаптической активности

2.14. Препараты и реактивы

2.15. Статистический анализ данных 46 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 3. Нарушение кальциевой сигнализации и болезнь Хантингтона

3.1. Хантингтин и хантингтин-ассоциированный протеин изменяют нейрональную кальциевую сигнализацию через Д рецептор инозитол 1,4,5-трисфосфата 1 типа.

3.2. lnsP3R1 связывается с ХАП1А в дрожжевой двугибридной системе (Y2H).

3.3. lnsP3R1 связывается с ХАП1А и Хтт in vitro

3.4. Комплекс lnsP3R1-XAni-XTT/п v/Vo.

3.5. Мутантный ХттехР, но не нормальный Хтт, активирует

InsPgRI in vitro

3.6. Мутантный ХттехР активирует lnsP3R1 в культуре СШН стриатума

3-7. БХ и нарушение Са2+ сигнализации

3.8. Сенситизация lnsP3R1 и NMDAR белком Хттехр и БХ

3-9. Нарушение Са2+ сигнализации и апоптоз СШН при БХ.

3-Ю- Нарушение Са2+ сигнализации в YAC128 СШН

3.11. In vitro модель БХ "

3.12. Нарушение Са^ сигнализации и нейродегенерация СШН при 7П БХ /и

3 13 Внутренние пути апоптоза, митохондрии и дегенерация СШН ^ при БХ.

3.14. Пути, приводящие к апоптозу СШН при БХ.

3.15. Новые потенциальные мишени для лечения БХ.

3.16. Оценка клинически допустимых ингибиторов глутаматного ^ пути в in vitro модели БХ

3.17. Нейропротекторные эффекты фрагмента С-конца рецептора g^ инозитол 1,4,5-трисфосфата у мышей, моделей БХ

Экспрессия GFP-IC10 стабилизирует Са2+ сигнализацию в СШН YAC

3.19. Экспрессия GFP-IC10 защищает СШН YAC128 от глутаматиндуцированного апоптоза 3-20. Экспрессия GFP-IC10 в стриатуме мыши разрушает комплекс

4.3. Мутантный атаксин-3 усиливает 1пБРз-индуцироемое высвобождение Са2+ из внутриклеточных Са2+ депо lnsP3R1-XrrexP

3.21. Экспрессия GFP-IC10 в стриатуме сохраняет фенотип до моторной координации у мышей YAC

3.22. Экспрессия GFP-IC10 в стриатуме уменьшает потерю д|-нейронов у стареющих мышей YAC

3.23. Допамин усиливает глутамат-индуцированные Са сигналы в СШН дикого типа и YAC

3 24 Допаминергическая сигнализация и апоптоз СШН при БХ in 1flR vitro 1Ub

3 25 Фармакология допамин/глутамат-индуцированного апоптоза 1 п„

СШН при БХ

3.26. Допаминовая сигнализация и дефицит координации движений у мышей с БХ

3 27 Допаминовая сигнализация и потеря нейронов стриатума у ^^ мышей с БХ

3.28. Допаминергическая сигнализация и нейродегенерация СШН ^q при БХ

3.29. Ингибиторы допаминового пути и лечение БХ

Глава 4. Нарушение кальциевой сигнализации и спиномозжечковая ^q атаксия 3-го типа 1 Мутантный атаксин-3 специфично связывается с InsPaRI in vitro

4.2. Мутантный атаксин-3 активирует lnsP3R1 in vitro

4.4. Мутантный атаксин-3 связывается с lnsP3R1 in vivo

4 5 Дантролен облегчает дефицит координации движений у 1„ мышей CMA3-YAC-84Q

4 6 Дантролен защищает мышей CMA3-YAC-84Q от потери нейронов

Глава 5. Нарушение кальциевой сигнализации и спиномозжечковая атаксия 2-го типа

5 -I Мутантный атаксин-2 специфично связывается с lnsP3R1 in vitro и in vivo

5.2. Мутантный атаксин-2 активирует lnsP3R1 in vitro

5.3. Мутантный атаксин-2 усиливает 1пзР3-индуцируемое высвобождение Са2+ в первичной культуре клеток Пуркинье 5 4 Мутантный атаксин-2 сенситизирует клетки Пуркинье к глутамат-индуцированному апоптозу 5 5 Дантролен облегчает дефицит координации движений у 1б мышей CMA2-58Q

5.6. Патологический анализ мышей, принимавших дантролен

5 7 Дантролен защищает против потери клеток Пуркинье у мышей CMA2-58Q

Глава 6. Нарушение кальциевой сигнализации и болезнь ^д Альцгеймера

51 Холопротеины пресенилины являются основными каналами утечки кальция из эндоплазматического ретикулума

6.2.2.

Устранение дефектов Са сигнализации мутантным PS1 в

6.3.2.

Эндоплазматический пул Са увеличивается, а депо

6.1.1. Рекомбинантные пресенилины формируют катион- -71. проницаемые каналы в бислойных липидных мембранах

6.1.2. Каналы, образованные пресенилинами, имеют очень низкую ^gQ проводимость

6.1.3. Очищенный PS1 формирует катионные каналы в бислоях

6.1.4. Дефекты Са сигнализации в эмбриональных фибробластах мышей с двойным нокаутом пресенилинов

6.1.5. Восстановление Са сигнализации в фибробластах мышей с двойным нокаутом пресенилинов

6.1.6. Пресенилины и гомеостаз Са^1" в ЭР

6.1.7. Пресенилины как каналы утечки Са^+ из ЭР

6.1.8. Нарушение Са^+сигнализации и БА

6.2. Мутации, связанные с развитием наследственной болезни

Альцгеймера специфично нарушают функцию пресенилина-1, 2qq как канала утечки кальция

6.2.1. Мутанты PS1 функционируют как кальциевые каналы в ~gл бислойных липидных мембранах эмбриональных фибробластах мыши с двойным нокаутом по пресенилинам

6.2.3. Восстановление Са^ сигнализации в ФДН мутантным PS1, 208 характерным для лобно-височной деменции

6.2.4. Нарушение Са сигнализации в первичных фибробластах пациентов, страдающих НБА

6.3. Роль пресенилинов в нейрональном гомеостазе кальция

6.3.1. Кофеин-индуцированное высвобождение Са усиливается в 220 нейронах гиппокампа из ЗхТд и PS ДН мышей управляемый вход Са^ уменьшается в гиппокампальных нейронах с двойным нокаутом по РЭ 9+

6.3.3. Утечка Саиз ЭР нарушается в гиппокампальных нейронах ЗхТд и в нейронах с двойным нокаутом по РБ

6.3.4. Функция утечки Са из ЭР в срединных шипиковых нейронах стриатума ЗхТд и нейронов с двойным нокаутом по РЭ

6.3.5. Рецептор рианодина и утечка Са2+ из ЭР в нейронах 235 гиппокампа

6.3.6. Оценка дантролена в мышах АРРРЭ

537 Пресенилины функционируют как нейрональные каналы утечки Са2+ из ЭР

6.3.8. Пресенилины, рецепторы рианодина и нейрональный Са2+ 244 гомеостаз

6.3.9. Протективная роль рецепторов рианодина в БА

6 Я 1П 9+

Нейрональная Са сигнализация, амилоид и патология при болезни Альцгеймера

Введение Диссертация по биологии, на тему "Нейрональная кальциевая сигнализация и нейродегенеративные заболевания"

Актуальность темы. Кальциевая (Са2+) передача сигналов объединяет мембранную возбудимость и биологическую функцию нейронов (Вегпс1де, 1998). Действуя на границе между «электрическим» и «сигнальным» мирами клетки, Са2+ каналы играют ведущую роль во многих ключевых аспектах нейронной функции. Вследствие огромной важности кальция как вторичного посредника, нейроны используют многочисленные способы управления внутриклеточным содержанием Са2+, чаще всего в пределах местных сигнальных путей. В нейрональную Са2+ сигнализацию вовлекается большое количество Са2+ каналов: потенциал-зависимые Са2+ каналы плазматической мембраны, М1\/ЮА рецепторы, АМРА рецепторы, ТГЗР каналы и депо-управляемые каналы. Высвобождение Са2+ из внутриклеточных депо эндоплазматического ретикулума (ЭР) осуществляется рецепторами инозитол-1,4,5-трисфосфата ОпэРзР) и рианодиновыми рецепторами ([Чуап[Ч). Помпа БЕКСА в ЭР, Са2+ помпа плазматической мембраны и Ма+/Са2+ обменник плазматической мембраны тонко контролируют концентрацию Са2+ в цитозоле в узком диапазоне значений. В формировании цитозольных Са2+ сигналов важную роль играют митохондрии. Из-за чрезвычайной чувствительности нейронов к изменению внутриклеточной концентрации Са2+, даже относительно небольшие отклонения в Са2+ сигнализации могут привести к разрушительным последствиям. Сравнительные исследования с нейронами из молодых и старых грызунов показали, что нейрональная Са2+ сигнализация подвергается существенным изменениям с возрастом.

Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера (БА), болезнь Паркинсона (БП), боковой амиотрофический склероз (БАС), болезнь Хантингтона (БХ) и спиномозжечковые атаксии (СМА), представляют собой огромную медицинскую и научную проблему (Bezprozvanny, 2009). Несмотря на интенсивный поиск причин этих заболеваний, они до сих пор остаются неизлечимыми. Лекарственные препараты, используемые для коррекции указанных нарушений, имеют ограниченный эффект, принося только временное облегчение в проявлении симптомов болезни или несколько задерживая процесс развития заболевания (Таблица 1). Основной прогресс в понимании этих нарушений был связан с установлением мутаций, вызывающим болезнь. БХ и

СМА являются в чистом виде генетическими нарушениями, а гены, ответственные за развитие этих заболеваний были клонированы 15 лет назад (Таблица 1). Большинство случаев БА, БП и БАС являются спорадическими, но примерно у 5% пациентов болезнь обусловлена наследственными причинами. Большая часть генов, ответственных за развитие наследственных форм этих заболеваний также клонирована (Таблица 1), что позволило создать генетические модели для исследования этих патологий на основе мышей.

Таблица 1. Нейродегенеративные заболевания (Bezprozvanny, 2009).

Забо л Затронутые нейроны Возраст начала болезни Спор/н асл Гены Препараты Мишень воздействия Эффект

95% спор 5% наел f\РР Наменда (Мемантин) блокада ММйА рецепторов, снижение токсичности Умеренные улучшения когнитивной функции

БА Нейроны коры и гиппокампа >65 PSEN1 PSEN2 Донепезил (Арицепт), Галантамин (Разадин), Ривастигми н(Экселон) Ингибиторы ацетилхолинэ стеразы. Увеличение концентрации ацетилхолина в мозге Умеренные улучшения когнитивной функции

БП Допаминерг ические нейроны pars compacta черного вещества >65 95% спор 5% наел SynucI LRRK2 Parkin PINK1 DJ-1 L-Dopa (Леводопа) Увеличение содержания допамина в нейронах черного вещества Симптомати ческое облегчение

БАС Моторные нейроны 40-60 95% спор 5% наел SOD1 Рилузол (Рилутек) Анти- глутаматное действие (активатор захвата глутамата, блокада рецептора МУТОАИ и № каналов) Увеличивае т продолжите льность жизни на несколько месяцев

БХ Срединные шипиковые нейроны стриатума 40-50 100% наел Huntingti n Тетрабеназ ин (Ксеназин) Анти- допаминовое действие (ингибитор УМАТ, снижает количество выделяемого допамина) Уменьшение хореи

Различные области 100% наел

СМА мозга, вовлеченны е в контроль моторики 40-50 Ataxins Отсутствует Отсутствует Отсутствует

3. Анализ изменений в нейрональной Са2+ сигнализации в присутствии мутаций, приводящих к развитию спиномозжечковой атаксии 2 типа (СМА2). Выявление потенциальных связей между нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации и смертью клеток Пуркинье, наблюдаемой при СМА2.

