6.4.8. Трансгенные модели возрастных нейродегенеративных заболеваний

В последнее время существенно повысился интерес к использованию мышиных моделей для изучения генетики старения головного мозга и возрастных нейродегенеративных заболеваний (Ingram, Juker, 1999). Мутантный предшественник гена амилоидного белка (AP/RKP) был сконструирован для изучения нарушений функции -секретазы, что приводило у транфецированных им мышей к тяжелым поведенческим аномалиям, таким как неофобия, агрессия, гиперчувствительность к каиновой кислоте и преждевременной смерти (Moechars et al., 1996). Основной причиной преждевременной гибели этих мышей были обширная нейродегенерация и апоптоз, главным образом в гиппокампе и коре головного мозга, сопровождающиеся астроцитозом, поражающим весь головной мозг (Moechars et al., 1996).

Образование фибриллярных отложений -амилоида в головном мозге является ведущим патологическим проявлением болезни Альцгеймера. Однако у трансгенных мышей предшественник -амилоида, способствующий отложению амилоида в головном мозге, не отражает степень утраты нейронов и tau фосфорилирования, что обычно наблюдается при болезни Альцгеймера (Geula et al., 1998). М. Shoji и соавт. (2000) обнаружили возрастное накопление -амилоида у трансгенных мышей, экспрессирующих находящийся под контролем энхансера цитомегаловируса и промотора -актина ген, кодирующий 18 остатков сигнального пептида и 99 остатков карбоксил-терминального фрагмента предшественника -амилоида. Авторы сделали вывод, что избыточный синтез -амилоидного белка приводит к накоплению фибрилл -амилоида, сопровождающемуся клеточной дегенерацией и активацией макрофагов in vivo.

В другом исследовании трансгенные мыши FVB/N, экспрессирующие ген предшественника амилоидного белка (АРР695) человека или мыши, умирали значительно раньше контрольных животных. При этом у них развивались такие нарушения ЦНС, как неофобия и нарушение пространственной ориентации, а также снижение утилизации глюкозы и астроглиоз, главным образом в мозжечке (Hsiao et al., 1995). Продолжительность жизни и возраст, при котором начиналась неофобия, сокращались с увеличением уровня АРР в мозге. Внеклеточные отложения амилоида не наблюдались, что свидетельствует о том, что некоторые патологические процессы, связанные с избыточной экспрессией гена АРР, не связаны непосредственно с образованием амилоида. Следует отметить, что подобный клинический синдром возникает спонтанно у 20% мышей дикого типа в среднем и старческом возрасте. Это наблюдение позволяет предположить, что суперэкспрессия гена АРР может ускорять естественно происходящие возрастные нарушения ЦНС у мышей линии FVB/N (Hsiao et al., 1995). У стареющих трансгенных мышей Tg2576, экспрессирующих человеческий ген -АРР695, наблюдали довольно умеренно выраженную утрату нейронов и -патологию, но часто - позитивно окрашивающиеся на убиквитин и -синуклеин, и -негативные нейроны, более сближающие эту модель с вариантом Lewy болезни Альцгеймера (Yang et al., 2000). Другая модель болезни Альцгеймера - трансгенные мыши с интегрированным человеческим геном белка S-100. Этот ген является нейротропным фактором, использующимся астроглиальными клетками и локализующимся в участке 21-й хромосомы, который считается облигатным для синдрома Дауна. Уровень S-100 увеличен в головном мозге умерших больных синдромом Дауна и болезнью Альцгеймера. Уже в возрасте 1 года у этих трансгенных животных обнаруживается значительная утрата дендритов по сравнению с контрольными животными, а также увеличение количества позитивно окрашиваемых клеток. У молодых трансгенных S-100 мышей выявляется неспособность к обучению (Whytaker Azmitia et al., 1997). Авторы предполагают, что повышение в головном мозге экспрессии гена S-100 может приводить к ускоренному развитию, сменяющемуся ускоренным старением.

Показано, что некоторые случаи амиотрофического бокового склероза (смертельного заболевания, при котором дегенерируют двигательные нейроны спинного мозга, в результате чего развивается прогрессирующий паралич) вызываются мутациями в гене Cu,Zn-СОД. Трансгенные мыши, экспрессирующие мутацию в этом гене (SODMutM), ведущую к амиотрофическому латеральному склерозу, имеют фенотип, схожий с фенотипом больных этой патологией людей. Заболевание начинается у мышей в возрасте 6 недель (Pedersen, Mattson, 1999). Необходимо отметить, что ограничение в калорийности питания не смогло замедлить начало заболевания и сократить его продолжительность. Однако введение с помощью аденовирусного вектора в мозг мышей с этим заболеванием гена IGF-1 приводило к замедлению развития патологического процесса и существенному увеличению средней и максимальной продолжительности их жизни, тогда как введение нейротрофического фактора глиальных клеток (GDNF) оказывало значительно меньший защитный эффект (Kaspar et el., 2003).

