Развитие БАС может быть связано с нарушением работы первичных ресничек нейронов

Боковой амиотрофический склероз (БАС) — нейродегенеративное заболевание, при котором из-за гибели двигательных нейронов (ДН) развивается прогрессирующая мышечная слабость. Обычно БАС в течение нескольких лет приводит к смерти от дыхательной недостаточности. В настоящее время нет эффективных методов лечения этого заболевания, а механизмы гибели ДН не до конца ясны. Мутации в более 40 генов ассоциированы с БАС. Недавно при анализе данных полногеномного секвенирования был выявлен еще один такой ген — C21ORF2 (CFAP410). Известно, что мутации в C21ORF2 при других заболеваниях нарушают работу первичных ресничек — сигнальных отростков ДН, играющих важную роль в поддержании их здоровья. В новой работе исследователи из Бельгии, Нидерландов и Великобритании проанализировали влияние мутаций в гене C21ORF2 на развитие БАС.

Сначала авторы изучили, какие гены взаимодействуют с C21ORF2, и показали его важную роль в цилиогенезе — процессе формирования ресничек. В клетках нейробластомы SH-SY5Y продукт гена C21ORF2 локализуется в базальном тельце реснички. При сравнении контрольных клеток и клеток с нокдауном C21ORF2 выяснилось, что снижение уровня экспрессии C21ORF2 уменьшает количество первичных ресничек и их длину.

При снижении экспрессии CG15208 — ортолога C21ORF2 у дрозофил — эти животные вскоре погибали. Морфологически они не отличались от контролей, однако движения у них были нескоординированными, они не могли карабкаться. Дополнительный анализ выявил проблемы с цилиогенезом у дрозофил с нокдауном CG15208.

В ген C21ORF2 внесли мутации потери функции, ассоциированные с БАС (V58L, Y68*, R106C, R172W, A255T). Три из них находились в консервативном домене LRR. Сверхэкспрессия C21ORF2 дикого типа, но не мутантного, приводила к увеличению длины ресничек, и это не было связано с изменением количества белка.

Важной функцией ресничек является внутрифлагеллярный транспорт (IFT), необходимый для перемещения белков в эту органеллу и из нее. Для того, чтобы оценить влияние мутаций C21ORF2 на IFT, авторы изучили белки, регулирующие антероградный (из тела нейрона по аксону) и ретроградный (из аксона в тело) транспорт в ресничке. Анализ локализации и накопления этих белков показал, что C21ORF2 необходим для нормального функционирования IFT.

Помимо этого, первичные реснички играют важную роль в передаче сигналов sonic hedgehog (Shh), обеспечивающих здоровье двигательных нейронов. При снижении экспрессии гена C21ORF2 нарушается IFT, что говорит о возможном нарушении сигналов Shh. Для проверки этой гипотезы авторы стимулировали передачу сигналов Shh и исследовали накопление положительных и отрицательных регуляторов Shh. Первые не накапливались в клетках с нокдауном гена, а вторые не удалялись из первичной реснички. В контрольных клеточных линиях, в отличии от клеток с нокдауном C21ORF2, после стимуляции Shh активировалась работа факторов транскрипции. Оба этих эксперимента указывают на то, что мутации в C21ORF2 нарушают работу ресничек, IFT и Shh-сигналинг. Все это ведет к снижению экспрессии клеточного белка 1, связывающего ретиноевую кислоту (CRABP1), участвующего в поддержании здоровья ДН.

Для того, чтобы изучить роль нарушений первичных ресничек в контексте БАС, авторы использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) от пациентов с БАС, которые дифференцировали в спинномозговые ДН. У этих клеток были первичные реснички. Их было меньше, чем на иммортализованных клетках, но длина была схожей. Для ДН, полученных из ИПСК, разработали специальные антисмысловые олигонуклеотиды, нацеленные на C21ORF2. Как и в случае с SH-SY5Y, ресничек становилось меньше, они были короче. То есть потеря функции C21ORF2 ингибирует цилиогенез. У ДН, полученных из ИПСК пациентов с мутациями в C21ORF2, работа первичных ресничек была нарушена. Это позволило авторам предположить, что дефекты первичной реснички характерны для БАС. Гипотезу подтверждают схожие дефекты, наблюдаемые у пациентов с более распространенным генетическим подтипом БАС, вызванным экспансией повторов в гене C9ORF72.

В конце авторы показали, что сверхэкспрессия C21ORF2 в мутантных ДН восстановила число и длину ресничек, а также экспрессию CRAPBP1, и это подтверждает важность роли первичных ресничек в функционировании ДН.

Таким образом, таргетирование дисфункции первичных ресничек может стать терапевтической стратегией для БАС. По мнению авторов, результаты их работы открывают новые возможности для дальнейших исследований при этом заболевании.

Найдены генетические варианты, ассоциированные с самоизлечением бокового амиотрофического склероза