4. Анализ изменений в нейрональной Са2+ сигнализации, вызванных мутациями в белках пресенилинах, приводящих к развитию болезни Апьцгеймера. Проверка гипотезы о новой функции пресенилинов как каналов утечки Са2+ из внутриклеточных депо. Выявление потенциальных связей между нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации и патологией нейронов наблюдаемой при БА.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез болезни Хантингтона (БХ).

Мутантный белок Хангтингтин (Хтт) специфически связывается с 1пбРзК и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В срединных шипиковых нейронах стриатума (СШН) при БХ нарушена кальциевая сигнализация и увеличена глутаматная токсичность. Кальциевые блокаторы защищают СШН при БХ от глутаматной токсичности в экспериментах с культурами нейронов и у мышей, являющихся моделью БХ. Активация допаминовых рецепторов приводит к

12 дополнительному увеличению кальциевого ответа в СШН стриатума. Допаминовая сигнализация принимает участие в патогенезе БХ, и блокатор допаминовой сигнализации тетрабеназин может использоваться для лечения больных, страдающих БХ.

2. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез спиномозжечковой атаксии 3-го типа (СМАЗ). Мутантный белок атаксин-3 специфически связывается с 1пзРзР и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В результате, в нейронах, поражаемых при СМАЗ, нарушена нейрональная кальциевая сигнализация. Блокатор кальциевого выброса дантролен замедляет развитие патологии у мышей, являющихся моделью СМАЗ. Дантролен и другие кальциевые блокаторы могут использоваться для лечения больных, страдающих СМАЗ.

3. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез спиномозжечковой атаксии 2-го типа (СМА2). Мутантный белок атаксин-2 специфически связывается с 1пбРзР и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В клетках Пуркинье при СМА2 нарушена кальциевая сигнализация и увеличена глутаматная токсичность. Кальциевые блокаторы защищают клетки Пуркинье при СМА2 от глутаматной токсичности. Так, блокатор кальциевого выброса дантролен замедляет развитие патологии в модели СМА2 на основе мышей. Дантролен и другие кальциевые блокаторы могут использоваться для лечения больных, страдающих СМА2.

4. Нейрональная кальциевая сигнализация и патогенез болезни Апьцгеймера (БА). В дополнение к известной у-сеФетазн°й функции, белки пресенилины работают как пассивные каналы утечки кальция из эндоплазматического ретикулума (ЭР). Большинство мутаций в пресенилинах, которые вызывают БА, приводят к нарушению функции каналов утечки и вызывают переполнение кальциевых депо. В нейронах потеря кальциевой утечки через белки пресенилины частично компенсируется за счет увеличения экспрессии рианодиновых рецепторов. Блокада рианодиновых рецепторов в модели БА на основе мышей приводит к дополнительному увеличению концентрации кальция в ЭР и вызывает увеличение количества бета-амилоидных бляшек, потерю синаптических маркеров и нейрональную атрофию. Полученные результаты свидетельствуют о важной роли нейрональной кальциевой сигнализации в патогенезе БА.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование нарушений нейрональной кальциевой сигнализации при БХ, СМАЗ, СМА2 и БА. Получены приоритетные результаты, раскрывающие связь между мутациями вызывающими БХ, СМАЗ и СМА2, активностью 1пзРзР и нарушенной нейрональной кальциевой сигнализацией. Впервые показана потенциальная роль кальциевых блокаторов для лечения БХ, СМАЗ, СМА2. Впервые продемонстрирован благоприятный эффект тетрабеназина в модели БХ на основе мышей. Также впервые показана роль пресенилинов как каналов утечки кальция из ЭР. Установлена связь между нейрональной кальциевой сигнализацией и формированием амилоидных бляшек при БА.

Теоретическое и практическое значение работы. Полученные в представленной работе данные имеют принципиальное значение для понимания фундаментальных основ нейрональной Са2+ сигнализации. Результаты работы демонстрируют связь между мутациями, вызывающими нейродегенеративные заболевания, и нейрональной Са2+ сигнализацией. Проведенные исследования представляют теоретическую базу и адекватную экспериментальную модель для исследования роли нейрональной Са2+ сигнализации в проявлении и развитии нейродегенеративных заболеваний. Полученные результаты расширяют представления о роли Са2+ сигнализации при нейродегенеративных заболеваниях. Общебиологическая значимость результатов определяется также тем, что новая функция пресенилинов как каналов пассивной утечки кальция из ЭР имеет принципиальное значение для понимания фундаментальных механизмов кальциевого гомеостаза.

Итоги работы представляют несомненный интерес для современной фармакологии и практической медицины. Результаты проведенных исследований указывают на тот факт, что кальциевые антагонисты могут применяться для лечения нейродегенеративных заболеваний. Показано, что используемый в клинике препарат дантролен приводил к замедлению развития симптомов и уменьшению нейрональной смерти в моделях СМАЗ и СМА2 на основе мышей. Предложено провести клинические испытания дантролена для лечения больных СМАЗ и СМА2. Установлено, что используемый в клинике блокатор допаминовой сигнализации тетрабеназин приводит к замедлению развития симптомов и уменьшению нейрональной смерти в модели БХ на основе мышей. Было выдвинуто предположение о том, что тетрабеназин может использоваться для лечения больных БХ.

Полученные результаты и сформированные на их основе теоретические представления используются в курсах лекций для студентов Юго-западного Медицинского Центра Техасского Университета Далласа и при руководстве аспирантами в Институте цитологии РАН Санкт-Петербурга и в Юго-западном Медицинском Центре Техасского Университета Далласа.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на приглашенных семинарах в University of California (Irvine, 1997, 2006), University

Medical Branch (Galveston, 1997), Университете Монреаля (1998), Texas Tech Health

Science Center (Lubbock, 1999), New York University (1999), Georgetown University

Washington, 2000), New Jersey Medical and Dental School (2000), University Health

Science Center (San Antonio, 2000), University de Lausanne (Switzerland, 2000),

University Paris Sud Orsay (2000), K.U.Leuven (Leuven, Belgium, 2000, 2008), Case

Western Reserve University (Cleveland, 2000, 2008), Max Planck Institute (Dresden,

Germany, 2000), NIH Gerontology Research Center (2002), University of Okazaki

Japan, 2003), University of Tokyo (Japan, 2003, 2004, 2007), Korean Institute of

Science and Technology (Daejeon, Korea, 2003), KIST (Seoul, Korea, 2003, 2006),

University of Chicago (2003), University of Colorado Health Science Center (Denver,

2004), New York Upstate Medical University (Syracuse, 2004), University of Arkansas

Little Rock, 2004), University of California (Davis, 2005, 2008), Yale University (New

Haven, 2006), Seoul National University (Korea, 2006), Rosalind Franklin University

Chicago, 2008), University of Pennsylvania (Philadelphia, 2008), Институте цитологии

РАН (Санкт Петербург, 2008), University of Ann Arbor (2008), Gladstone Institute of

Neurological Disease (San Francisco, 2008), University of Iowa (Iowa City, 2009), a также в приглашенных докладах на Гордоновских конференциях (1999, 2005,

2008, 2009), на съездах международного Физиологического общества (1999, 2008), на съездах международного Биофизического общества (2003, 2008, 2009), на съездах международного общества Нейробиологов (2004), HDF foundation workshops (2003, 2004, 2008), EMBO workshop on "Calcium Signaling and Disease"

Capri, Italy, 2004), RIKEN BSI Frontiers in Molecular Neuropathology workshop

Tokyo, Japan, 2004), HighQ Foundation workshop "Calcium Targets in HD" (Los

Angeles, 2005), FAOPS Congress (Seoul, Korea, 2006), Winter Conference on Brain

Research (2007, 2008), Conference on Molecular Mechanisms of Neurodegeneration

Milan, Italy, 2007), FASEB Summer Research Conference (2007, 2008), University of

Tokyo Neuroscience Symposium (Sapporo, Japan, 2007), KMA foundation workshop (Las Vegas, 2008), European Calcium Society meeting (Leuven, Belgium, 2008), Ion Channels meeting (Giens, France, 2008), Конференции Российского общества клеточных биологов в Санкт Петербурге (2009), на 16-ой международной конференции по кальциевой сигнализации (Пуко, Чили, 2009).

Объем и структура диссертации. Диссертация объемом 287 страниц включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, результаты и обсуждение, 88 рисунков, 13 таблиц, заключение, выводы и список литературы. Личный вклад автора являлся определяющим на всех этапах работы и заключался в постановке задач исследования, участии в проведении экспериментов и обработке данных, анализе, обобщении и изложении результатов. Работа выполнена при финансовой поддержке, полученной автором от National Institutes of Health, CHDI foundation, Hereditary Disease Foundation, Welch Foundation, Alzheimer's Drug Discovery Foundation, Alzheimer's Association, US Department of Defense и многих других организаций.

Заключение Диссертация по теме "Клеточная биология, цитология, гистология", Безпрозванный, Илья Борисович

выводы

Проведены исследования молекулярных механизмов патогенеза нейродегенеративных заболеваний - болезни Хантингтона (БХ), спиномозжечковых атаксий 3-го и 2-го типа (СМАЗ и СМА2) и болезни Альцгеймера (БА). Основной задачей исследований служила проверка гипотезы о важной роли нейрональной кальциевой (Са2+) сигнализации в патогенезе этих заболеваний. Исследования проводились на моделях БХ, СМАЗ, СМА2 и БА на основе клеток и трансгенных мышей.

1. При изучении БХ показано, что мутантный белок Хантингтин специфически связывается с рецепторами инозитол-1,4,5-трисфосфата первого типа (1пзР3Р1) и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В первичных культурах срединных шипиковых нейронов (СШН) стриатума из трансгенных мышей, являющихся моделью БХ, увеличивается выброс Са2+ из внутриклеточных депо и глутаматная токсичность. Было также показано, что кальциевые блокаторы защищают СШН при БХ от глутаматной токсичности.

2. Изучена роль допамин-зависимой сигнализации в патогенезе БХ. Показано что активация допаминовых рецепторов приводит к дополнительному увеличению Са2+ ответа в БХ СШН и к усилению глутаматной токсичности. В экспериментах с моделью БХ на основе трансгенных мышей блокатор допаминовой сигнализации тетрабеназин замедлял развитие моторных симптомов и уменьшал потерю нейронов стриатума. Полученные данные указывают на возможность терапевтического использования тетрабеназина.

3. При изучении СМАЗ показано, что мутантный атаксин-3 специфически связывается с 1пзРзК1 и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. Блокатор выброса Са2+ дантролен замедляет развитие патологии у трансгенных мышей, являющихся моделью СМАЗ.

