Генодиагностика болезни Паркинсона

Болезнь Паркинсона представляет собой второе по распространенности после болезни Альцгеймера  нейродегенеративное заболевание, поражающее 1-2% населения и развивающееся в основном после 65 лет. Данное заболевание характеризуется гибелью дофаминовых нейронов в черной субстанции, однако по мере прогрессирования в процесс нейродегенерации постепенно вовлекаются все отделы головного мозга. Другой важной патоморфологической характеристикой болезни Паркинсона являются цитоплазматические белковые включения в нейронах, которые называются тельцами Леви и представляют собой отложения альфа-синуклеина и других нейрональных белков.
Исторически болезнь Паркинсона рассматривалась как спорадическое заболевание, однако на сегодняшний день доказано, что около 15% случаев развиваются в связи с различными генетическими аберрациями. На данный момент известно о более 20 генах, мутации в которых могут вызывать развитие болезни Паркинсона (PARK1- PARK23). Аутосомно-доминантные формы ассоциированы с мутациями в генах PARK1 (SNCA) и PARK8 (LRRK2). Аутосомно-рецессивные формы вызываются гомозиготными мутациями в генах PARK2 (Parkin), PARK6 (PINK1), PARK7 (DJ1), PARK9 (ATP13A2) и, как правило, характеризуются более ранним появлением симптоматики (до 40 лет). Также существует ряд локусов, изменения в которых могут увеличивать риски развития болезни Паркинсона.
Классическими проявлениями БП являются гипокинезия, являющаяся основным и обязательным для постановки диагноза симптомом, а также мышечная ригидность и тремор покоя. Данная триада также может сочетаться с другими моторными и немоторными неврологическими проявлениями.

PARK1 (SNCA)

Ген SNCA располагается на длинном плече 4 хромосомы в локусе 4q21-22 и кодирует белок альфа-синуклеин. Большинство мутаций в данном гене являются точечными миссенс мутациями, среди которых наиболее распространены гетерозиготные мутации A30P и A53T. Также описаны точечные мутации p.A53E,  E46K, G51D, H50Q. Реже причиной заболевания являются делеции и дупликации. Кроме того, описаны случаи трипликации гена SNCA, ассоциированные с более ранним дебютом заболевания, тяжелой симптоматикой и атипичными проявлениями в виде миоклонуса, а также с более быстрой прогрессией по сравнению с дупликациями данного гена. Случаи, вызванные трипликациями гена SNCA, выделены в отдельную нозологическую форму – PARK4. Все из описанных мутаций характеризуются высокой пенетрантностью (около 85%), а также наследуются по аутосомно-доминантному типу и приводят к развитию ранней формы болезни Паркинсона с дебютом до 50 лет и относительно быстрой прогрессией.
Белок альфа-синуклеин входит в семейство синуклеинов, которое также включает бета- и гамма-синуклеин. Данные белки широко распространены в головном мозге и селективно ингибируют фосфолипазы D2. В норме α-синуклеин регулирует высвобождение нейротрансмиттеров и участвует в синаптической передаче. Мутации гена альфа-синуклеина приводят к снижению аффинности данного белка к липидам, что обусловливает формирование олигомеров,  нерастворимых фибрилл и протофибрилл, обладающих токсическими свойствами по отношению к глии. В результате данный белок становится главным компонентом патологических телец Леви, накапливающихся в нейронах. Также было продемонстрировано, что в норме α-синуклеин взаимодействует с лизосомо-ассоциированным мембранным белком 2А (LAMP-2A), который является трансмембранным рецептором для селективной транслокации белков в лизосомы с их последующей аутофагией.  Патогенные мутации альфа-синуклеина повышают его аффинность к белку LAMP-2A, в результате чего нарушается процесс аутофагии, что также приводит к накоплению синуклеина. 
Клинически данная форма болезни Паркинсона характеризуется ранним дебютом,  быстрой прогрессией, наличием деменции и когнитивной дисфункции, а также появлением атипичной симптоматики: центральной гиповентиляции и миоклонуса. При данном типе БП развивается первичный хороший ответ на терапию леводопой, однако характерно раннее развитие лекарственно-индуцированных флюктуаций.

