Болезнь Альцгеймера (БА) можно разделить на БА с ранним началом (EOAD) и БА с поздним началом (LOAD) в возрасте 65 лет, причем на LOAD приходится около 94% случаев. （AD также можно разделить на семейное AD (FAD) и спорадическое AD (SAD). FAD преобладает при EOAD, в то время как SAD преобладает при LOAD.
Мутационные исследования FAD
Ранний FAD в основном аутосомно-доминантный, характеризуется низкой заболеваемостью, ранним началом, быстрым прогрессированием и тяжелыми последствиями. Изучение БА вошло в новую область молекулярной генетики.
Около 50% СМАД вызвано мутациями в APP и трех генах, пресенилинах 1 (PS1) и 2 (PS2), расположенных на хромосоме 14. Среди них семейная БА, вызванная мутацией APP, составляет 10%-15%, мутация PS1 — 70%-85%, а мутация PS2 — менее 5%. В настоящее время известно более 231 патогенной мутации в этих трех генах, в том числе 185 в PS1, 13 в PS2 и 33 в APP, и каждый год в базе данных мутаций АД появляются новые мутации.
Мутации в гене APP
Белок APP, кодируемый геном APP, перерабатывается и гидролизуется с образованием β-амилоида (Aβ). В патологических условиях APP катаболизируется β-секретазой и γ-секретазой с образованием Aβ40 и Aβ42, из которых Aβ42 тесно связан с отложением Aβ и дегенерацией нейронов в мозге пациентов с БА.
Большинство мутаций в гене APP расположены в местах расщепления секретозы в экзонах 16 и 17 или в трансмембранной области APP, и мутации могут быть выявлены путем анализа последовательности экзонов 16 и 17 или секвенирования всей кодирующей области.
Мутации APP изменяют процессинг APP, что приводит к производству Aβ42 с нейротоксическим эффектом и уменьшению количества Aβ40. Этот процесс может избирательно способствовать апоптозу или гибели некоторых нейрональных клеток, запуская многочисленные патологические механизмы, что в конечном итоге приводит к развитию БА. Например, миссенс
мутации APP Swedish (APPswe: APPK670N и M671L), мутация London (APPlon: APP V717I) и L723P, обнаруженные в австралийских семьях, могут привести к повышению уровня Aβ42 и развитию БА.
Мутации гена PS1
Гены PS1 и PS2 кодируют белки PS, которые являются важными компонентами γ-секретазы и играют важную роль в производстве Aβ.
Мутации PS1 являются наиболее важной причиной раннего начала ФАД. Мутации PS1 вызывают делецию домена гидрофильной петли кодируемого белка, что приводит к изменению его конформации, которая, в свою очередь, влияет на активность γ-секретазы и увеличивает продукцию Aβ42.
Большинство мутаций PS1 являются миссенс-мутациями и могут быть обнаружены путем секвенирования кодирующей области и соответствующих интронов. Группа Цзя Цзяньпина из больницы Сюаньву Столичного медицинского университета выявила две новые мутации PS1 (миссенс-мутации Val97Leu и Ala136Gly) у 218 членов семи ханьских семей с БА и создала трансгенную модель мыши с Val97Leu для первичного подтверждения их патогенности.
Мутация гена PS2
Белок PS2 имеет высокую степень гомологии (80,5%) с PS1, который также участвует в расщеплении Aβ. Мутации гена PS2 имеют меньший эпистаз по сравнению с PS1 и поэтому могут быть изменены другими генами или подвержены влиянию факторов окружающей среды.
PS2 может влиять на процесс гидролиза APP посредством воздействия на С-концевую пептидную гидролазу, вызывая повышенную продукцию агрегированного Aβ42 и его отложение, формируя нейровоспалительные пятна, а также повышая внутриклеточный кальций, усиливая продукцию кислородных радикалов и способствуя снижению мембранного потенциала митохондрий, вызывая тем самым апоптоз.
Мутации PS2 были выявлены лишь в нескольких семьях, в то время как мутации PS1 были выявлены в нескольких сотнях семей, и мутации гена PS2 часто выявляются путем секвенирования кодирующей области для обнаружения миссенс-мутаций.
Новые гены, вызывающие ФАД, которые предстоит обнаружить
Мутации APP, PS1 и PS2 не были обнаружены примерно в половине линий FAD, что говорит о том, что многие новые патогенные гены еще предстоит обнаружить. Традиционные методы анализа сцепления и клонирования in situ затрудняют поиск новых патогенных генов, а с учетом высокой частоты мутаций в экзонах при генетических заболеваниях секвенирование целого генома намного проще, экономичнее и эффективнее, чем секвенирование всего генома.
Цельноэкзомное секвенирование относится к методу геномного анализа, который использует технологию захвата последовательности для захвата и обогащения ДНК из экзонных областей всего генома, а затем выполняет высокопроизводительное секвенирование всех экзонов, которое постепенно и широко используется для поиска генов причин или генов предрасположенности в менделевских наследственных заболеваниях и других сложных заболеваниях.
Поэтому совместное применение методов полноэкзомного секвенирования и анализа связей для изучения семей с БА может привести к выявлению новых причинных генов ФАД и позволит продолжить изучение их патогенетических механизмов.
Изучение генетических вариантов при САД
Этиология САД сложна и включает генетические, экологические, метаболические и вирусные факторы. Ген аполипопротеина Е (APOE) в настоящее время является единственным признанным геном предрасположенности к САД.