4. При изучении СМА2 показано, что мутантный атаксин-2 специфически связывается с 1пэРзК1 и активирует эти рецепторы в липидных бислоях. В первичных культурах клеток Пуркинье из мышей, являющихся моделью СМА2, усиливается выброс Са2+ и дегенеративные изменения в ответ на глутамат.

Блокатор выброса Са2+ дантролен защищает клетки Пуркинье при СМА2 от глутаматной токсичности и замедляет развитие патологии у мышей, являющихся моделью СМА2.

5. Полученные результаты позволяют считать что кальциевые блокаторы различной природы (мемантин, дантролен, дигидропиридины) представляют потенциальный интерес для клинических испытаний с пациентами, страдающими БХ, СМАЗ, СМА2.

6. При изучении наследственной формы БА открыта новая функция белков пресенилинов как каналов пассивного выхода (утечки) Са2+ из эндоплазматического ретикулума (ЭР). Показано что мутации в пресенилинах, вызывающие наследственную БА, приводят к нарушению функции каналов утечки и вызывают переполнение Са2+ депо. В мутантных нейронах потеря этой функции — транспорта Са2+ через белки пресенилины — частично компенсируется за счет увеличения экспрессии и функции рианодиновых рецепторов. Блокада рианодиновых рецепторов в модели БА на основе трансгенных мышей приводит к дополнительному увеличению концентрации Са2+ в ЭР и вызывает увеличение количества бета-амилоидных бляшек, потерю синаптических маркеров и нейрональную атрофию. Полученные результаты подтверждают важную роль нейрональной кальциевой сигнализации в патогенезе БА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В наших исследованиях проведен систематический анализ изменений в нейрональной кальциевой (Са2+) сигнализации в условиях нейродегенеративных заболеваний - болезни Хантингтона (БХ), спиномозжечковой атаксии 3-го типа (СМАЗ), спиномозжечковой атаксии 2-го типа (СМА2) и болезни Апьцгеймера (БА). Эти заболевания представляют собой огромную медицинскую, социальную, финансовую и научную проблему. Несмотря на интенсивный поиск причин этих заболеваний, они до сих пор остаются неизлечимыми. Несколько предыдущих исследований указывали на то, что нарушение в нейрональной Са2+ сигнализации может играть роль в патогенезе этих заболеваний. Наиболее известный и яркий пример это «Кальциевая гипотеза БА» выдвинутая Завеном Хачутряном в конце 80-х годов. Однако подавляющее большинство предыдущих исследований были описательными и не смогли объяснить причину нарушения в Са2+ сигнализации при нейродегенеративных заболеваниях или показать роль кальциевой сигнализации в их патогенезе.

В нашей работе было достигнуто несколько приоритетных результатов, которые впервые помогли установить причинно-следственную связь между наследственными мутациями вызывающими нейродегенеративные заболевания и нарушениями в нейрональной Са2+ сигнализации. Мы впервые показали что увеличение полиглутаминового повтора в белках Хантингтин, атаксин-2 и атаксин-3 имеет прямой эффект на активность рецепторов инозитол-1,4,5-трисфосфата. Это открытие позволило нам объяснить причину нарушенной нейрональной Са2+ сигнализации при БХ, СМА2 и СМАЗ.

На следующем этапе работы были проведены исследования значения Са2+ сигнализации для нейрональной патологии при БХ, СМА2 и СМАЗ. Для этих экспериментов использовались трансгенные мыши, являющиеся моделями БХ, СМА2 и СМАЗ. В экспериментах с первичными культурами срединных шипиковых нейронах стриатума (СШН) из мышей-моделей БХ было показано, что эти нейроны имеют повышенную чувствительность к глутаматной токсичности. Блокаторы Са2+ сигнализации уменьшили глутаматную токсичность в культурах БХ СШН. В наших экспериментах был эффективен и клинический блокатор ММОА!Ч мемантин. Клинические испытания мемантина на пациентах, страдающих БХ, проводятся сейчас в США.

Повышенная чувствительность к глутаматной токсичности была также показана в экспериментах с первичными культурами клеток Пуркинье из мышей-моделей СМА2. Было установлено, что клинический блокатор выброса Са2+ из внутриклеточных депо дантролен защищают клетки Пуркинье при СМА2 от глутаматной токсичности. Более того, было показано, что кормление мышей-моделей СМА дантроленом замедляет развитие патологии в моделях СМА2 и СМАЗ. На основании этих результатов было внесено предложение о проведении клинических испытаний дантролена с пациентами СМА2 и СМАЗ. Возможность организации таких испытаний в рамках Европейской организации EUROSCA обсуждается с профессором Thomas Klockgether (University Hospital Bonn, Germany). Организация EUROSCA, возглавляемая профессором Klockgether, разработала шкалу оценки степени атаксии (SARA) которая теперь является стандартом для клинических исследований с пациентами. При поддержке Евросоюза организация EUROSCA собрала информацию и произвела клиническое описание 4000 больных. Созданная инфраструктура позволит провести клинические испытания дантролена или других клинических кальциевых блокаторов (мемантина, дигидропиридинов) с больными СМА2 и СМАЗ.

В дополнение к БХ, СМА2 и СМАЗ было также проведено изучение связи между нейрональной кальциевой сигнализацией и патогенезом болезни Апьцгеймера (БА). Наследственная форма БА вызвана точечными мутациями в белках пресенилинах. Пресенилины функционируют как каталитические субъединицы у-секретазы, протеазного комплекса расщепляющего амилоидный белок-предшественник (АРР). Большинство исследователей считают, что клинические мутации в пресенилинах изменяют специфичность расщепления АРР и приводят к БА в результате увеличения концентрации амилоидного пептида 42. В наших исследованиях было показано, что в дополнение к роли в расщеплении АРР, пресенилины также работают как пассивные каналы утечки кальция из эндоплазматического ретикулума (ЭР). Более того, оказалось, что большинство клинических мутаций в пресенилинах приводят к нарушению функции каналов утечки и вызывают переполнение кальциевых депо. С использованием моделей БА на основе мышей нам удалось показать, что в нейронах гиппокампа потеря кальциевой утечки через белки пресенилины частично компенсируется за счет увеличения экспрессии рианодиновых рецепторов. Также было обнаружено, что блокада рианодиновых рецепторов в модели БА на основе мышей приводит к дополнительному увеличению концентрации кальция в ЭР и вызывает увеличение количества бета-амилоидных бляшек, потерю синаптических маркеров и нейрональную атрофию.

Полученные в результате проведенного цикла работ данные подтвердили важную роль нейрональной кальциевой сигнализации в патогенезе БХ, СМА2, СМАЗ и БА. Для развития и проверки «Кальциевой гипотезы нейродегенеративных заболеваний» будут необходимы дальнейшие исследования. Клинические испытания кальциевых блокаторов на больных рассматриваемыми заболеваниями покажут практическое значение «Кальциевой гипотезы нейродегенеративных заболеваний».

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Безпрозванный, Илья Борисович, Санкт-Петербург

1. Acikel М, Buyukokuroglu ME, Erdogan F, Aksoy H, Bozkurt E, Senocak H (2005) Protective effects of dantrolene against myocardial injury induced by isoproterenol in rats: biochemical and histological findings. Int J Cardiol 98:389-394.

2. Akbari Y, Hitt BD, Murphy MP, Dagher NN, Tseng BP, Green KN, Golde TE, LaFerla FM (2004) Presenilin regulates capacitative calcium entry dependently and independently of gamma-secretase activity. Biochem Biophys Res Commun 322:1145-1152.

3. Albin RL, Reiner A, Anderson KD, Dure LS, Handelin В, Balfour R, Whetsell WO, Penney JB, Young AB (1992) Preferential Loss of Striato-External Pallidal Projection Neurons in Presymptomatic Huntingtons-Disease. Annals of Neurology 31:425-430.

4. Albrecht M, Golatta M, Wullner U, Lengauer T (2004) Structural and functional . analysis of ataxin-2 and ataxin-3. Eur J Biochem 271:3155-3170.

5. Andrich J, Saft С, Arz A, Schneider B, Agelink MW, Kraus PH, Kuhn W, Muller T (2004) Hyperhomocysteinaemia in treated patients with Huntington's disease. Mov Disord 19:226-228.

6. Ariano MA, Aronin N, Difiglia M, Tagle DA, Sibley DR, Leavitt BR, Hayden MR, Levine MS (2002) Striatal neurochemical changes in transgenic models of Huntington's disease. J Neurosci Res 68:716-729.

7. Arispe N, Rojas E, Pollard HB (1993) Alzheimer disease amyloid beta protein forms calcium channels in bilayer membranes: blockade by tromethamine and aluminum. Proc Natl Acad Sci U S A 90:567-571.

8. Arispe N, Diaz JC, Simakova O (2007) Abeta ion channels. Prospects for treating Alzheimer's disease with Abeta channel blockers. Biochim Biophys Acta 1768:1952-1965.

9. Backman L, Robins-Wahlin TB, Lundin A, Ginovart N, Farde L (1997) Cognitive deficits in Huntington's disease are predicted by dopaminergic PET markers and brain volumes. Brain 120 ( Pt 12):2207-2217.

10. Bardo S, Cavazzini MG, Emptage N (2006) The role of the endoplasmic reticulum Ca2+ store in the plasticity of central neurons. Trends Pharmacol Sci 27:7884.

11. Begley JG, Duan W, Chan S, Duff K, Mattson MP (1999) Altered calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction in cortical synaptic compartments of presenilin-1 mutant mice. J Neurochem 72:1030-1039.

12. Beister A, Kraus P, Kuhn W, Dose M, Weindl A, Gerlach M (2004) The N-methyl-D-aspartate antagonist memantine retards progression of Huntington's disease. J Neural Transm Suppl:117-122.

13. Bentahir M, Nyabi O, Verhamme J, Tolia A, Horre K, Wiltfang J, Esselmann H, De Strooper B (2006) Presenilin clinical mutations can affect gamma-secretase activity by different mechanisms. J Neurochem 96:732-742.

14. Berg M, Bruhn T, Frandsen A, Schousboe A, Diemer NH (1995) Kainic acid-induced seizures and brain damage in the rat: role of calcium homeostasis. J Neurosci Res 40:641-646.

15. Berridge MJ (1998) Neuronal calcium signaling. Neuron 21:13-26.

16. Bertaux F, Sharp AH, Ross CA, Lehrach H, Bates GP, Wanker E (1998) HAP1-huntingtin interactions do not contribute to the molecular pathology in Huntington's disease transgenic mice. FEBS Lett 426:229-232.

17. Bertram L, Schjeide BM, Hooli B, Mullin K, Hiltunen M, Soininen H, Ingelsson M, Lannfelt L, Blacker D, Tanzi RE (2008) No association between CALHM1 and Alzheimer's disease risk. Cell 135:993-994; author reply 994-996.

18. Bezprozvanny I (2009) Calcium signaling and neurodegenerative diseases. Trends Mol Med 15:89-100.

19. Bezprozvanny I, Hayden MR (2004) Deranged neuronal calcium signaling and Huntington disease. Biochem Biophys Res Commun 322:1310-1317.

20. Bezprozvanny I, Mattson MP (2008) Neuronal calcium mishandling and the pathogenesis of Alzheimer's disease. Trends Neurosci 31:454-463.