PARK2 (PARKIN)

Мутации в данном гене, расположенном в локусе 6q25.2-27, широко распространены и являются причиной ранней формы болезни Паркинсона примерно в 15% семейных и 4% спорадических случаев.
В гене PARKIN описано около 60 мутаций, однако наиболее распространенными являются гомозиготные делеции и дупликации данного гена, которые вызывают аутосомно-рецессивную раннюю форму болезни Паркинсона с началом симптоматики в 30-40 лет. Кроме того, при некоторых формах гетерозиготных и гомозиготных аберраций в данном гене симптоматика может возникать в раннем детстве (ювенильная форма болезни Паркинсона). 
Белок  PARKIN представляет собой Е3-убиквитин-лигазу, которая совместно с другими ферментами убиквитин-протеасомной системы участвует в деградации белков-мишеней, в том числе, дефектных протеинов. Также, PARKIN участвует в селективной лизосомо-зависимой деградации нефункциональных митохондрий. Мутации приводят к дисфункции данной лигазы, что нарушает деградацию митохондрий и белков, а также приводит к их аккумуляции и формированию нейротоксичных включений в нейронах, в том числе, в черной субстанции. В ряде аутопсийных исследований пациентов с данной формой БП были выявлены белковые отложения в тельцах Леви, а также отмечалась выраженная гибель нейронов черной субстанции.
Как правило, PARK2–ассоциированная форма болезни Паркинсона характеризуется медленной прогрессией, слабо выраженными немоторными симптомами, развитием атипичных проявлений в виде дистонии нижних конечностей и гиперрефлексии, а также хорошим ответом на леводопу.  Деменции при данном типе БП не описано, напротив, пациенты, как правило, демонстрируют более высокие показатели при исследовании когнитивных функций, чем в случаях идиопатической БП. Однако при данной форме БП частыми являются импульсивные поведенческие расстройства. 

PARK5 (UCHL1)

Ген UCHL1 (Ubiquitin C-terminal hydrolase L1) располагается на 4 хромосоме в локусе 4p13-15.3 и кодирует фермент, вовлеченный в убиквитин-протеасомную систему, который играет важную роль в элиминации токсических протеинов (в том числе, синуклеина) и предотвращает их аккумуляцию в нейронах. В ряде исследований продемонстрировано, что мутантный белок UCHL1 утрачивает гидролитическую активность примерно на 50%.
Точечные мутации, а также делеции и дупликации гена PARK5 повышают риск развития болезни Паркинсона, однако их патогенность до сих пор полностью не доказана. 

PARK6 (PINK1)

Мутации в гене PINK1 занимают второе по распространенности место после Parkin-ассоциированных форм БП и во многом схожи клинически с данным типом заболевания. Ген PINK1 локализуется на коротком плече 1 хромосомы в локусе 1p35-36 и кодирует митохондриальную серин-треонин протеинкиназу 1 (PTEN-induced kinase 1). PINK1-ассоциированная форма БП составляет около 4-7% спорадических случаев заболевания. Наиболее распространенной в гене PINK1 является точечная мутация p.Gln456Ter. Однако описано около 111 других миссенс и нонсенс мутаций, инсерций, а также мутаций сайтов сплайсинга и крупных делеций.
В норме PINK1-киназа участвует в фосфорилировании митохондриальных белков и изменяет их функциональную активность. Гомозиготные мутации в гене PINK1 наследуются по аутосомно-рецессивному типу и приводят к потере ферментативной активности PINK1-киназы, продукции дефектных АТФ, избыточному образованию свободных радикалов. Значимость гетерозиготных мутаций в данном гене до конца не ясна, однако, согласно результатам многих исследований, гетерозиготность может являться фактором риска БП с поздним началом. 
Фенотип заболевания характеризуется ранним дебютом БП в возрасте до 40 лет, а также начальным типичным паркинсонизмом, медленной прогрессией, минимальными когнитивными нарушениями и хорошим ответом на терапию леводопой. Позднее в клинической картине появляются атипичные проявления, включая дистонию и гиперрефлексию, отмечаемые также при Parkin-ассоциированной форме БП. Кроме того, данный тип БП ассоциирован с немоторными проявлениями, в частности, распространенным симптомом является гипосмия, а также психические нарушения.

PARK7 (DJ1)

Гомозиготные точечные мутации и делеции, а также дупликации гена PARK7 (DJ1), расположенного вблизи гена PINK1 в локусе 1p36, являются редкой причиной (менее 1% случаев)  ранней формы болезни Паркинсона с началом симптоматики в 30-40 лет и наследуются по аутосомно-рецессивному типу. 
Кодируемый данным геном белок относится к пептидазам, распространен повсеместно и локализуется в цитоплазме, а также ядре и митохондриях. В норме белок DJ1 вовлечен в регуляцию транскрипции, а также участвует в защите нейронов от повреждения, индуцированного оксидативным стрессом и скоплением синуклеина. 
Обычно PARK7 (DJ1)-ассоциированная форма болезни Паркинсона характеризуется медленной прогрессией, наличием атипичных проявлений в виде блефароспазма и гиперрефлексии, а также хорошим ответом на леводопу, но с развитием моторных флюктуаций.

