Choroba Machado-Josepha (MJD), znana również jako ataksja rdzeniowo-móżdżkowa typu 3 (SCA3), może być najczęstszą dziedziczoną dominująco ataksją na świecie. Tutaj historyczne, kliniczne, neuropatologiczne, genetyczne i patogenetyczne cechy MJD. cechy MJD, a na zakończenie krótkie omówienie obecnego i możliwego przyszłości leczenia tego nieuleczalnego obecnie zaburzenia. Podobnie jak wiele innych dominująco dziedziczonych ataksji, MJD/SCA3 wykazuje niezwykłą heterogeniczność kliniczną, odzwierciedlającą podstawowy defekt genetyczny: niestabilne powtórzenie trójnukleotydowe CAG który różni się wielkością u osób dotkniętych chorobą. To patogenne powtórzenie w MJD/SCA3 koduje rozszerzony odcinek aminokwasu glutaminy w białku chorobowym, które jest znane jako ataksyna-3. MJD/SCA3 jest jedną z dziewięciu zidentyfikowanych poliglutaminowych chorób neurodegeneracyjnych. chorób neurodegeneracyjnych, które mają wspólne cechy patogenezy skoncentrowane na nieprawidłowym fałdowaniu i akumulacji białek. Specyficzne właściwości MJD/SCA3 i jego białka omówiono w świetle tego, co wiadomo o całej klasie chorób poliglutaminowych. chorób poliglutaminowych. --- Zmutowana ataksyna-3 jest nieprawidłowo pofałdowana i proteolitycznie rozszczepiona w ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. C-końcowy region białka zawiera odcinek odcinek poliglutaminowy, który jest rozszerzony w ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. Tutaj, przedstawiamy analizę zmutowanej myszy ataksyny-3, która została uzyskana przez integrację pułapki genowej. integrację pułapki genowej. Białko fuzyjne ataksyny-3 obejmuje 259 N-końcowych aminokwasów, w tym domenę Josephina i motyw oddziałujący z ubikwityną, ale ale brakuje mu C-końca z odcinkiem poliglutaminowym, regionem wiążącym białko regionu wiążącego białko i części motywu oddziałującego z ubikwityną 2. Homozygotyczne myszy z mutacją ataksyny-3 były żywotne i nie wykazywały widocznych wad anatomicznych przy urodzeniu. urodzeniu. Jednak w wieku 9 miesięcy homozygotyczne i heterozygotyczne zmutowane myszy wykazywały znacząco zmienione zachowanie i postępujące deficyty koordynacji ruchowej koordynacji ruchowej, a następnie przedwczesną śmierć w wieku ∼12 miesięcy. W tym czasie widoczne zewnątrzjądrowe agregaty białek i śmierć komórek neuronalnych u zmutowanych myszy. myszy. Było to związane z zaburzeniami retikulum endoplazmatycznego. retikulum endoplazmatycznego, w którym pośredniczy niesfałdowana odpowiedź białkowa, co jest zgodne z normalną rolą ataksyny-3 w homeostazie retikulum endoplazmatycznego. Tak więc, model pułapki genowej ataksyny-3 dostarcza dowodów na udział niepoliglutaminy zawierającej N-końca ataksyny-3, który naśladuje fragment kalpainy, który zaobserwowano w ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. Zgodnie z chorobą u ludzi, myszy z pułapką genową rozwijają cytoplazmatyczne ciałka inkluzyjne i implikują upośledzoną odpowiedź niesfałdowanych białek w patogenezie ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. odpowiedź białkowa w patogenezie ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. --- Ataksja rdzeniowo-móżdżkowa typu 3 (SCA3) jest najczęściej dziedziczoną ataksją móżdżkową w Europie, USA i Japonii. ataksja móżdżkowa w Europie, USA i Japonii, prowadząca do niepełnosprawności i śmierci z powodu powikłań