21. Bezprozvanny I, Watras J, Ehrlich BE (1991) Bell-shaped calcium-response curves of lns(1,4,5)P3- and calcium-gated channels from endoplasmic reticulum of cerebellum. Nature 351:751-754.

22. Bibb JA, Yan Z, Svenningsson P, Snyder GL, Pieribone VA, Horiuchi A, Nairn AC, Messer A, Greengard P (2000) Severe deficiencies in dopamine signaling in presymptomatic Huntington's disease mice. Proc Natl Acad Sci U S A 97:6809-6814.

23. Bossy-Wetzel E, Petrilli A, Knott AB (2008) Mutant huntingtin and mitochondrial dysfunction. Trends Neurosci 31:609-616.

24. Brown TB, Bogush Al, Ehrlich ME (2008) Neocortical expression of mutant huntingtin is not required for alterations in striatal gene expression or motor dysfunction in a transgenic mouse. Hum Mol Genet.

25. Burnett B, Li F, Pittman RN (2003) The polyglutamine neurodegenerative protein ataxin-3 binds polyubiquitylated proteins and has ubiquitin protease activity. Hum Mol Genet 12:3195-3205.

26. Burnett BG, Pittman RN (2005) The polyglutamine neurodegenerative protein ataxin 3 regulates aggresome formation. Proc Natl Acad Sci U S A 102:4330-4335.

27. Burright EN, Clark HB, Servadio A, Matilla T, Feddersen RM, Yunis WS, Duvick LA, Zoghbi HY, Orr HT (1995) SCA1 transgenic mice: a model for neurodegeneration caused by an expanded CAG trinucleotide repeat. Cell 82:937-948.

28. Busche MA, Eichhoff G, Adelsberger H, Abramowski D, Wiederhold KH, Haass C, Staufenbiel M, Konnerth A, Garaschuk O (2008) Clusters of hyperactive neurons near amyloid plaques in a mouse model of Alzheimer's disease. Science 321:1686-1689.

29. Cai C, Lin P, Cheung KH, Li N, Levchook C, Pan Z, Ferrante C, Boulianne GL, Foskett JK, Danielpour D, Ma J (2006) The presenilin-2 loop peptide perturbs intracellular Ca2+ homeostasis and accelerates apoptosis. J Biol Chem 281:16649-16655.

30. Calabresi P, Centonze D, Pisani A, Bernardi G (1999) Metabotropic glutamate receptors and cell-type-specific vulnerability in the striatum: implication for ischemia and Huntington's disease. Exp Neurol 158:97-108.

31. Camello C, Lomax R, Petersen OH, Tepikin AV (2002) Calcium leak from intracellular stores-the enigma of calcium signalling. Cell Calcium 32:355-361.

32. Carter RJ, Lione LA, Humby T, Mangiarini L, Mahal A, Bates GP, Dunnett SB, Morton AJ (1999) Characterization of progressive motor deficits in mice transgenic for the human Huntington's disease mutation. J Neurosci 19:3248-3257.

33. Cedazo-Minguez A, Popescu BO, Ankarcrona M, Nishimura T, Cowburn RF (2002) The presenilin 1 deltaE9 mutation gives enhanced basal phospholipase C activity and a resultant increase in intracellular calcium concentrations. J Biol Chem 277:36646-36655.

34. Cepeda C, Wu N, Andre VM, Cummings DM, Levine MS (2007) The corticostriatal pathway in Huntington's disease. Prog Neurobiol 81:253-271.

35. Chakroborty S, Goussakov I, Miller MB, Stutzmann GE (2009) Deviant ryanodine receptor-mediated calcium release resets synaptic homeostasis in presymptomatic 3xTg-AD mice. J Neurosci 29:9458-9470.

36. Chan SL, Mayne M, Holden CP, Geiger JD, Mattson MP (2000) Presenilin-1 mutations increase levels of ryanodine receptors and calcium release in PC 12 cells and cortical neurons. J Biol Chem 275:18195-18200.

37. Charvin D, Vanhoutte P, Pages C, Borrelli E, Caboche J (2005) Unraveling a role for dopamine in Huntington's disease: the dual role of reactive oxygen species and D2 receptor stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A 102:12218-12223.

38. Chen N, Luo T, Wellington C, Metzler M, McCutcheon K, Hayden MR, Raymond LA (1999) Subtype-specific enhancement of NMDA receptor currents by mutant huntingtin. J Neurochem 72:1890-1898.

39. Chen X, Tang T-S, Tu H, Nelson O, Pook MA, Hammer RE, Nukina N, Bezprozvanny I (2008) Deranged calcium signaling and neurodegeneration in spinocerebellar ataxia type 3. J Neuroscience 28:12713-12724.

40. Cheng N, Maeda T, Kume T, Kaneko S, Kochiyama H, Akaike A, Goshima Y, Misu Y (1996) Differential neurotoxicity induced by L-DOPA and dopamine in cultured striatal neurons. Brain Res 743:278-283.

41. Chesselet MF, Mercugliano M, Soghomonian JJ, Salin P, Qin Y, Gonzales C (1993) Regulation of glutamic acid decarboxylase gene expression in efferent neurons of the basal ganglia. Prog Brain Res 99:143-154.

42. Cheung KH, Shineman D, Muller M, Cardenas C, Mei L, Yang J, Tomita T, Iwatsubo T, Lee VM, Foskett JK (2008) Mechanism of Ca2+ disruption in Alzheimer's disease by presenilin regulation of lnsP(3) receptor channel gating. Neuron 58:871-883.

43. Choo YS, Johnson GV, MacDonald M, Detloff PJ, Lesort M (2004) Mutant huntingtin directly increases susceptibility of mitochondria to the calcium-inducedpermeability transition and cytochrome c release. Hum Mol Genet 13:14071420.

44. Coutinho P, Andrade C (1978) Autosomal dominant system degeneration in Portuguese families of the Azores Islands. A new genetic disorder involving cerebellar, pyramidal, extrapyramidal and spinal cord motor functions. Neurology 28:703-709.

45. Cross AJ, Crow TJ, Johnson JA, Dawson JM, Peters TJ (1985) Loss of endoplasmic reticulum-associated enzymes in affected brain regions in Huntington's disease and Alzheimer-type dementia. J Neurol Sci 71:137-143.

46. Cummings CJ, Zoghbi HY (2000) Trinucleotide repeats: mechanisms and pathophysiology. Annu Rev Genomics Hum Genet 1:281-328.

47. Cyr M, Sotnikova TD, Gainetdinov RR, Caron MG (2006) Dopamine enhances motor and neuropathological consequences of polyglutamine expanded huntingtin. Faseb J 20:2541-2543.

48. De Strooper B (2007) Loss-of-function presenilin mutations in Alzheimer disease. EMBO reprts 8:141-146.

49. De Strooper B, Saftig P, Craessaerts K, Vanderstichele H, Guhde G, Annaert W, Von Figura K, Van Leuven F (1998) Deficiency of presenilin-1 inhibits the normal cleavage of amyloid precursor protein. Nature 391:387-390.

50. Emptage NJ, Reid CA, Fine A (2001) Calcium stores in hippocampal synaptic boutons mediate short-term plasticity, store-operated Ca2+ entry, and spontaneous transmitter release. Neuron 29:197-208.

51. Engelender S, Sharp AH, Colomer V, Tokito MK, Lanahan A, Worley P, Holzbaur EL, Ross CA (1997) Huntingtin-associated protein 1 (HAP1) interacts with the p150Glued subunit of dynactin. Hum Mol Genet 6:2205-2212.

52. Etcheberrigaray R, Hirashima N, Nee L, Prince J, Govoni S, Racchi M, Tanzi RE, Alkon DL (1998) Calcium responses in fibroblasts from asymptomatic members of Alzheimer's disease families. Neurobiol Dis 5:37-45.

53. Fan MM, Fernandes HB, Zhang LY, Hayden MR, Raymond LA (2007) Altered NMDA receptor trafficking in a yeast artificial chromosome transgenic mouse model of Huntington's disease. J Neurosci 27:3768-3779.

54. Foster TC (2007) Calcium homeostasis and modulation of synaptic plasticity in the aged brain. Aging Cell 6:319-325.

55. Frandsen A, Schousboe A (1991) Dantrolene prevents glutamate cytotoxicity and Ca2+ release from intracellular stores in cultured cerebral cortical neurons. J Neurochem 56:1075-1078.

56. Furuichi T, Kohda K, Miyawaki A, Mikoshiba K (1994) Intracellular channels. Current Opinion Neurobiol 4:294-303.

57. Furuichi T, Yoshikawa S, Miyawaki A, Wada K, Maeda N, Mikoshiba K (1989) Primary structure and functional expression of the inositol 1,4,5-trisphosphate-binding protein P4oo- Nature 342:32-38.

58. Gafni J, Hermel E, Young JE, Wellington CL, Hayden MR, Ellerby LM (2004) Inhibition of calpain cleavage of huntingtin reduces toxicity: accumulation of calpain/caspase fragments in the nucleus. J Biol Chem 279:20211-20220.

59. Gafni J, Munsch JA, Lam TH, Catlin MC, Costa LG, Molinski TF, Pessah IN (1997) Xestospongins: potent membrane permeable blockers of the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor. Neuron 19:723-733.

60. Gant JC, Sama MM, Landfield PW, Thibault O (2006) Early and simultaneous emergence of multiple hippocampal biomarkers of aging is mediated by Ca2+-induced Ca2+ release. J Neurosci 26:3482-3490.

61. Gerfen CR (1992) The neostriatal mosaic: multiple levels of compartmental organization. Trends Neurosci 15:133-139.

62. Geschwind DH, Perlman S, Figueroa CP, Treiman LJ, Pulst SM (1997) The prevalence and wide clinical spectrum of the spinocerebellar ataxia type 2 trinucleotide repeat in patients with autosomal dominant cerebellar ataxia. Am J Hum Genet 60:842-850.

63. Giannakopoulos P, Herrmann FR, Bussiere T, Bouras C, Kovari E, Perl DP, Morrison JH, Gold G, Hof PR (2003) Tangle and neuron numbers, but not amyloid load, predict cognitive status in Alzheimer's disease. Neurology 60:1495-1500.

64. Giannini G, Conti A, Mammarella S, Scrobogna M, Sorrentino V (1995) The ryanodine receptor/calcium channel genes are widely and differentially expressed in murine brain and peripheral tissues. J Cell Biol 128:893-904.

65. Gimenez-Cassina A, Lim F, Diaz-Nido J (2007) Gene transfer into Purkinje cells using herpesviral amplicon vectors in cerebellar cultures. Neurochem Int 50:181-188.

66. Ginovart N, Lundin A, Farde L, Halldin C, Backman L, Swahn CG, Pauli S, Sedvall G (1997) PET study of the pre- and post-synaptic dopaminergic markers for the neurodegenerative process in Huntington's disease. Brain 120 ( Pt 3):503-514.

67. Goffredo D, Rigamonti D, Tartari M, De Micheli A, Verderio C, Matteoli M, Zuccato C, Cattaneo E (2002) Calcium-dependent cleavage of endogenous wild-type huntingtin in primary cortical neurons. J Biol Chem 277:39594-39598.

68. Goldman JS, Johnson JK, McElligott K, Suchowersky O, Miller BL, Van Deerlin VM (2005) Presenilin 1 Glu318Gly polymorphism: interpret with caution. Arch Neurol 62:1624-1627.

