CC BY
453
®
ребенка ^
На допомогу пед1атру / To Help the Pediatrician
УДК 575.113.1:616-007-02-092-036-079.4-08:577.21 АБАТУРОВ А.Е., ПЕТРЕНКО Л.Л., КРИВУША ЕЛ.
ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины»
СИНДРОМ АНГЕЛЬМАНА Часть 1 (этиология и патогенез)
Резюме. В статье приведены современные представления о механизмах генетических изменений при синдроме Ангельмана. Статья содержит данные о частоте встречаемости и риске наследования различных генетических дефектов у больных с синдромом Ангельмана. Представлены патогенетические основы развития основных клинических проявлений синдрома Ангельмана: судорожного синдрома, когнитивного дефицита, расстройств поведения, нарушения баланса времени бодрствования и сна, трофических нарушений. Показано, что изменения экспрессии гена Arc не только ассоциированы с синдромом Ангельмана, но и сопровождают некоторые другие заболевания. Ключевые слова: синдром Ангельмана.
Определение
Синдром Ангельмана (синдром «счастливой куклы» или «счастливой марионетки», Angelman syndrome — AS; OMIM: 105830) — генетическое заболевание, в основе которого лежат морфологические или функциональные нарушения локуса q11-q13 копии материнской хромосомы 15, сопровождающиеся потерей экспрессии гена UBE3A в нейронах головного мозга. Синдром Ангельма-на клинически проявляется интеллектуальным дефицитом, задержкой речевого развития, расстройствами развития нервной системы, судорогами и специфическим поведенческим профилем [2]. Впервые данное заболевание описал английский педиатр Harry Angelman в 1965 году, когда он обобщил фенотипы трех умственно отсталых детей, которые были охарактеризованы как puppet children — «дети-куклы» из-за необычной позиции рук и своеобразных дерганных и отрывистых движений конечностей (с изоляцией отдельных фаз движений и фиксацией промежуточных положений конечностей) [4].
Эпидемиология
Уровень распространенности AS колеблется в пределах 1 : 10 000 и 1 : 20 000 населения [19, 52].
Этиология
Различают 4 генетических варианта AS: 1) de novo делеция в локусе 15q11-q13; 2) отцовская дисомия по хромосоме 15; 3) дефект центра импринтинга;
4) мутация материнской копии гена убиквитинли-газы UBE3A (табл. 1) [11].
Делеции
Различают два класса делеций области q11-q13 хромосомы 15: I класс — делеция от ВР1 до BP3 и II класс — делеция от BP2 до BP3. Делеция I класса имеет геномную длину 6,58 Мб, и ее доля в структуре AS-ассоциированных делеций составляет около 40 %, делеция II класса (5,33 Мб) встречается приблизительно в 50 % случаев [14]. Чаще всего микро-делеции происходят в области геномного кластера, которая располагается между ВР1 и BP2 [13], BP3 и BP4 [59].
Отцовская однородительская дисомия по хромосоме 15
В структуре генетических причин AS 3—4 % приходится на отцовскую однородительскую дисомию по хромосоме 15 (uniparental ра!егпа1 disomy (UPD) 15), которая сопровождается невыраженными фе-нотипическими проявлениями с низкой частотой встречаемости судорожных пароксизмов и хорошим физическим развитием больных. Основным механизмом формирования отцовской UPD по хромосоме 15 является нарушение соматической сегрегации хромосом [57].
© Абатуров А.Е., Петренко Л.Л., Кривуша Е.Л., 2015 © «Здоровье ребенка», 2015 © Заславский А.Ю., 2015
Таблица 1. Частота встречаемости различных генетических дефектов
у больных с синдромом Ангельмана [20, 56
Класс Генетический дефект Частота встречаемости Риск наследования
Ia De novo делеция 15q11-q13 региона копии материнской хромосомы 70-75 % < 1 %
Ib Несбалансированная транслокация хромосомы < 1 % До 50 %
IIa Отцовская дисомия по хромосоме 15 3-7 % < 1 %
IIb Отцовская дисомия по хромосоме 15 с транслокацией < 1 % Приближается к 100 %, если у отца робертсоновская транслокация 15; 15
IIIa Делеция импринтингового центра 0,5 % До 50 % (если она присутствует у матери)
IIIb Нарушение импринтинга — эпи-мутация (при исключении делеции импринтингового центра) 2,5 % пациентов с дефектом импринтинга < 1 %
IV Мутации иВЕЗА-гена « 10 %
V Молекулярные аномалии не идентифицируются 10-15 % Неизвестно (примерно до 50 %)
Нарушения импринтинга
Нарушение импринтинга кластера PWS, которое приводит к развитию AS, обусловлено или де-лецией дифференциально метилированной области импринтингового центра AS-SRO, или нарушением дифференциальности ее метилирования. Аномальное метилирование AS-SRO отмечается у 2—4 % больных с AS [12].
Примерно у 10—15 % больных, развитие AS у которых обусловлено нарушением импринтинга, отмечается делеция области AS-SRO на копии материнской хромосомы [36].
Мутации гена UBE3A
Большинство мутаций гена UBE3A у лиц с AS сопровождается продукцией функционально неактивного протеина, лишенного домена HECT. Мутации гена UBE3A представлены инсерциями, микро-делециями, миссенс-, нонсенс- и сплайсинговыми мутациями. В настоящее время идентифицировано более 60 мутаций гена UBE3A, из которых 60—70 % представляют небольшие делеции и дупликации. Приблизительно 25 % структурных нарушений гена UBE3A — это миссенс- и нонсенс-мутации (http:// www.hgmd.cf.ac.uk/docs/register.html) [61].
