Оценка влияния ингибирования киназной активности LRRK2 на активность глюкоцереброзидазы на пациент-специфичных клетках пациентов с болезнью Гоше

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Биаллельные мутации в гене GBA1, кодирующем лизосомный фермент глюкоцереброзидазу (GCase), приводят к развитию лизосомной болезни накопления, болезни Гоше (БГ), а также являются фактором высокого риска распространенного нейродегенеративного заболевания, болезни Паркинсона (БП). В большинстве случаев мутации в гене GBA1 локализуются вне активного сайта и приводят к снижению активности GCase из-за снижения эффективности транспорта фермента с измененной конформацией в лизосому. Препараты, которые применяются для терапии БГ (ферментозаместительная терапия), не способны проходить гематоэнцефалический барьер и не эффективны как для лечения нейрональных форм БГ, так и для БП, ассоциированной с мутациями в гене GBA1 (GBA1-БП). Для терапии БП на сегодняшний день проходят клинические испытания препараты, ингибирующие киназную активность обогащенной лейциновыми повторами киназы 2 (LRRK2). Ранее было показано, что ингибирование киназной активности LRRK2 приводит к увеличению активности GCase в пациент-специфичных клетках при GBA1-БП. Мы впервые оценили влияние ингибитора киназной активности LRRK2 (MLi-2) на активность GCase на первичной культуре макрофагов периферической крови, полученной от пациентов с БГ первого типа. Оценку активности GCase и уровня ее субстрата в клетках, культивируемых в присутствии и без MLi-2, проводили с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией. Влияния ингибирования активности LRRK2 на активность GCasе в группе пациентов с БГ не выявлено.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Усенко

НИЦ «Курчатовский институт», Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова; Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Автор, ответственный за переписку.
Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 188300 Гатчина, Ленинградская обл.; 197022 Санкт-Петербург

К. С. Башарова

НИЦ «Курчатовский институт», Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова

Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 188300 Гатчина, Ленинградская обл.

А. И. Безрукова

НИЦ «Курчатовский институт», Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова; Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 188300 Гатчина, Ленинградская обл.; 197022 Санкт-Петербург

