Молекулярные механизмы нейродегенерации при спинальной мышечной атрофии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В последнее десятилетие были разработаны патогенетические методы терапии спинальной мышечной атрофии 5q, использующие разные стратегии, в том числе увеличение экспрессии гена SMN2, коррекцию сплайсинга SMN2 или реэкспрессию гена SMN1. Несмотря на понимание генетических причин заболевания и имеющиеся методы терапии, до сих пор не до конца известно, какие молекулярные механизмы при дефиците белка SMN приводят к дегенерации моторных нейронов. Понимание молекулярных путей, вовлеченных в потерю двигательных нейронов, может помочь в разработке новых терапевтических стратегий. В статье приводятся генетические и биохимические данные, раскрывающие молекулярные механизмы нейродегенерации при спинальной мышечной атрофии 5q.

Об авторах

А. И. Власенко

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-3727-8017

197341 Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, 2

Россия

В. Д. Назаров

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: nazarov19932@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9354-8790

Владимир Дмитриевич Назаров

197022 Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6–8

Россия

С. В. Лапин

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4998-3699

6–8 Lva Tolstogo St., Saint Petersburg 197022

Россия

А. В. Мазинг

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-3055-6507

6–8 Lva Tolstogo St., Saint Petersburg 197022

Россия

Е. А. Суркова

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-8503-0759

6–8 Lva Tolstogo St., Saint Petersburg 197022

Россия

Т. В. Блинова

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4896-3319

6–8 Lva Tolstogo St., Saint Petersburg 197022

Россия

М. П. Топузова

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0175-3085

197341 Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, 2

Россия

Т. М. Алексеева

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4441-1165

197341 Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, 2

Россия

Список литературы

  1. Mercuri E., Sumner C., Muntoni F. et al. Spinal muscular atrophy. Nat Rev Dis Primers 2022;8(1):52. doi: 10.1038/s41572-022-00380-8
  2. López-Cortés A., Echeverría-Garcés G., Ramos-Medina M. Molecular pathogenesis and new therapeutic dimensions for spinal muscular atrophy. Biology 2022;11(6):894. doi: 10.3390/biology11060894
  3. Lefebvre S., Bürglen L., Reboullet S. et al. Identification and characterization of a spinal muscular atrophy-determining gene. Cell 1995;80(1):155–65. doi: 10.1016/0092-8674(95)90460-3
  4. Farrar M., Kiernan M. The genetics of spinal muscular atrophy: progress and challenges. Neurotherapeutics 2015;12(2):290–302. doi: 10.1007/s13311-014-0314-x
  5. Fallini C., Bassel, G., Rossoll W. Spinal muscular atrophy: The role of SMN in axonal mRNA regulation. Brain Res 2012;1462:81–92.
  6. Hosseinibarkooie S., Schneider S., Wirth B. Advances in understanding the role of disease-associated proteins in spinal muscular atrophy. Expert Rev Proteomics 2017;14(7):581–92. doi: 10.1080/14789450.2017.1345631
  7. Lefebvre S., Sarret C. Pathogenesis and therapeutic targets in spinal muscular atrophy (SMA). Arch Pédiatrie 2020; 27(7):7S3–8. doi: 10.1016/S0929-693X(20)30269-4
  8. Chaytow H., Huang Y., Gillingwater T., Faller K. The role of survival motor neuron protein (SMN) in protein homeostasis. Cell Mol Life Sci 2018;75:3877–94.
  9. Singh R., Howell M., Ottesen E., Singh N. Diverse role of survival motor neuron protein. Biochim Biophys Acta Gene Regul Mech 2017;1860(3):299–315. doi: 10.1016/j.bbagrm.2016.12.008
  10. Coady T., Lorson C. SMN in spinal muscular atrophy and snRNP biogenesis. Wiley Interdiscip Rev RNA 2011;2(4):546–64. doi: 10.1002/wrna.76
  11. Doktor T., Hua Y., Andersen H. et al. RNA-sequencing of a mousemodel of spinal muscular atrophy reveals tissue-wide changes in splicing of U12-dependent introns. Nucleic Acids Res 2017;45(1): 395–416. doi: 10.1093/nar/gkw731