Патогенез
Ключевой причиной развития AS определен дефицит экспрессии гена UBE3A на копии материнской хромосомы 15 в нейронах головного мозга (рис. 1).
Ген UBE3A не является дифференцированно метилированным; импринтированность его экспрессии косвенно регулируется длинной антисмысловой некодирующей РНК (UBE3A-ATS) [16]. Транскрипт UBE3A-ATS является большой (> 600 кб) РНК, синтез которой инициируется в области управления импринтинга PWS-SRO. Экспрессия и/или процес-
Норма
О ИТ ТТТ | |
Л *тт „9 , I * , UB"AATS
UBE3A t
AS-SRO PWS-SRO
Деления региона qll~ql3 клпнн матери иском хромосомы 15
cJ tl!_m_
AS-SRO PWS-SRO Мутации гена I/BE J А
п ТТТ ТТТ_
UBE3A-ATS
UBE3A-ATS ÜBE3A U
UBE3A-ATS UВЕЗ А Ii
Л ООО _] UBHM-HIJ
ТТТ гп ; . 4fA L.
\ s.slH) PWS-SiiO ' i 1--
"AS-SRO PWS-SRO Ошовская UDPll
Vi
_ _ I-*■ W UBE3A-ATS
(jTTT it)-1
VBE3A W
AS-SRO PWS-SRO Мккроделеция AS-SRO на конин материнской хромосомы 15(] 11 ч 13 I-** U ВЕЗ A-ATS
' . : I -'' | //- I¡BFJA
. ...______Г-*■ UBE3A-ATS UBE3A 4-4-
<3 ТТТ ifi_ j "I .¿¿j^ry
AS-SRO PWS-SRO
Эли мутация
Г) ТТТ m
<3 ТТТ m
I-UBE3A-ATS
if- \ Ilten j-
UBE3A-ATS UBE3A U Е1Л I_
AS-SRO PWS-SRO
ТТТ Гиперметнлироьянные CpG ЛНН) K.u-oi нлы ^Гнпоме ] hi. I м p On ш I м i' CpG дннук.чеотнды
Рисунок 1. Изменение экспрессии гена UBE3A при различных генетических вариантах синдрома Ангельмана
синг UBE3A-ATC в ткани головного мозга и других тканях организма существенно отличается друг от друга. Транскрипт UBE3A-ATC обнаруживается во всех тканях, но только в нейронах распространяется в дистальном направлении и перекрывает ген UBE3A [17]. Антисмысловая РНК UBE3A-ATC блокирует экспрессию гена UBE3A cis-зависимым образом [51]. Изменения в уровне метилирования ДНК и ацетилирования гистоновых белков PWS-SRO могут приводить к активности экспрессии UBE3A-ATC [17]. Механизм, посредством которого транскрипта UBE3A-ATC блокирует транскрипцию гена UBE3A, остается неизвестным. Предполагают, что транскрипта UBE3A-ATC может индуцировать гистон-опосредованную репрессию транскрипции [50].
Ген UBE3A (120 кб) кодирует протеин убикви-тинлигазу Е3А (ubiquitin protein ligase E3A) — E6AP/ UBE3A, основной функцией которого является участие в процессе деградации протеинов через убик-витин-протеасомный путь. Первоначально протеин E6AP/UBE3A был определен как протеин, взаимодействующий с E6-вирусным белком, кодируемый геномом вируса папилломы человека 16 (HPV16) [58]. Большинство (80—90 %) внутриклеточных белков расщепляются при помощи 26S-протеасомы. Протеасома отбирает для деградации только те протеины, которые конъюгированы с полиубик-витином. Убиквитинирование протеинов — кова-лентное присоединение убиквитина к белковому субстрату — выполняют специфические убиквитин-лигазы [73]. Протеин E6AP/UBE3A является представителем семейства протеинов домена HECT. Его С-терминальный каталитический домен HECT характеризуется наличием сайта активного цисте-инового остатка, образующего тиоэфирную связь с убиквитином для последующей его передачи специфическим белковым субстратам. Спектр протеинов, с которыми взаимодействует E6AP/UBE3A, определяет его физиологические функции (табл. 2) [60].
Протеин E6AP/UBE3A локализуется в ядре клеток, дендритных шипах (spine), пресинаптических и постсинаптических отделах синапсов нейронов [22].
Снижение функциональной активности протеина UBE3A за счет дефицита его представительства
или наличия неактивных форм из-за нарушения убиквитинирования приводит к снижению уровня деградации и избыточному накоплению его целевых субстратов.
Так, дефицит протеина E6AP/UBE3A или продукция его мутантных форм, характеризуемых отсутствием домена HECT, приводит к нарушению деградации целевых для E6AP/UBE3A протеинов — цепей ионотропных глутаматных рецепторов, цито-скелет-ассоциированного протеина (cytoskeleton-associated protein — ARC), эфексина-5 (ephexin-5), саксина (sacsin) [33]. Необходимо отметить, что убиквитинлигаза E6AP/UBE3A не только способствует деградации протеина ARC, но и подавляет эстрадиол-индуцированную транскрипцию его гена ARC [46].
