«Болезнь Хокинга» объяснили появлением четырехспиральной ДНК
Квадруплекс ДНКИзображение: Julian Huppert
Ученые из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе установили молекулярно-генетический механизм, который лежит в основе возникновения «болезни Стивена Хокинга»(бокового амиотрофического склероза) и некоторых других нейродегенеративных заболеваний. Работа ученых опубликована в Nature, кратко о ней можно прочитать в редакционной статье издания.
Биологи обнаружили, что болезнь развивается в результате появления в клетках большого количества четырехспиральной ДНК и РНК в гене C9orf72. Сам по себе ген, мутация в котором связана с развитием болезни, был уже установлен ранее. Однако до сих пор ученые не знали, как именно множественные повторы нуклеотидов GGGGCC приводят к поломке гена. Загадочность этого явления связана с тем, что эти повторы появляются только в интронах — некодирующей части ДНК. Последовательности интронов вырезаются из РНК-копии гена во время ее созревания, и, следовательно, никак не влияют на последовательность аминокислот белка.
Оказалось, что множественные повторы в C9orf72 приводят к тому, что ДНК из канонической двуспиральной Уотсон-Криковой формы превращается в четырехспиральную (квадруплекс, «Лента.ру» о такой структуре уже писала). РНК-полимераза, которая пытается сделать копию с такой ДНК, сначала останавливается, а затем «сходит с рельс». В результате этого образуется большое количество недоделанных укороченных РНК-копий этого гена, которые тоже приобретают четырехспиральную структуру. Они связывают на себя некоторые важные белки, в том числе и те, которые в норме отвечают за созревание рибосом. В результате, синтез белков в клетке оказывается почти парализованным.
Ученые пока не могут ответить на вопрос от том, как именно все эти молекулярные изменения в конце концов приводят к деградации нейронов. Это может быть опосредовано как недостаточной работой самого гена C9orf72 (так как ему не удается экспрессироваться в полной рабочей форме), так и с тем эффектом, который оказывают на клетку многочисленные РНК-квадруплексы. Тем не менее, определение молекулярного механизма того, как повторы в некодирующей части гена могут приводить к его поломке, имеет очень важное значение. Подобные мутации могут быть связаны не только с «болезнью Хокинга», но и с болезнями Альцгеймера и Хантингтона.
Боковой амиотрофический склероз называется также болезнью Лу Герига или мотонейронной болезнью Шарко. Она поражает мотонейроны, то есть нейроны, отвечающие за иннервацию мышц. В результате гибели нервных клеток развивается мышечная атрофия, что приводит к параличу. Больной обычно умирает в течение трех-семи лет от отказа дыхательной мускулатуры. Британский физик Стивен Хокинг, один из самых известных пациентов с БАС — один из двух человек в мире, болезнь которых со временем стабилизировалась.