  12. Lotti F., Imlach W., Saieva L. et al. An SMN-dependent U12 splicing event essential for motor circuit function. Cell 2012;151(2):440–54. doi: 10.1016/j.cell.2012.09.012
  13. Van Alstyne M., Lotti F., Dal Mas A. et al. Stasimon/Tmem41b localizes to mitochondria-associated ER membranes and is essential for mouse embryonic development. Biochem Biophys Res Commun 2018;506(3):463–70. doi: 10.1016/j.bbrc.2018.10.073
  14. Simon C., Van Alstyne M., Lotti F. et al. Stasimon contributes to the loss of sensory synapses and motor neuron death in a mouse model of spinal muscular atrophy. Cell 2019;29(12):3885–901. doi: 10.1016/j.celrep.2019.11.058
  15. Назипова Н.Н. Разнообразие некодирующих РНК в геномах эукариот. Математическая биология и биоинформатика 2021;16(2):256–98. doi: 10.17537/2021.16.256
  16. Pellizzoni L., Baccon J., Charroux B., Dreyfuss G. The survival of motor neurons (SMN) protein interacts with the snoRNP proteins fibrillarin and GAR1. Curr Biol 2001;11(14):1079–88. doi: 10.1016/S0960-9822(01)00316-5
  17. Piazzon N., Schlotter F., Lefebvre S. et al. Implication of the SMN complex in the biogenesis and steady state level of the signal recognition particle. Nucleic Acids Res 2013;41(2):1255–72. doi: 10.1093/nar/gks1224
  18. Morris G. The Cajal body. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res 2008;1783(11):2108–15. doi: 10.1016/j.bbamcr.2008.07.016
  19. Ходюченко Т.А., Красикова А.В. Тельца Кахала и тельца гистонового локуса: молекулярный состав и функции. Онтогенез 2014;45(6):363–79. doi: 10.7868/S0475145014060068
  20. Hebert M., Szymczyk P., Shpargel K., Matera A. Coilin forms the bridge between Cajal bodies and SMN, the spinal muscular atrophy protein. Genes Develop 2001;15(20):2720–9. doi: 10.1101/gad.908401
  21. Tapia O., Bengoechea R., Palanca A. et al. Reorganization of Cajal bodies and nucleolar targeting of coilin in motor neurons of type I spinal muscular atrophy. Histochem Cell Biol 2012;137:657–67. doi: 10.1007/s00418-012-0921-8
  22. Rossoll W., Jablonka S., Andreassi C. et al. Smn, the spinal muscular atrophy-determining gene product, modulates axon growth and localization of β-actin mRNA in growth cones of motoneurons. Cell Biol 2003;163(4):801–12. doi: 10.1083/jcb.200304128
  23. Duy P.Q., An M., Talbot J. et al. HuD and the survival motor neuron protein interact in motoneurons and are essential for motoneuron development, function, and mRNA regulation. Neuroscience 2017;37(48):11559–71. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1528-17.2017
  24. Переверзева Д.С., Тюшкевич С.А., Горбачевская Н.Л. и др. Гетерогенность клинической картины при синдромах, ассоциированных с динамическими мутациями гена FMR1. Журнал неврологии и психиатрии 2019;119(7):70–8. doi: 10.17116/jnevro2019119071103
  25. Binda O., Juillard F., Ducassou J.N. et al. SMA-linked SMN mutants prevent phase separation properties and SMN interactions with FMRP family members. Life Sci Alliance 2022;6(1):e202201429. doi: 10.26508/lsa.202201429
  26. Gabanella F., Barbato C., Fiore M. et al. Fine-tuning of mTOR mRNA and nucleolin complexes by SMN. Cells 2021;10(11):3015. doi: 10.1093/hmg/11.9.1017
  27. Kye M.J., Niederst E.D., Wertz M.H. et al. SMN regulates axonal local translation via miR-183/mTOR pathway. Hum Mol Genet 2014;23(23):6318–31. doi: 10.1093/hmg/ddu350
  28. Giesemann T., Rathke-Hartlieb S., Rothkegel M. et al. A role for polyproline motifs in the spinal muscular atrophy protein SMN: Profilins bind to and colocalize with SMN in nuclear gems. J Biol Chem 1999;274(53):37908–14. doi: 10.1074/jbc.274.53.37908
  29. Carlier M.F., Shekhar S. Global treadmilling coordinates actin turnover and controls the size of actin networks. Nat Rev Mol Cell Biol 2017;18(6):389–401. doi: 10.1038/nrm.2016.172
  30. Sharma A., Lambrechts A., Hao Le T. et al. A role for complexes of survival of motor neurons (SMN) protein with gemins and profilin in neurite-like cytoplasmic extensions of cultured nerve cells. Exp Cell Res 2005;309(1):185–97. doi: 10.1016/j.yexcr.2005.05.014