В. А. Безруких

Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова Минздрава России

Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 197341 Санкт-Петербург

Г. В. Байдакова

Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова

Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 115478 Москва

Е. Ю. Захарова

Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова

Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 115478 Москва

С. Н. Пчелина

НИЦ «Курчатовский институт», Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова; Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: usenko_ts@pnpi.nrcki.ru
Россия, 188300 Гатчина, Ленинградская обл.; 197022 Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Stirnemann, J., Belmatoug, N., Camou, F., Serratrice, C., Froissart, R., Caillaud, C., Levade, T., Astudillo, L., Serratrice, J., Brassier, A., Rose, C., Billette de Villemeur, T., and Berger, M. G. (2017) A review of Gaucher disease pathophysiology, clinical presentation and treatments, Int. J. Mol. Sci., 18, 441, https://doi.org/10.3390/ijms18020441.
  2. Gupta, P., and Pastores, G. (2018) Pharmacological treatment of pediatric Gaucher disease, Expert Rev. Clin. Pharmacol., 11, 1183-1194, https://doi.org/10.1080/17512433.2018.1549486.
  3. Gupta, N., Oppenheim, I. M., Kauvar, E. F., Tayebi, N., and Sidransky, E. (2011) Type 2 Gaucher disease: phenotypic variation and genotypic heterogeneity, Blood Cells Mol. Dis., 46, 75-84, https://doi.org/10.1016/j.bcmd.2010.08.012.
  4. Parlar, S. C., Grenn, F. P., Kim, J. J., Baluwendraat, C., and Gan-Or, Z. (2023) Classification of GBA1 variants in Parkinson’s disease: the GBA1-PD browser, Mov. Disord., 38, 489-495, https://doi.org/10.1002/mds.29314.
  5. Emelyanov, A. K., Usenko, T. S., Tesson, C., Senkevich, K. A., Nikolaev, M. A., Miliukhina, I. V., Kopytova, A. E., Timofeeva, A. A., Yakimovsky, A. F., Lesage, S., Brice, A., and Pchelina, S. N. (2018) Mutation analysis of Parkinson’s disease genes in a Russian data set, Neurobiol. Aging, 71, 267.e7-267.e10, https://doi.org/10.1016j.neurobiolaging.2018.06.027.
  6. Pchelina, S., Baydakova, G., Nikolaev, M., Senkevich, K., Emelyanov, A., Kopytova, A., Miliukhina, I., Yakimovskii, A., Timofeeva, A., Berkovich, O., Fedotova, E., Illarioshkin, S., and Zakharova, E. (2018) Blood lysosphingolipids accumulation in patients with Parkinson’s disease with glucocerebrosidase 1 mutations, Mov. Disord., 33, 1325-1330, https://doi.org/10.1002/mds.27393.
  7. Kopytova, A. E., Usenko, T. S., Baydakova, G. V., Nikolaev, M. A., Senkevich, K. A., Izyumchenko, A. D., Tyurin, A. A., Miliukhina, I. V., Emelyanov, A. K., Zakharova, E. Y., and Pchelina, S. N. (2022) Could blood hexosylsphingosine be a marker for Parkinson’s disease linked with GBA1 mutations? Mov. Disord., 37, 1779-1781, https://doi.org/10.1002/mds.29132.
  8. Alcalay, R. N., Levy, O. A., Waters, C. C., Fahn, S., Ford, B., Kuo, S. H., Mazzoni, P., Pauciulo, M. W., Nichols, W. C., Gan-Or, Z., Rouleau, G. A., Chung, W. K., Wolf, P., Oliva, P., Keutzer, J., Marder, K., and Zhang, X. (2015) Glucocerebrosidase activity in Parkinson’s disease with and without GBA mutations, Brain, 138, 2648-2658, https://doi.org/10.1093/brain/awv179.
  9. Polo, G., Burlina, A. P., Kolamunnage, T. B., Zampieri, M., Dionisi-Vici, C., Strisciuglio, P., Zaninotto, M., Plebani, M., and Burlina, A. B. (2017) Diagnosis of sphingolipidoses: a new simultaneous measurement of lysosphingolipids by LC-MS/MS, Clin. Chem. Lab. Med., 55, 403-414, https://doi.org/10.1515/cclm-2016-0340.
  10. Kopytova, A. E., Rychkov, G. N., Nikolaev, M. A., Baydakova, G. V., Cheblokov, A. A., Senkevich, K. A., Bogdanova, D. A., Bolshakova, O. I., Miliukhina, I. V., Bezrukikh, V. A., Salogub, G. N., Sarantseva, S. V., Usenko, T. C., Zakharova, E. Y., Emelyanov, A. K., and Pchelina, S. N. (2011) Ambroxol increases glucocerebrosidase (GCase) activity and restores GCase translocation in primary patient-derived macrophages in Gaucher disease and parkinsonism, Parkinsonism Relat. Disord., 84, 112-121, https://doi.org/10.1016/j.parkreldis.2021.02.003.
  11. Kopytova, A. E., Rychkov, G. N., Cheblokov, A. A., Grigor’eva, E. V., Nikolaev, M. A., Yarkova, E. S., Sorogina, D. A., Ibatullin, F. M., Baydakova, G. V., Izyumchenko, A. D., Bogdanova, D. A., Boitsov, V. M., Rybakov, A. V., Miliukhina, I. V., Bezrukikh, V. A., Salogub, G. N., Zakharova, E. Y., Pchelina, S. N., and Emelyanov, A. K. (2023) Potential binding sites of pharmacological chaperone NCGC00241607 on mutant β-glucocerebrosidase and its efficacy on patient-derived cell cultures in Gaucher and Parkinson’s disease, Int. J. Mol. Sci., 24, 91-105, https://doi.org/10.3390/ijms24109105.
  12. Aflaki, E., Stubblefield, B. K., Maniwang, E., Lopez, G., Moaven, N., Goldin, E., Marugan, J., Patnaik, S., Dutra, A., Southall, N., Zheng, W., Tayebi, N., and Sidransky, E. (2014) Macrophage models of Gaucher disease for evaluating disease pathogenesis and candidate drugs, Sci. Transl. Med., 6, 240ra73, https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3008659.
