Белок-предшественник амилоида¶

Белок-предшественник амилоида (англ. amyloid precursor protein, APP) — это трансмембранный белок, кодируемый геном APP у человека, расположенным на 21-й хромосоме. APP относится к классу интегральных мембранных белков I типа и экспрессируется во многих тканях организма, особенно в нейронах центральной нервной системы. Основная биологическая роль APP связана с регуляцией синаптической пластичности, нейритогенезом, клеточной адгезией и защитой нейронов от окислительного стресса. Наибольшую известность белок получил в связи с его участием в патогенезе болезни Альцгеймера: протеолитическое расщепление APP приводит к образованию бета-амилоидных пептидов (Aβ), которые агрегируют в амилоидные бляшки — один из ключевых патологических признаков этого нейродегенеративного заболевания.

¶Структура и изоформы

Ген APP человека содержит 18 экзонов и в результате альтернативного сплайсинга образует несколько изоформ белка. Наиболее распространённые из них:

• APP695 — основная изоформа в нейронах, состоит из 695 аминокислотных остатков. Не содержит домен, кодируемый экзоном 7 (ингибитор протеаз Куница) и экзоном 8 (связывание с гепарином).
• APP751 — содержит экзон 7, кодирующий домен ингибитора протеаз Куница (KPI). Экспрессируется в глиальных клетках, тромбоцитах и других тканях.
• APP770 — самая длинная изоформа (770 аминокислот), включает как экзон 7, так и экзон 8. Встречается в различных соматических тканях.

Структурно APP состоит из:

• Внеклеточного N-концевого домена (E1), который включает домен, подобный фактору роста (GFLD), и домен, связывающий медь (CuBD).
• Центрального домена (E2), содержащего участки, связывающие ионы цинка и гепарин.
• Трансмембранного домена (альфа-спираль), пронизывающего липидный бислой.
• Короткого цитоплазматического C-концевого домена (AICD), который участвует в сигнальной трансдукции и регуляции транскрипции.

¶Биологическая функция

Физиологическая роль APP многообразна и до конца не выяснена. Основные известные функции включают:

• Синаптическая пластичность: APP участвует в формировании и поддержании синапсов, влияет на высвобождение нейромедиаторов и долговременную потенциацию. Нокаут гена APP у мышей приводит к нарушению обучения и памяти.
• Нейритогенез: стимулирует рост аксонов и дендритов, способствует миграции нейронов в процессе развития нервной системы.
• Клеточная адгезия: внеклеточный домен APP взаимодействует с белками внеклеточного матрикса (например, ламинином, коллагеном) и рецепторами на соседних клетках, обеспечивая межклеточные контакты.
• Защита от окислительного стресса: APP связывает ионы меди и железа, участвуя в регуляции редокс-гомеостаза. В условиях окислительного стресса может индуцировать экспрессию антиоксидантных ферментов.
• Регуляция транспорта железа: APP участвует в экспорте железа из нейронов, взаимодействуя с ферропортином. Нарушение этой функции может способствовать накоплению железа в мозге при старении.

¶Протеолитическое расщепление

APP подвергается последовательному протеолизу по двум основным путям: неамилоидогенному (альфа-секретазному) и амилоидогенному (бета-секретазному).

¶Неамилоидогенный путь

При неамилоидогенном расщеплении APP разрезается альфа-секретазой (ферменты семейства ADAM, в основном ADAM10) внутри последовательности Aβ-пептида (между остатками Lys16 и Leu17). Это приводит к образованию:

• Растворимого внеклеточного фрагмента sAPPα, который обладает нейропротекторными и нейротрофическими свойствами.
• Мембраносвязанного C-концевого фрагмента C83 (α-СТF).
• Далее C83 расщепляется гамма-секретазой (комплекс, включающий пресенилин, никастрин, APH-1 и PEN-2) с образованием короткого пептида p3 (не образующего амилоидные агрегаты) и внутриклеточного домена AICD.

