Ингибирование киназной активности LRRK2, как подход к терапии болезни Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене GBA

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-25-00501

НазваниеИнгибирование киназной активности LRRK2, как подход к терапии болезни Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене GBA

Руководитель Усенко Татьяна Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , Ленинградская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова Болезнь Паркинсона, LRRK2, GBA, первичная культура макрофагов периферической крови, SH-SY5Y

Код ГРНТИ76.29.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Болезнь Паркинсона (БП) - нейродегенеративное заболевание, в основе патогенеза которого лежит агрегация и накопление белка альфа-синуклеина в черной субстанции головного мозга. БП является гетерогенным заболеванием, не смотря на однородные клинические проявления. Известны две наиболее распространенные наследственные формы БП - БП, ассоциированная с мутациями в гене LRRK2 (LRRK2-БП) и БП, ассоциированная с мутациями в гене GBA (GBA-БП). Распространённость LRRK2-БП составляет среди семейных и спорадических случаев от 1 от 46% в зависимости от популяции (Tolosa et al., 2020, doi: 10.1038/s41582-019-0301-2). Ген LRRK2 кодирует фермент лейцин богатую лейциновыми повторами киназы 2 (LRRK2). Мутации в гене GBA, приводящие в гомозиготном состоянии к развитию самой распространённой лизосомной болезни накопления (ЛБН) болезни Гоше (БГ) за счет снижения активности кодируемого геном GBA лизосомного фермента β-глюкоцереброзидазы (GCase) и как следствие приводящее к накоплению лизосфингодипидов (глюкозилцелцерамида и глюкоцереброзида), являются фактором высокого риска БП с распространённостью от 5 до 20% в зависимости от популяции (Siebert, M. Et al., 2014, doi:10.1093/brain/awu002). Молекулярные механизмы GBA-БП и LRRK2-БП остаются неизвестными, что обуславливает отсутствие на сегодняшний день какой-либо нейропротекторной терапии, позволяющей замедлить или остановить гибель нейронов. Терапия, которая разрабатывается для лечения GBA-БП, в настоящее время направлена на увеличение активности фермента GCase (Riboldi et al., 2019, doi:10.3390/cells8040364). Для лечения LRRK2-БП разрабатываются препараты, ингибирующие киназную активность фермента LRRK2 (Schneider et al., 2020, https://doi.org/10.1007/s00415-020-09705-7). Последние данные указывают о возможном функциональном взаимодействии ферментов GCase и LRRK2. Было показано, что некоторые варианты гена LRRK2, приводящие к увеличению киназной активности LRRK2, также ассоциированы со снижением активности GCase (Ysselstein et al., 2019, doi:10.1038/s41467-019-13413-w). Интересно отметить, что ингибирование киназной активности LRRK2 при гетерозиготном носительстве мутаций в гене GBA на модели дофаминергических нейронов, дифференцированных из индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (ИПСК) человека, приводит к снижению уровня фософрилированного белка Rab10, который является субстратом LRRK2, и увеличению активности GCase (Sanyal et al., 2020, doi:10.3389/fnins.2020.00442), подтверждая опосредованное влияние LRRK2 на активность GCase возможно за счет нарушения внутриклеточного транспорта, в частности транспорта GCase в лизосому. Мы предполагаем, что ингибирование киназной активности LRRK2 может приводить к снижению уровня фосфорилированной формы белка Rab10, что, в свою очередь, может влиять на Rab-связанный эндолизосомный мембранный трафик, как следствие может это приводить к улучшению транспорта GCase в лизосому, увеличению активности GCase, изменению уровня аутофагии и, как следствие, снижению уровня белка альфа-синуклеина. В настоящем проекте впервые будет проведен скрининг вариантов гена LRRK2, ранее ассоциированных с увеличением уровня фосфорилированного белка Rab10 (https://www.biorxiv.org/content/10.1101/447946v1.full.pdf) в группе пациентов с БП (не менее 800 пациентов) и контроле (не менее 300 индивидуумов) в России, оценена активность лизосомных ферментов, концентрация лизосфинголипидов, уровень белка альфа-синуклеина, уровень аутофагии и транслокации GCase в лизосому в первичной культуре макрофагов in vitro пациентов с GBA-БП, LRRK2-БП и в контроле в присутствии и без ингибитора киназной активности LRRK2 (MLi-2). Эффективность ингибирования активности LRRK2 ингибитором MLi-2 будет оценена по соотношению уровня белка Rab10 и уровню фосфорилированного белка Rab10. На культуре нейробластомы SH-SY5Y с дисфункцией GCase будет оценено влияние ингибитора активности LRRK2 (MLi-2) на уровень альфа-синуклиена. Таким образом, в предлагаемом проекте, предполагающем исследование клеток крови человека, а также клеточных линий нейробластомы, впервые будет оценена возможность использования ингибитора активности LRRK2 для терапии GBA-БП.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Башарова К.С., Безрукова А.И., Милюхина И.В., Тимофеева А.А., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н., Усенко Т.С. Profiling the biochemical lysosomal activities in blood of patients with LRRK2 G2019S associated Parkinson’s disease Movement Disorders, № 37, Suppl 1, abstract number 1335 (год публикации - 2022)