ruchowych. powikłań ruchowych. Chociaż białko ataksyny-3 jest wszechobecne w mózgu w mózgu, zanik istoty szarej jest dominujący w móżdżku i pniu mózgu. i pniu mózgu. Patologia istoty białej jest na ogół mniej nasilona i uważa się, że występuje w pniu mózgu, rdzeniu kręgowym i istocie białej móżdżku. Tutaj zbadaliśmy zarówno patologię istoty szarej, jak i białej w grupie 12 pacjentów z SCA3 i dopasowanych osób z grupy kontrolnej. Do analizy utraty tkanki wykorzystaliśmy morfometrię opartą na wokselach i statystyki przestrzenne oparte na traktach (TBSS) na rezonansie magnetycznym dyfuzji obrazowanie w celu zbadania patologii mikrostrukturalnej. Przeanalizowaliśmy korelacje między właściwościami mikrostrukturalnymi mózgu a nasileniem ataksji, mierzonym za pomocą skali oceny i oceny ataksji (SARA). Pacjenci z SCA3 wykazywali znaczną utratę zarówno istoty szarej, jak i białej w półkulach móżdżku półkulach móżdżku, pniu mózgu, w tym mostach i wzgórzu bocznym. W analizie międzygrupowej TBSS wykrył rozległą mikrostrukturalną patologię istoty białej w móżdżku, pniu mózgu oraz obustronnie we wzgórzu i półkulach mózgowych. Ponadto, anizotropia frakcyjna w sieci istoty białej obejmującej czołową, wzgórza, pnia mózgu i lewej istoty białej móżdżku silnie i ujemnie silnie i ujemnie korelowała z wynikami ataksji SARA. Traktografia zidentyfikowała wzgórzową istotę białą jako należącą do brzuszno-bocznego wzgórza. Zakłócenie istoty białej u pacjentów cierpiących na SCA3 jest bardziej rozpowszechnione niż wcześniej sądzono. wcześniej sądzono. Co więcej, nasze dane dostarczają dowodów na to, że mikrostrukturalne istoty białej w SCA3 są silnie związane z klinicznym nasileniem objawów ataksji. nasileniem objawów ataksji. --- Ataksyna-3 jest wszechobecnie wyrażanym enzymem deubikutynującym o ważnych funkcjach w szlaku degradacji białek proteasomalnych. funkcje w proteasomalnym szlaku degradacji białek i regulacji transkrypcji. C-koniec białka ataksyny-3 zawiera region poliglutaminy (PolyQ), który, gdy mutacyjnie rozszerzony do ponad 52 glutamin, powoduje chorobę neurodegeneracyjną - ataksję rdzeniowo-móżdżkową 3 (SCA3). Pomimo rozległych badań, mechanizmy molekularne leżące u podstaw toksyczności komórkowej toksyczności komórkowej wynikającej ze zmutowanej ataksyny-3 pozostają nieuchwytne, a leczenie zapobiegawcze nie jest obecnie obecnie dostępne. W ciągu ostatniej dekady stało się jasne, że cechą charakterystyczną wewnątrzkomórkowe agregaty ataksyny-3 prawdopodobnie nie są główną toksyczną jednostką w SCA3. Zamiast tego, rozpuszczalne fragmenty zawierające PolyQ powstające w wyniku proteolitycznego proteolitycznego rozszczepienia ataksyny-3 przez kaspazy i kalpainy. wpływ na patogenezę. Ponadto, ostatnie dowody sugerują potencjalny zaangażowanie składnika toksyczności RNA w SCA3 i innych zaburzeniach ekspansji PolyQ zwiększając złożoność patogenetyczną. Niniejszym dokonujemy przeglądu ataksyny-3 oraz zaangażowanie znanych mechanizmów toksyczności białek i RNA zmutowanej ataksyny-3. i RNA, które zostały odkryte, a także przyszłe możliwości interwencji terapeutycznej. możliwości interwencji terapeutycznej. --- Ataksyna-3 (AT3) jest białkiem, które wywołuje dziedziczną chorobę neurodegeneracyjną ataksję rdzeniowo-móżdżkową typu 3, gdy jej odcinek poliglutaminowy (polyQ) w pobliżu C-końca przekracza krytyczną długość. AT3 