¶Амилоидогенный путь

При амилоидогенном расщеплении APP сначала разрезается бета-секретазой (BACE1 — beta-site APP cleaving enzyme 1) на N-конце от Aβ-последовательности. Образуются:

• Растворимый фрагмент sAPPβ.
• Мембраносвязанный C-концевой фрагмент C99 (β-СТF).
• Затем C99 расщепляется гамма-секретазой, что приводит к высвобождению Aβ-пептидов длиной 38–43 аминокислоты (преимущественно Aβ40 и Aβ42). Более длинный Aβ42 обладает высокой склонностью к агрегации и является основным компонентом амилоидных бляшек.

¶Роль в патологии

¶Болезнь Альцгеймера

Нарушение метаболизма APP является центральным звеном в амилоидной гипотезе болезни Альцгеймера. Согласно этой гипотезе, избыточное накопление Aβ42, его агрегация в олигомеры и фибриллы, а затем в амилоидные бляшки запускает каскад нейродегенеративных процессов: воспаление, окислительный стресс, гиперфосфорилирование тау-белка и гибель нейронов.

Генетические мутации в гене APP, приводящие к наследственным формам болезни Альцгеймера с ранним началом, включают:

• Шведская мутация (K670N/M671L) — повышает продукцию Aβ40 и Aβ42.
• Лондонская мутация (V717I) — увеличивает соотношение Aβ42/Aβ40.
• Мутация в домене AICD (например, A673T) — снижает продукцию Aβ и оказывает защитный эффект.

¶Синдром Дауна

Поскольку ген APP расположен на 21-й хромосоме, у людей с синдромом Дауна (трисомия 21) наблюдается избыточная экспрессия APP. Это приводит к повышенному образованию Aβ и раннему развитию амилоидных бляшек, что объясняет высокую предрасположенность таких пациентов к болезни Альцгеймера (к 40–50 годам почти у всех развивается деменция альцгеймеровского типа).

¶Другие заболевания

• Церебральная амилоидная ангиопатия (ЦАА) — отложение Aβ в стенках церебральных сосудов, что может вызывать геморрагические инсульты. Некоторые мутации APP (например, E693Q) ассоциированы с наследственными формами ЦАА.
• Травматическая энцефалопатия — при повторных черепно-мозговых травмах наблюдается накопление APP и Aβ, что может способствовать хронической нейродегенерации.

¶Терапевтические подходы

Разработка лекарств, направленных на метаболизм APP, является одной из главных стратегий в терапии болезни Альцгеймера. Основные направления:

• Ингибиторы бета-секретазы (BACE1): снижают продукцию Aβ. Однако клинические испытания (например, верубецестат, атабецестат) не показали значимого улучшения когнитивных функций и выявили побочные эффекты (например, нарушение миелинизации).
• Модуляторы гамма-секретазы: изменяют активность комплекса так, чтобы уменьшить образование Aβ42. Препарат семагацестат (Semagacestat) был остановлен из-за ухудшения состояния пациентов.
• Антитела к Aβ: моноклональные антитела (адуканумаб, леканемаб, донанемаб) связывают агрегированные формы Aβ и способствуют их выведению из мозга. Адуканумаб и леканемаб одобрены в США для лечения ранних стадий болезни Альцгеймера, но их эффективность и безопасность остаются предметом дискуссий.
• Генная терапия: экспериментальные подходы по снижению экспрессии APP или коррекции мутаций с помощью CRISPR/Cas9.

¶Источники

• Selkoe D.J., Hardy J. The amyloid hypothesis of Alzheimer’s disease at 25 years // EMBO Molecular Medicine. — 2016. — Vol. 8, № 6. — P. 595–608.
• O’Brien R.J., Wong P.C. Amyloid precursor protein processing and Alzheimer’s disease // Annual Review of Neuroscience. — 2011. — Vol. 34. — P. 185–204.
• Nalivaeva N.N., Turner A.J. The amyloid precursor protein: a biochemical enigma in brain development, function and disease // FEBS Letters. — 2013. — Vol. 587, № 13. — P. 2046–2054.
• Müller U.C., Deller T., Korte M. Not just amyloid: physiological functions of the amyloid precursor protein family // Nature Reviews Neuroscience. — 2017. — Vol. 18, № 5. — P. 281–298.
• Tanzi R.E., Bertram L. Twenty years of the Alzheimer’s disease amyloid hypothesis: a genetic perspective // Cell. — 2005. — Vol. 120, № 4. — P. 545–555.