Анализ экспрессии генов GRIPAP1, DLG4, KIF1B, NGFRAP1 и NRF1 в периферической крови пациентов с болезнью Паркинсона на ранних клинических стадиях заболевания

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Болезнь Паркинсона (БП) является одним из самых распространённых прогрессирующих нейродегенеративных заболеваний. Важной особенностью данного заболевания является длительный скрытый период развития, в связи с чем необходим поиск прогностических биомаркеров ранних клинических стадий данного заболевания. Одним из методов выявления биомаркеров БП является изучение изменения экспрессии генов в периферической крови пациентов, находящихся на ранней стадии заболевания и не подвергавшихся лечению. В настоящей работе был проведён анализ относительных уровней мРНК генов GRIPAP1, DLG4, KIF1B, NGFRAP1 и NRF1, которые связаны с транспортом нейромедиаторов, апоптозом и митохондриальной дисфункцией, в периферической крови пациентов с БП с применением методов обратной транскрипции и ПЦР в реальном времени с использованием TaqMan-зондов. Результаты представленной работы позволяют предположить, что гены GRIPAP1 и DLG4 можно рассматривать в качестве потенциальных биомаркеров ранних клинических стадий БП. Полученные данные могут указывать на то, что NGFRAP1 вовлечён в патогенез как БП, так и других нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, в настоящей работе показано, что на исследуемых нами ранних клинических стадиях гены KIF1B и NRF1 не вовлечены в патогенез БП на уровне экспрессии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Лукашевич

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

М. М. Руденок

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

Е. И. Семенова

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

С. А. Партевян

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

А. В. Карабанов

Научный центр неврологии

Email: farouki@mail.ru
Россия, 125367, Москва

Е. Ю. Федотова

Научный центр неврологии

Email: farouki@mail.ru
Россия, 125367, Москва

С. Н. Иллариошкин

Научный центр неврологии

Email: farouki@mail.ru
Россия, 125367, Москва

П. А. Сломинский

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

М. И. Шадрина

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

А. Х. Алиева

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: farouki@mail.ru
Россия, 123182, Москва

