Влияние ионов металлов на микротрубочки как возможный механизм патогенеза болезни Альцгеймера

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf html html (English)
Опубликован: Jul 10, 2018
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00050
Ключевые слова:
болезнь Альцгеймера тубулин микротрубочки ионы металлов ионы алюминия фосфорилирование микротубуллярных белков

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

П.Н. Шевцов
Институт физиологически активных веществ Российской академии наук, 142432, Черноголовка Московской обл., Северный проезд, 1
Е.Ф. Шевцова
Институт физиологически активных веществ Российской академии наук, 142432, Черноголовка Московской обл., Северный проезд, 1
С.О. Бачурин
Институт физиологически активных веществ Российской академии наук, 142432, Черноголовка Московской обл., Северный проезд, 1

Аннотация

Обобщены собственные результаты сравнительного исследования эффектов ионов железа, цинка и алюминия на структуру микротрубочек в процессе их сборки из тубулина и микротубуллоассоциированных белков мозга крысы с данными по изменению структуры микротрубочек в процессе их сборки из тубулина и белков, ассоциированных с микротрубочками (МАР от англ. microtubules associated proteins), мозга больных болезнью Альцгеймера (БА). В мозге больных БА выявлено значительное снижение количества растворимого тубулина, по сравнению с контрольной группой, в гиппокампе, лобной коре и чёрной субстанции, но не в нижней оливе. Отработаны условия, позволившие впервые провести in vitro полимеризацию тубулина и MAP мозга больных БА и получить электронные микрофотографии образовавшихся структур. Показано, что при БА нарушен процесс сборки микротрубочек, в результате чего образуются дефектные структуры. С другой стороны, исследование влияния ионов Al3+, Fe3+, Zn2+ на сборку и структуру микротрубочек из тубулина и MAP мозга крысы показало, что любой из исследованных нами металлов способен снижать количество микротрубочек и вызывать образование аномальных структур. По степени деформирующего воздействия на микротубулярную систему клеток мозга и, соответственно, возможной значимости в патогенезе БА, ионы металлов можно расположить в следующей последовательности Al3+ > Zn2+ > Fe3+. Более того, спектр фосфорилирования тубулина и MAP в присутствии ионов алюминия в наибольшей степени отражает фосфорилирование этих белков при болезни Альцгеймера. Сопоставление данных о нарушениях структуры микротрубочек, наблюдаемых при их сборке из препаратов тубулина и MAP из мозга больных БА, и из мозга крыс, но в присутствии ионов металлов, подтверждают вывод о возможной роли металлов в этиопатогенезе болезни Альцгеймера.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Шевцов P., Шевцова E., & Бачурин S. (2018). Влияние ионов металлов на микротрубочки как возможный механизм патогенеза болезни Альцгеймера. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 1(3), e00050. https://doi.org/10.18097/BMCRM00050
Выпуск
Том 1 № 3 (2018)
Раздел
ОБЗОРЫ

Библиографические ссылки

  1. Reitz, C., Mayeux, R. (2014) Alzheimer disease: Epidemiology, Diagnostic Criteria, Risk Factors and Biomarkers. Biochemical pharmacology, 88(4), 640-651. DOI
  2. Erkkinen, M.G., Kim, M.O., Geschwind, M.D. (2018) Clinical Neurology and Epidemiology of the Major Neurodegenerative Diseases. Cold Spring Harb Perspect Biol., 2, 10(4). pii: a033118. DOI
  3. Andrasi, E., Farkas, E., Scheibler, H., Reffy, A., Bezur L. (1995) Al, Zn, Cu, Mn and Fe levels in brain in Alzheimer’s disease. Arch.Gerontol.Geriatr, 21, 89-97, DOI
  4. Wenstrup, D., William, D.E., William, R.M. (1990) Trace element imbalances in isolated subcellular fractions of Alzheimer’s disease brains. Brain Res., 533, 125-131, DOI
  5. Lovell, M.A., Robertson, J.D., Teesdale, W.J., Campbell, J.L., Markesbery, W.R. (1998) Copper, iron and zinc in Alzheimer's disease senile plaques. J. Neurol. Sci., 158(1), 47-52, DOI
  6. Frederickson, C.J., Koh, J.Y., Bush, A.I. (2005) The neurobiology of zinc in health and disease. Nat Rev Neurosci., 6(6), 449-462, DOI
  7. Mold, M., Umar, D., King, A., Exley, C. (2018) Aluminium in brain tissue in autism. J Trace Elem Med Biol., 46, 76-82. DOI
  8. Kern, J.K., Geier, D.A., Sykes, L.K., Geier, M.R. (2013) Evidence of neurodegeneration in autism spectrum disorder. Translational Neurodegeneration., 2, 17. DOI
  9. Yumoto, S., Kakimi, S., Ohsaki, A., Ishikawa, A. (2009) Demonstration of aluminum in amyloid fibers in the cores of senile plaques in the brains of patients with Alzheimer's disease. J Inorg Biochem., 103(11), 1579-1584. DOI
  10. Perl, D.P., Brody A.R. (1980) Alzheimer’s disease – x-ray spectrometric evidence of aluminium accumulation in neurofibrillary tangle-bearing neurons. Science, 208, 297–299. DOI
  11. Matsuyama, S.S., Jarvik, L.F. (1989) Hypothesis: microtubules, a key to Alzheimer disease. PNAS USA, 86, 8152-8156. DOI
  12. Iqbal, K., Grundke-Iqbal, I., Shaikh, S.S., Wisniewski, H.M. (1979) Evidence that Alzheimer neurofibrillary tangles originate from neurotubules. Lancet, 1, 578-580. DOI
  13. Cash, A.D., Aliev, G., Seidlak, S.L., Nunomura, A., Fujioka, H., Zhu, X., Raina, A.K. (2003) Microtubule reduction in Alzheimer’s disease and aging is independent of filament formation. Amer. J. of Pathology, 162(5), 1623-1627 DOI
  14. Iqbal, K., Grundke-Iqbal, I., Zaidi T., Merz P.A., Wen G.Y., Shaikh S.S., Wisniewski H.M. (1986) Defective brain microtubule assembly in Alzheimer's disease. Lancet, 2(8504), 421-426. DOI
  15. O’Farrell, P.H. (1975) High resolutiion two-dimentional electrophoresis of proteins. J.Biol.Chem., 250, 4007-4021.
  16. Smirnov, A.V., Shevtsov, P.N., Burbaeva, G.Sh. (1991) Two-dimensional electrophoretic analysis of the protein spectrum of human brain structures in schizophrenia and senile dementia of the Alzheimer type. Zh Nevropatol Psikhiatr Im S S Korsakova, 91(10), 34-36.
  17. Shevtsov, P.N., Shevtsova, E.F., Burbaeva, G.Sh.,Bachurin, S.O. (2006) Disturbed Assembly of Human Cerebral Microtubules in Alzheimer’s Disease. Bull Exp Biol Med, 141(2), 265-268.
  18. Zavalishin, I.A., Yachno, N.N., Gavrilova, S.I. (2001) Neurodegenerative diseases and aging. A guide for doctors. Moscow, 277-353.
  19. Hirano, A. (1997) Neurons and astrocytes. In: Textbook of neuropathology 3-rd ed. (Davis R., Robertson D. eds.). Willias & Wilkins. Baltimor, 1-109
  20. Waldron, K.J., Rutherford, J.C., Ford, D., Robinson, N.J. (2009) Metalloproteins and metal sensing. Nature, 460, 823–830. DOI
  21. Banci, L., Bertini, I. (2013) Metallomics and the Cell. Springer: Basel, Switzerland. DOI
  22. Myhre, O., Utkilen, H., Duale, N., Brunborg, G., Hofer, T. (2013) Metal dyshomeostasis and inflammation in Alzheimer’s and Parkinson’s diseases: Possible impact of environmental exposures. Oxid. Med. Cell. Longev., 2013, 2013:726954. DOI
  23. Wright, R.O., Baccarelli, A. (2007) Metals and neurotoxicology. J. Nutr., 137, 2809–2813. DOI
  24. Eagle, G.R., Zombola, R.R., Himes, R.H. (1983) Tubulin-Zinc interactions: binding and polymerization studies. Biochemistry, 22(1), 221-228. DOI
  25. Hesketh, J.E. (1981) Impaired microtubule assembly in brain from zinc-deficient pigs and rats. Intern. J. Biochem., 13(8), 921-926. DOI
  26. Macdonald, T.L., Humphreys, WG., Martin, R.B. (1987) Promotion tubulin assembly by aluminum ion in vitro. Science, 236, 183-186. DOI
  27. Schmidt, R., Bohm, K., Vater, W., Unger, E. (1991) Aluminium induced osteomalacia and encephalopathy – an aberration of the tubulin assembly into microtubules (MTs) by Al3+? Progress in Histo-and Cytochemistry, 23, 355-364. DOI
  28. Wallin, M., Larsson, H., Edstrem, A. (1977) Tubulin sulfhydryl groups and polymerization in vitro: Effects of di- and trivalent cations. Experimental Cell Research., 107, 219-225. DOI
  29. Shevtsov, P.N., Shevtsova, E.F., Burbaeva, G.Sh. (2016) Effect of Aluminum, Iron, and Zinc Ions on the Assembly of Microtubules from Brain Microtubule Proteins. Bull Exp Biol Med. 161(4), 451-455, DOI
  30. Shevtsov, P.N., Shevtsova, E.F., Burbaeva, G.Sh. (2008) Effect of tacrine, amiridine,akatinol memantine, and triazolam on phosphorylation, structure, and assembly of microtubules from brain microtubular proteins in Alzheimer diseases. Bull Exp Biol Med., 145(2), 218-222. DOI
  31. Shevtsov, P.N., Burbaeva, G.Sh. (1999) The influence of aluminum ions on the phosphorylation of tubulin and brain microtubular proteins. Zh Nevrol Psikhiatr Im SS Korsakova, 99(9), 52-53.
  32. Shevtsov, P.N., Burbaeva, G.Sh. (2001) The effects of aluminum ions on the phosphorylation of tubulin and microtubule proteins in the brain. Neurosci Behav Physiol., 31(2), 183-184. DOI