The first gene to be linked to Parkinson's disease encodes the neuronal protein alpha-synuclein. Recent mouse and Drosophila models of Parkinson's disease support a central role for the process of alpha-synuclein fibrillization in pathogenesis. However, some evidence indicates that the fibril itself may not be the pathogenic species. Our own biophysical studies suggest that a structured fibrillization intermediate or an alternatively assembled oligomer may be responsible for neuronal death. This speculation can now be experimentally tested in the animal models. Such experiments will have implications for the development of new therapies for Parkinson's disease and related neurodegenerative diseases.
Introduction
Parkinson's disease is a common age-associated degenerative disorder characterized by rigidity, difficulty in initiating movements and a resting tremor1, 2. At autopsy, the brain is characterized by loss of basal ganglia neurons, predominantly dopaminergic neurons of the substantia nigra. The underlying cause of this degeneration is unknown, so current treatments for the disease are based on ameliorating the motor symptoms, either by replacement of the deficient neurotransmitter (for example, by L-DOPA therapy) or, less commonly, by direct surgical perturbation of the affected neuronal circuitry. A possible clue to the aetiology of Parkinson's is the presence in some of the nigral neurons that remain at autopsy of fibrillar cytoplasmic inclusions known as Lewy bodies3. In contrast, Lewy bodies in cortical neurons characterize diffuse Lewy body disease (DLBD), a relatively common dementia often mistaken for Alzheimer's disease4. Whether Lewy bodies are a cause or a consequence of neuronal death in Parkinson's disease and DLBD, or are an unrelated epiphenomenon, has yet to be determined. This question is reminiscent of the unresolved role of fibrillar deposits (amyloid plaques and nuclear inclusions, respectively) in the aetiology of Alzheimer's and Huntington's diseases5, 6.
A clue from familial Parkinson's
The genetic contribution to idiopathic late-onset Parkinson's disease is difficult to determine because of the existence of a significant presymptomatic phase that has been revealed by positron emission tomographic (PET) imaging; neuropathological examination shows that loss of around 60% of the nigral dopaminergic neurons can apparently be tolerated. It is, however, clear from studies of identical twins that cases in which one twin is diagnosed before the age of 50 have a significant genetic component7. The first Parkinson's disease gene to be identified was linked to a rare, autosomal-dominant, early-onset form of the disease (FPD; other genes have been reported subsequently, see Box 1)8, 9. This gene encodes the protein alpha-synuclein, which is widely expressed in the brain. Subsequent to reports of the genetic linkage, immunohistochemical10, 11 and biochemical12 studies of Lewy bodies from idiopathic cases showed that wild-type alpha-synuclein is a major component of the insoluble fibrillar portion. The fact that the disease-associated gene encodes the fibrillar protein is again reminiscent of other neurodegenerative diseases, including Alzheimer's and Huntington's ( Box 2), and suggests that a gain of toxic function may be linked to alpha-synuclein fibrillization.