2. Усенко Т.С., Безрукова А.И., Башарова К.С., Байдакова Г.В., Емельянов А.К., Тимофеева А.А., Милюхина И.В., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н. Lysosphyngolipids in the pathogenesis of parkinson’s disease associated with mutations in the LRRK2 gene European Journal of Neuroscince, Abstract E-book, Abstract E-book 6608, S07-629 (год публикации - 2022)

3. Усенко Т.С., Башарова K.С., Безрукова A.И., Николаев М.А., Милюхина И.В., Байдакова Г.В., Захарова E.Ю., Пчелина С.Н. Селективное ингибирование киназной активности LRRK2, как подход к терапии болезни Паркинсона Медицинская генетика, 21(12) (год публикации - 2022)
10.25557/2073-7998.2022.12.26-29

4. Т.С. Усенко, К.С. Башарова, А.И. Безрукова, Е.В. Григорьева, Г.В. Байдакова, М.А. Николаев, С.В. Павлова, И.В. Милюхина, С.П. Медведев, Е.Ю. Захарова, С.М. Закиян, С.Н. Пчелина ТАРГЕТНАЯ ТЕРАПИЯ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА, АССОЦИИРОВАННОЙ С МУТАЦИЯМИ В ГЕНЕ LRRK2 III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ ♦ VII СЪЕЗД ФИЗИОЛОГОВ СНГ ♦ VII СЪЕЗД БИОХИМИКОВ РОССИИ ♦ X РОССИЙСКИЙ СИМПОЗИУМ «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ». Научные труды, Том 3, стр. 81 (год публикации - 2022)

5. K.С. Башарова, А.И. Безрукова, К.А.Сенкевич , Г.В. Байдакова, И.В. Милюхина, А.А. Тимофеева, Е.Ю. Захарова, С.Н. Пчелина, Т.С. Усенко Аллельные варианты N2081D и M1646T гена LRRK2 ассоциированы с накоплением сфинголипидов в крови у пациентов с болезнью Паркинсона Сборник тезисов "IX Всероссийского молодежного научного форума с международным участием “Open Science 2022”, стр. 79 (год публикации - 2022)

6. Усенко Т.С., Сенкевич К.А., Башарова К.С., Безрукова А.И., Байдакова Г.В., Тюрин А.А., Белецкая М.В., Кулабухова Д.Г., Грунина М.Н., Емельянов А.К., Милюхина И.В., Тимофеева А.А., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н. LRRK2 exonic variants are associated with lysosomal hydrolase activities and lysosphingolipid alterations in Parkinson's disease Gene, 882:147639 (год публикации - 2023)
10.1016/j.gene.2023.147639