Список литературы

  1. Balestrino, R., and Schapira, A. H. V. (2020) Parkinson disease, Eur. J. Neurol., 27, 27-42, https://doi.org/10.1111/ene.14108.
  2. Lee, A., and Gilbert, R. M. (2016) Epidemiology of Parkinson disease, Neurol. Clinics, 34, 955-965, https://doi.org/ 10.1016/j.ncl.2016.06.012.
  3. Global, regional, and national burden of Parkinson’s disease, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016, Lancet. Neurol., 17, 939-953, https://doi.org/10.1016/s1474-4422(18)30295-3.
  4. Maserejian, N., Vinikoor-Imler, L., and Dilley, A. (2020) Estimation of the 2020 Global population of Parkinson’s disease (PD), Mov. Disord., 35, 79-80, https://doi.org/10.1002/mds.28268.
  5. Dorsey, E. R., Constantinescu, R., Thompson, J. P., Biglan, K. M., Holloway, R. G., Kieburtz, K., Marshall, F. J., Ravina, B. M., Schifitto, G., Siderowf, A., and Tanner, C. M. (2007) Projected number of people with Parkinson disease in the most populous nations, 2005 through 2030, Neurology, 68, 384-386, https://doi.org/10.1212/ 01.wnl.0000247740.47667.03.
  6. Maiti, P., Manna, J., and Dunbar, G. L. (2017) Current understanding of the molecular mechanisms in Parkinson’s disease: targets for potential treatments, Translat. Neurodegener., 6, 28, https://doi.org/10.1186/s40035-017-0099-z.
  7. Cheng, F., Vivacqua, G., and Yu, S. (2011) The role of α-synuclein in neurotransmission and synaptic plasticity, J. Chem. Neuroanat., 42, 242-248, https://doi.org/10.1016/j.jchemneu.2010.12.001.
  8. Grunblatt, E., Mandel, S., Jacob-Hirsch, J., Zeligson, S., Amariglo, N., Rechavi, G., Li, J., Ravid, R., Roggendorf, W., Riederer, P., and Youdim, M. B. (2004) Gene expression profiling of parkinsonian substantia nigra pars compacta; alterations in ubiquitin-proteasome, heat shock protein, iron and oxidative stress regulated proteins, cell adhesion/cellular matrix and vesicle trafficking genes, J. Neural Transmiss., 111, 1543-1573, https://doi.org/10.1007/s00702-004-0212-1.
  9. Cruz-Monteagudo, M., Borges, F., Paz, Y. M. C., Cordeiro, M. N., Rebelo, I., Perez-Castillo, Y., Helguera, A. M., Sanchez-Rodriguez, A., and Tejera, E. (2016) Efficient and biologically relevant consensus strategy for Parkinson’s disease gene prioritization, BMC Med. Genomics, 9, 12, https://doi.org/10.1186/s12920-016-0173-x.
  10. Miller, R. M., Kiser, G. L., Kaysser-Kranich, T. M., Lockner, R. J., Palaniappan, C., and Federoff, H. J. (2006) Robust dysregulation of gene expression in substantia nigra and striatum in Parkinson’s disease, Neurobiol. Disease, 21, 305-313, https://doi.org/10.1016/j.nbd.2005.07.010.
  11. Bossers, K., Meerhoff, G., Balesar, R., van Dongen, J. W., Kruse, C. G., Swaab, D. F., and Verhaagen, J. (2009) Analysis of gene expression in Parkinson’s disease: possible involvement of neurotrophic support and axon guidance in dopaminergic cell death, Brain Pathol., 19, 91-107, https://doi.org/10.1111/j.1750-3639.2008.00171.x.
  12. Hauser, M. A., Li, Y. J., Xu, H., Noureddine, M. A., Shao, Y. S., Gullans, S. R., Scherzer, C. R., Jensen, R. V., McLaurin, A. C., Gibson, J. R., Scott, B. L., Jewett, R. M., Stenger, J. E., Schmechel, D. E., Hulette, C. M., and Vance, J. M. (2005) Expression profiling of substantia nigra in Parkinson disease, progressive supranuclear palsy, and frontotemporal dementia with parkinsonism, Arch. Neurol., 62, 917-921, https://doi.org/10.1001/ archneur.62.6.917.
  13. Simunovic, F., Yi, M., Wang, Y., Macey, L., Brown, L. T., Krichevsky, A. M., Andersen, S. L., Stephens, R. M., Benes, F. M., and Sonntag, K. C. (2009) Gene expression profiling of substantia nigra dopamine neurons: further insights into Parkinson’s disease pathology, Brain, 132, 1795-1809, https://doi.org/10.1093/brain/awn323.
  14. Glaab, E., and Schneider, R. (2015) Comparative pathway and network analysis of brain transcriptome changes during adult aging and in Parkinson’s disease, Neurobiol. Disease, 74, 1-13, https://doi.org/10.1016/ j.nbd.2014.11.002.
  15. Kin, K., Yasuhara, T., Kameda, M., and Date, I. (2019) Animal models for Parkinson’s disease research: trends in the 2000s, Int. J. Mol. Sci., 20, https://doi.org/10.3390/ijms20215402.