Michel Baudry и соавт. [6] считают, что дефицит активности протеина E6AP/UBE3A приводит к избытку представительства протеина ARC, ведущего к изменению организации цитоскелета дендритных шипов нейронов.
Дендритные шипы представляют собой грибо-подобные выпячивания длиной около одного микрона мембраны дендритных отростков. Более 90 % синапсов образуется на дендритных шипах. Большинство постсинаптических мишеней глутаматер-гических аксонов в головном мозге располагаются на дендритных шипах. Морфологические и функциональные изменения дендритных шипов могут лежать в основе развития наркомании, некоторых психоневрологических заболеваний, патологии процессов обучения и памяти [21, 27]. Так, установлено, что синдром фрагильной хромосомы Х и синдром Ретта сопровождаются развитием аномально длинных дендритных шипов и увеличением плотности их расположения на дендритных отростках клеток различных нейронных популяций [40, 42]. Протеин E6AP/UBE3A хотя и не регулирует нейро-генез как таковой, но локально участвует в формировании дендритных шипов и развитии синаптиче-ской пластичности.
Дефицит протеина E6AP/UBE3A сопровождается формированием дендритных шипов преимущественно с короткими «шеями» и относительно низкой плотностью их распределения на дендритных
Таблица 2. Протеины, в регуляции которых участвует убиквитинлигаза E6AP/UBE3A [41]
Субстрат Функция
Arc, эфексин 5, саксин Синаптическая пластичность
BMAL1 и BMAL2 Циркадный ритм
HHR 23A, Src-семейство тирозинкиназ Blk, P53, P27, PML-опухолевый супрессор Рост и дифференцировка клеток
REST Судорожный синдром
Глюкокортикоидный рецептор; рецептор, подобный ан-дрогеновому рецептору Коактиватор стероидных рецепторов
Полиглутаминовые протеины, a-синуклеин, нефолдиро-ванные протеины Контроль качества клеточного белка
отростках клеток Пуркинье мозжечка, пирамидных нейронов гиппокампа и коры головного мозга [22].
Известно, что передача сигнала в глутаматер-гических синапсах осуществляется рецепторно-трансмиттерными системами, одним из центральных компонентов которых являются ионотропные глутаматные рецепторы N-метил D-аспартата (glutamate receptor, ionotropic, N-methyl D-aspartate (NMDA) — GRIN), а-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionate acid (AMPA) receptors/glutamate receptor, ionotropic — AMPAR/ GRIA) и каината. В функционировании рецептор-но-трансмиттерных систем также принимают участие Са2+/кальмодулинзависимая протеинкиназа II (calcium/calmodulin-dependent protein kinase II — CAMK2/CaM-KII), discs, большой гомолог-4 (discs, large homolog-4 — DLG4/PSD-95) и протеин-1, активирующий Ras-GTPазу (synaptic Ras GTPase activating protein-1 — SYNGAP-1) постсинаптиче-ской зоны. Ионотропные глутаматные рецепторы NMDA регулируют транспорт ионов Na+, K+ и Ca2+, а рецепторы AMPA — транспорт только ионов Na+ и K+ и передают быстрые возбуждающие сигналы [31]. Количество GRIA на постсинаптической мембране зависит от активности протеина ARC и эфексина-5, которые определяют скорость интернализации этих рецепторов [7, 67].
Недостаточность активности протеина E6AP/ UBE3A обусловливает снижение протеасомной деградации протеинов ARC, эфексина-5 и избыточное их накопление в дендритных шипах, что приводит к снижению представительства AMPAR/GRIA и, как следствие, к нарушению синаптической пластичности — способности нейронов изменять и адаптировать синаптическую активность в зависимости от внешних воздействий. В норме адекватное содержание протеинов ARC и эфексина-5 обеспечивает равновесное состояние процессов синтеза и деградации AMPAR/GRIA, поддерживая необходимое представительство рецепторов AMPAR/GRIA в постсинаптической плотности [62]. Рецепторы AMPAR/GRIA являются важнейшими молекулярными компонентами механизмов синаптической пластичности. Рецепторы AMPAR/GRIA представляют тетрамерные лиганд-зависимые ионные каналы, в формировании которых участвуют четыре рецепторных субъединицы (GluR1—GluR4). Большинство AMPAR/GRIA-нейронов головного мозга являются гетеротетрамерами, состоящими из GluR1- и GluR2-димеров [18]. Согласно модели синаптического скейлинга, изменение активности постсинаптического нейрона обусловлено модификацией синаптических входов. Физиологическая сущность синаптического скейлинга заключается в том, что сила синаптической передачи увеличивается при снижении и после полного подавления нейрональной активности. Изменения синаптиче-ского входа могут влиять на интегративные свойства синапсов и потенциально модулировать синап-
тическую пластичность. Синаптический скейлинг в постсинаптическом нейроне сопровождается перестройкой передачи импульса, в частности изменением амплитуды миниатюрных возбуждающих постсинаптических токов, опосредованных AMPAR/GRIA. Эти изменения часто сопряжены с изменением состава и представительства синап-тических AMPAR/GRIA [1]. Рецепторы AMPAR/ GRIA играют важнейшую роль в развитии долговременной синаптической потенциации (long-term potentiation — LTP), которая характеризуется сохранением активности синапса на протяжении нескольких часов или суток после его кратковременной активации, и долговременной синаптической депрессии (long-term depression — LTD), проявляющейся снижением синаптической передачи после периода активности синапса [5, 44].