Полиморфизмы гена APOE
APOE включает три аллеля ε2, ε3 и ε4, из которых ε2 играет защитную роль, снижает риск развития СД и задерживает возраст начала заболевания; ε4 является фактором риска развития СД и имеет дозозависимую связь с заболеваемостью СД.
Аллель APOEε4 участвует в регуляции выработки Аβ и влияет на клиренс Аβ астроцитами и нейронами, способствуя образованию амилоида и его отложению в мозге, что в дальнейшем приводит к нейровоспалительным очагам и гибели нейронов.
В то же время белок APOE4 неэффективно поддерживает связи белка тау с микротрубочками, что приводит к аномальному фосфорилированию белка тау, снижающему способность к сборке микротрубочек. Возникающее нарушение аксоплазматического потока приводит к накоплению передатчиков и некоторых компонентов нейронов, которые не успевают быстро деградировать внутри пораженных нейронов, что приводит к снижению неврологической функции и потере вплоть до разрушения нейронов.
Другие гены предрасположенности к SAD
Аллель APOEε4 объясняет менее 50% генетических вариаций при САД, что позволяет предположить наличие других генетических факторов, участвующих в патогенезе БА.
Группа Цзя проверила полиморфные локусы более чем 20 генов-кандидатов, вовлеченных в различные аспекты патогенеза БА, особенно в производство, деградацию, клиренс и отложение белка Aβ и метаболизм белка тау, включая промоторные области, кодирующие области и некоторые некодирующие области. В результате были определены APP, PS1, PS2, β-секретаза (BACE1), усилитель прогерина 2 (PEN-2), дефектный протеин 1 (APH-1), Никастрин, фермент, разрушающий инсулин (IDE), белок, связанный с рецептором липопротеина низкой плотности (LRP) и α2M как гены генетической предрасположенности к САД в китайской популяции Хань; Также были определены связанные генетические Более 20 генетических локусов восприимчивости были идентифицированы, и более 10 локусов вариантов промоторной области были обнаружены, чтобы быть вовлеченными в патогенез AD путем изменения транскрипционной активности генов, что приводит к аномальному метаболизму Aβ и тау.
САД — сложное генетическое заболевание, и вполне вероятно, что к развитию болезни приводит совместное действие нескольких локусов на разных хромосомах. Один или несколько вариантов могут иметь лишь слабые генетические эффекты, поэтому методами исследования одногенной ассоциации трудно выявить все распространенные варианты. Именно по этой причине подавляющее большинство генетических полиморфных локусов не подтверждено в различных популяциях. Поэтому по-прежнему существует острая необходимость в дальнейших углубленных генетических исследованиях САД, что важно для полного раскрытия патогенеза БА и, следовательно, эффективной профилактики и лечения САД.
Исследование GWAS
Научно-технический прогресс привел к беспрецедентному развитию методов поиска генов предрасположенности к сложным генетическим заболеваниям. В последние годы было выявлено несколько новых генетических локусов, связанных с СД, с помощью генов-кандидатов и широкогеномного сканирования. Появление геномных ассоциативных исследований (GWAS) позволило исследователям искать гены предрасположенности в масштабах всего генома, что открыло новую перспективу для поиска генетического механизма САД.
Исследователи по всему миру использовали GWAS для обнаружения множества областей восприимчивости, связанных с АД, которые не были выявлены в ходе исследований ассоциаций генов-кандидатов, и было обнаружено несколько новых генов восприимчивости к АД. Среди них GWAS 2011 года среди американских и европейских популяций выявило несколько полиморфных локусов в MS4A4, CD2AP, CD33 и EPHA1, связанных с началом БА. В исследовании GWAS 2007 года сообщалось о 6 локусах в гене GAB2, ассоциированных с началом БА, а в GWAS 2008 года в популяциях Канады и Великобритании было выявлено, что 2 локуса в гене GOLPH2 ассоциированы с развитием САД. Несколько других геномных ассоциативных исследований в популяциях США, Великобритании, Канады, Бельгии, Финляндии, Италии и Испании показали, что с развитием САД связаны многочисленные полиморфные локусы в CLU, PICALM, LRAT, PCDH11X, CHRNA7, TNK1, GALP, PCK1, PGBD1, LMNA и TRAK2. .
Эти результаты принесли прорыв в изучении генов предрасположенности к СД, но из-за сильной генетической и фенотипической гетерогенности СД в различных этнических группах и регионах, а также различий в распределении частот каждого аллеля однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) локусов в различных популяциях, популяционные ассоциативные исследования для вышеупомянутых GWAS идентифицированных локусов, связанных с СД, были проведены в различных географических В последние годы профессор Тань Лань в Циндао, Китай, провел популяционные ассоциативные исследования локусов, связанных с СД. В последние годы профессор Таньлан в Циндао подтвердил положительные локусы, о которых сообщалось в зарубежных GWAS, в китайских популяциях, что имеет большое значение для подтверждения надежности GWAS и обнаружения генов предрасположенности к SAD. В настоящее время в Азии нет сообщений о GWAS, связанных с AD, но группа профессора Цзя Цзяньпина создала большую базу клинических ресурсов пациентов с AD и начала проводить GWAS, связанные с AD, в китайской популяции хань, с целью выявления генетического паттерна SAD и идентификации вариантов генов AD в китайской популяции, что будет иметь важные последствия.