składa się z N-końcowej globularnej domeny Josephina (JD) i C-końcowej nieuporządkowanej domeny. Domena rozszczepia wiązania izopeptydowe między monomerami ubikwityny, wydarzenie zaangażowane w mechanizmy kontroli jakości białek. mechanizmy kontroli jakości białek. AT3 została zaangażowana w szlak, który sortuje zagregowane białko do agregosomów poprzez mikrotubule, w których dyneina i deacetylaza histonowa 6 (HDAC6) również wydają się być zaangażowane. Wykorzystując wykorzystując rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego pod małym kątem (SAXS) i rezonans plazmonów powierzchniowych (SPR), mamy zbadaliśmy interakcję AT3 z tubuliną i HDAC6. Na podstawie wyników SAXS oligomer AT3, składający się z 6-7 podjednostek, ściśle wiąże się z heksamerycznym oligomerem tubuliny w sposób "równoległy". Za pomocą analizy SPR wykazaliśmy, że AT3 wiąże się z dimerem tubuliny z powinowactwem 50nM. Wiązanie pasuje z modelem Langmuira 1:1 i obejmuje pojedynczy interfejs wiążący. Niemniej jednak, powierzchnia interakcji składa się z trzech odrębnych, nieciągłych regionów wiążących tubulinę (TBR), jeden zlokalizowany w JD, a dwa pozostałe w domenie nieuporządkowanej, przed i za nią. nieuporządkowanej domenie, przed i za odcinkiem polyQ. Pod nieobecność któregokolwiek z trzech TBR, powinowactwo jest drastycznie zmniejszone. Dzięki SPR mamy dostarczyliśmy również pierwszych dowodów na bezpośrednie wiązanie AT3 z HDAC6, z powinowactwem w zakresie 0,1-1μM. Wyniki te rzucają światło na interakcje między składnikami maszynerii transportowej, która sortuje zagregowane białko do Agresom i torują drogę do badań in vivo mających na celu dalsze wyjaśnienie ich roli. --- Ataksja rdzeniowo-móżdżkowa typu 3 jest zaburzeniem neurodegeneracyjnym spowodowanym przez ekspansją regionu powtórzeń poliglutaminowych w obrębie białka ataksyny-3. Zmutowane białko zmutowane białko tworzy wewnątrzkomórkowe agregaty w mózgu. Jednak mechanizmy mechanizmy komórkowe powodujące toksyczność są nadal słabo poznane i nie ma obecnie nie ma skutecznych metod leczenia. W tym badaniu wykazaliśmy, że podawanie ester rapamycyny (inhibitor cyklu komórkowego-779, temsirolimus) poprawia wydajność motoryczną w transgenicznym mysim modelu ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. Temsirolimus hamuje cel rapamycyny u ssaków, a tym samym reguluje w górę degradację białek przez autofagię. Temsirolimus zmniejsza liczbę agregatów w mózgach myszy transgenicznych i obniża poziom rozpuszczalnej w cytozolu zmutowanej ataksyny-3, podczas gdy poziom endogennego białka typu dzikiego pozostaje niezmieniony. Temsirolimus jest przeznaczony do długotrwałego stosowania u pacjentów i dlatego stanowi możliwą strategię terapeutyczną w leczeniu ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. Korzystając z tego modelu choroby i paradygmatu leczenia, zastosowaliśmy mikromacierz podejście do badania zmian transkrypcyjnych, które mogą być ważne w patogenezie ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. Pozwoliło to zidentyfikować ubikwitynę peptydazę specyficzną dla ubikwityny-15, która wykazywała zmiany ekspresji zarówno w informacyjnym kwasie rybonukleinowym, jak i na poziomie białka. Poziomy specyficznej dla ubikwityny peptydazy-15 były również u myszy wyrażających inne zmutowane białko poliglutaminowe, huntingtynę. W sumie zidentyfikowaliśmy 