69. Gomez-lsla T, Spires T, De Calignon A, Hyman BT (2008) Neuropathology of Alzheimer's disease. Handb Clin Neurol 89:233-243.

70. Gomez-lsla T, Price JL, McKeel DW, Jr., Morris JC, Growdon JH, Hyman BT (1996) Profound loss of layer II entorhinal cortex neurons occurs in very mild Alzheimer's disease. J Neurosci 16:4491-4500.

71. Green KN, Smith IF, Laferla FM (2007) Role of calcium in the pathogenesis of Alzheimer's disease and transgenic models. Subcell Biochem 45:507-521.

72. Green KN, Demuro A, Akbari Y, Hitt BD, Smith IF, Parker I, LaFerla FM (2008) SERCA pump activity is physiologically regulated by presenilin and regulates amyloid beta production. J Cell Biol 181:1107-1116.

73. Grynkiewicz G, Poenie M, Tsien RY (1985) A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties. J Biol Chem 260:3440-3450.

74. Gu X, Andre VM, Cepeda C, Li SH, Li XJ, Levine MS, Yang XW (2007) Pathological cell-cell interactions are necessary for striatal pathogenesis in a conditional mouse model of Huntington's disease. Mol Neurodegener 2:8.

75. Guo Q, Fu W, Sopher BL, Miller MW, Ware CB, Martin GM, Mattson MP (1999) Increased vulnerability of hippocampal neurons to excitotoxic necrosis in presenilin-1 mutant knock-in mice. Nat Med 5:101-106.

76. Gusella JF, MacDonald ME (2000) Molecular genetics: unmasking polyglutamine triggers in neurodegenerative disease. Nat Rev Neurosci 1:109-115.

77. Gutekunst CA, Li SH, Yi H, Ferrante RJ, Li XJ, Hersch SM (1998) The cellular and subcellular localization of huntingtin-associated protein 1 (HAP1): comparison with huntingtin in rat and human. J Neurosci 18:7674-7686.

78. Haacke A, Hartl FU, Breuer P (2007) Calpain inhibition is sufficient to suppress aggregation of polyglutamine-expanded ataxin-3. J Biol Chem 282:1885118856.

79. Hackam AS, Singaraja R, Wellington CL, Metzler M, McCutcheon K, Zhang T, Kalchman M, Hayden MR (1998) The influence of huntingtin protein size on nuclear localization and cellular toxicity. J Cell Biol 141:1097-1105.

80. Hajnoczky G, Davies E, Madesh M (2003) Calcium signaling and apoptosis. Biochem Biophys Res Commun 304:445-454.

81. Halestrap AP, McStay GP, Clarke SJ (2002) The permeability transition pore complex: another view. Biochimie 84:153-166.

82. Hardy J, Selkoe DJ (2002) The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science 297:353-356.

83. Harjes P, Wanker EE (2003) The hunt for huntingtin function: interaction partners tell many different stories. Trends Biochem Sci 28:425-433.

84. Hastings TG, Lewis DA, Zigmond MJ (1996) Role of oxidation in the neurotoxic effects of intrastriatal dopamine injections. Proc Natl Acad Sci U S A 93:19561961.

85. Hayrapetyan V, Rybalchenko V, Rybalchenko N, Koulen P (2008) The N-terminus of presenilin-2 increases single channel activity of brain ryanodine receptors through direct protein-protein interaction. Cell Calcium 44:507-518.

86. Herms J, Schneider I, Dewachter I, Caluwaerts N, Kretzschmar H, Van Leuven F (2003) Capacitive calcium entry is directly attenuated by mutant presenilin-1, independent of the expression of the amyloid precursor protein. J Biol Chem 278:2484-2489.

87. Herreman A, Serneels L, Annaert W, Collen D, Schoonjans L, De Strooper B (2000) Total inactivation of gamma-secretase activity in presenilin-deficient embryonic stem cells. Nat Cell Biol 2:461-462.

88. Hickey MA, Reynolds GP, Morton AJ (2002) The role of dopamine in motor symptoms in the R6/2 transgenic mouse model of Huntington's disease. J Neurochem 81:46-59.

89. Higgins D, lllouz K, Subramanian P (2002) Safety and tolerability of lamotrigine in Huntington's disease. Mov Disord 17:s324.

90. Hirashima N, Etcheberrigaray R, Bergamaschi S, Racchi M, Battaini F, Binetti G, Govoni S, Alkon DL (1996) Calcium responses in human fibroblasts: a diagnostic molecular profile for Alzheimer's disease. Neurobiol Aging 17:549555.

91. HoferAM (1999) Measurement of free Ca2+. changes in agonist-sensitive internal stores using compartmentalized fluorescent indicators. Methods Mol Biol 114:249-265.

92. HoferAM, Curci S, Machen TE, Schulz l (1996) ATP regulates calcium leak from agonist-sensitive internal calcium stores. Faseb J 10:302-308.

93. HOPES (2006) Glutamate Toxicity. Disease Mechanism V. In: Huntington's Outreach Project for Education at Stanford: Stanford University.

94. HSG (2003) Dosage effects of riluzole in Huntington's disease: a multicenter placebo-controlled study. Neurology 61:1551-1556.

95. HSG (2006) Tetrabenazine as antichorea therapy in Huntington disease: a randomized controlled trial. Neurology 66:366-372.

96. Hsieh H, Boehm J, Sato C, Iwatsubo T, Tomita T, Sisodia S, Malinow R (2006) AMPAR removal underlies Abeta-induced synaptic depression and dendritic spine loss. Neuron 52:831-843.

97. Hutton M (2004) Presenilin mutations associated with fronto-temporal dementia. Ann Neurol 55:604-606.

98. Huynh DP, Figueroa K, Hoang N, Pulst SM (2000) Nuclear localization or inclusion body formation of ataxin-2 are not necessary for SCA2 pathogenesis in mouse or human. Nat Genet 26:44-50.

99. Jäkel RJ, Maragos WF (2000) Neuronal cell death in Huntington's disease: a potential role for dopamine. Trends Neurosci 23:239-245.

100. Jonas S, Sugimori M, Llinas R (1997) Is low molecular weight heparin a neuroprotectant? Ann N Y Acad Sei 825:389-393.

101. Joyce JN, Lexow N, Bird E, Winokur A (1988) Organization of dopamine D1 and D2 receptors in human striatum: receptor autoradiographic studies in Huntington's disease and schizophrenia. Synapse 2:546-557.

102. Juin P, Pelletier M, Oliver L, Tremblais K, Gregoire M, Meflah K, Vallette FM (1998) Induction of a caspase-3-like activity by calcium in normal cytosolic extracts triggers nuclear apoptosis in a cell-free system. J Biol Chem 273:1755917564.

103. Kawaguchi Y, Okamoto T, Taniwaki M, Aizawa M, Inoue M, Katayama S, Kawakami H, Nakamura S, Nishimura M, Akiguchi I, et al. (1994) CAG expansions in anovel gene for Machado-Joseph disease at chromosome 14q32.1. Nat Genet 8:221-228.

104. Kaznacheyeva E, Lupu VD, Bezprozvanny I (1998) Single-channel properties of inositol (1,4,5)-trisphosphate receptor heterologously expressed in HEK-293 cells. J Gen Physiol 111:847-856.

105. Khachaturian ZS (1989) Calcium, membranes, aging, and Alzheimer's disease. Introduction and overview. Ann N YAcad Sei 568:1-4.

106. Khodakhah K, Armstrong CM (1997) Inositol triphosphate and ryanodine receptors share a common functional Ca2+ pool in cerebellar Purkinje neurons. Biophys J 73:3349-3357.

107. Kiehl TR, Shibata H, Pulst SM (2000) The ortholog of human ataxin-2 is essential for early embryonic patterning in C. elegans. J Mol Neurosci 15:231-241.

108. Kiehl TR, Nechiporuk A, Figueroa KP, Keating MT, Huynh DP, Pulst SM (2006) Generation and characterization of Sca2 (ataxin-2) knockout mice. Biochem Biophys Res Commun 339:17-24.

109. Kirichok Y, Krapivinsky G, Clapham DE (2004) The mitochondrial calcium uniporter is a highly selective ion channel. Nature 427:360-364.

110. Klawans HC, Paulson GW, Barbeau A (1970) Predictive test for Huntington's chorea. Lancet 2:1185-1186.

111. Klement IA, Skinner PJ, Kaytor MD, Yi H, Hersch SM, Clark HB, Zoghbi HY, Orr HT (1998) Ataxin-1 nuclear localization and aggregation: role in polyglutamine-induced disease in SCA1 transgenic mice. Cell 95:41-53.

112. Kozlov G, Trempe JF, Khaleghpour K, Kahvejian A, Ekiel I, Gehring K (2001) Structure and function of the C-terminal PABC domain of human poly(A)-binding protein. Proc Natl Acad Sci U S A 98:4409-4413.

113. Krause T, Gerbershagen MU, Fiege M, Weisshorn R, Wappler F (2004) Dantrolene-a review of its pharmacology, therapeutic use and new developments. Anaesthesia 59:364-373.

114. Kremer B, Clark CM, Almqvist EW, Raymond LA, Graf P, Jacova C, Mezei M, Hardy MA, Snow B, Martin W, Hayden MR (1999) Influence of lamotrigine on progression of early Huntington disease: a randomized clinical trial. Neurology 53:1000-1011.

115. Krieger P, Hellgren-Kotaleski J, Kettunen P, El Manira AJ (2000) Interaction between metabotropic and ionotropic glutamate receptors regulates neuronal network activity. J Neurosci 20:5382-5391.

116. Kruman, II, Culmsee C, Chan SL, Kruman Y, Guo Z, Penix L, Mattson MP (2000) Homocysteine elicits a DNA damage response in neurons that promotes apoptosis and hypersensitivity to excitotoxicity. J Neurosci 20:6920-6926.

117. Kuchibhotla KV, Goldman ST, Lattarulo CR, Wu HY, Hyman BT, Bacskai BJ (2008) Abeta plaques lead to aberrant regulation of calcium homeostasis in vivo resulting in structural and functional disruption of neuronal networks. Neuron 59:214-225.

118. Kuppenbender KD, Albers DS, ladarola MJ, Landwehrmeyer GB, Standaert DG (1999) Localization of alternatively spliced NMDAR1 glutamate receptor isoforms in rat striatal neurons. J Comp Neurol 415:204-217.

119. Kuwajima G, Futatsugi A, Niinobe M, Nakanishi S, Mikoshiba K (1992) Two types of ryanodine receptors in mouse brain: skeletal muscle type exclusively in Purkinje cells and cardiac muscle type in various neurons. Neuron 9:11331142.

120. S, Li XJ (2006) Multiple pathways contribute to the pathogenesis of Huntington disease. Mol Neurodegener 1:19.

121. SH, Gutekunst CA, Hersch SM, Li XJ (1998a) Interaction of huntingtin-associated protein with dynactin P150Glued. J Neurosci 18:1261-1269.

122. SH, Li H, Torre ER, Li XJ (2000) Expression of huntingtin-associated protein-1 in neuronal cells implicates a role in neuritic growth. Mol Cell Neurosci 16:168183.

123. SH, Hosseini SH, Gutekunst CA, Hersch SM, Ferrante RJ, Li XJ (1998b) A human, , HAP1 homologue. Cloning, expression, and interaction with huntingtin. J Biol Chem 273:19220-19227.

