• GENETYCZNE PODSTAWY CHOROBY ALZHEIMERA.

GENETIC BASIS OF ALZHEIMER DISEASE.

Barbara Nazimek, Anna Błońska, Maria M. Sąsiadek

Zakład Genetyki, Katedra Patofizjologii, Akademia Medyczna, Wrocław

Summary:

Alzheimer disease (AD) is one of the most common adult-onset neurodegenerative dementias, characterized by the intracellular and/or extracellular accumulation of fibrillary (Tau) and amyloid β proteins. AD occurred in a sporadic and inherited form and the etiology of AD is heterogeneous, with both, genetic and environmental factors involved. Mutations in genes encoding for β amyloid precursor protein (located on chromosome 21), presenilin 1 (chromosome 14) and presenilin 2 (chromosome 1) are associated with early onset AD, while polymorphisms in gene encoding for apolipoprotein E (chromosome 19) are associated with late onset AD. There are also many other genes, determining individual susceptibility to AD. The genes, currently identified as associated with AD account for not more than half of the probable genetic factors involved in the etiology of AD.

Key words:

Alzheimer disease, β amyloid precursor protein, presenilin 1, presenilin 2, apolipoprotein E

Choroba Alzheimera (ChA) określana jest również jako Starcza Demencja Alzheimerowskiego Typu (SDAT). Cechuje ją postępująca w ciągu lat utrata pamięci i funkcji intelektualnych. Część przypadków ChA ma etiologię genetyczną, większość jednak to przypadki sporadyczne. Główne czynniki ryzyka to podeszły wiek oraz występowanie otępienia w rodzinie. Inne czynniki ryzyka to: nadczynność przytarczyc, subkliniczna niedoczynność tarczycy u osób starszych, przebycie epizodu depresji, narażenie na metale ciężkie w środowisku (aluminium), mikrourazy oraz urazy głowy ze wstrząśnieniem mózgu, niski poziom wykształcenia, niedożywienie we wczesnym okresie życia. Z danych uzyskanych z wywiadu od chorych wynika, że wyższe ryzyko zachorowania mają osoby urodzone przez matki w późnym wieku (1,2,3).

Biorąc pod uwagę przebieg kliniczny ChA klasyfikuje się ją jako chorobę Alzheimera o wczesnym początku (Early Onset Alzheimer's Disease - EOAD) z wiekiem zachorowania poniżej 60-65 r.ż. oraz o późnym początku (Late Onset Alzheimer's Disease - LOAD), wiek zachorowania powyżej 60-65 r.ż. Średni czas trwania ChA wynosi 8-10 lat, ale może wahać się od roku do 25 lat. W niektórych przypadkach pierwsze objawy EOAD mogą pojawić się już w wieku około 40 lat, a średni czas trwania choroby może wynosić zaledwie 6-7 lat. Śmierć następuje zwykle wskutek wyniszczenia, wtórnych infekcji lub chorób serca (4).

• Patomorfologia i patofizjologia

Główną przyczyną wszystkich objawów ChA jest dysfunkcja systemu przekaźnictwa neuronalnego i degeneracja strukturalnych elementów neuronów (dendrytów, aksonów, synaps). W wyniku tych procesów dochodzi do utraty łączności między komórkami nerwowymi oraz ich obumierania. Do histopatologicznych cech ChA należy utrata neuronów, zwłaszcza w obrębie hipokampa i okolicy czołowo-ciemieniowej, oraz gromadzenie się białka β amyloidowego (Aβ) i białka tau (4).

Białko β amyloidowe (Aβ) i blaszki starcze (BS)

Wiele badań wskazuje na to, że produkcja Aβ jest główną przyczyną zmian chorobowych w ChA (4,5,6). Aβ składa się z 40 do 42 aminokwasów (Aβ40, Aβ42). Powstaje z dużego białka prekursorowego dla β amyloidu - białka APP (Amyloid Precursor Protein). Białko to jest białkiem strukturalnym błony komórkowej neuronu i prawdopodobnie posiada aktywność neuroprotekcyjną i neurotroficzną (10) oraz pośredniczy w transporcie aksonalnym (6).