Различают раннюю и позднюю фазы LTP. Ранняя фаза LTP, как правило, длится 1—2 часа после индукции LTP и сопровождается посттрансляционными модификациями уже существующих протеинов и отсутствием синтеза новых протеинов. Ранняя фаза LTP обусловлена тем, что после связывания с глутаматом, который высвободился из пресинаптического нейрона, открываются каналы AMPAR/GRIA, пропускающие ионы Na+ внутрь клетки, что приводит к снижению мембранного потенциала. Снижение мембранного потенциала способствует активации рецепторов NMDA за счет высвобождения ионов магния. Активацию рецепторов NMDA обусловливает приток Ca2+ в клетку. Повышение уровня внутриклеточного содержания ионов Ca2+ изменяет активность множества сигнальных путей, функционирующих в постсинаптическом пространстве. Повышение внутриклеточной концентрации ионов Ca2+ сопровождается активацией протеинкиназы CaM-KII, экстрацеллюлярной сигнал-регулируемой протеинкиназы (extracellular signal-regulated protein kinase — ERK), протеинкиназы A (protein kinases A — PKA) и протеинкиназы С (protein kinases С — РКС). Данные сигнальные пути участвуют в регуляции эндосомальной интер-нализации рецепторов AMPAR/GRIA и модуляции динамики актинового цитоскелета в дендритных шипах. Их активация приводит к увеличению представления рецепторов AMPAR/GRIA на постсинап-тической мембране и транзиторному расширению поверхности дендритных шипов [8, 48]. Для формирования стабильной поздней LTP, которая длится многие часы или даже дни, требуются экспрессия новых генов и синтез протеинов [65]. Первый период синтеза протеинов происходит в течение первых двух часов после индукции LTP. Поздняя LTP связана со стабильной реконструкцией постсинап-тической плотности (мембран-ассоциированного большого мультибелкового комплекса), увеличения уже существующих дендритных шипов, а также de novo формирования синапсов [9].
В основе LTD лежит уменьшение молекулярного представительства рецепторов AMPAR/GRIA
в постсинаптических участках дендритных шипов. Долговременная синаптическая депрессия может быть вызвана активацией метаботропных глута-матных рецепторов (mGluR) и NMDAR. Выраженность LTD зависит от активации фосфатаз — серин-треониновой фосфатазы (serine-threonine protein phosphatase — PP1), кальциневрина — и сопровождается удалением AMPAR/GRIA с постсинап-тической мембраны. Долговременные LTP и LTD ассоциированы с механизмами памяти и забывания [5, 39].
Избыточное накопление протеинов Arc и эфек-сина-5 обусловливает ускорение интернализации рецепторов AMPAR/GRIA, которое сопровождается уменьшением их представительства на постси-наптических участках, что приводит к существенному дефициту LTP и усилению LTD [62, 68].
В эксперименте показано, что AS сопровождается усилением экспрессии гена Arc. Изменения экспрессии гена Arc ассоциированы с проявлениями и некоторых других заболеваний (табл. 3) [33].
Протеин Arc через взаимодействие с другими белками участвует в регуляции синаптической пластичности [63]. В частности, протеин Arc образует комплекс с эндорфином и динамином, который способствует увеличению скорости эндоцитоза ионотропных глутаматных рецепторов AMPAR/ GRIA. Комплекс протеина Arc с динамином расщепляет рецептор протеина Notch, активируя Notch-ассоциированные сигнальные пути, которые также участвуют в поддержании синаптической пластичности. Ключевое значение протеина Arc в поздней фазе LTP и LTD подчеркивает его функциональную роль как в процессе обучения, так и в формировании долгосрочной памяти [45]. Показано, что высокий уровень содержания протеина Arc в области CA1 гиппокампа сопровождается потерей долгосрочной памяти у взрослых особей крыс [26]. РНК Arc появ-
ляется в ядре нейрона через несколько минут после нейронной активации клетки и удерживается в цитоплазме около 30 минут, высокая концентрация и длительное ее сохранение, вероятно, поддерживают неадекватное возбуждение нейрона. Экспериментальные крысы с высоким уровнем экспрессии гена Arc в нейронах гиппокампа отличаются более медленным темпом обучения [43].
Другим механизмом, который обусловливает дефицит LTP при AS, является аномальное фосфо-рилирование Thr286 и Thr305 молекулы CAMK2, которое ингибирует ее активность. Низкая активность CAMK2 приводит к недостаточному фосфорилиро-ванию субъединиц AMPAR, тем самым уменьшая проводимость ионных каналов. Са2+/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II имеет решающее значение в индукции LTP, определяющей долгосрочную память [71].