  31. Nölle A., Zeug A., van Bergeijk J. et al. The spinal muscular atrophy disease protein SMN is linked to the Rho-kinase pathway via profilin. Hum Mol Genet 2011;20(24):4865–78. doi: 10.1093/hmg/ddr425
  32. Antoine M., Patrick K.L., Soret J. et al. Splicing defects of the profilin gene alter actin dynamics in an S. pombe SMN mutant. Iscience 2020;23(1):100809. doi: 10.3389/fncel.2015.00506
  33. Bora G., Hensel N., Rademacher S. et al. Microtubule-associated protein 1B dysregulates microtubule dynamics and neuronal mitochondrial transport in spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet 2020;29(24):3935–44. doi: 10.1093/hmg/ddaa275
  34. Torres-Benito L., Neher M.F., Cano R. et al. SMN requirement for synaptic vesicle, active zone and microtubule postnatal organization in motor nerve terminals. PloS One 2011;6(10):e26164. doi: 10.1371/journal.pone.0026164
  35. Fuller H.R., Mandefro B., Shirran S.L. et al. Spinal muscular atrophy patient iPSC-derived motor neurons have reduced expression of proteins important in neuronal development. Front Cell Neurosci 2016;9:506. doi: 10.3389/fncel.2015.00506
  36. Wen H.L., Lin Y.T., Ting C.H. et al. Stathmin, a microtubuledestabilizing protein, is dysregulated in spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet 2010;19(9):1766–78. doi: 10.1093/hmg/ddq058
  37. Wen H.L., Ting C.H., Liu H.C. et al. Decreased stathmin expression ameliorates neuromuscular defects but fails to prolong survival in a mouse model of spinal muscular atrophy. Neurobiol Dis 2013;52:94–103. doi: 10.1016/j.nbd.2012.11.015
  38. Villalón E., Kline R.A, Smith C.E. et al. AAV9-Stathmin1 gene delivery improves disease phenotype in an intermediate mouse model of spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet 2019;28(22):3742–54. doi: 10.1093/hmg/ddz188
  39. Donlin-Asp P.G., Bassell G.J., Rossoll W. A role for the survival of motor neuron protein in mRNP assembly and transport. Curr Opin Neurobiol 2016;39:53–61. doi: 10.1016/j.conb.2016.04.004
  40. Custer S.K., Foster J.N., Astroski J.W., Androphy E.J. Abnormal Golgi morphology and decreased COPI function in cells with low levels of SMN. Brain Res 2019;1706:135–46. doi: 10.1016/j.brainres.2018.11.005
  41. Custer S.K., Astroski J.W., Li H.X., Androphy E.J. Interaction between alpha-COP and SMN ameliorates disease phenotype in a mouse model of spinal muscular atrophy. Biochem Biophys Res Commun 2019;514(2):530–37. doi: 10.1016/j.bbrc.2019.04.176
  42. Fuller H.R., Gillingwater T.H., Wishart T.M. Commonality amid diversity: Multi-study proteomic identification of conserved disease mechanisms in spinal muscular atrophy. Neuromuscul Disord 2016;26(9):560–9. doi: 10.1016/j.nmd.2016.06.004
  43. Groen E.J., Gillingwater T.H. UBA1: at the crossroads of ubiquitin homeostasis and neurodegeneration. Trends Mol Med 2015;21(10):622–32. doi: 10.1016/j.molmed.2015.08.003
  44. Chang H.C., Hung W.C., Chuang Y.J., Jong Y.J. Degradation of survival motor neuron (SMN) protein is mediated via the ubiquitin/proteasome pathway. Neurochem Int 2004;45(7):1107–12. doi: 10.1016/j.neuint.2004.04.005
  45. Powis R.A., Karyka E., Boyd P. et al. Systemic restoration of UBA1 ameliorates disease in spinal muscular atrophy. JCI Insight 2016;1(11):e87908. doi: 10.1172/jci.insight.87908
  46. Wishart T.M., Mutsaers C.A., Riessland M. et al. Dysregulation of ubiquitin homeostasis and β-catenin signaling promote spinal muscular atrophy. J Clin Invest 2014;124(4):1821–34. doi: 10.1172/JCI71318
  47. Shorrock H.K., van der Hoorn D., Boyd P.J. et al. UBA1/GARSdependent pathways drive sensory-motor connectivity defects in spinal muscular atrophy. Brain 2018;141(10):2878–94. doi: 10.1093/brain/awy237
  48. Markovitz R., Ghosh R., Kuo M.E. et al. GARS-related disease in infantile spinal muscular atrophy: Implications for diagnosis and treatment. Am J Med Genet A 2020;182(5):1167–76. doi: 10.1002/ajmg.a.61544

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ЭЛ № ФС 77 - 85909 от  25.08.2023.