124. XJ, Li SH, Sharp AH, Nucifora FC, Jr., Schilling G, Lanahan A, Worley P, Snyder SH, Ross CA (1995) A huntingtin-associated protein enriched in brain with implications for pathology. Nature 378:398-402.

125. Makarewicz D, Zieminska E, Lazarewicz JW (2003) Dantrolene inhibits NMDA-induced 45Ca uptake in cultured cerebellar granule neurons. Neurochem Int 43:273-278.

126. Mao L, Wang JQ (2001) Upregulation of preprodynorphin and preproenkephalin mRNA expression by selective activation of group I metabotropic glutamate receptors in characterized primary cultures of rat striatal neurons. Brain Res Mol Brain Res 86:125-137.

127. Mao L, Wang JQ (2002) Glutamate cascade to cAMP response element-binding protein phosphorylation in cultured striatal neurons through calcium-coupled group I metabotropic glutamate receptors. Mol Pharmacol 62:473-484.

128. Martin EJ, Kim M, Velier J, Sapp E, Lee HS, Laforet G, Won L, Chase K, Bhide PG, Heller A, Aronin N, Difiglia M (1999) Analysis of Huntingtin-associated protein 1 in mouse brain and immortalized striatal neurons. J Comp Neurol 403:421430.

129. Maruyama T, Kanaji T, Nakade S, Kanno T, Mikoshiba K (1997) 2APB, 2-aminoethoxydiphenyl borate, a membrane-penetrable modulator of lns(1,4,5)P3-induced Ca2+ release. J Biochem (Tokyo) 122:498-505.

130. Mary V, Wahl F, Uzan A, Stutzmann JM (2001) Enoxaparin in experimental stroke: neuroprotection and therapeutic window of opportunity. Stroke 32:993-999.

131. Matsuyama Z, Wakamori M, Mori Y, Kawakami H, Nakamura S, Imoto K (1999) Direct alteration of the P/Q-type Ca2+ channel property by polyglutamine expansion in spinocerebellar ataxia 6. J Neurosci 19:RC14.

132. Mattila KM, Forsell C, PirttilaT, Rinne JO, LehtimakiT, Roytta M, Lilius L, EerolaA, St George-Hyslop PH, Frey H, Lannfelt L (1998) The Glu318Gly mutation of the presenilin-1 gene does not necessarily cause Alzheimer's disease. Ann Neurol 44:965-967.

133. Mattson MP (2000) Apoptosis in neurodegenerative disorders. Nat Rev Mol Cell Biol 1:120-129.

134. Mattson MP, Guo Q, Furukawa K, Pedersen WA(1998) Presenilins, the endoplasmic reticulum, and neuronal apoptosis in Alzheimer's disease. J Neurochem 70:114.

135. Mattson MP, LaFerla FM, Chan SL, Leissring MA, Shepel PN, Geiger JD (2000) Calcium signaling in the ER: its role in neuronal plasticity and neurodegenerative disorders. Trends Neurosci 23:222-229.

136. Maximov A, Tang T-S, Bezprozvanny I (2003) Association of the type 1 inositol (1,4,5)-trisphosphate receptor with 4.1 N protein in neurons. Molecular Cellular Neuroscience 22:271-283.

137. McLaughlin BA, Nelson D, Erecinska M, Chesselet MF (1998) Toxicity of dopamine to striatal neurons in vitro and potentiation of cell death by a mitochondrial inhibitor. J Neurochem 70:2406-2415.

138. Menalled LB, Chesselet MF (2002) Mouse models of Huntington's disease. Trends Pharmacol Sei 23:32-39.

139. Mignery G, Sudhof TC, Takei K, De Camilli P (1989) Putative receptor for inositol 1,4,5-trisphosphate similar to ryanodine receptor. Nature 342:192-195.

140. Mignery GA, Newton CL, Archer BT, Sudhof TC (1990) Structure and expression of the rat inositol 1,4,5-trisphosphate receptor. J Biol Chem 265:12679-12685.

141. Milnerwood AJ, Raymond LA (2007) Corticostriatal synaptic function in mouse models of Huntington's disease: early effects of huntingtin repeat length and protein load. J Physiol 585:817-831.

142. Missale C, Nash SR, Robinson SW, Jaber M, Caron MG (1998) Dopamine receptors: from structure to function. Physiol Rev 78:189-225.

143. Mody I, MacDonald JF (1995) NMDA receptor-dependent excitotoxicity: the role of intracellular Ca2+ release. Trends Pharmacol Sei 16:356-359.

144. Mori F, Fukaya M, Abe H, Wakabayashi K, Watanabe M (2000) Developmental changes in expression of the three ryanodine receptor mRNAs in the mouse brain. Neurosci Lett 285:57-60.

145. Nasir J, Goldberg YP, Hayden MR (1996) Huntington disease: new insights into the relationship between CAG expansion and disease. Hum Mol Genet 5:14311435.

146. Nasir J, Duan K, Nichol K, Engelender S, Ashworth R, Colomer V, Thomas S, Disteche CM, Hayden MR, Ross CA (1998) Gene structure and map location of the murine homolog of the Huntington- associated protein, Hap1. Mamm Genome 9:565-570.

147. Nelson O, Tu H, Lei T, Bentahir M, de Strooper B, Bezprozvanny I (2007) Familial Alzheimer disease-linked mutations specifically disrupt Ca2+ leak function of presenilin 1. J Clin Invest 117:1230-1239.

148. Nicastro G, Menon RP, Masino L, Knowles PP, McDonald NQ, Pastore A (2005) The solution structure of the Josephin domain of ataxin-3: Structural determinants for molecular recognition. Proc Natl Acad Sci U S A 102:10493-10498.

149. Niebauer M, Gruenthal M (1999) Neuroprotective effects of early vs. late administration of dantrolene in experimental status epilepticus. Neuropharmacology 38:1343-1348.

150. Oakes SA, Scorrano L, Opferman JT, Bassik MC, Nishino M, Pozzan T, Korsmeyer SJ (2005) Proapoptotic BAX and BAK regulate the type 1 inositol trisphosphate receptor and calcium leak from the endoplasmic reticulum. Proc Natl Acad Sci U S A 102:105-110.

151. Oddo S, Caccamo A, Shepherd JD, Murphy MP, Golde TE, Kayed R, Metherate R, Mattson MP, Akbari Y, LaFerla FM (2003) Triple-transgenic model of Alzheimer's disease with plaques and tangles: intracellular Abeta and synaptic dysfunction. Neuron 39:409-421.

152. Ondo WG, Mejia Nl, Hunter CB (2007) A pilot study of the clinical efficacy and safety of memantine for Huntington's disease. Parkinsonism Relat Disord 13:453454.

153. Orrenius S, Zhivotovsky B, Nicotera P (2003) Regulation of cell death: the calcium-apoptosis link. Nat Rev Mol Cell Biol 4:552-565.

154. Page KJ, Potter L, Aronni S, Everitt BJ, Dunnett SB (1998) The expression of Huntingtin-associated protein (HAP1) mRNA in developing, adult and ageing rat CNS: implications for Huntington's disease neuropathology. Eur J Neurosci 10:1835-1845.

155. Panov AV, Gutekunst CA, Leavitt BR, Hayden MR, Burke JR, Strittmatter WJ, Greenamyre JT (2002) Early mitochondrial calcium defects in Huntington's disease are a direct effect of polyglutamines. Nat Neurosci 5:731-736.

156. Patrono C, Ciabattoni G, Patrignani P, Pugliese F, Filabozzi P, Catella F, Davi G, Forni L (1985) Clinical pharmacology of platelet cyclooxygenase inhibition. Circulation 72:1177-1184.

157. Paulson HL, Das SS, Crino PB, Perez MK, Patel SC, Gotsdiner D, Fischbeck KH, Pittman RN (1997a) Machado-Joseph disease gene product is a cytoplasmic protein widely expressed in brain. Ann Neurol 41:453-462.

158. Paulson HL, Perez MK, Trottier Y, Trojanowski JQ, Subramony SH, Das SS, Vig P, Mandel JL, Fischbeck KH, Pittman RN (1997b) Intranuclear inclusions of expanded polyglutamine protein in spinocerebellar ataxia type 3. Neuron 19:333-344.

159. Perez MK, Paulson HL, Pittman RN (1999) Ataxin-3 with an altered conformation that exposes the polyglutamine domain is associated with the nuclear matrix. Hum Mol Genet 8:2377-2385.

160. Petersen A, Larsen KE, Behr GG, Romero N, Przedborski S, Brundin P, Sulzer D (2001) Expanded CAG repeats in exon 1 of the Huntington's disease gene stimulate dopamine-mediated striatal neuron autophagy and degeneration. Hum Mol Genet 10:1243-1254.

161. Petersen A, Puschban Z, Lotharius J, NicNiocaill B, Wiekop P, O'Connor WT, Brundin P (2002) Evidence for dysfunction of the nigrostriatal pathway in the R6/1 line of transgenic Huntington's disease mice. Neurobiol Dis 11:134-146.

162. Peterson C, Ratan RR, Shelanski ML, Goldman JE (1986) Cytosolic free calcium and cell spreading decrease in fibroblasts from aged and Alzheimer donors. Proc Natl Acad Sci U S A 83:7999-8001.

163. Piedras-Renteria ES, Watase K, Harata N, Zhuchenko O, Zoghbi HY, Lee CC, Tsien RW (2001) Increased expression of alpha 1A Ca2+ channel currents arising from expanded trinucleotide repeats in spinocerebellar ataxia type 6. J Neurosci 21:9185-9193.

164. Pierrot N, Ghisdal P, Caumont AS, Octave JN (2004) Intraneuronal amyloid-beta1-42 production triggered by sustained increase of cytosolic calcium concentration induces neuronal death. J Neurochem 88:1140-1150.

165. Pinton P, Ferrari D, Magalhaes P, Schulze-Osthoff K, Di Virgilio F, Pozzan T, Rizzuto R (2000) Reduced loading of intracellular Ca(2+) stores and downregulation of capacitative Ca(2+) influx in Bcl-2-overexpressing cells. J Cell Biol 148:857862.

166. Pisani A, Gubellini P, Bonsi P, Conquet F, Picconi B, Centonze D, Bernardi G, Calabresi P (2001) Metabotropic glutamate receptor 5 mediates the potentiation of N-methyl- D-aspartate responses in medium spiny striatal neurons. Neuroscience 106:579-587.

167. Popescu BO, Oprica M, Sajin M, Stanciu CL, Bajenaru O, Predescu A, Vidulescu C, Popescu LM (2002) Dantrolene protects neurons against kainic acid induced apoptosis in vitro and in vivo. J Cell Mol Med 6:555-569.

168. Price JL, Ko AI, Wade MJ, Tsou SK, McKeel DW, Morris JC (2001) Neuron number inthe entorhinal cortex and CA1 in preclinical Alzheimer disease. Arch Neurol58:1395-1402.

169. Pulst SM, Santos N, Wang D, Yang H, Huynh D, Velazquez L, Figueroa KP (2005) Spinocerebellar ataxia type 2: polyQ repeat variation in the CACNA1A calcium channel modifies age of onset. Brain 128:2297-2303.