Białko APP ulega procesowi proteolizy, w którym powstają trzy fragmenty białkowe - dwa z nich pozostają na zewnątrz, a jeden wewnątrz komórki (7). Reakcja ta zachodzi dzięki enzymom proteolitycznym zwanym sekretazami (α-, β- i γ-sekretaza). Pierwszego cięcia dokonuje α-sekretaza uwalniając do przestrzeni zewnątrzkomórkowej długi, rozpuszczalny fragment fragment N-końcowy białka APP nazywany fragmentem APPsα (4,8). Jest to niepatogenne białko, które nie ma właściwości tworzenia włókien amyloidowych i podlega dalszej degradacji w procesie proteolizy przez γ- i β-sekretazę (7). Głównym produktem prawidłowych przemian APP jest krótkie, 40-aminokwasowe białko (Aβ40, które stanowi 90% powstałych białek) (4,9), podczas gdy nieprawidłowy proces cięcia APP prowadzi do powstania patogennego, 42 aminokwasowego białka (Aβ42). Białko to szczególnie szybko tworzy włókna amyloidowe, czemu sprzyja niestabilność jego struktury α heliakalnej (charakterystycznej dla większości białek występujących w przyrodzie). Dominującą strukturą białka Aβ42 staje się forma β kartki, która warunkuje szczególną odporność włókien amyloidowych na degradację. Forma Aβ42 ze względu na swoje właściwości nazwana została formą amyloidogenną (4,9).

Powstawanie blaszek starczych (BS) rozpoczyna się od agregacji peptydów Aβ42 z następowym odkładaniem się peptydu Aβ40, przy czym zaobserwowano wyraźną korelację między ilością nierozpuszczalnego Aβ42 a postępem ChA (10,11). BS oprócz włókienkowego Aβ zawierają także inne białka, jak np.: apolipoproteina E oraz α1-antychymotrypsyna oraz związki polisacharydowe. Otoczone są komórkami glejowymi i zwyrodniałymi neuronami. Proces tworzenia się blaszek starczych obejmuje początkowo korę mózgową, następnie jądra podkorowe a w końcowym etapie choroby pień mózgu oraz móżdżek (12). Cechą charakterystyczną ChA jest gromadzenie się blaszek starczych w hipokampie i w korze mózgowej. Mogą one prowadzić do uszkodzenia i niszczenia neuronów w różny sposób, np. indukując apoptozę przez bezpośrednie oddziaływanie na błonę komórkową, pośrednio przez zwiększenie wrażliwości neuronów na czynniki toksyczne (np. hipoglikemię, wolne rodniki tlenowe, aminokwasy zewnątrzpochodne) (4), zaburzenie homeostazy wapniowej (4,13), uszkodzenie mitochondriów lub przez aktywację kaskady dopełniacza i inicjowanie procesu zapalnego. Do dzisiaj nie zostało wyjaśnione, czy złogi Aβ są czynnikiem inicjującym ChA czy skutkiem procesu zwyrodnieniowego, gdyż plaki amyloidowe występują często u ludzi starych, którzy nie chorują na ChA (11).

Ostatnie badania donoszą, że białko APP może wpływać na rozwój chA również przez indukowanie procesów biochemicznych powodujących zahamowanie transportu wewnątrzneuronalnego, co prowadzi do i śmierci neuronu (6). Wykazano także, że fragment białka APP pozostający w komórce po proteolizie APP może wpływać na aktywację określonych genów, co zaburza równowagę ekspresji genów (7).