Установлено, что у мышей со сниженной экспрессией гена UBE3A в нейронах Пуркинье наблюдается повышение активности комплекса 1 серин-треониновой киназы mTOR (mammalian target of rapamycin complex 1 — mTOR C1) и уровня фосфо-рилирования его субстрата — S6 киназы-1 (S6K-1) в сочетании со снижением активности mTORC2 и уровня фосфорилирования его субстратов — AKT и N-Myc [23]. Известно, что серин-треониновая ки-наза mTOR может взаимодействовать с протеинами Raptor (regulatory associated protein of mTOR) и Rictor (rapamycin-insensitive companion of mTOR). Взаимодействие mTOR с протеином Raptor приводит к образованию чувствительного к действию рапамицина комплекса mTORC1, а с не чувствительным к действию рапамицина протеином Rictor — комплекса mTORC2. Комплекс mTORC1 также содержит про-лин-богатый Akt/PKB-субстрат 40 кДа (proline-rich Akt/PKB-substrate 40 kD — PRAS40), а комплекс mTORC2 — протеин, взаимодействующий с SAPK1
Таблица 3. Изменение экспрессии гена Arc в нейронах при некоторых заболеваниях и ассоциация экспрессии гена Arc с функциями головного мозга [45]
Заболевания/процессы Модель Эффекты
AS Мыши с нокаутом гена Ube3a Повышенная экспрессия генов Arc и GluAl
Болезнь Альцгеймера Трансгенные мыши, экспрессирую-щие предшественник бета-амилоида (amyloid precurosor protein — hAPP) Повышенная экспрессия гена Arc
Алкоголь-индуцированная пластичность Мыши с нокаутом гена Arc Экспрессия гена Arc после приема алкоголя
Старение Старые крысы Метилирование гена Arc и подавление экспрессии
Консолидация памяти Мыши с нокаутом гена Arc в гип-покампе, миндалине или передней поясной коре Нарушение консолидации памяти во время пространственного обучения и развития вкусовых отвращений
Обратное уплотнение памяти Мыши с нокаутом гена Arc в латеральном ядре миндалевидного тела Нарушение возникновения страха, кондиционирования в фазе реактивации памяти
Возбудимость нейрональной сети Мыши с нокаутом гена Arc Снижение ЭЭГ-активности
(SAPK interacting protein-1 — SIN1), и белок Protor (protein observed with rictor). Комплекс mTORC1, активируя киназу S6K (ribosomal protein S6 kinase) и репрессируя протеин, связывающий фактор инициации трансляции eIF4E, 4E-BP (eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1), участвует в регуляции трансляции. Таким образом, комплекс mTORC1 является ключевым регулятором синтеза протеинов и роста клеток, а также необходим для формирования долговременной памяти. Комплекс mTORC2 возбуждает сигнальные пути, которые участвуют в поддержании цитоскелета клетки [35]. Основным физиологическим эффектом активации mTORC1 в постсинаптической плотности является повышение высвобождения нейромедиаторов из пресинаптических нейронов [47]. Так, установлено, что гиперактивация mTORC1 сопровождается общим увеличением пресинаптического высвобождения как возбуждающего, так и тормозящего ней-ромедиатора — глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) соответственно [75]. Следует отметить, что гиперактивация mTORC1 не приводит к изменениям LTP или LTD [32]. Однако высокий уровень mTORC1 коррелирует с инициацией судорог, а ингибиторы mTORC1 обладают противоэпи-лептической активностью [49, 54].
Комплекс mTORC2 необходим для стабилизации ряда таких AGC киназ, как AKT, PKC и SGK1, в связи с чем отсутствие mTORC2 (нокаут гена Rictor) не совместимо с жизнью [15]. Wei Huang и соавт. [38] показали, что специфическое удаление mTORC2 в возбуждающих нейронах, локализующихся в лим-бической и корковых областях, исключает возможность развития поздней фазы LTP и сопровождается ухудшением эффективности обучения, активности долгосрочной памяти. Делеция гена Rictor в нейронах переднего мозга мышей сопровождается значительным снижением активности mTORC2 в сочетании с ингибированием полимеризации F-актина. Авторы считают, что mTORC2 является потенциальной мишенью для возможных терапевтических средств, которые могли бы быть использованы для лечения когнитивных расстройств.
Таким образом, когнитивный дефицит при AS обусловлен тем, что отсутствие E6AP/UBE3A приводит к невозможности модулировать активность синапсов или перелокализовывать синапсы в соответствии с требованиями деятельности.
Дефицит убиквитинлигазы E6AP/UBE3A сопровождается накоплением саксина. Показано, что мутация c.11,104A > G гена SACS, которая приводит к образованию аномального протеина саксина, лишенного сайтов связывания с убиквитинлигазой E6AP/UBE3A, фенотипически проявляется ауто-сомно-рецессивной спастической атаксией Шар-левуа — Сагене (autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix — Saguenay — ARSACS) [34].
Учитывая, что наиболее часто у больных с AS делецированная часть области q11-q13 хромосомы 15 содержит кластер генов трех субъединиц а5,
р3 и у3 рецептора A гамма-аминомасляной кислоты (gamma-aminobutyric acid (GABA) A receptor — GABR), развитие судорожного синдрома у данных пациентов связывают с дисфункцией GABR [25, 55]. ГАМК образуется при декарбоксилировании глутаминовой кислоты глутаматдекарбоксилазой. ГАМК активизирует два основных типа рецепторов: GABR, которые функционируют как хлоридные каналы, и чувствительные к баклофену метаботроп-ные рецепторы GABRB [28, 74]. Рецепторы GABR представляют собой пентамерные каналы, состоящие из различных комбинаций нескольких субъединиц: а (1-6), р (1-3), у (1-3), 8, е, 0, га. Обязательными компонентами GABR являются четыре субъединицы — две а- и две р-цепи, пятая субъединица может принадлежать к любому другому классу субъединиц. Сочетание субъединиц определяет фармакологические и фармакокинетические свойства, в том числе профиль агонистов, аффинитет к аллостерическим модуляторам или антагонистам и субклеточную локализацию. Сайт связывания GABR формируют а- и р-субъединицы [53]. Активация GABR оказывает ингибирующее действие на активность нейронов. В упрощенном виде действие ГАМК может быть представлено в виде следующей последовательности событий: возбуждение GABR ^ импорт ионов Cl- в нейрон ^ гиперполяризация клетки ^ ингибирование нейропередачи. Дисфункция GABR приводит к нарушению притока в клетку ионов Cl-, что обусловливает неконтролированное повышение активности нейронов и развитие судорожного синдрома. Наиболее существенным фактором, определяющим развитие судорог, является делеция гена GABRB3 или нарушение функционирования субъединицы р3 GABR [69, 70].