PARK8 (LRRK2/Dardarin)

Ген LRRK2 (leucine rich repeat kinase 2) располагается в локусе 12q12 и  содержит несколько функциональных доменов, в том числе, киназный. В целом описано около 80 мутаций в гене PARK8, однако лишь 7 из них считаются патогенными, включая гетерозиготную миссенс мутацию G2019S (p.Gly2019Ser), локализующуюся именно в киназном домене данного гена. Эта мутация является самой распространенной в гене LRRK2 и составляет около 1% среди случаев спорадической БП и порядка 4% семейных форм БП. Кроме того, заболевание может быть обусловлено иными типами мутаций, в частности, делециями и дупликациями. Описанные генетические аберрации наследуются по аутосомно-доминантному типу и  вызывают позднюю форму болезни Паркинсона с медленной прогрессией. Пенетрантность при мутациях в гене LRRK2 зависит от возраста и варьирует от 25 до 100% к 80 годам.
Кодируемый геном PARK8 белок – обогащенная лейциновыми повторами киназа-2 синтезируется в нейронах, астроцитах, микроглии, но в допаминергических нейронах черной субстанции экспрессия относительно низка. Мутации в гене LRRK2 приводят к повышению киназной активности данного белка, в результате чего он приобретает токсические свойства. Кроме того, происходит нарушение транспорта везикул и лизосомальных систем, а также формирование телец Леви и нигростриальная дегенерация. Однако точные механизмы патогенеза до конца не ясны.
Клинически данная форма болезни Паркинсона неотличима от идиопатической формы заболевания, однако отмечается более частый дебют с постуральной неустойчивости. Кроме того, отмечается меньшая встречаемость немоторных проявлений и редкое развитие деменции, а также хороший ответ на терапию леводопой.

PARK9 (синдром Куфора-Ракеба) - ATP13A2

Ген ATP13A2 (АТФ-аза 13A2) также располагается в локусе 1p36 и кодирует лизосомальный трансмембранный белок, экспрессируемый преимущественно в головном мозге.
Спектр мутаций в данном гене представлен гомозиготными точечными мутациями, а также делециями, инсерциями и дупликациями. Описанные мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу и, предположительно, приводят к лизосомальным и митохондриальным дефектам в нейронах и, как следствие, к нейродегенерации.
Данный тип болезни Паркинсона изначально был описан, как ассоциированный с синдромом Куфора-Ракеба, который характеризуется ювенильной манифестацией (в 30-40 лет), быстрой прогрессией и наличием триады, включающей спастичность, надъядерный паралич взгляда и деменцию. Как и для многих других наследственных форм БП, для PARK9-ассициированного типа характерен хороший ответ на терапию леводопой.

Интерпретация

Диагностика наследственных форм болезни Паркинсона основана на исследовании копийности генов PARK1 (SNCA), PARK2 (Parkin), PARK5 (UCHL1), PARK6 (PINK1), PARK7 (DJ1), PARK8 (LRRK2/Dardarin), PARK9 (ATP13A2), а также на выявлении точечной мутации A30P в гене SNCA и мутации G2019S в гене LRRK2. 
Данное исследование проводится методом полимеразной цепной реакции.

• Выявление дупликаций/делеций в описанных генах и наличие точечных мутаций подтверждает диагноз соответствующей наследственной формы болезни Паркинсона. Однако в связи с неполной пенетрантностью мутаций при постановке диагноза необходимо учитывать анамнез и клинические проявления.
• Отрицательный результат исследования не исключает наследственную этиологию болезни Паркинсона, но значительно снижает ее вероятность, так как в тесте выявляются наиболее частые аберрации.

1. Назаров В.Д., Лапин С.В., Гавриченко А.В., Хуторов Д.В., Лобачевская Т.В., Хальчицкий С.Е., Брачунов С.П., Красаков И.В., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г., Эмануэль В.Л., Тотолян А.А. Выявление экспансии тринуклеотидных повторов при болезни Гентингтона. Медицинская генетика. 2017
2. Гернер Е.А., Назаров В.Д., Федорова Т.Ф. и др. Клинико-лабораторная и молекулярно-генетическая диагностика болезни Вильсона-Коновалова. Российский неврологический журнал. 2019
3. Suman Jayadev, Thomas D. Bird. Hereditary ataxias: overview. Genetics in Medicine volume 15, pages 673–683 (2013).
4. Jacob Oliver Day and Stephen Mullin. The Genetics of Parkinson’s Disease and Implications for Clinical Practice. Genes 2021, 12, 1006.