  13. Liu, Z., Bryant, N., Kumaran, R., Beilina, A., Abeliovich, A., Cookson, M. R., and West, A. B. (2018) LRRK2 phosphorylates membrane-bound Rabs and is activated by GTP-Bound Rab7L1 to promote recruitment to the trans-Golgi network, Hum. Mol. Genet., 27, 385-395, https://doi.org/10.1093/hmg/ddx410.
  14. Vides, E. G., Adhikari, A., Chiang, C. Y., Lis, P., Purlyte, E., Limouse, C., Shumate, J. L., Spínola-Lasso, E., Dhekne, H. S., Alessi, D. R., and Pfeffer, S. R. (2022) A feed-forward pathway drives LRRK2 kinase membrane recruitment and activation, Elife, 11, e79771, https://doi.org/10.7554/eLife.79771.
  15. Taymans, J. M., Fell, M., Greenamyre, T., Hirst, W. D., Mamais, A., Padmanabhan, S., Peter, I., Rideout, H., and Thaler, A. (2023) Perspective on the current state of the LRRK2 field, NPJ Parkinsons Dis., 9, 104, https://doi.org/10.1038/s41531-023-00544-7.
  16. Ysselstein, D., Nguyen, M., Young, T. J., Severino, A., Schwake, M., Merchant, K., and Krainc, D. (2019) LRRK2 kinase activity regulates lysosomal glucocerebrosidase in neurons derived from Parkinson’s disease patients, Nat. Commun., 10, 5570, https://doi.org/10.1038/s41467-019-13413-w.
  17. Усенко Т. С., Башарова К. С., Безрукова А. И., Николаев М. А., Милюхина И. В., Байдакова Г. В., Захарова Е. Ю., Пчелина С. Н. (2022) Селективное ингибирование киназной активности LRRK2 как подход к терапии болезни Паркинсона, Мед. Генет., 21, 26-29, https://doi.org/10.25557/2073-7998.2022.12.26-29.
  18. Kedariti, M., Frattini, E., Baden, P., Cogo, S., Civiero, L., Ziviani, E., Zilio, G., Bertoli, F., Aureli, M., Kaganovich, A., Cookson, M. R., Stefanis, L., Surface, M., Deleidi, M., Di Fonzo, A., Alcalay, R. N., Rideout, H., Greggio, E., and Plotegher, N. (2022) LRRK2 kinase activity regulates GCase level and enzymatic activity differently depending on cell type in Parkinson’s disease, NPJ Parkinsons Dis., 8, 92, https://doi.org/10.1038/s41531-022-00354-3.
  19. Sanyal, A., Novis, H. S., Gasser, E., Lin, S., and LaVoie, M. J. (2020) LRRK2 kinase inhibition rescues deficits in lysosome function due to heterozygous GBA1 expression in human IPSC-derived neurons, Front. Neurosci., 14, 442, https://doi.org/10.3389/fnins.2020.00442.
  20. Mamais, A., Sanyal, A., Fajfer, A., Zykoski, C. G., Guldin, M., Riley-DiPaolo, A., Subrahmanian, N., Gibbs, W., Lin, S., and LaVoie, M. J. (2023) The LRRK2 kinase substrates Rab8a and Rab10 contribute complementary but distinct disease-relevant phenotypes in human neurons, bioRxiv, https://doi.org/10.1101/2023.04.30.538317.
  21. Rao, G., Fisch, L., Srinivasan, S., D’Amico, F., Okada, T., Eaton, C., and Robbins, C. (2023) Does this patient have Parkinson disease? JAMA, 289, 347-353, https://doi.org/10.1001/jama.289.3.347.
  22. Nikolaev, M. A., Kopytova, A. E., Baidakova, G. V., Emel’yanov, A. K., Salogub, G. N., Senkevich, K. A., Usenko, T. S., Gorchakova, M. V., Koval’chuk, Yu. P., Berkovich, O. A., Zakharova, E. Y., and Pchelina, S. N. (2019) Human peripheral blood macrophages as a model for studying glucocerebrosidase dysfunction, Cell Tissue Biol., 13, 100-106, https://doi.org/10.1134/S1990519X19020081.
  23. Tan, Y. L., Genereux, J. C., Pankow, S., Aerts, J. M., Yates, J. R., and Kelly, J. W. (2014) ERdj3 is an endoplasmic reticulum degradation factor for mutant glucocerebrosidase variants linked to Gaucher’s disease, Chem. Biol., 21, 967-976, https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2014.06.008.
  24. Sawkar, A. R., Schmitz, M., Zimmer, K. P., Reczek, D., Edmunds, T., Balch, W. E., and Kelly, J. W. (2006) Chemical chaperones and permissive temperatures alter localization of Gaucher disease associated glucocerebrosidase variants, ACS Chem. Biol., 1, 235-251, https://doi.org/10.1021/cb600187q.
  25. Liou, B., Kazimierczuk, A., Zhang, M., Scott, C. R., Hegde, R. S., and Grabowski, G. A. (2006) Analyses of variant acid beta-glucosidases: effects of Gaucher disease mutations, J. Biol. Chem., 281, 4242-4253, https://doi.org/10.1074/jbc.M511110200.
  26. Yap, T. L., Gruschus, J. M., Velayati, A., Westbroek, W., Goldin, E., Moaven, N., Sidransky, E., and Lee, J. C. (2011) α-Synuclein interacts with glucocerebrosidase providing a molecular link between Parkinson and Gaucher diseases, J. Biol Chem., 286, 28080-28088, https://doi.org/10.1074/jbc.M111.237859.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Уровень активности GCase и HexSph в первичной культуре макрофагов периферической крови пациентов с БГ, GBA1-БП и контроля

Скачать (464KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Уровень активности GCase и HexSph в первичной культуре макрофагов периферической крови пациентов с БГ, GBA1-БП и контроля в зависимости от мутаций в гене GBA1 в группе пациентов с GBA1-БП

Скачать (507KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025