• Białko tau

Drugą charakterystyczną cechą ChA jest występowanie wewnątrzneuronalnych spiralnych włókien zbudowanych z nieprawidłowo ufosforylowanego białka tau (paired helical filaments, PHFs, sploty neurofibrylarne, neurofibryllary tangles). PHFs występują głównie w korze nowej płata skroniowego, hipokampie i ciele migdałowatym. Proces tworzenia włókien neurofibrylarnych rozpoczyna się niezależnie i wcześniej od tworzenia złogów amyloidowych, następnie oba procesy zachodzą równolegle (11). Białko tau należy do białek cytoplazmatycznych i występuje w dużych ilościach w centralnym i obwodowym układzie nerwowym (4). W neuronach znajduje się głównie w aksonach. Białko tau zawiera domeny wiążące się z mikrotubulami (są to elementy cytoszkieletu komórki zbudowane z białka tubuliny) oraz z innymi elementami cytoszkieletu i błoną komórkową. Mikrotubule uczestniczą w transporcie różnych składników neuronu (np.mitochondriów, pęcherzyków) oraz substancji odżywczych, a także utrzymują kształt komórki (9,14). Funkcja białka tau polega na ułatwianiu łączenia się tubuliny w mikrotubule oraz na ich stabilizacji (4,15). Pełni ono także rolę neurotroficzną. W prawidłowych komórkach stosunek ilościowy białka tau do neurofilamentów jest niski, co oznacza, że stosunkowo niewielkie jego ilości wystarczają do prawidłowej funkcji neuronu. W ChA obserwuje się podwyższone stężenie białka tau w neuronach. W ostatnich badaniach wykazano, że białko tau w większych ilościach ma zdolność do hamowania zależnego od kinaz motorycznych transportu składników komórki. Kinazy motoryczne odpowiedzialne są za transport organelli na obwód komórki. Spowolnienie transportu powoduje stopniowe zmniejszanie się ilości mitochondriów i innych elementów (np. peroksysomów) na obwodzie neuronu. W wyniku tego procesu dochodzi do spadku produkcji energii (utrata mitochondriów) i akumulacji wolnych rodników tlenowych niszczących neuron (brak peroksysomów czyni komórkę bardzo podatną na stres oksydacyjny). Również wskutek zahamowania transportu neuronalnego dochodzi prawdopodobnie do nieprawidłowej hiperfosforylacji białka tau (15). Traci ono wskutek tego swoje fizjologiczne właściwości i dysocjuje od mikrotubul powodując ich rozpad (9,14,15), samo zaś ulega procesowi polimeryzacji tworząc spiralne włókna, które dodatkowo uszkadzają komórkę (14,15). Przypuszcza się, że wzrost stężenia białka tau w neuronach u osób chorych na ChA jest reakcją neuronów na substancje toksyczne gromadzące się w starzejącym się mózgu (15).

Obecnie trwają badania nad określeniem zależności między występowaniem i funkcją białka tau, a mutacjami genów APP i presenilin1 i 2(11,14).

• Czynniki genetyczne choroby Alzheimera

Badania rodzin, w których wystąpiła ChA, pozwoliły na stwierdzenie, że w większości przypadków ryzyko zachorowania krewnych pierwszego stopnia osób chorych na ChA (dzieci, rodzeństwa) waha się między 10 a 50% (4). Badania bliźniąt wykazały, że korelacja częstości występowania ChA wśród bliźniaków jednojajowych wynosi około 40-50%, a dwujajowych 10-50%. W około 10-20% przypadków ChA występuje jako postać dziedziczona autosomalnie dominująco, wykazująca wysoki stopień penetracji i ujawniająca się w zależności od wieku (4). Jednak w ogromnej liczbie przypadków (80-90% przypadków) trudno jest ustalić etiologię choroby i uważa się, że jest ona spowodowana jednym lub więcej defektem genów o niepełnej penetracji lub dziedziczeniem wieloczynnikowym. Postać ta nazywana jest postacią sporadyczną ChA.

Dotychczas zidentyfikowano 4 główne loci zaangażowane w patogenezę ChA. Trzy z nich są odpowiedzialne za postać o wczesnym początku ChA - EOAD. Czwarty, gen apolipoproteiny E (Apo E), jest określany jako gen modyfikujący ryzyko wystąpienia ChA o późnym początku - LOAD (16).

• Choroba Alzheimera o wczesnym początku (Early Onset Alzheimer Disease- EOAD)