  16. Caronti, B., Tanda, G., Colosimo, C., Ruggieri, S., Calderaro, C., Palladini, G., Pontieri, F. E., and Di Chiara, G. (1999) Reduced dopamine in peripheral blood lymphocytes in Parkinson’s disease, Neuroreport, 10, 2907-2910, https://doi.org/10.1097/00001756-199909290-00006.
  17. Barbanti, P., Fabbrini, G., Ricci, A., Cerbo, R., Bronzetti, E., Caronti, B., Calderaro, C., Felici, L., Stocchi, F., Meco, G., Amenta, F., and Lenzi, G. L. (1999) Increased expression of dopamine receptors on lymphocytes in Parkinson’s disease, Mov. Disord., 14, 764-771, https://doi.org/10.1002/1531-8257(199909)14:5<764::aid-mds1008>3.0.co;2-w.
  18. Buttarelli, F. R., Fanciulli, A., Pellicano, C., and Pontieri, F. E. (2011) The dopaminergic system in peripheral blood lymphocytes: from physiology to pharmacology and potential applications to neuropsychiatric disorders, Curr. Neuropharmacol., 9, 278-288, https://doi.org/10.2174/157015911795596612.
  19. Alieva, A., Rudenok, M., Filatova, E., Karabanov, A., Doronina, O., Doronina, K., Kolacheva, A., Ugrumov, M., Illarioshkin, S., Slominsky, P., and Shadrina, M. (2020) VCP expression decrease as a biomarker of preclinical and early clinical stages of Parkinson’s disease, Sci. Rep., 10, 827, https://doi.org/10.1038/s41598-020-57938-3.
  20. Borrageiro, G., Haylett, W., Seedat, S., Kuivaniemi, H., and Bardien, S. (2018) A review of genome-wide transcriptomics studies in Parkinson’s disease, Eur. J. Neurosci., 47, 1-16, https://doi.org/10.1111/ejn.13760.
  21. The Parkinson Progression Marker Initiative (PPMI), Progr. Neurobiol., 95, 629-635, https://doi.org/10.1016/ j.pneurobio.2011.09.005.
  22. Craig, D. W., Hutchins, E., Violich, I., Alsop, E., Gibbs, J. R., Levy, S., Robison, M., Prasad, N., Foroud, T., Crawford, K. L., Toga, A. W., Whitsett, T. G., Kim, S., Casey, B., Reimer, A., Hutten, S. J., Frasier, M., Kern, F., Fehlman, T., Keller, A., et al. (2021) RNA sequencing of whole blood reveals early alterations in immune cells and gene expression in Parkinson’s disease, Nat. Aging, 1, 734-747, https://doi.org/10.1038/s43587-021-00088-6.
  23. Miki, Y., Shimoyama, S., Kon, T., Ueno, T., Hayakari, R., Tanji, K., Matsumiya, T., Tsushima, E., Mori, F., Wakabayashi, K., and Tomiyama, M. (2018) Alteration of autophagy-related proteins in peripheral blood mononuclear cells of patients with Parkinson’s disease, Neurobiol. Aging, 63, 33-43, https://doi.org/10.1016/ j.neurobiolaging.2017.11.006.
  24. Mutez, E., Larvor, L., Leprêtre, F., Mouroux, V., Hamalek, D., Kerckaert, J. P., Pérez-Tur, J., Waucquier, N., Vanbesien-Mailliot, C., Duflot, A., Devos, D., Defebvre, L., Kreisler, A., Frigard, B., Destée, A., and Chartier-Harlin, M. C. (2011) Transcriptional profile of Parkinson blood mononuclear cells with LRRK2 mutation, Neurobiol. Aging, 32, 1839-1848, https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2009.10.016.
  25. Scherzer, C. R., Eklund, A. C., Morse, L. J., Liao, Z., Locascio, J. J., Fefer, D., Schwarzschild, M. A., Schlossmacher, M. G., Hauser, M. A., Vance, J. M., Sudarsky, L. R., Standaert, D. G., Growdon, J. H., Jensen, R. V., and Gullans, S. R. (2007) Molecular markers of early Parkinson’s disease based on gene expression in blood, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 955-960, https://doi.org/10.1073/pnas.0610204104.
  26. Shamir, R., Klein, C., Amar, D., Vollstedt, E. J., Bonin, M., Usenovic, M., Wong, Y. C., Maver, A., Poths, S., Safer, H., Corvol, J. C., Lesage, S., Lavi, O., Deuschl, G., Kuhlenbaeumer, G., Pawlack, H., Ulitsky, I., Kasten, M., Riess, O., Brice, A., et al. (2017) Analysis of blood-based gene expression in idiopathic Parkinson disease, Neurology, 89, 1676-1683, https://doi.org/10.1212/wnl.0000000000004516.
  27. Soreq, L., Israel, Z., Bergman, H., and Soreq, H. (2008) Advanced microarray analysis highlights modified neuro-immune signaling in nucleated blood cells from Parkinson’s disease patients, J. Neuroimmunol., 201-202, 227-236, https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2008.06.019.