170. Querfurth HW, Selkoe DJ (1994) Calcium ionophore increases amyloid beta peptide production by cultured cells. Biochemistry 33:4550-4561.

171. Raiser M, Albrecht M, Nonhoff U, Lengauer T, Lehrach H, Krobitsch S (2005a) An integrative approach to gain insights into the cellular function of human ataxin-2. J Mol Biol 346:203-214.

172. Raiser M, Nonhoff U, Albrecht M, Lengauer T, Wanker EE, Lehrach H, Krobitsch S (2005b) Ataxin-2 and huntingtin interact with endophilin-A complexes to function in plastin-associated pathways. Hum Mol Genet 14:2893-2909.

173. Raux G, Gantier R, Thomas-Anterion C, Boulliat J, Verpillat P, Hannequin D, Brice A, Frebourg T, Campion D (2000) Dementia with prominent frontotemporal features associated with L113P presenilin 1 mutation. Neurology 55:15771578.

174. Reches A, Burke RE, Kuhn CM, Hassan MN, Jackson VR, Fahn S (1983) Tetrabenazine, an amine-depleting drug, also blocks dopamine receptors in rat brain. J Pharmacol Exp Ther 225:515-521.

175. Richfield EK, O'Brien CF, Eskin T, Shoulson I (1991) Heterogeneous dopamine receptor changes in early and late Huntington's disease. Neurosci Lett 132:121-126.

176. Ris L, Dewachter I, Reverse D, Godaux E, Van Leuven F (2003) Capacitative calcium entry induces hippocampal long term potentiation in the absence of presenilin-1. J Biol Chem 278:44393-44399.

177. Romero E, Cha GH, Verstreken P, Ly CV, Hughes RE, Bellen HJ, Botas J (2008) Suppression of neurodegeneration and increased neurotransmission caused by expanded full-length huntingtin accumulating in the cytoplasm. Neuron 57:27-40.

178. Ross CA (2002) Polyglutamine pathogenesis: emergence of unifying mechanisms for Huntington's disease and related disorders. Neuron 35:819-822.

179. Ross CA, Wood JD, Schilling G, Peters MF, Nucifora FC, Jr., Cooper JK, Sharp AH, Margolis RL, Borchelt DR (1999) Polyglutamine pathogenesis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 354:1005-1011.

180. Rubinsztein DC (2002) Lessons from animal models of Huntington's disease. Trends Genet 18:202-209.

181. Rybalchenko V, Hwang SY, Rybalchenko N, Koulen P (2008) The cytosolic N-terminus of presenilin-1 potentiates mouse ryanodine receptor single channel activity. Int J Biochem Cell Biol 40:84-97.

182. Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989) Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd Edition. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press.

183. Sanz-Blasco S, Valero RA, Rodriguez-Crespo I, Villalobos C, Nunez L (2008) . Mitochondrial Ca2+ overload underlies Abeta oligomers neurotoxicity providing an unexpected mechanism of neuroprotection by NSAIDs. PLoS ONE 3:e2718.

184. Satterfield TF, Pallanck LJ (2006) Ataxin-2 and its Drosophila homolog, ATX2, physically assemble with polyribosomes. Hum Mol Genet 15:2523-2532.

185. Satterfield TF, Jackson SM, Pallanck LJ (2002) A Drosophila homolog of the polyglutamine disease gene SCA2 is a dosage-sensitive regulator of actin filament formation. Genetics 162:1687-1702.

186. Savani AA, Login IS (2007) Tetrabenazine as antichorea therapy in Huntington disease: a randomized controlled trial. Neurology 68:797; author reply 797.

187. Scheel H, Tomiuk S, Hofmann K (2003) Elucidation of ataxin-3 and ataxin-7 function by integrative bioinformatics. Hum Mol Genet 12:2845-2852.

188. Scherman D, Jaudon P, Henry JP (1983) Characterization of the monoamine carrier of chromaffin granule membrane by binding of 2-3H.dihydrotetrabenazine. Proc Natl Acad Sci U S A 80:584-588.

189. Schiefer J, Landwehrmeyer GB, Luesse HG, Sprunken A, Puis C, Milkereit A, Milkereit E, Kosinski CM (2002) Riluzole prolongs survival time and alters nuclear inclusion formation in a transgenic mouse model of Huntington's disease. Mov Disord 17:748-757.

190. Schoepp DD, Jane DE, Monn JA (1999) Pharmacological agents acting at subtypes of metabotropic glutamate receptors. Neuropharmacology 38:1431-1476.

191. Schols L, Bauer P, Schmidt T, Schulte T, Riess O (2004) Autosomal dominant cerebellar ataxias: clinical features, genetics, and pathogenesis. Lancet Neurol 3:291-304.

192. Schwab C, Hosokawa M, McGeer PL (2004) Transgenic mice overexpressing amyloid beta protein are an incomplete model of Alzheimer disease. Exp Neurol 188:52-64.

193. Seabrook GR, Ray WJ, Shearman M, Hutton M (2007) Beyond amyloid: the next generation of Alzheimer's disease therapeutics. Mol Interv 7:261-270.

194. Sedvall G, Karlsson P, Lundin A, Anvret M, Suhara T, Halldin C, Farde L (1994) Dopamine D1 receptor number-a sensitive PET marker for early brain degeneration in Huntington's disease. Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci 243:249-255.

195. Selkoe DJ (2002) Alzheimer's disease is a synaptic failure. Science 298:789-791.

196. Serneels L, Van Biervliet J, Craessaerts K, Dejaegere T, Horre K, Van Houtvin T, Esselmann H, Paul S, Schafer MK, Berezovska O, Hyman BT, Sprangers B, Sciot R, Moons L, Jucker M, Yang Z, May PC, Karran E, Wiltfang J, D'Hooge

197. R, De Strooper B (2009) gamma-Secretase heterogeneity in the Aph1 subunit: relevance for Alzheimer's disease. Science 324:639-642.

198. Serra HG, Byam CE, Lande JD, Tousey SK, Zoghbi HY, Orr HT (2004) Gene profiling links SCA1 pathophysiology to glutamate signaling in Purkinje cells of transgenic mice. Hum Mol Genet 13:2535-2543.

199. Serra HG, Duvick L, Zu T, Carlson K, Stevens S, Jorgensen N, Lysholm A, Burright E, Zoghbi HY, Clark HB, Andresen JM, Orr HT (2006) RORalpha-mediated Purkinje cell development determines disease severity in adult SCA1 mice. Cell 127:697-708.

200. Shah S, Lee SF, Tabuchi K, Hao YH, Yu C, LaPlant Q, Ball H, Dann CE, 3rd, Sudhof T, Yu G (2005) Nicastrin functions as a gamma-secretase-substrate receptor. Cell 122:435-447.

201. Shen J, Kelleher RJ, 3rd (2007) The presenilin hypothesis of Alzheimer's disease: Evidence for a loss-of-function pathogenic mechanism. Proc Natl Acad Sei U S A 104:403-409.

202. Shibata H, Huynh DP, Pulst SM (2000) A novel protein with RNA-binding motifs interacts with ataxin-2. Hum Mol Genet 9:1303-1313.

203. Simakova O, Arispe NJ (2007) The cell-selective neurotoxicity of the Alzheimer's Abeta peptide is determined by surface phosphatidylserine and cytosolic ATP levels. Membrane binding is required for Abeta toxicity. J Neurosci 27:1371913729.

204. Simpson PB, Nahorski SR, Challiss RA (1996) Agonist-evoked Ca2+ mobilization from stores expressing inositol 1,4,5-trisphosphate receptors and ryanodine receptors in cerebellar granule neurones. J Neurochem 67:364-373.

205. Skeberdis VA, Lan J, Opitz T, Zheng X, Bennett MV, Zukin RS (2001) mGluRI-mediated potentiation of NMDA receptors involves a rise in intracellular calcium and activation of protein kinase C. Neuropharmacology 40:856-865.

206. Smith IF, Green KN, LaFerla FM (2005a) Calcium dysregulation in Alzheimer's disease: recent advances gained from genetically modified animals. Cell Calcium 38:427-437.

207. Smith IF, Hitt B, Green KN, Oddo S, LaFerla FM (2005b) Enhanced caffeine-induced Ca2+ release in the 3xTg-AD mouse model of Alzheimer's disease. J Neurochem 94:1711-1718.

208. Song C, Zhang Y, Parsons CG, Liu YF (2003) Expression of polyglutamine-expanded huntingtin induces tyrosine phosphorylation of N-methyl-D-aspartate receptors. J Biol Chem 278:33364-33369.

209. Stevanin G, Durr A, Brice A (2000) Clinical and molecular advances in autosomal dominant cerebellar ataxias: from genotype to phenotypei and physiopathology. Eur J Hum Genet 8:4-18.

210. Street VA, Bosma MM, Demas VP, Regan MR, Lin DD, Robinson LC, Agnew WS, Tempel BL (1997) The type 1 inositol 1,4,5-trisphosphate receptor gene is altered in the opisthotonos mouse. J Neurosci 17:635-645.

211. Stutzmann GE, Smith I, Caccamo A, Oddo S, Laferla FM, Parker I (2006) Enhanced ryanodine receptor recruitment contributes to Ca2+ disruptions in young, adult, and aged Alzheimer's disease mice. J Neurosci 26:5180-5189.

212. Stutzmann JM, Mary V, Wahl F, Grosjean-Piot O, Uzan A, Pratt J (2002) Neuroprotective profile of enoxaparin, a low molecular weight heparin, in in vivo models of cerebral ischemia or traumatic brain injury in rats: a review. CNS Drug Rev 8:1-30.

213. Sugars KL, Rubinsztein DC (2003) Transcriptional abnormalities in Huntington disease. Trends Genet 19:233-238.

214. Sun Y, Savanenin A, Reddy PH, Liu YF (2001) Polyglutamine-expanded huntingtin promotes sensitization of N-methyl-D- aspartate receptors via post-synaptic density 95. J Biol Chem 276:24713-24718.

215. Supnet C, Grant J, Kong H, Westaway D, Mayne M (2006) Amyloid-beta-(1-42) increases ryanodine receptor-3 expression and function in neurons of TgCRND8 mice. J Biol Chem 281:38440-38447.

216. Supnet C, Noonan C, Richard K, Bradley J, Mayne M (2009) Upregulation Of The Type 3 Ryanodine Receptor Is Neuroprotective In The TgCRND8 Mouse Model Of Alzheimer's Disease. J Neurochem in press.

217. Surmeier DJ (2007) Calcium, ageing, and neuronal vulnerability in Parkinson's disease. Lancet Neurology 6:933-938.

218. Surmeier DJ, Song WJ, Yan Z (1996) Coordinated expression of dopamine receptors in neostriatal medium spiny neurons. J Neurosci 16:6579-6591.

219. Suzuki M, Desmond TJ, Albin RL, Frey KA (2001) Vesicular neurotransmitter transporters in Huntington's disease: initial observations and comparison with traditional synaptic markers. Synapse 41:329-336.

220. Swayne LA, Chen L, Hameed S, Barr W, Charlesworth E, Colicos MA, Zamponi GW, Braun JE (2005) Crosstalk between huntingtin and syntaxin 1A regulates N-type calcium channels. Mol Cell Neurosci 30:339-351.

221. Tabata T, Sawada S, Araki K, Bono Y, Furuya S, Kano M (2000) A reliable method for culture of dissociated mouse cerebellar cells enriched for Purkinje neurons. J Neurosci Methods 104:45-53.

