Трансгенные модели атаксии Фридрейха

В основе атаксии Фридрейха лежит количественная и функциональная недостаточность митохондриального белка фратаксина в клетках и тканях. Фратаксин является эволюционно консервативным белком, и его гомолог обнаруживается у грамотрицательных бактерий, дрожжей, а также мышей, собак и других млекопитающих (Pandolfo М., Knight S. et al., Kuiper Н. et al.).

Наиболее сохранным у эволюционно дистантных организмов является участок белка протяженностью 27 аминокислот, кодируемый экзонами 4 и 5а (Puccio Н. et al.). Исследования с использованием технологии гибридизации in situ показали, что экспрессия фратаксина у мышей близка к таковой у человека и хорошо коррелируете основными «мишенями» нейродегенерации при атаксии Фридрейха (Koutnikova Н. et al.).
После получения этих данных в ведущих лабораториях мира началось активное изучение-функции гомологов фратаксина на различных экспериментальных моделях (Pandolfo М., Adinolfi S. et al.).

Значительная роль исследований дрожжевых и бактериальных клеток в раскрытии патофизиологических основ атаксии Фридрейха была представлена в предыдущих разделах главы. В частности, Н. Koutnikova и соавт. показали, что инактивация гомолога фратаксинового гена у дрожжей сопровождается глубокими нарушениями функции митохондрий в данной клеточной системе. В настоящее время основное внимание уделяется моделированию атаксии Фридрейха на высших позвоночных животных.

C.J.Miranda и соавт. создали линию трансгенных мышей, у которых в их собственный ген Frda (гомолог человеческого гена FRDA) встроен экспандированный участок с увеличенным числом копий GAA-повторов. У этих животных уровень фратаксина в тканях составил 25—36% от нормы, что, однако, не сопровождалось развитием каких-либо двигательных нарушений, накоплением железа в клетке или мейотической/митотической нестабильностью мутантного гена.

В большой серии работ был использован иной подход к созданию трансгенных моделей атаксии Фридрейха — «нокаут» (инактивация) у животных гомолога человеческого гена Frda. Так, в 2002 г. M.Cossee и соавт. создали трансгенную линию мышей с полностью инактивированным фратаксином путем моделирования в геноме животных делеции 4-го экзона гена Frda.

Генетика атаксии Фридрейха

Гомозиготная делеция данного гена приводила к ранней эмбриональной летальности уже спустя несколько дней после имплантации, что доказывает эссенциальную, жизненно важную роль фратаксина в функционировании клетки; при этом в тканях элиминированного эмбриона не было выявлено аккумуляции железа, по-видимому, в связи с тем, что клеточная гибель является следствием самостоятельного, Fe-независимого механизма (Cossee М. et al.).

Для создания адекватной трансгенной модели атаксии Фридрейха и преодоления вышеуказанного летального эффекта «полного нокаута» гена Frda в работе Н.Puccio и соавт. был использован так называемый «кондиционный нокаут». В этом случае с помощью специальной технологии мечения встраиваемых трансгенных конструкций достигается адресная избирательная инактивация гена в определенной ткани в определенный момент времени.

Используя эту технологию, авторам удалось создать 2 линии трансгенных мышей: одну с дефицитом фратаксина в поперечнополосатой мускулатуре, а другую - в нейронах мозга и сердечной мышце (Puccio Н. et al., 2001). Эти модели воспроизвели ряд важнейших прогрессирующих патофизиологических и биохимических характеристик атаксии Фридрейха, таких как гипертрофия миокарда, дисфункция крупных чувствительных нейронов спинномозговых ганглиев, дефицит активности аконитазы и комплексов I—III дыхательной цепи митохондрий, а также внутримитохондриальное накопление железа, начинающееся после инактивации Fe-S-зависимых ферментов.

В 2004 г. была опубликована работа, в которой авторы на основе использования аналогичного «кондиционного» подхода к экспрессии трансгена представили результаты создания линий мышей с прогрессирующей смешанной сенсорно-мозжечковой атаксией - главным симптомом атаксии Фридрейха (Simon D. et al.).

Гистологически у животных отмечалась патология спинного мозга и спинномозговых чувствительных ганглиев с отсутствием моторной невропатии, что весьма близко напоминает морфологическое «ядро» атаксии Фридрейха; у животных имелись также дефекты арборизации клеток Пуркинье и гибель гранулярных клеток коры мозжечка. Авторы выявили процесс аутофагии в дорсальных спинно-мозговых ганглиях животных, сопровождающийся удалением митохондриального детрита и появлением отложений липофусцина.

Полученные линии мышей с «кондиционным нокаутом» фратаксинового гена являются первыми моделями атаксии Фридрейха с медленным прогрессированием процесса нейродегенераиии, созданными у млекопитающих. Это крайне важно для детального изучения патологического каскада и тестирования новых стратегий лечения болезни. Предварительные результаты исследования эффективности новых лекарственных препаратов (в частности идебенона) у таких трансгенных животных (Seznec H.et al.) подробнее рассмотрены далее в статьях на нашем сайте.

- Читать "Критерии диагностики атаксии Фридрейха"

Оглавление темы "Клиника атаксии Фридрейха":
  1. Биохимические анализы при атаксии Фридрейха
  2. Морфология и гистохимия мышц при атаксии Фридрейха
  3. Трансгенные модели атаксии Фридрейха
  4. Критерии диагностики атаксии Фридрейха
  5. Неврологические симптомы атаксии Фридрейха
  6. Болезни сердца при атаксии Фридрейха
  7. Эндокринные нарушения при атаксии Фридрейха. Причины диабета
  8. Костные деформации при атаксии Фридрейха
  9. Пример атаксии Фридрейха классического фенотипа
  10. Атипичные варианты атаксии Фридрейха

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: