帕金森病LRRK2基因研究①

张家义 马那琦 李晓莉 刘承伟

(1.桂林医学院 广西桂林 541004; 2.宝鸡中心医院消化内科 陕西宝鸡 721008)

帕金森病(PD)是一种儿茶酚胺系统神经元变性性疾病,典型病变表现为黑质多巴胺神经元和蓝斑去甲肾上腺素能神经元变性[1],同时PD也是一种年龄相关的慢性进行性疾病[2]。PD发病机制至今还不清楚,目前普遍认为PD是多因素共同作用结果[3],而且随着PD病因的研究PD的遗传学因素也凸显出其重要性。

1 LRRK2基因与帕金森病关系

Leucine-rich–repeat-kinase2(LRRK2,PARK8,dardarin)基因位于12p11.2-q13.1,含51个外显子[4]。LRRK2突变PD患者对左旋多巴治疗反应良好[5]。病理改变与普通PD患者无明显差别,仍以黑质致密部多巴胺能神经元丢失和神经元内路易氏小体沉积为主[6](图1)。

图1 LRRK2突变位点

已有研究结果分析表明,LRR2在家族遗传性发病和散发病例之间都被检测出来,而且在早发型和迟发型PD中都有LRRK2表达[7],但是LRR2的不同突变类型在不同种族之间差异较明显。G201 9S在欧洲及北非PD患者中频率最高可达20%～40%,而在亚洲地区未检测到该突变[10]。

2 LRR2基因结构

LRRK2基因结构如图1所示,有6个单独区域组成:(1)锚蛋白(ANK)区域;(2)富含亮氨酸重复序列(LRR);(3)Roc GTP酶区域;(4)COR区域(C-terminal of Roc);(5)酪氨酸激酶样亚家族(TKL)的酶区域MAPKKK;(6)C末端的WD40[14]。

3 LRRK2蛋白结构与功能

LRRK2蛋白是一个复杂的多功能蛋白,包含ANK,LRR,ROC,COR,Kinase和WD40等多个结构域,LRR2蛋白属于Roco家族[10],有一个高度保守的Ras样GTP酶结构域ROC,ROC通常与COR(C-terminal of Roc)串联在一起。GTP结合于LRRK2蛋白的ROC结构域后被分解并激活LRRK2蛋白的酪氨酸激酶活性引起细胞内生物学效应[11],具体作用过程大致如图2[12]。

4 LRRK2的致病机制

LRRK2突变导致PD机制还未能解开。LRRK2蛋白有3个参与蛋白质相互作用的结构域(ANK,LRR和WD40),而且在每个结构域中都能找到致病性的突变,2个酶活性域(ROC和Kinase)各自调节作用研究也不是十分清楚。LRRK 2蛋白的酪氨酸激酶活性与MAPKKK相似,但其可通过自身GTP酶进行分子内部激活的MAPKKK,且GTP结合于LRRK2蛋白的ROC结构域之后,还可以通过活化cAMP依赖的蛋白激酶,进而磷酸化LRRK2蛋白。LRRK2蛋白的ROC结构域与Ras有相似作用。LRRK2突变可导致LRRK2蛋白的激酶活性上升和细胞凋亡[13]。

图2 LRRK2蛋白的激活过程

5 展望

LRRK2在黑质致密部、纹状体和大脑皮层的多种类型中间神经元中都有表达,这与PD的运动系统障碍症状相符合,LRRK2缺失及突变模型的建立对于研究PD的发病机制和治疗有指导意义。通过比较同源基因表达的LRRK2蛋白的N端,发现LRRK2蛋白的N端有一个臂状面结构[14],推测该结构可能是一个蛋白与蛋白的结合区域,利用此结构有可能找出与LRRK2相互作用的物质,有助于对LRRK2蛋白激酶的调控机制及其底物的研究,从而可能找到一些有PD治疗潜力的药物治疗靶点[15]。虽然LRRK2和PD相关性很高,但其基因结构和表达产物的复杂性给我们的研究带来很多困难。当前的研究都是针对LRRK2本身进行研究,如果我们从反面进行研究,针对LRRK2表达的调控机制、LRRK2蛋白的底物及与LRRK2蛋白相互作用的蛋白或其它小分子物质,或许可以揭开一些以前不为人知的致病机制。

在PD患者中往往同时存在几种PARK基因的突变,值得我们研究的是LRRK2与其它PARK基因之间是否有相互作用,或者他们的表达产物之间是否有相互作用,研究清楚这些关系对于我们探索PD会有意想不到的效果。我们研究LRRK2的最终目的是为了治疗PD,由于目前基因治疗所用的递送容量有限,直接利用LRRK2进行治疗不容易实现。相反,利用LRRK2的调控基因和与LRRK2蛋白相互作用物质的基因可能更容易控制,我们今后的研究可以侧重这一方面寻找治疗PD的突破口。

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