An alpha-synuclein knockout mouse
alpha-Synuclein is expressed throughout the brain at high levels13, but there is little information on its normal function. Unlike most proteins of 140 amino acids, neither wild–type alpha-synuclein nor the two disease–linked mutants fold into structured, globular forms in vitro; the protein is intrinstically disordered or 'natively unfolded'14, 15. This unusual behaviour raises the question of how an unstructured cytoplasmic protein evades rapid degradation. It may be that alpha-synuclein exists in vivo as a complex with another protein or proteins; one possible candidate has been identified11. alpha-synuclein is a presynaptic protein that appears to be associated with vesicular structures16, 17 and has been linked to learning, development and plasticity18. Thus, despite apparently convergent evidence that points to a toxic gain of alpha-synuclein function being responsible for Parkinson's disease, the possibility that disease results, in full or in part, from the loss of functional alpha-synuclein must be investigated. Knockout mice, in which the alpha-synuclein gene has been removed, represent one loss–of–function model. These mice appear to develop normally and exhibit slightly altered stimulus–dependent dopamine release, suggesting that alpha-synuclein is a negative regulator of dopamine release19. The brains of the knockout mice, like those of Parkinson's patients, are characterized by reduced levels of striatal dopamine, but, unlike Parkinson's brains, they do not contain Lewy bodies, nor are they characterized by neuronal or synaptic loss (Table 1). Although it is possible that
ยีนแรกที่จะเชื่อมโยงกับโรคพาร์กินสัน encodes และโปรตีนแอลฟา synuclein . เมาส์รุ่นล่าสุด และแมลงหวี่ของโรคพาร์กินสัน สนับสนุนบทบาทกลางสำหรับกระบวนการของอัลฟา synuclein fibrillization ในพยาธิกำเนิด . อย่างไรก็ตาม หลักฐานบางอย่างบ่งบอกว่าตัวเองอาจเป็นชนิดเส้นใยเชื้อโรค . การศึกษาทางชีวกายภาพของเราเองว่ามี fibrillization กลางหรือหรือประกอบ โอลิโกเมอร์อาจจะรับผิดชอบต่อการตายของด . การเก็งกำไรนี้ สามารถทดลองทดสอบในสัตว์แบบ การทดลองดังกล่าวจะมีผลกระทบต่อการพัฒนาของการรักษาใหม่สำหรับโรคพาร์กินสันและโรค Neurodegenerative ที่เกี่ยวข้องแนะนำสาเหตุของโรค คือ อายุที่พบโดยทั่วไปที่เกี่ยวข้องเสื่อมโรคลักษณะความแข็งแกร่งความยากในการเคลื่อนไหว และพักผ่อน tremor1 2 ในการชันสูตรศพ สมองเป็นลักษณะการสูญเสียของทั้งสองกลุ่มเซลล์ประสาท เด่นเกี่ยวกับโดปามีนเซลล์ประสาทของ substantia ไนกร้า . สาเหตุของความเสื่อมนี่ไม่รู้จัก ดังนั้น การรักษาในปัจจุบันสำหรับโรคจะขึ้นอยู่กับมาตราฐานมอเตอร์ อาการ โดยการแทนที่ของสารสื่อประสาทที่ขาด ( เช่น แอล - โดปาบำบัด ) หรือ น้อยกว่าปกติ โดยการรบกวนศัลยกรรมโดยตรงของผลกระทบระหว่างวงจร ร่องรอยที่เป็นไปได้เพื่อการศึกษาที่เกี่ยวกับสาเหตุของโรคพากินสัน คือการแสดงในบางส่วนของ nigral เซลล์ประสาทอยู่ที่ศพของภายใต้ชนิดนี้เรียกว่า Lewy bodies3 . ในทางตรงกันข้าม ร่างกาย Lewy ในเปลือกสมองกระจายโรคลักษณะ Lewy ร่างกาย ( dlbd ) , ภาวะสมองเสื่อมทั่วไปค่อนข้างมักจะเข้าใจผิดว่าเป็นอัลไซเมอร์ disease4 . ว่า Lewy ร่างกายเป็นสาเหตุหรือผลของความตายของเซลล์ประสาทในโรคพาร์กินสัน และ dlbd , หรือจะเป็น epiphenomenon ไม่เกี่ยวข้องยังได้รับการพิจารณา คำถามนี้ชวนให้นึกถึงบทบาทที่แก้ไม่ตกของเงินฝากภายใต้ ( โล่ไมโตคอนเดรียและนิวเคลียร์เจือปน , ตามลำดับ ) ในการศึกษาที่เกี่ยวกับสาเหตุของสมองเสื่อมและฮันติงตัน diseases5 6 .เงื่อนงำจากครอบครัว โรคพากินสันส่วนสาเหตุทางพันธุกรรม เพื่อ late-onset โรคพาร์กินสันเป็นยากที่จะตรวจสอบ เพราะการมีอยู่ของการ presymptomatic ระยะที่ได้รับการเปิดเผยโดยโพซิตรอนอีมิสชัน tomographic ( สัตว์เลี้ยง ) ภาพ ; neuropathological ตรวจพบว่าขาดทุนประมาณ 60% ของ nigral เกี่ยวกับโดปามีนเซลล์ประสาทสามารถเห็นได้ มันเป็น , อย่างไรก็ตาม , ที่ชัดเจนจากการศึกษาของฝาแฝดที่เหมือนกันกรณีที่หนึ่งคู่ มีการวินิจฉัยก่อนอายุ 50 มีความสัมพันธ์ทางพันธุกรรม component7 . ครั้งแรกที่พาร์กินสันจะระบุยีนที่เชื่อมโยงกับหายาก , ยีนเด่น , ก่อนวัย รูปแบบของโรค ( FPD ; ยีนอื่น ๆได้รับการรายงานโดยดูที่กล่อง 1 ) 8 , 9 ยีน encodes อัลฟาของโปรตีน synuclein ซึ่งเป็นที่แสดงออกในสมอง ตามรายงานของพันธุกรรม immunohistochemical10 , 11 และ biochemical12 Lewy ร่างกายจากการศึกษาพบว่า กรณีไม่ทราบสาเหตุของ synuclein อัลฟาเป็นส่วนประกอบหลักของภายใต้ส่วนที่ละลายน้ำ ข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องโรคยีน encodes ภายใต้โปรตีนอีก ให้นึกถึงโรค Neurodegenerative อื่น ๆรวมทั้งสมองเสื่อมและฮันติงตัน ( 2 กล่อง ) และชี้ให้เห็นว่าได้รับของฟังก์ชันที่เป็นพิษ อาจเชื่อมโยงกับอัลฟา synuclein fibrillization .อัลฟ่า synuclein knockout mouseอัลฟา synuclein แสดงทั่วสมองที่ levels13 สูง แต่มีข้อมูลเล็ก ๆน้อย ๆในการทำงานปกติของ ซึ่งแตกต่างจากส่วนใหญ่ของกรดอะมิโนโปรตีน 140 หรือป่า–ชนิดอัลฟา synuclein หรือสองโรค–เชื่อมโยงพันธ์พับเป็นโครงสร้าง รูปแบบทรงกลมในหลอดทดลอง ; โปรตีน intrinstically ไม่เป็นระเบียบ หรือกางออก "14 natively , 15 . พฤติกรรมที่ผิดปกติทำให้เกิดคำถามว่าโปรตีนที่พบ evades อย่างรวดเร็วไม่มีการย่อยสลาย มันอาจจะว่าเรา synuclein มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตอันซับซ้อนที่มีโปรตีนหรือโปรตีน ; ผู้สมัครที่เป็นไปได้ได้รับการ identified11 . อัลฟา synuclein เป็น presynaptic โปรตีนที่ดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับี่ซึ่งเป็นตุ่มพอง structures16 17 และมีการเชื่อมโยงกับการเรียนรู้ การพัฒนา และ plasticity18 . ดังนั้น แม้จะมีหลักฐานที่ชี้ว่าการได้รับพิษของอัลฟา synuclein หน้าที่รับผิดชอบโรคพาร์กินสัน ความเป็นไปได้ที่โรคผลในเต็มหรือบางส่วน จากการสูญเสีย synuclein อัลฟาหน้าที่ต้องตรวจสอบ โดย หนู ที่เรา synuclein ยีนได้ถูกลบออก , เป็นตัวแทน–การสูญเสียหนึ่งในการทำงานแบบ– . หนูเหล่านี้ปรากฏในการพัฒนาตามปกติ และมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยขึ้นอยู่กับโดพามีนกระตุ้นและปล่อย บอกว่าเรา synuclein เป็นตัวควบคุมเชิงลบของโดปามีน release19 . สมองของหนูที่น่าพิศวง เช่นผู้ป่วยพาร์กินสัน เป็นลักษณะโดยการลดระดับของ striatal โดปามีน แต่แตกต่างจากพาร์กินสันสมอง พวกเขาไม่ได้มี Lewy ร่างกาย หรือมีลักษณะ โดยลักษณะการทำงานหรือการสูญเสีย ( ตารางที่ 1 ) แต่ก็เป็นไปได้ว่า
การแปล กรุณารอสักครู่..