Недавно получена новая линия трансгенных мышей -MUPA (Miskin et al., 1999). Эти мыши потребляют на 20 % меньше пищи и на 20 % живут дольше мышей дикого типа. Ген -MUPA индуцирует в головном мозге продукцию мРНК, кодирующую экстрацеллюлярную протеазу - урокиназу активатора плазминогена. Эти трансгенные мыши имели значительно сниженную температуру тела и уменьшение уровня костикостерона плазмы в старческом возрасте. У мышей -MUPA часто наблюдали мышечный тремор конечностей, проявляющийся при неустойчивых положениях тела (Miskin, Masos, 1997, Miskin et al., 1999). К сожалению, авторы не приводят данных о частоте развития спонтанных опухолей у этих мышей. Вместе с тем хорошо известно, что при ограничении калорийности диеты у животных разных линий частота опухолей снижается (Weindmch, Walford, 1988; Anisimov, 2001a).

Функция небольшого гена человека, ассоциированного с фактором VIII В (F8B), неизвестна. Он расположен рядом с геном, кодирующим VIII фактор коагуляции крови (FVIII) на хромосоме в позиции Xq28. Последовательности F8B включают фрагмент С2 клеточной адгезии фактора VIII, который также был идентифицирован в большинстве известных белков, которые играют роль в развитии. S. Valleix и соавт. (1998) сконструировали как химерных, так и трансгенных мышей, экспрессирующих нормальный человеческий ген F8B для исследования его возможных эффектов. Химеры получались из эмбриональных стволовых клеток, трансфецированных нормальным геном F8B, поставленным под контроль цитомегаловирусного промотора, и отбирались по экспрессии устойчивости к неомицину для быстрого определения уровня F8B мРНК в различных тканях. У таких мышей наблюдались задержка развития, микроцефалия, уменьшение продолжительности жизни и тяжелые поражения глаз. Хотя они были фертильны, их потомство не было гетерозиготно по гену F8B. Семь линий транс-генных мышей, полученных путем инъекции трансгена в оплодотворенные ооциты, были жизнеспособны и обычных размеров, но экспрессировали низкий уровень F8B мРНК. Как и у химер, у них наблюдались тяжелые аномалии глаз. Среди этих дефектов были дисгенез переднего сегмента, отсутствие или аномалии хрусталиков, персистенция первичного стекловидного тела, опухоли гардеровых желез и эктопически пигментированные клетки, указывающие на то, что в процессе развития глаза может нарушаться миграция клеток нервных гребешков. Кроме того, были обнаружены дисплазия сетчатки и отсутствие фоторецепторов, что позволяет использовать этих мышей как модель дегенерации сетчатки.

Для изучения роли протоонкогена bcl-2, который защищает различные типы клеток от апоптоза и экспрессируется в развивающейся и взрослой нервной системе, были получены трансгенные мыши, экспрессирующие bcl-2 под контролем нейрон-специфического энолазного промотора (Farlie et al., 1995). Было показано, что эти мыши ведут себя активнее, особенно в старости, по сравнению с мышами дикого типа, и имеют увеличенное количество нейронов. Они быстрее обучались, были более точны в лабиринте и совершали меньше ошибок (Coleman et al., 2000).

У линии трансгенных мышей, экспрессирующих человеческий ген нейрофиламентов среднего размера (NF-M), наблюдалось возрастное патологическое накопление нейрофибрилл в ЦНС (главным образом, в коре головного мозга), приводящее к уменьшению способности обучения и запоминания (Haroutunian et al., 1996).

Нокаутные по арилсульфатазе А (АSА)-дефицитные (-/-) мыши представляют собой модель болезни лизосомального накопления, метахроматической лейкодистрофии, характеризующейся сниженной двигательной активностью и тяжелой атаксией с тремором (DHoog et al., 1999). В возрасте 2 лет мыши ASA^-/- утрачивали значительную часть клеток Пуркинье, в дендритах которых снижалась в основном кальбиндиновая иммунореактивность. Эти клетки имели также упрощенное дендритное строение.

Мышиная модель атаксии-телеангиоэктозии была создана путем направленного разрушения локуса гена Atm (Barlow et al., 1996; Eilam et al., 1998). У гомозиготных Atm^-/- мышей отмечаются замедление роста, неврологические дисфункции, вторичное бесплодие у самцов и самок, обусловленное отсутствием зрелых гамет, нарушения в созревании Т-лимфоцитов. У большинства животных развились злокачественные лимфомы щитовидной железы в возрасте от 2 до 4 месяцев.

Дизайн сайта разработан KN Graphics