Смерть нейронів на експериментальних моделях лікарських наук щодо хвороби Паркінсона

Наталі Ламбенг 1 *, Рафаель Хорез 2, 3, Сакіна Факел 4, Жан-Марк Верна 4 і Девід Блум 2 **

експериментальних

1 CEA-Гренобль, TDC/DBMS, 17, rue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex 9, Франція
2 Лабораторія нейрофізіології, Департамент нейронаук, ULB-Erasme, 808, route de Lennik, CP601, 1070 Брюссель, Бельгія
3 Неврологічне відділення, Hôpital Erasme, 808, route de Lennik, 1070 Брюссель, Бельгія
4 Суглобова вставка/UJF E0108, нейродегенерація та пластичність, CHU Michallon, Pavillon de Neurologie, BP217, 38043 Grenoble Cedex 9, Франція

Характеристика молекулярних механізмів, що беруть участь у смерті нейронів при ідіопатичній хворобі Паркінсона, є важливою для розробки методів лікування, здатних зупинити прогресування цього захворювання. Ці механізми були по суті розшифровані завдяки двом експериментальним моделям, що використовують нейротоксичні агенти, здатні відтворювати анатомо-патологічний (дегенерація дофамінергічних нейронів чорної субстанції) та біохімічний (окислювальний стрес та гальмування мітохондрій) ідіопатична хвороба Паркінсона. Етичні. Смерть клітин, індукована в цих моделях, має апоптотичний тип. Кінцева фаза цього процесу включає активацію ефектора каспази типу 3. Попередні фази, здається, регулюються білком p53 та про- та антиапоптотичними білками сімейства Bcl-2, але також модулюються фактором транскрипції NFκB та Кінази MAP. Усі ці етапи становлять якомога більше потенційних терапевтичних цілей.

Краще знання молекулярних шляхів, що беруть участь у загибелі нейрональних клітин, що відбувається при хворобі Паркінсона, є важливим для досягнення терапевтичних засобів, здатних блокувати дегенеративний процес. Ці шляхи були частково з’ясовані за допомогою експериментальних моделей, створених або 6-гідроксидопаміном (6-OHDA), або 1-метил-4-феніл-1,2,3,6-тетрагідропіридином (MPTP), які здатні імітувати гістологічний (смерть) дофамінергічних нігральних нейронів) та біохімічні (окислювальний стрес та гальмування мітохондрій) ознаки хвороби Паркінсона. Вважається, що загибель клітин, індукована цими нейротоксинами, є апоптотичною. На самій кінцевій стадії цей процес залежить від активованої каспази-3. На попередніх етапах у цих моделях загибель клітин регулюється білками сімейства p53 та Bcl-2, а також фактором транскрипції NF-κB та MAP-кіназами. Модулювання таких регуляторних процесів може мати потенційну терапевтичну користь для хвороби Паркінсона.

Ідіопатична хвороба Паркінсона є нейродегенеративною хворобою, яка, враховуючи старіння населення, представляє проблему охорони здоров'я, що зростає. Етіологія його залишається невідомою донині і є предметом суперечок (ендогенні чи екзогенні токсичні фактори, генетичні фактори, старіння). Клінічний діагноз базується на виявленні трьох кардинальних рухових симптомів: скутість, тремор та брадикінезія (руховий розлад, що проявляється уповільненими рухами та втратою тонких рухів).

З анатомо-патологічної точки зору хвороба Паркінсона визначається: (1) втратою дофамінергічних нейронів у чорній субстанції; та (2) наявність принаймні одного тіла Леві, еозинофільного внутрішньонейронного включення, у чорній речовині та/або локусі кишкової [1, 2]. Незважаючи на значну кількість клінічних та експериментальних досліджень, лікування цього захворювання, фармакологічне (переважно L-Dopa) або хірургічне (наприклад, стимуляція субталамічного ядра), не працює, поки не доведено протилежне, лише на симптоми, а не на еволюція дегенеративного процесу. Це пов’язано головним чином із нашим широким незнанням інтимних механізмів загибелі клітин, пов’язаних із втратою нейронів, пов’язаною із хворобою Паркінсона, і краще розуміння яких має призвести до відкриття фармакологічних та генних нейропротективних методів лікування (→).