  28. Alieva, A., Shadrina, M. I., Filatova, E. V., Karabanov, A. V., Illarioshkin, S. N., Limborska, S. A., and Slominsky, P. A. (2014) Involvement of endocytosis and alternative splicing in the formation of the pathological process in the early stages of Parkinson’s disease, BioMed Res. Int., 2014, 718732, https://doi.org/10.1155/2014/718732.
  29. Kiyama, T., Chen, C. K., Wang, S. W., Pan, P., Ju, Z., Wang, J., Takada, S., Klein, W. H., and Mao, C. A. (2018) Essential roles of mitochondrial biogenesis regulator Nrf1 in retinal development and homeostasis, Mol. Neurodegener., 13, 56, https://doi.org/10.1186/s13024-018-0287-z.
  30. Gong, X., Huang, M., and Chen, L. (2024) NRF1 mitigates motor dysfunction and dopamine neuron degeneration in mice with Parkinson’s disease by promoting GLRX m6 A methylation through upregulation of METTL3 transcription, CNS Neurosci.Ther., 30, e14441, https://doi.org/10.1111/cns.14441.
  31. Porras, G., Berthet, A., Dehay, B., Li, Q., Ladepeche, L., Normand, E., Dovero, S., Martinez, A., Doudnikoff, E., Martin-Négrier, M. L., Chuan, Q., Bloch, B., Choquet, D., Boué-Grabot, E., Groc, L., and Bezard, E. (2012) PSD-95 expression controls L-DOPA dyskinesia through dopamine D1 receptor trafficking, J. Clin. Invest., 122, 3977-3989, https://doi.org/10.1172/jci59426.
  32. Ye, B., Liao, D., Zhang, X., Zhang, P., Dong, H., and Huganir, R. L. (2000) GRASP-1: a neuronal RasGEF associated with the AMPA receptor/GRIP complex, Neuron, 26, 603-617, https://doi.org/10.1016/s0896-6273(00)81198-8.
  33. Nangaku, M., Sato-Yoshitake, R., Okada, Y., Noda, Y., Takemura, R., Yamazaki, H., and Hirokawa, N. (1994) KIF1B, a novel microtubule plus end-directed monomeric motor protein for transport of mitochondria, Cell, 79, 1209-1220, https://doi.org/10.1016/0092-8674(94)90012-4.
  34. Faria, T. N., LaRosa, G. J., Wilen, E., Liao, J., and Gudas, L. J. (1998) Characterization of genes which exhibit reduced expression during the retinoic acid-induced differentiation of F9 teratocarcinoma cells: involvement of cyclin D3 in RA-mediated growth arrest, Mol. Cell. Endocrinol., 143, 155-166, https://doi.org/10.1016/ s0303-7207(98)00127-0.
  35. Alvarez, E., Zhou, W., Witta, S. E., and Freed, C. R. (2005) Characterization of the Bex gene family in humans, mice, and rats, Gene, 357, 18-28, https://doi.org/10.1016/j.gene.2005.05.012.
  36. Biswas, M., and Chan, J. Y. (2010) Role of Nrf1 in antioxidant response element-mediated gene expression and beyond, Toxicol. Appl. Pharmacol., 244, 16-20, https://doi.org/10.1016/j.taap.2009.07.034.
  37. Goetz, C. G., Poewe, W., Rascol, O., Sampaio, C., Stebbins, G. T., Counsell, C., Giladi, N., Holloway, R. G., Moore, C. G., Wenning, G. K., Yahr, M. D., and Seidl, L. (2004) Movement disorder society task force report on the hoehn and yahr staging scale: status and recommendations, Mov. Disord., 19, 1020-1028, https://doi.org/10.1002/mds.20213.
  38. Suslov, O., and Steindler, D. A. (2005) PCR inhibition by reverse transcriptase leads to an overestimation of amplification efficiency, Nucleic Acids Res., 33, e181, https://doi.org/10.1093/nar/gni176.
  39. Wang, Q. T., Xiao, W., Mindrinos, M., and Davis, R. W. (2002) Yeast tRNA as carrier in the isolation of microscale RNA for global amplification and expression profiling, BioTechniques, 33, 788-796, https://doi.org/10.2144/ 02334st02.
  40. Livak, K. J., and Schmittgen, T. D. (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method, Methods, 24, 402-408, https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262.
  41. Mizrachi, I., McEntyre, J., and Ostell, J. (2007) GenBank: The Nucleotide Sequence Database, in The NCBI Handbook.
  42. Mann, H. B., Whitney, D. R. (1947) On a test of whether one of two random variables is stochastically larger than the other, Ann. Math. Statistics, 18, 50-60.
  43. Гланц С. (1998) Медико-биологическая статистика, Практика, Москва, с. 459.
  44. Chen, X., Levy, J. M., Hou, A., Winters, C., Azzam, R., Sousa, A. A., Leapman, R. D., Nicoll, R. A., and Reese, T. S. (2015) PSD-95 family MAGUKs are essential for anchoring AMPA and NMDA receptor complexes at the postsynaptic density, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, E6983-6992, https://doi.org/10.1073/pnas.1517045112.