Дефицит протеина E6AP/UBE3A также приводит к увеличению репрессорного фактора REST (RE1-silencing transcription factor) [69, 70]. Протеин REST первоначально был идентифицирован как фактор транскрипции, который подавляет гены, содержащие репрессорный элемент-1/нейрон, ограничивающий сайленсорный элемент (RE1/ NRSE) cis-регуляторной последовательности ДНК-промоторной области [3]. В связи с этим повышенная концентрация репрессорного фактора REST в нейронах приводит к подавлению транскрипции гена GABRB3, в результате которой возникает дисфункция GABR, фенотипически проявляющаяся когнитивными расстройствами и судорожным синдромом [69, 70].
Shu-qun Shi и соавт. [64] установили, что дефицит E6AP/UBE3A может приводить к нарушению циркадного ритма, который обусловлен увеличением представительства протеинов BMAL1 (brain-muscle-arnt-like protein- 1)/ARNTL (aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like 1) и BMAL2/ARNTL2. В настоящее время идентифицирован 21 ген, участвующий в поддержании циркадных ритмов организма человека (CLOCK, NPAS2, ARNTL1, ARNTL2, PER1, PER2, PER3,
B.L. Bloodgoodet al.//Cell. - 2010, Mar 5. - 140(5). - 704-16. -doi: 10.1016/j.cell.2010.01.026.
34. Gregianin E. A novel SACS mutation results in non-ataxic spastic paraplegia and peripheral neuropathy / E. Gregianin, G. Vaz-za, E. Scaramel//Eur. J. Neurol. - 2013Nov. - 20(11). - 148691. - doi: 10.1111/ene.12220.
35. Hoeffer C.A., Klann E. mTORsignaling: at the crossroads of plasticity, memory and disease // Trends Neurosci. - 2010 Feb. -33(2). - 67-75. - doi: 10.1016/j.tins.2009.11.003.
36. Horsthemke B., Buiting K. Genomic imprinting and imprinting defects in humans //Adv. Genet. - 2008. - 61. - 225-46. - doi: 10.1016/S0065-2660(07)00008-9.
37. Huang W. Circadian rhythms, sleep, and metabolism / W. Huang, K.M. Ramsey, B. Marcheva, J. Bass// J. Clin. Invest. -2011 Jun. - 121(6). - 2133-41. - doi: 10.1172/JCI46043.
38. Huang W. mTORC2 controls actin polymerization required for consolidation of long-term memory / W. Huang, P.J. Zhu, S. Zhang et al. // Nat. Neurosci. - 2013 Apr. - 16(4). - 441-8. -doi: 10.1038/nn.3351.
39. Huganir R.L., Nicoll R.A. AMPARs and synaptic plasticity: the last 25years// Neuron. - 2013, Oct 30. - 80(3). - 704-17. -doi: 10.1016/j.neuron.2013.10.025.
40. Irwin S.A. Abnormal dendritic spine characteristics in the temporal and visual cortices of patients with fragile-X syndrome: a quantitative examination / S.A. Irwin, B. Patel, M. Idpuulapati et al. //Am. J. Med. Genet. - 2001, Jan 15. - 98(2). - 161-7. -doi: 10.1002/1096-8628(20010115)98:2<161::AID-AJMG1025> 3.0.C0;2-B.
41. Jana N.R. Understanding the pathogenesis of Angelman syndrome through animal models // Neural. Plast. - 2012. - 2012. -710943. - doi: 10.1155/2012/710943.
42. Jiang M. Dendritic arborization and spine dynamics are abnormal in the mouse model of MECP2 duplication syndrome / M. Jiang, R.T. Ash, S.A. Baker et al. // J. Neurosci. - 2013, Dec 11. -33(50). - 19518-33. - doi: 10.1523/JNEUR0SCI.1745-13.2013.
43. Kelly M.P., Deadwyler S.A. Experience-dependent regulation of the immediate-early gene arc differs across brain regions // J. Neurosci. - 2003, Jul 23. - 23(16). - 6443-51. - PMID: 12878684.
44. Kessels H.W., Malinow R. Synaptic AMPA receptor plasticity and behavior//Neuron. - 2009, Feb 12. - 61(3). - 340-50. - doi: 10.1016/j.neuron.2009.01.015.
45. Korb E., Finkbeiner S. Arc in synaptic plasticity: from gene to behavior // Trends Neurosci. - 2011 Nov. - 34(11). - 591-8. -doi: 10.1016/j.tins.2011.08.007.