222. Tallaksen-Greene SJ, Kaatz KW, Romano C, Albin RL (1998) Localization of mGluR1a-like immunoreactivity and mGluR5-like immunoreactivity in identified populations of striatal neurons. Brain Res 780:210-217.

223. Tandon A, Fräser P (2002) The presenilis. Genome Biol 3:reviews3014.

224. Tang-Wai D, Lewis P, Boeve B, Hutton M, Golde T, Baker M, Hardy J, Michels V, Ivnik R, Jack C, Petersen R (2002) Familial frontotemporal dementia associated with a novel presenilin-1 mutation. Dement Geriatr Cogn Disord 14:13-21.

225. Tang T-S, Slow EJ, Lupu V, Stavrovskaya IG, Sugimori M, Llinas R, Kristal BS, Hayden MR, Bezprozvanny I (2005) Disturbed Ca2+ signaling and apoptosis of medium spiny neurons in Huntington's disease. Proc Natl Acad Sei U S A 102:2602-2607.

226. Tang TS, Bezprozvanny I (2004) Dopamine receptor-mediated Ca(2+) signaling in striatal medium spiny neurons. J Biol Chem 279:42082-42094.

227. Tang TS, Tu H, Wang Z, Bezprozvanny I (2003b) Modulation of type 1 inositol (1,4,5)-trisphosphate receptor function by protein kinase A and protein phosphatase 1 alpha. J Neurosci 23:403-415.

228. Tang TS, Chen X, Liu J, Bezprozvanny I (2007) Dopaminergic signaling and striatal neurodegeneration in Huntington's disease. J Neurosci 27:7899-7910.

229. Tang TS, Guo C, Wang H, Chen X, Bezprozvanny I (2009) Neuroprotective effects of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor C-terminal fragment in a Huntington's disease mouse model. J Neurosci 29:1257-1266.

230. Testa CM, Standaert DG, Landwehrmeyer GB, Penney JB, Jr., Young AB (1995) Differential expression of mGluR5 metabotropic glutamate receptor mRNA by rat striatal neurons. J Comp Neurol 354:241-252.

231. The., Huntington's., Disease., Collaborative., Research., Group. (1993) A novel gene containing a trinucleotide repeat that is expanded and unstable on Huntington's disease chromosomes. Cell 72:971-983.

232. Tobin AJ, Signer ER (2000) Huntington's disease: the challenge for cell biologists. Trends Cell Biol 10:531-536.

233. Toescu EC, Verkhratsky A (2007) The importance of being subtle: small changes in calcium homeostasis control cognitive decline in normal aging. Aging Cell 6:267-273.

234. Toru S, MurakoshiT, Ishikawa K, Saegusa H, Fujigasaki H, Uchihara T, Nagayama S, Osanai M, Mizusawa H, Tanabe T (2000) Spinocerebellar ataxia type 6 mutation alters P-type calcium channel function. J Biol Chem 275:1089310898.

235. Trínchese F, Fa M, Liu S, Zhang H, Hidalgo A, Schmidt SD, Yamaguchi H, Yoshii N, Mathews PM, Nixon RA, Arancio O (2008) Inhibition of calpains improves memory and synaptic transmission in a mouse model of Alzheimer disease. J Clin Invest 118:2796-2807.

236. Tu H, Wang Z, Bezprozvanny I (2005a) Modulation of mammalian inositol 1,4,5-trisphosphate receptor isoforms by calcium: a role of calcium sensor region. Biophys J 88:1056-1069.

237. Tu H, Tang TS, Wang Z, Bezprozvanny I (2004) Association of type 1 inositol 1,4,5-trisphosphate receptor with AKAP9 (Yotiao) and protein kinase A. J Biol Chem 279:19375-19382.

238. Tu H, Wang Z, Nosyreva E, De Smedt H, Bezprozvanny I (2005b) Functional characterization of mammalian inositol 1,4,5-trisphosphate receptor isoforms. Biophys J 88:1046-1055.

239. Tu H, Miyakawa T, Wang Z, Glouchankova L, lino M, Bezprozvanny I (2002) Functional characterization of the type 1 inositol 1,4,5-trisphosphate receptor coupling domain Sll(+/-) splice variants and the opisthotonos mutant form. Biophys J 82:1995-2004.

240. Tu H, Nelson O, Bezprozvanny A, Wang Z, Lee S-F, Hao YH, Serneels L, De Strooper B, Yu G, Bezprozvanny I (2006) Presenilins form ER calcium leak channels, a function disrupted by mutations linked to familial Alzheimer's disease. Cell 126:981-993.

241. Turjanski N, Weeks R, Dolan R, Harding AE, Brooks DJ (1995) Striatal D1 and D2 receptor binding in patients with Huntington's disease and other choreas. A PET study. Brain 118 ( Pt 3):689-696.

242. Turner DJ, Segura BJ, Cowles RA, Zhang W, Mulholland MW (2001) Functional overlap of IP(3)- and cADP-ribose-sensitive calcium stores in guinea pig myenteric neurons. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 281:G208-215.

243. Urabe M, Ding C, Kotin RM (2002) Insect cells as a factory to produce adeno-associated virus type 2 vectors. Hum Gene Ther 13:1935-1943.

244. Vallone D, Picetti R, Borrelli E (2000) Structure and function of dopamine receptors. Neurosci Biobehav Rev 24:125-132.

245. Venkatachalam K, van Rossum DB, Patterson RL, Ma HT, Gill DL (2002) The cellular and molecular basis of store-operated calcium entry. Nat Cell Biol 4:E263-272.

246. Verkhratsky A (2005) Physiology and pathophysiology of the calcium store, in the endoplasmic reticulum of neurons. Physiol Rev 85:201-279.

247. Vig PJ, Subramony SH, McDaniel DO (2001) Calcium homeostasis and spinocerebellar ataxia-1 (SCA-1). Brain Res Bull 56:221-225.

248. Vonsattel JP, DiFiglia M (1998) Huntington disease. J Neuropathol Exp Neurol 57:369-384.

249. Vonsattel JP, Myers RH, Stevens TJ, Ferrante RJ, Bird ED, Richardson EP, Jr. (1985) Neuropathological classification of Huntington's disease. J Neuropathol Exp Neurol 44:559-577.

250. Vosler PS, Brennan CS, Chen J (2008) Calpain-mediated signaling mechanisms in neuronal injury and neurodegeneration. Mol Neurobiol 38:78-100.

251. Wang G, Sawai N, Kotliarova S, Kanazawa I, Nukina N (2000) Ataxin-3, the MJD1 gene product, interacts with the two human homologs of yeast DNA repair protein RAD23, HHR23Aand HHR23B. Hum Mol Genet 9:1795-1803.

252. Weeks RA, Piccini P, Harding AE, Brooks DJ (1996) Striatal D1 and D2 dopamine receptor loss in asymptomatic mutation carriers of Huntington's disease. Ann Neurol 40:49-54.

253. Wei H, Perry DC (1996) Dantrolene is cytoprotective in two models of neuronal cell death. J Neurochem 67:2390-2398.

254. Wolfe MS, Xia W, Ostaszewski BL, Diehl TS, Kimberly WT, Selkoe DJ (1999) Two transmembrane aspartates in presenilin-1 required for presenilin endoproteolysis and gamma-secretase activity. Nature 398:513-517.

255. Woodbury DJ, Miller C (1990) Nystatin-induced liposome fusion: a versatile approach to ion channel reconstitution into planar bilayers. Biophys J 58:833-839.

256. Wu J, Tang T-S, Bezprozvanny I (2006) Evaluation of clinically-relevant glutamate pathway inhibitors in in vitro model of Huntington's disease. Neurosci Lett 407:219-223.

257. Xia H, Mao Q, Eliason SL, Harper SQ, Martins IH, Orr HT, Paulson HL, Yang L, Kotin RM, Davidson BL (2004) RNAi suppresses polyglutamine-induced neurodegeneration in a model of spinocerebellar ataxia. Nat Med 10:816-820.

258. Yan Z, Hsieh-Wilson L, Feng J, Tomizawa K, Allen PB, Fienberg AA, Nairn AC, Greengard P (1999) Protein phosphatase 1 modulation of neostriatal AMPA channels: regulation by DARPP-32 and spinophilin. Nat Neurosci 2:13-17.

259. Ying WL, Emerson J, Clarke MJ, Sanadi DR (1991) Inhibition of mitochondrial calcium ion transport by an oxo-bridged dinuclear ruthenium ammine complex. Biochemistry 30:4949-4952.

260. Yoo AS, Cheng I, Chung S, Grenfell TZ, Lee H, Pack-Chung E, Handler M, Shen J, Xia W, Tesco G, Saunders AJ, Ding K, Frosch MP, Tanzi RE, Kim TW (2000) Presenilin-mediated modulation of capacitative calcium entry. Neuron 27:561572.

261. Zeron MM, Chen N, MoshaverA, Lee AT, Wellington CL, Hayden MR, Raymond LA (2001) Mutant huntingtin enhances excitotoxic cell death. Mol Cell Neurosci 17:41-53.

262. Zeron MM, Hansson O, Chen N, Wellington CL, Leavitt BR, Brundin P, Hayden MR, Raymond LA (2002) Increased sensitivity to N-methyl-D-aspartate receptor-mediated excitotoxicity in a mouse model of Huntington's disease. Neuron 33:849-860.

263. Zhang C, Wu B, Beglopoulos V, Wines-Samuelson M, Zhang D, Dragatsis I, Sudhof TC, Shen J (2009) Presenilis are essential for regulating neurotransmitter release. Nature 460:632-636.

264. Zhang H, Li Q, Graham RK, Slow E, Hayden MR, Bezprozvanny I (2008) Full length mutant huntingtin is required for altered Ca2+ signaling and apoptosis of striatal neurons in the YAC mouse model of Huntington's disease. Neurobiol Dis 31:80-88.

265. Zhao X, Weisleder N, Han X, Pan Z, Parness J, Brotto M, Ma J (2006) Azumolene inhibits a component of store-operated calcium entry coupled to the skeletal muscle ryanodine receptor. J Biol Chem 281:33477-33486.

266. Zoghbi HY, Orr HT (2000) Glutamine repeats and neurodegeneration. Annu Rev Neurosci 23:217-247.

267. Zolotukhin S, Byrne BJ, Mason E, Zolotukhin I, Potter M, Chesnut K, Summerford C, Samulski RJ, Muzyczka N (1999) Recombinant adeno-associated virus purification using novel methods improves infectious titer and yield. Gene Ther 6:973-985.

268. Zu T, Duvick LA, Kaytor MD, Berlinger MS, Zoghbi HY, Clark HB, Orr HT (2004) Recovery from polyglutamine-induced neurodegeneration in conditional SCA1 transgenic mice. J Neurosci 24:8853-8861.

269. Zweifach A, Lewis RS (1993) The mitogen-regulated calcium current of T lymphocytes is activated by depletion of intracellular calcium stores. Proc Natl Acad Sci USA 90:6295-6299.

Информация о работе

Безпрозванный, Илья Борисович
доктора биологических наук
Санкт-Петербург, 2010
ВАК 03.03.04

Диссертация

Нейрональная кальциевая сигнализация и нейродегенеративные заболевания - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы