帕金森病LRRK2基因研究①

張家義 馬那琦 李曉莉 劉承偉

(1.桂林醫學院 廣西桂林 541004; 2.寶雞中心醫院消化內科 陜西寶雞 721008)

帕金森病(PD)是一種兒茶酚胺系統神經元變性性疾病,典型病變表現為黑質多巴胺神經元和藍斑去甲腎上腺素能神經元變性[1],同時PD也是一種年齡相關的慢性進行性疾病[2]。PD發病機制至今還不清楚,目前普遍認為PD是多因素共同作用結果[3],而且隨著PD病因的研究PD的遺傳學因素也凸顯出其重要性。

1 LRRK2基因與帕金森病關系

Leucine-rich–repeat-kinase2(LRRK2,PARK8,dardarin)基因位于12p11.2-q13.1,含51個外顯子[4]。LRRK2突變PD患者對左旋多巴治療反應良好[5]。病理改變與普通PD患者無明顯差別,仍以黑質致密部多巴胺能神經元丟失和神經元內路易氏小體沉積為主[6](圖1)。

圖1 LRRK2突變位點

已有研究結果分析表明,LRR2在家族遺傳性發病和散發病例之間都被檢測出來,而且在早發型和遲發型PD中都有LRRK2表達[7],但是LRR2的不同突變類型在不同種族之間差異較明顯。G201 9S在歐洲及北非PD患者中頻率最高可達20%～40%,而在亞洲地區未檢測到該突變[10]。

2 LRR2基因結構

LRRK2基因結構如圖1所示,有6個單獨區域組成:(1)錨蛋白(ANK)區域;(2)富含亮氨酸重復序列(LRR);(3)Roc GTP酶區域;(4)COR區域(C-terminal of Roc);(5)酪氨酸激酶樣亞家族(TKL)的酶區域MAPKKK;(6)C末端的WD40[14]。

3 LRRK2蛋白結構與功能

LRRK2蛋白是一個復雜的多功能蛋白,包含ANK,LRR,ROC,COR,Kinase和WD40等多個結構域,LRR2蛋白屬于Roco家族[10],有一個高度保守的Ras樣GTP酶結構域ROC,ROC通常與COR(C-terminal of Roc)串聯在一起。GTP結合于LRRK2蛋白的ROC結構域后被分解并激活LRRK2蛋白的酪氨酸激酶活性引起細胞內生物學效應[11],具體作用過程大致如圖2[12]。

4 LRRK2的致病機制

LRRK2突變導致PD機制還未能解開。LRRK2蛋白有3個參與蛋白質相互作用的結構域(ANK,LRR和WD40),而且在每個結構域中都能找到致病性的突變,2個酶活性域(ROC和Kinase)各自調節作用研究也不是十分清楚。LRRK 2蛋白的酪氨酸激酶活性與MAPKKK相似,但其可通過自身GTP酶進行分子內部激活的MAPKKK,且GTP結合于LRRK2蛋白的ROC結構域之后,還可以通過活化cAMP依賴的蛋白激酶,進而磷酸化LRRK2蛋白。LRRK2蛋白的ROC結構域與Ras有相似作用。LRRK2突變可導致LRRK2蛋白的激酶活性上升和細胞凋亡[13]。

圖2 LRRK2蛋白的激活過程

5 展望

LRRK2在黑質致密部、紋狀體和大腦皮層的多種類型中間神經元中都有表達,這與PD的運動系統障礙癥狀相符合,LRRK2缺失及突變模型的建立對于研究PD的發病機制和治療有指導意義。通過比較同源基因表達的LRRK2蛋白的N端,發現LRRK2蛋白的N端有一個臂狀面結構[14],推測該結構可能是一個蛋白與蛋白的結合區域,利用此結構有可能找出與LRRK2相互作用的物質,有助于對LRRK2蛋白激酶的調控機制及其底物的研究,從而可能找到一些有PD治療潛力的藥物治療靶點[15]。雖然LRRK2和PD相關性很高,但其基因結構和表達產物的復雜性給我們的研究帶來很多困難。當前的研究都是針對LRRK2本身進行研究,如果我們從反面進行研究,針對LRRK2表達的調控機制、LRRK2蛋白的底物及與LRRK2蛋白相互作用的蛋白或其它小分子物質,或許可以揭開一些以前不為人知的致病機制。

在PD患者中往往同時存在幾種PARK基因的突變,值得我們研究的是LRRK2與其它PARK基因之間是否有相互作用,或者他們的表達產物之間是否有相互作用,研究清楚這些關系對于我們探索PD會有意想不到的效果。我們研究LRRK2的最終目的是為了治療PD,由于目前基因治療所用的遞送容量有限,直接利用LRRK2進行治療不容易實現。相反,利用LRRK2的調控基因和與LRRK2蛋白相互作用物質的基因可能更容易控制,我們今后的研究可以側重這一方面尋找治療PD的突破口。

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