46. Kuhnle S. Role of the ubiquitin ligase E6AP/UBE3A in controlling levels of the synaptic protein Arc / S. Kuhnle, B. Mothes, K. Matentzoglu, M. Scheffner// Proc. Natl Acad. Sci USA. - 2013, May 28. - 110(22). - 8888-93. - doi: 10.1073/pnas.1302792110.
47. Lipton J.O., Sahin M. The neurology of mTOR //Neuron. - 2014, Oct 22. - 84(2). - 275-91. - doi: 10.1016/j.neu-ron.2014.09.034.
48. Lisman J., Yasuda R., Raghavachari S. Mechanisms of CaMKII action in long-term potentiation // Nat. Rev. Neurosci. -2012, Feb 15. - 13(3). - 169-82. - doi: 10.1038/nrn3192.
49. Liu J. Evidence for mTOR pathway activation in a spectrum of epilepsy-associated pathologies / J. Liu, C. Reeves, Z. Michalak, A. Coppola, B. Diehl, S.M. Sisodiya, M. Thom // Acta Neuropathol Commun. - 2014, Jul8. - 2. - 71. - doi: 10.1186/2051-5960-2-71.
50. Meng L. Towards a therapy for Angelman syndrome by targeting a long non-coding RNA / L. Meng, A.J. Ward, S. Chun,
C.F. Bennett, A.L. Beaudet, F. Rigo // Nature. - 2015, Feb 19. -518(7539). - 409-12. - doi: 10.1038/nature13975.
51. Meng L., Person R.E., Beaudet A.L. Ube3a-ATS is an atypical RNA polymerase II transcript that represses the paternal expression of Ube3a // Hum. Mol. Genet. - 2012, Jul 1. -21(13). - 3001-12. - doi: 10.1093/hmg/dds130.
52. Mertz L.G. Angelman syndrome in Denmark. birth incidence, genetic findings, and age at diagnosis / L.G. Mertz,, R. Christensen, I. Vogel, J.M. Hertz, K.B. Nielsen, K. Grnnskov, J.R.. 0stergaard // Am. J. Med. Genet. A. - 2013 Sep. - 161A(9). - 2197-203. - doi: 10.1002/ajmg.a.36058.
53. Olsen R.W., Sieghart W. International Union of Pharmacology. LXX. Subtypes of gamma-aminobutyric acid(A) receptors:
classification on the basis of subunit composition, pharmacology, and function. Update// Pharmacol. Rev. — 2008 Sep. — 60(3). — 24360. — doi: 10.1124/pr.108.00505.
54. Ostendorf A.P., WongM. mTOR inhibition in epilepsy: rationale and clinical perspectives// CNS Drugs. — 2015 Feb. — 29(2). — 91-9. — doi: 10.1007/s40263-014-0223-x.
55. Pelc K. Epilepsy in Angelman syndrome/K. Pelc, S.G. Boyd, G. Cheron, B. Dan//Seizure. — 2008Apr. — 17(3). — 211-7. — doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.seiz,ure.2007.08.004.
56. Ramsden S.C. Practice guidelines for the molecular analysis of Prader-Willi and Angelman syndromes / S.C. Ramsden, J. Clayton-Smith, R. Birch, K. Buiting// BMC Med. Genet. — 2010, May 11. — 11. — 70. — doi: 10.1186/1471-2350-11-70.
57. Robinson W.P. Somatic segregation errors predominantly contribute to the gain or loss of a paternal chromosome leading to uni-parental disomy for chromosome 15/W.P. Robinson, S.L. Christian,
B.D. Kuchinka et al. // Clin. Genet. — 2000 May. — 57(5). — 34958. — doi: 10.1034/j.1399-0004.2000.570505.x
58. Ronchi V.P. The active form of E6-associated protein (E6AP)/UBE3A ubiquitin ligase is an oligomer / V.P. Ronchi, J.M. Klein, D.J. Edwards, A.L. Haas // J. Biol. Chem. — 2014, Jan 10. — 289(2). — 1033-48. — doi: 10.1074/jbc.M113.517805.
59. Rosenfeld J.A. Deletions flanked by breakpoints 3 and 4 on 15q13 may contribute to abnormal phenotypes / J.A. Rosenfeld, L.E. Stephens, J. Coppinger et al. // Eur. J. Hum. Genet. — 2011 May. — 19(5). — 547-54. — doi: 10.1038/ejhg.2010.237.
60. Rotin D., Kumar S. Physiological functions of the HECT family of ubiquitin ligases // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. — 2009 Jun. — 10(6). — 398-409. — doi: 10.1038/nrm2690.
61. Sadikovic B. Mutation Update for UBE3A variants in Angelman syndrome / B. Sadikovic, P. Fernandes, V.W. Zhang et al. //Hum. Mutat. — 2014 Dec. — 35(12). — 1407-17. — doi: 10.1002/humu.22687.
62. Scheiffele P., Beg A.A. Neuroscience: Angelman syndrome connections//Nature. — 2010, Dec 16. — 468(7326). — 907-8. doi: 10.1038/468907a.
63. Shepherd J.D., Bear M.F. New views of Arc, a master regulator of synaptic plasticity // Nat. Neurosci. — 2011 Mar. — 14(3). — 279-84. — doi: 10.1038/nn.2708.
64. Shi S.Q. Ube3a imprinting impairs circadian robustness in Angelman syndrome models / S.Q. Shi, T.J. Bichell, R.A. Ihrie,
C.H. Johnson // Curr. Biol. — 2015, Mar 2. — 25(5). — 537-45. — doi: 10.1016/j.cub.2014.12.047.
