Нейрореабилитация на уровне генома: теоретические основы и экспериментальные предпосылки

Аннотация

Кратко рассматриваются механизмы контроля генетического гомеостаза нейронов и их роль в этиопатогенезе некоторых нейродегенеративных, психических заболеваний и старения. С целью возможной профилактики и (или) компенсации указанных нарушений предлагается фармакологически модулировать активность систем, обеспечивающих стабильность генома клетки

Полный текст

Известно, что иммунный надзор за генетическим постоянством клеток не распространяется на мозг. Положение усугубляется рядом физиологических особенное гей метаболизма нейронов, которые делают вероятность повреждения ДНК этих клеток выше, чем в других тканях [3]. Например, в дифференцированных неделящихся нейронах повреждения ДНК накапливаются как функция возраста, поскольку продолжительность жизни указанных клеток немногим уступает таковой для целостного организма [8]. Ввиду исключительной интенсивности тканевого дыхания в мозге уровень повреждения ДНК нейронов свободными радикалами может быть также повышен [3].

Генетическая стабильность нервной клетки остается очевидным условием ее адекватного функционирования. Поддержание этой стабильности в отсутствие системного иммунного контроля, по видимому, целиком возлагается на автономные внутриклеточные механизмы. В их числе система репарации ДНК, рассматриваемая как своего рода аналог аппарата иммунитета на молекулярном уровне [5]. Система репарации ДНК обеспечивает стабильность клеточного генома, восстанавливая повреждения ДНК, возникающие спонтанно в результате нормальной жизнедеятельности организма и индуцированно при действии мутагенов физической, химической и био логической природы. Снижение ДНК репаративного потенциала наряду с различными повреждениями ДНК и мутациями присуще ряду нейродегенеративных, психических заболеваний и старению (таблица).

Нестабильность генома при некоторых психических и нейродегенеративных заболеваниях

Заболевание	Дефект	Литературный источник
Хроническая шизофрения	Трисомия 5q Хромосомы	[13]
Шизофрения Синдром Марфана	Ингибиция репаративного синтеза ДНК Ингибиция репаративного синтеза ДНК	[6] [6]
Синдром Кокаина	Дефицит репарации активных генов	[7]
Синдром Альцгеймера	Точковые мутации в гене белкового предшественника ß-амилоида	[8]

Потенциальная этиологическая роль обнаруженных генетических нарушений активно дискутируется.

В аспекте нейрореабилитации теоретически непротиворечивой выглядит попытка фармакологической профилактики и (или) коррекции повреждений ДНК нейронов за счет модуляции естественных механизмов генетического гомеостаза. Физиологически обоснованным представляется использование пиримидиновых производных, поскольку соединения этой группы структурно близки к естественным метаболитам нуклеинового обмена, проникают через гематоэнцефалический барьер и обладают клинически подтвержденной анксиолитической, aнтидепрессивной и ноотропной активностью [2, 3].

Объект исследования — новый оригинальный препарат из группы пиримидиновых производных ксимедон, который синтезирован в ИОФХ им. академика А.Е. Арбузова (Казань) и разрешен к клиническому применению как средство, стимулирующее регенерацию клеток. Ксимедон обладает радиопротекторной и анти мутагенной активностью.

В работе предпринята попытка экспериментально обосновать влияние ксимедона на некоторые системы контроля генетической стабильности клетки. Для анализа были выбраны два следующих феномена, значимость которых для нейронов подтверждается рядом авторов: 1) репаративный синтез ДНК [4], 2) активность ДНК полимеразы ß [12]. Учитывая предварительный характер экспериментов, клеточную универсальность анализируемых феноменов и трудности выделения (культивирования) нейронов in vitro, в качестве тест объекта были выбраны лимфоциты линейных мышей. Дополнительными предпосылками явились сходство рецепторно-антигенного фенотипа лимфоцитов и нейронов и наличие двусторонних регуляторных связей между иммунной и нервной системами.