  45. Sen, A., Hongpaisan, J., Wang, D., Nelson, T. J., and Alkon, D. L. (2016) Protein Kinase Cϵ (PKCϵ) promotes synaptogenesis through membrane accumulation of the postsynaptic density protein PSD-95, J. Biol. Chem., 291, 16462-16476, https://doi.org/10.1074/jbc.M116.730440.
  46. Hoogenraad, C. C., Popa, I., Futai, K., Martinez-Sanchez, E., Wulf, P. S., van Vlijmen, T., Dortland, B. R., Oorschot, V., Govers, R., Monti, M., Heck, A. J., Sheng, M., Klumperman, J., Rehmann, H., Jaarsma, D., Kapitein, L. C., and van der Sluijs, P. (2010) Neuron specific Rab4 effector GRASP-1 coordinates membrane specialization and maturation of recycling endosomes, PLoS Biol., 8, e1000283, https://doi.org/10.1371/journal. pbio.1000283.
  47. Hoogenraad, C. C., and van der Sluijs, P. (2010) GRASP-1 regulates endocytic receptor recycling and synaptic plasticity, Commun. Integr. Biol., 3, 433-435, https://doi.org/10.4161/cib.3.5.12209.
  48. Mukai, J., Hachiya, T., Shoji-Hoshino, S., Kimura, M. T., Nadano, D., Suvanto, P., Hanaoka, T., Li, Y., Irie, S., Greene, L. A., and Sato, T. A. (2000) NADE, a p75NTR-associated cell death executor, is involved in signal transduction mediated by the common neurotrophin receptor p75NTR, J. Biol. Chem., 275, 17566-17570, https://doi.org/10.1074/jbc.C000140200.
  49. Mukai, J., Shoji, S., Kimura, M. T., Okubo, S., Sano, H., Suvanto, P., Li, Y., Irie, S., and Sato, T. A. (2002) Structure-function analysis of NADE: identification of regions that mediate nerve growth factor-induced apoptosis, J. Biol. Chem., 277, 13973-13982, https://doi.org/10.1074/jbc.M106342200.
  50. Chiu, S. L., Diering, G. H., Ye, B., Takamiya, K., Chen, C. M., Jiang, Y., Niranjan, T., Schwartz, C. E., Wang, T., and Huganir, R. L. (2017) GRASP1 regulates synaptic plasticity and learning through endosomal recycling of AMPA receptors, Neuron, 93, 1405-1419.e1408, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.02.031.
  51. Calvo, L., Anta, B., López-Benito, S., Martín-Rodriguez, C., Lee, F. S., Pérez, P., Martín-Zanca, D., and Arévalo, J. C. (2015) Bex3 dimerization regulates NGF-dependent neuronal survival and differentiation by enhancing trkA gene transcription, J. Neurosci., 35, 7190-7202, https://doi.org/10.1523/jneurosci.4646-14.2015.
  52. Ando, K., Yokochi, T., Mukai, A., Wei, G., Li, Y., Kramer, S., Ozaki, T., Maehara, Y., and Nakagawara, A. (2019) Tumor suppressor KIF1Bβ regulates mitochondrial apoptosis in collaboration with YME1L1, Mol. Carcinogen., 58, 1134-1144, https://doi.org/10.1002/mc.22997.
  53. Mitsugi, H., Niki, T., Takahashi-Niki, K., Tanimura, K., Yoshizawa-Kumagaye, K., Tsunemi, M., Iguchi-Ariga, S. M., and Ariga, H. (2013) Identification of the recognition sequence and target proteins for DJ-1 protease, FEBS Lett., 587, 2493-2499, https://doi.org/10.1016/j.febslet.2013.06.032.
  54. Morris, R. L., and Hollenbeck, P. J. (1993) The regulation of bidirectional mitochondrial transport is coordinated with axonal outgrowth, J. Cell Sci., 104 (Pt 3), 917-927, https://doi.org/10.1242/jcs.104.3.917.
  55. Gopalakrishnan, L., and Scarpulla, R. C. (1995) Structure, expression, and chromosomal assignment of the human gene encoding nuclear respiratory factor 1, Biol. Chem., 270, 18019-18025.
  56. Wang, C., Li, Z., Lu, Y., Du, R., Katiyar, S., Yang, J., Fu, M., Leader, J. E., Quong, A., Novikoff, P. M., and Pestell, R. G. (2006) Cyclin D1 repression of nuclear respiratory factor 1 integrates nuclear DNA synthesis and mitochondrial function, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 103, 11567-11572.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение относительных уровней мРНК генов DLG4 (а), GRIPAP1 (б), NGFRAP1 (в), KIF1B (г), NRF1 (д) в периферической крови пациентов с БП и в группах сравнения относительно группы здорового контроля (1). Значения с p < 0,05 выделены символом «*». 2 – Группа неврологического контроля; 3 – пациенты с БП, не получавшие медикаментозную терапию; 4 – пациенты с БП, получавшие медикаментозную терапию

Скачать (222KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024