(→) м/с 1997, n ° 4, с. 617

Біохімічні основи нейротоксичності, спричиненої 6-OHDA

Біохімічні основи нейротоксичності, викликаної MPTP

MPTP - це синтетичний нейротоксин, здатний викликати дегенерацію нігралу у деяких видів тварин. Його відкриття датується початком 1980-х років, після появи незворотних паркінсонічних синдромів у молодих американських наркоманів. Вони проковтнули синтетичне похідне фентанілу, що містить близько 3% MPTP [14]. Аналіз посмертно мозок цих пацієнтів підтвердив ураження чорної субстанції, виявивши експериментальне значення MPTP. Слід зазначити, що на відміну від 6-OHDA, вироблення цього нейротоксину не є ендогенним, навіть якщо певні етіологічні гіпотези свідчать про участь сполук, хімічно або функціонально близьких до МРТП (ізохіноліни, ротенон), у запуску хвороби Паркінсона людини.

Важливо зазначити, що біохімічні та гістопатологічні дослідження, присвячені токсичним механізмам 6-OHDA та MPTP, головним чином мали на меті встановити їх подібність та несхожість із патологією людини. (Таблиця I). Це не стосується дослідження інтимних клітинних механізмів. Дійсно, молекулярні зміни, які призводять до загибелі дофамінергічних нейронів, дуже мало відомі людям. Описано лише кілька доказів (щоб побачити далі) (Таблиця II). Динамічний опис цих явищ вимагав використання цих моделей, що дозволило обидва в пробірці щоу природніх умовах, виявлення потенційно важливих факторів дегенерації нігралу у людини (Таблиця II). Таким чином, моделі дозволяють перспективний підхід до молекулярних явищ.

Подібність та несхожість між ідіопатичною хворобою Паркінсона та нейротоксичними методами.

Апоптотична модуляція на моделях хвороби Паркінсона.

Апоптоз, індукований 6-OHDA та MPTP

Механізми, що беруть участь у загибелі дофамінергічних нейронів, індукованих 6-OHDA та MPTP. Обидва нейротоксини викликають утворення вільних радикалів, які завдяки активації JNK і p53 індукують транслокацію проапоптотичної молекули Bax до мітохондріальної мембрани. Ця подія спричиняє зменшення A \ | /m, вивільнення в цитозоль цитохрому с, який взаємодіє з молекулою Apaf-1, а потім дозволяє активувати каспазу 9, потім каспазу 3, ефектор апоптотичного процесу. Вільні радикали також, ймовірно, активують фактор транскрипції NF-KB, який, збільшуючи синтез антиапоптотичних білків сімейства Bcl-2 (Bcl-2, Bcl-x, Bfl-1) або IAP (інгібуючі апоптоз білки) скоріше сприяє виживанню клітин. Інтеграція про- та антиапоптотичних сигналів мітохондріями визначає долю дофамінергічного нейрона. Нарешті, 6-OHDA і MPTP можуть діяти безпосередньо на рівні цієї органели, або ж, особливо для MPTP, запускати інший сигнальний шлях через активація рецептора TNFα, а потім каспази 8. Чорні стрілки (┤) представляють явища гальмування.

Інактивувати каспази за допомогою використання специфічних екзогенних інгібіторів або трансфекції клітин нігралу генами, що кодують ендогенні інгібітори, такими як білки IAP (інгібуючий апоптоз білок) (XIAP, NIAP…) [32], таким чином, може становити цікаву терапевтичну стратегію хвороби Паркінсона. Однак, сприяючи виживанню, інгібування цих протеаз, схоже, не підтримує функціональність дофамінергічних нейронів: їх клітинні тіла захищені, а нервові закінчення деградовані [33, 34]. Тому пізні фази нейродегенеративного процесу не представляють адекватної терапевтичної мішені. Це було б апріорі цікавіше втручатися в попередні молекулярні етапи, природа яких ще не зрозуміла.