Общую фракцию лимфоцитов выделяли из суспензии клеток селезенок мышей линии СВА X С₅₇В1 центрифугированием в градиенте плотности фиколла верографина. Лимфоциты инкубировали в среде 199, содержащей 5% эмбриональной телячьей сыворотки.

Репаративный синтез ДНК, отражающий уровень эксцизионной репарации, оценивали в соответствии с протоколом (1); включение ³Н-тимидина в ДНК лимфоцитов определяли прямым жидкостным сцинтилляционным счетом радиоактивности. В качестве селективного ингибитора ДНК полимеразы ß применяли 2',3' дидезокситимидин.

Референс препаратами явились известный антимутаген парааминобензойная кислота [7] и широко применявшийся в отечественной практике 6 метилурацил.

Статистическую обработку результатов проводили по критерию Стьюдента.

В неделящихся нервных клетках синтез ДНК, протекающий в процессе коррекции повреждений ДНК, именуют внеплановым, или репаративным [9]. В нейронах, также как и в лимфоцитах, определяется спонтанный уровень репаративного синтеза ДНК [4]. Сложность непосредственного анализа генетического аппарата нейронов, особенно в клинических исследованиях, часто заставляет обращаться к лимфоцитам как наиболее доступной модели [4].

Результаты оценки влияния ксимедона и антимутагена парааминобензойной кислоты на спонтанный уровень репаративного синтеза ДНК в лимфоцитах линейных мышей представлен на рис. 1. Препараты усиливали репаративный синтез ДНК, проявляя наибольший эффект в концентрации 1()⁶М. Аналогичным действием обладал интерферон, который активировал репаративный синтез ДНК в лимфоцитах с ингибированной репарацией у больных с синдромом Марфана [4]. Метадон, используемый для терапии героиновой наркомании, при длительном назначении также восстанавливал репаративный синтез ДНК и нормализовал уровень хромосомных аберраций [10].

Рис. 1. Влияние ксимедона и парааминобензойной кислоты на репаративный синтез ДНК в лимфоцитах мышей линии СВА х С57В1

Имеются сообщения о наличии в ткани мозга значительного уровня активности ДНК полимеразы ß [12], которая является ферментом репарации ДНК нейронов [15]. Для изучения механизмов, опосредующих ксимедонзависимое усиление репаративного синтеза ДНК, и исследования потенциальной связи этого феномена с активное тью ДНК полимеразы ß был применен ингибиторный анализ. В качестве соединения, избирательно подавляющего ДНК поли меразы, использовали 2’,3’-дидезокситимидин (ddT), который присутствовал в среде инкубации лимфоцитов, предварительно обработанных тестируемыми соединениями. Ксимедон и метилурацил в концентрации 10⁶М достоверно усиливали репаративный синтез в лимфоцитах (рис. 2). Пост обработка клеток отменяла этот эффект, редуцируя синтез до исходного уровня, что свидетельствует об участии ДНК полимеразы ß в реализации генетических эффектов исследуемых препаратов.

Рис. 2. Ингибитор ДНК полимеразы ß 2',3' дидезокситимидин отменяет ксимедонопосредованное усиление репаративного синтеза ДНК

Таким образом, ксимедон, метилурацил и антимутаген парааминобензойная кислота усиливали репаративный синтез ДНК в лимфоцитах линейных мышей. Действие пиримидиновых производных было опосредовано ферментом репарации ДНК полимеразы ß. Полученные результаты позволяют рекомендовать продолжить изучение ксимедона в культуре нейронов и в перспективе рассматривать производные пиримидина как возможные препараты для профилактики и (или) коррекции нестабильности генома при нервно-психических заболева ниях. Кроме того, ксимедон потенциально может оказаться полезным в качестве геропротекторного средства, ибо процесс ста рения ассоциирован со значительным снижением ДНК репаративного потенциала нейронов [13].