7. Усенко T., Башарова К., Безрукова А., Изюмченко А., Николаев М., Байдакова Г., Павлова С., Григорьева Е., Медведев С., Захарова Е., Закиян С., Пчелина С. LRRK2 kinase activity regulates sphingolipid hydrolase enzymatic activities in different cell lines: induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic neurons, primary monocyte‐derived macrophages and SH-SY5Y Mov Disord, 38 (suppl 1), 1360 (год публикации - 2023)
10.1038/s41531-022-00354-3

8. Башарова К.С., Безрукова А.И., Григорьева Е.В., Байдакова Г.В., Павлова С.В., Милюхина И.В., Медведев С.П., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н., Усенко Т.С. Изменение биохимических параметров лизосомной активности при ингибировании киназной активности LRRK2 в клеточных линиях пациентов с болезнью Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене GBA1 Сборнике Тезисов X международной конференции молодых ученых биотехнологов, биофизиков, биоинформатиков, молекулярных биологов и вирусологов, с. 573 (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1526-1-296

9. Башарова K.С., Безрукова A.И., Николаев М.А., Изюмченко А.Д., Милюхина И.В., Байдакова Г.В., Захарова E.Ю., Пчелина С.Н., Усенко Т.С. Ингибирование киназной активности LRRK2 восстанавливает функции глюкоцереброзидазы в первичной культуре макрофагов периферической крови пациентов с болезнью Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене GBA СБОРНИК ТЕЗИСОВ ВТОРОЙ ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ "ГЕНОФОНД И РЕПРОДУКТИВНОЕ ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА", с. 2 (год публикации - 2023)

10. Башарова K.С., Безрукова A.И., Николаев М.А., Милюхина И.В., Байдакова Г.В., Захарова E.Ю., Пчелина С.Н., Усенко Т.С. Увеличение активности лизосомных ферментов при селективном ингибированиии LRRK2 в первичной культуре макрофагов пациентов с болезнью Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене GBA Cборник тезисов VI конгресса молекулярные основы клинической медицины - возможное и реальное (год публикации - 2022)

11. Усенко Т.С., Башарова К.С., Безрукова А.И., Григорьева Е.В., Павлова С.В., Байдакова Г.В., Медведев С.П., Милюхина И.В., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н. Ингибирование киназной активности LRRK2 влияет на функцию глюкоцереброзидазы в дофаминергических нейронах, дифференцированных из плюрипотентных стоволовых клеток пациентов с болезнью Паркинсона, ассоциированной с мутациями в генах LRRK2 и GBA1 Гены & Клетки, XVIII, Приложение, 2023, стр 46 (год публикации - 2023)

12. Усенко Т., Тимофеева А., Белецкая М., Башарова К., Байдакова Г., Безрукова А., Грунина М., Емельянов А., Милюхина И., Захарова Е., Пчелина С. The effect of p.G2019S mutation in the LRRK2 gene on the activity of lysosomal hydrolases and the clinical features of Parkinson's disease associated with p.N370S mutation in the GBA1 gene Journal of Integrative Neuroscience (год публикации - 2023)

13. Башарова К.С., Безрукова А.И., Изюмченко А.Д., Байдакова Г.В., Милюхина И.В., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н., Усенко Т.С. Inhibition of LRRK2 kinase activity promotes glucocerebrosidase transport to the lysosomes in primary monocyte-derived macrophages from patients with GBA-associated Parkinson’s disease Mov Disord., 38 (suppl 1), 1456 (год публикации - 2023)

14. Башарова K.С., Безрукова A.И., Изюмченко А.Д., Байдакова Г.В., Милюхина И.В., Захарова E.Ю., Пчелина С.Н., Усенко Т.С. Киназная активность LRRK2 влияет на активность лизосомных гидролаз в первичной культуре макрофагов пациентов с болезнью Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене GBA XXII Зимняя молодежная школа по биофизике и молекулярной биологии: тезисы докладов Молодежной конференции, Санкт-Петербург, пос. Репино, 27 февраля – 4 марта 2023 г., с. 17-18 (год публикации - 2023)

Публикации