Однак два види регуляторних молекул апоптотичного процесу, схоже, пов’язані з токсичністю MPTP та 6-OHDA: фактор транскрипції p53 та білки сімейства Bcl-2 (Bax, Bcl-2, Bcl-xL) (→ ). Причина MPTP та 6-OHDA, в пробірці, раннє і тимчасове збільшення експресії білка р53 [35, 36]. Крім того, модуляція його експресії ставроспорином, ретиноевою кислотою, астроцитами або інактивацією її генів змінює клітинну чутливість до цих нейротоксинів [37, 38]. Фактор р53 також здається здатним, за певних умов, регулювати апоптотичну функцію білка Bax, експресія якого індукується у присутності 6-OHDA [35], дозволяючи його транслокацію до мембрани міахона дріала. Потім Bax викликає вивільнення цитохрому с у цитозоль та активацію каспази 3 [39]. Отже, білки сімейства Bcl-2 та p53 регулюють загибель клітин, індуковану 6-OHDA та MPTP.

(→) м/с 2000, n ° 2, с. 261 та 2001, n ° 12, с. 1356

Інші сигнальні шляхи, що включають фактор транскрипції NF-κB або MAP-кінази, також можуть брати участь у дегенерації чорного. Хоча роль NF-κB у регуляції апоптозу ще не визначена чітко, його активація після лікування МРТР або 6-OHDA може представляти захисний механізм проти шкідливих ефектів цих нейротоксинів [40, 41]. Цікаво, що, здається, NF-κB націлений на певні гени сімейства Bcl-2, такі як bcl-xL і bfl-1/A1 підвищена експресія, а також інші антиапоптотичні фактори, такі як білки IAP [42]. Серед MAPkinases активація JNK (c-jun N-кінцеві кінази) за допомогою MPTP або 6-OHDA призводить до апоптозу [43, 44]. Інші MAP-кінази, білки ERK (позаклітинні регульовані кінази) може брати участь у токсичності 6-OHDA [45], але, враховуючи досить захисну роль, яка до цього часу відводилася цим кіназам, ці результати залишаються підтвердженими.

Деякі більш точні дослідження, хоча і не динамічні, можуть стати можливими завдяки новим молекулярним методам, зокрема аналізу транскриптома одиничних клітин, взятих методом лазерної мікродісекції.

Поточні дані, тим не менше, недостатні для встановлення молекулярних механізмів дофамінергічної дегенерації дофамінергічної чорної субстанції у пацієнтів Паркінсона, але вони припускають існування механізмів клітинної смерті, загальних для хвороби Паркінсона, та моделей, індукованих нейротоксичними сполуками, такими як 6-OHDA та MPTP. Однак ці молекулярні каскади не є суто специфічними для хвороби Паркінсона, оскільки внесок p53, білків сімейства Bcl-2, каспаз та фактора NF-κB пропонується при інших нейродегенеративних захворюваннях, таких як хвороба.

Актуальність та обмеження моделей

(→) м/с 2000, n ° 8-9, с. 956

Проте ці моделі становлять грізний експериментальний плацдарм для вивчення основних механізмів, що лежать в основі нігерової дегенерації (апоптозу). Що важливо, вони дозволили та дозволяють оцінити певні доклінічні варіанти та їх переваги. Багато робіт з трансплантації мезенцефалічних нейронів плоду проводилось на цих моделях, перш ніж розглядати їх на людях. Деякі дослідження з використанням моделей, зокрема мавпи MPTP, сприяли розвитку глибокої стимуляції мозку [53]. В даний час актуальність нейротрофічних підходів за допомогою клітинної або генної терапії активно перевіряється на нейротоксичних моделях, як тих, так і інших в пробірці щоу природніх умовах. Тому слід визнати, що, незважаючи на їх незаперечні недосконалості, експериментальні нейротоксичні моделі в даний час є єдиним фундаментальним засобом, що дозволяє в довгостроковій перспективі визначити нові нейропротекторні підходи, спрямовані на зупинку прогресування хвороби Паркінсона у людей.

Дякую

Автори висловлюють подяку Інсерму, Університету Джозефа Фур'є де Гренобля, Фонду медичних досліджень, Фонду Сімоне і Сіно дель Дука та Національному фонду наукових досліджень (Бельгія) за підтримку. Ми також дякуємо доктору Марі-Крістін Галас та прес-службі Жан-Жаку Вандерхегену за їх поінформовані коментарі, а також Мадлен Андре за ретельну коректуру рукопису.

Список літератури

Список картин

Подібність та несхожість між ідіопатичною хворобою Паркінсона та нейротоксичними методами.