16 transkryptów, które były obniżone u transgenicznych myszy ataksynowych-3, które zostały znormalizowane po leczeniu temsirolimusem. W tym mysim modelu ze stosunkowo łagodną progresją choroby liczba zmienionych transkryptów transkryptów była niska, a skala tych zmian była niewielka. Jednakże, znaczenie tych zmian transkrypcyjnych w patogenezie ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3 pozostaje niejasne. --- CELE: Ataksja rdzeniowo-móżdżkowa typu 3 (SCA3) jest dziedziczną ataksją rdzeniowo-móżdżkową spowodowaną ekspansją trójnukleotydowych powtórzeń spowodowana ekspansją trójnukleotydowych powtórzeń CAG w genie kodującym ataksynę-3. Objawy kliniczne SCA3 obejmują neuropatię obwodową, która jest ważną przyczyną niepełnosprawności u podgrupy pacjentów. Chociaż utrata neuronów w zwoju korzenia grzbietowego (DRG) została postulowana jako przyczyna tej neuropatii. przyczyną tej neuropatii, dokładny mechanizm pozostaje do wyjaśnienia. METODY: Aby wyjaśnić cechy kliniczno-patologiczne neuropatii obwodowej związanej z SCA3 obwodowej, przeprowadziliśmy badania przewodnictwa nerwowego i analizy histopatologiczne. analizy histopatologiczne. Badania przewodnictwa nerwowego przeprowadzono u 18 pacjentów z SCA3 pacjentów. Analizy immunohistochemiczne przednich i tylnych korzeni rdzenia kręgowego i nerwów obwodowych przeprowadzono u pięciu pacjentów z SCA3. My również analizy immunohistochemiczne i mikroskopii immunoelektronowej z przeciwciałem przeciwciałem antypoliglutaminowym. WYNIKI: Średnie potencjały czynnościowe nerwów czuciowych u pacjentów z SCA3 były o połowę niższe od wartości prawidłowych. wartości prawidłowych. Prędkości przewodzenia motorycznego były zmniejszone, a latencja dystalne latencje były również znacznie wydłużone w badanych nerwach w badanych nerwach w porównaniu do normalnej grupy kontrolnej. Analizy histopatologiczne wykryły aksonów i ścieńczenie mieliny we wszystkich przypadkach. Agregaty ataksyny-3 zostały w cytoplazmie komórek Schwanna u wszystkich badanych pacjentów z SCA3, ale nie u osób kontrolnych. ale nie u osób z grupy kontrolnej. WNIOSKI: Oprócz wcześniej zgłaszanej neuronopatii, wyniki wskazują, że komórki Schwanna są zaangażowane w tworzenie patogennej intracytoplazmy. patogennych wewnątrzcytoplazmatycznych agregatów białka ataksyny-3 u pacjentów z neuropatią związaną z SCA3. --- Ataksja rdzeniowo-móżdżkowa typu 3 jest spowodowana ekspansją poliglutaminy w białku ataksyny-3, co skutkuje wzmocnieniem toksycznej funkcji zmutowanego białka. Rozszerzony odcinek w białku jest wynikiem ekspansji powtórzenia tripletu CAG w przedostatnim eksonie. w przedostatnim eksonie genu ATXN3. Kilka metod wyciszania genów w celu zmniejszenia toksyczności zmutowanej ataksyny-3 w tej chorobie ma na celu obniżenie poziomu białka ataksyny-3, ale ponieważ białko to jest zaangażowane w deubikwitynację i proteasomalną degradację białek i proteasomalną degradację białek, jego długotrwałe wyciszenie może nie być pożądane. pożądane. Tutaj proponujemy nowatorskie podejście do modyfikacji białek w celu zmniejszenia toksyczności toksyczności zmutowanej ataksyny-3 poprzez usunięcie toksycznego powtórzenia poliglutaminowego z białka białka ataksyny-3 poprzez pomijanie eksonów za pośrednictwem oligonukleotydów antysensownych, jednocześnie zachowując ważne funkcje białka typu