65. Sossin W.S., Lacaille J.C. Mechanisms of translational regulation in synaptic plasticity // Curr. Opin. Neurobiol. — 2010 Aug. — 20(4). — 450-6. — doi: 10.1016/j.conb.2010.03.011.
66. Spratt D.E., Walden H., Shaw G.S. RBR E3 ubiquitin ligases: new structures, new insights, new questions//Biochem. J. — 2014, Mar 15. — 458(3). — 421-37. — doi: 10.1042/BJ20140006.
67. Steward O. Localization and local translation of Arc/Arg3.1 mRNA at synapses: some observations and paradoxes / O. Steward, S. Farris, P.S. Pirbhoy, J. Darnell, S.J. Driesche // Front. Mol. Neurosci. — 2015, Jan 12. — 7. — 101. — doi: 10.3389/fn-mol.2014.00101.
68. Tai H.C., Schuman E.M. Preview. Angelman syndrome: finding the lost arc // Cell. — 2010, Mar 5. — 140(5). — 608-10. — doi: 10.1016/j.cell.2010.02.019.
69. Tanaka M. Effects on promoter activity of common SNPs in 5' region of GABRB3 exon 1A / M. Tanaka, J.N. Bailey, D. Bai, Y. Ishikawa-Brush, A.V. Delgado-Escueta, R.W. Olsen // Epilepsia. — 2012 Aug. — 53(8). — 1450-6. — doi: 10.1111/j. 1528-1167.2012.03572.x.
70. Tanaka M. GABRB3, Epilepsy, and Neurodevelopment / M. Tanaka, T.M. DeLorey, A. Delgado-Escueta, R.W. Olsen // No-ebels J.L., Avoli M., Rogawski M.A., Olsen R.W., Delgado-Escueta A.V. Jasper's Basic Mechanisms of the Epilepsies [Internet]. — 4th edition. — Bethesda (MD): National Center for Biotechnology Information (US), 2012.
71. van Woerden G.M. Rescue of neurological deficits in a mouse model for Angelman syndrome by reduction of alphaCaMKII inhibitory phosphorylation/ G.M. van Woerden, K.D. Harris, M.R. Hoj-jati et al. // Nat. Neurosci. — 2007 Mar. — 10(3). — 280-2. — doi:10.1038/nn1845.
72. Vande Pol S.B., Klingelhutz A.J. Papillomavirus E6 oncoproteins // Virology. — 2013 Oct. — 445(1-2). — 115-37. — doi: 10.1016/j.virol.2013.04.026.
73. WangF, Lerman A., Herrmann J. Dysfunction of the ubiqui-tin-proteasomesystem in atherosclerotic cardiovascular disease//Am. J. Cardiovasc. Dis. — 2015, Mar 10. — 5(1). — 83-100.
74. Wang P. Neuronalgamma-aminobutyric acid (GABA) type A receptors undergo cognate ligand chaperoning in the endoplasmic reticulum by endogenous GABA/ P. Wang, R.S. Eshaq, C.K. Meshul,
C. Moore, R.L. Hood, N.J. Leidenheimer//Front. Cell. Neurosci. — 2015, May 18. — 9. — 188. — doi: 10.3389/fncel.2015.00188.
75. Weston M.C., Chen H., Swann J.W. Multiple roles for mammalian target of rapamycin signaling in both glutamater-gic and GABAergic synaptic transmission // J Neurosci. — 2012, Aug 15. — 32(33). — 11441-52. — doi: 10.1523/JNEUR0-SCI.1283-12.2012.
OTpuMaHO 26.12.14 ■
Абатуров O.e., Петренко A.A., Кривуша O.A. Д3 «Днпропетровсыка мелична акалем!я М1н1стерства охорони злоров'я Украни»
СИНДРОМ АНГЕЛЬМАНА Частина 1 (етюлопя та патогенез)
Резюме. У статп наведет сучасш уявлення про меха-шзми генетичних змш при синдромi Ангельмана. Стаття мiстить дат про частоту зустрiчальностi та ризику успад-кування рiзних генетичних дефекпв у хворих iз синдромом Ангельмана. Представлено патогенетичш основи розвитку основних клшчних проявiв синдрому Ангельмана: судомного синдрому, когштивного дефщиту, розла-дiв поведшки, порушення балансу часу бадьоросп та сну, трофiчних порушень. Показано, що змши експреси гена Arc не тшьки асоцшоваш iз синдромом Ангельмана, але й супроводжують i деяы iншi захворювання.
Kro40Bi слова: синдром Ангельмана.
AbaturovA.Ye., Petrenko L.L., Krivusha Ye.L.
State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy
of Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipropetrovsk, Ukraine
ANGELMAN SYNDROME Part 1 (Etiology and Pathogenesis)
Summary. The paper presents the current understanding of the mechanisms of genetic changes in Angelman syndrome. This article contains the data on the prevalence and the risk of inheritance of different genetic defects in patients with Angelman syndrome. Pathogenetic basis for the development of the main clinical manifestations of Angelman syndrome: seizures, cognitive deficit, behavioral disorders, imbalance in wakefulness and sleep hours, trophic disorders — are described. It is shown that changes in Arc gene expression are associated not only with Angelman syndrome but also with some other diseases.
Key words: Angelman syndrome.