dzikiego. Badania in vitro wykazały, że pomijanie eksonów nie wpłynęło negatywnie na zdolność wiązania ubikwityny ataksyny-3. Nasze badania in vivo nie wykazały toksycznych właściwości nowego skróconego białka ataksyny-3. Wyniki te sugerują, że pomijanie eksonów może być nowatorskim podejściem terapeutycznym do zmniejszenia toksyczności indukowanej poliglutaminą w ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3. --- Ataksyna-3, białko chorobowe w zaburzeniu neurodegeneracyjnym ataksji rdzeniowo-móżdżkowej typu 3 lub chorobie Machado Josepha Ataksja typu 3 lub choroba Machado Josepha, jest proteazą cysteinową zaangażowaną w szlak proteasomu ubikwityny. szlaku proteasomu ubikwityny. Zawiera wiele miejsc wiązania ubikwityny przez które kotwiczy łańcuchy poliubikwitynowe o różnych wiązaniach, które są następnie następnie rozszczepiane przez N-końcową domenę katalityczną (Josephin). Właściwości motywów oddziałujących z ubikwityną (UIM) w C-końcu ataksyny-3 są dobrze ustalone. dobrze poznane. Niewiele jednak wiadomo na temat tego, w jaki sposób dwa niedawno zidentyfikowane miejsca wiążące ubikwitynę w domenie Josephin przyczyniają się do wiązania i rozszczepiania łańcucha ubikwityny wiązania i rozszczepiania łańcucha ubikwityny. W bieżącym badaniu staraliśmy się zdefiniować specyficzny udział domeny Josephin w katalitycznych właściwościach ataksyny-3 oraz ocenić, w jaki sposób topologia i powinowactwo tych miejsc wiązania modulują aktywność ataksyny-3 aktywność. Za pomocą NMR modelowaliśmy strukturę kompleksów diUb/Josephin i wykazaliśmy, że preferencje wiązania są narzucone przez topologię dwóch miejsc wiążących. miejsc wiązania. Badania enzymatyczne dodatkowo pomogły nam określić dokładną hierarchię między miejscami wiązania. Ustaliliśmy, że struktura Josephin dyktuje specyficzność dla łańcuchów związanych z K48. Miejsce 1, które znajduje się blisko miejsca aktywnego, jest niezbędne do rozszczepienia. Nasze badania otwierają drogę do lepszego zrozumienia funkcji komórkowej ataksyny-3 i jej związku z patologią. --- Choroba Machado-Josepha (MJD), zwana również ataksją rdzeniowo-móżdżkową typu 3, jest spowodowana mutacją ataksyny-3 z ekspansją poliglutaminy. jest wywoływana przez zmutowaną ataksynę-3 z ekspansją poliglutaminy. Chociaż obecnie nie ma leczenia, które mogłoby wyleczyć lub opóźnić wystąpienie MJD, stworzono modele mysie, które zostały wygenerowane w celu ułatwienia rozwoju terapii. W niniejszym przeglądzie, opublikowane doniesienia na temat mysich modeli MJD i innych poliglutaminowych ataksji rdzeniowo-móżdżkowych. ataksji rdzeniowo-móżdżkowych. Na podstawie tych badań omówione zostaną podejścia zostaną omówione jako kandydujące metody leczenia MJD: 1) zakłócanie z tworzeniem zmutowanego fragmentu rozszczepienia ataksyny-3 i prawdopodobnie agregatów lub inkluzji, 2) zmniejszenie lokalizacji jądrowej białka choroby, oraz 3) zmniejszenie ekspresji zmutowanej ataksyny-3 w neuronach.
Które białko jest związane z ataksją rdzeniowo-móżdżkową typu 3?
Ataksyna-3 jest wszechobecnie wyrażanym enzymem deubikutynującym o ważnych funkcjach w proteasomalnym szlaku degradacji białek i regulacji transkrypcji. C-koniec białka ataksyny-3 zawiera region poliglutaminowy (PolyQ), który po mutacyjnej ekspansji do ponad 52 glutamin powoduje chorobę neurodegeneracyjną - ataksję rdzeniowo-móżdżkową 3 (SCA3).