Ryzyko wystąpienia EOAD szacuje się na 5.3 zachorowań na 100 000 osób na rok (17). Obserwacja post mortem mózgów pacjentów z zespołem Downa (trisomią chromosomu 21), u których po 30 r.ż. występowały podobne zmiany neuropatologiczne jak u pacjentów zmarłych w późnym wieku z powodu ChA, zainicjowała poszukiwanie genu dla ChA w chromosomie 21 (16). Za gen krytyczny uznano gen zlokalizowany na ramieniu długim chromosomu 21q21.2 (19,17,18). Gen ten, który nazwano genem AD1, koduje białko APP. Patogenne białko amyloidowe Aβ powstaje na skutek cięcia białka APP przez β- i γ-sekretazy w obszarze kodowanym przez eksony od 17 do 19. Zidentyfikowane do tej pory mutacje genu APP są zlokalizowane blisko lub w obrębie fragmentu kodującego białko Aβ oraz miejsc cięcia przez β- i γ-sekretazy (4,17,19). Skutkiem mutacji może być zmiana miejsc cięcia białka APP przez sekretazy, co może powodować wzrost produkcji Aβ (zarówno formy Aβ40 jak i Aβ42, lub tylko formy Aβ42) lub zmniejszenie powstawania Aβ40 bez wpływu na wytwarzanie Aβ42. Ten ostatni przykład sugeruje, że w patogenezie ChA oprócz ogólnego zwiększenia produkcji Aβ ważna jest również zmiana ilościowej proporcji między obu formami Aβ40 i Aβ 42 (4,17,19).

Gdy wykazano, że mutacje genu APP odpowiadają jedynie za 2 do 5% przypadków EOAD, zaczęto poszukiwać dalszych genów związanych z ChA. W 1992 r kilka zespołów wykazało, że część przypadków EOAD powodowanych jest przez defekt sprzężony z genem zlokalizowanym w chromosomie 14q24.3 (4,16). Gen ten, nazwany genem AD3, koduje białko presenilinę 1 (PS-1, białko S182), która występuje we wszystkich tkankach organizmu, a w układzie nerwowym największe jej ilości znajdują się w neuronach kory nowej, hipokampa, zakrętu zębatego oraz móżdżku (4). PS-1 posiada 5 do 10 domen przezbłonowych i jest białkiem strukturalnym, zlokalizowanym głównie w błonach wewnątrzkomórkowych - retikulum endoplazmatycznym, błonie okołojądrowej i aparacie Golgiego (4). Podlega ono nieustannym, ściśle regulowanym, przemianom wewnątrzkomórkowym prowadzących do powstania N- i C- końcowych fragmentów. Fragmenty te tworzą wraz z całą cząsteczką białka PS-1 oraz z innymi białkami (np.nikastryną) multimeryczne kompleksy, które są zaangażowane w rozszczepienie C fragmentu białka APP po jego proteolizie przez α- i γ-sekretazę (4,19). Funkcje białka PS-1nie są do końca poznane: może być składnikiem katalitycznym γ-sekretazy lub może być zlokalizowane w pobliżu miejsca katalitycznego enzymu (4,9,19,20); być może bierze udział w przekazywaniu sygnałów międzykomórkowych w trakcie rozwoju osobniczego, w procesie apoptozy i w regulacji homeostazy wapnia wewnątrzkomórkowego (4)

Dotychczas znaleziono około 40 mutacji genu PS-1, które ujawniają się jako cechy dominujące o wysokiej penetracji i odpowiadają za około 80% przypadków FAD. Niektóre z nich powodują bardzo wczesny początek choroby np.: mutacja M146V - w wieku 36-40 lat, C410Y oraz E280A - w wieku 45-50 lat. Większość mutacji polega na zamianie jednego aminokwasu (4). Najczęściej są one zlokalizowane w obrębie fragmentów kodujących wysoce konserwatywne domeny wewnątrzbłonowe, a skutkiem ich jest zwiększenie aktywności białka PS-1, co powoduje zwiększenie liczby cięć dokonywanych przez γ-sekretazę prowadząc do nadprodukcji Aβ 42. Badania post mortem mózgów osób zmarłych z powodu EOAD wykazują większą zawartość w tkankach mózgu form Aβ 42 niż u osób zmarłych na sporadyczną formę ChA (4,9,19,20). Mutacje mogą także powodować zamianę funkcji PS-1, wskutek czego powstają nieprawidłowe kompleksy multimerycznych i zaburzeniu ulega przemiana białka APP (4). Niektóre mutacje PS-1 mogą prawdopodobnie zwiększać wrażliwość komórek na apoptozę wywołaną różnymi toksycznymi czynnikami (np.Aβ) (4).

Podczas klonowania genu PS-1 znaleziono bardzo podobny gen zlokalizowany w chromosomie 1q42.1, którego mutacje również powodowały wystąpienie EOAD. Gen ten koduje białko nazwane preseniliną 2 (PS-2), którego sekwencja aminokwasowa jest w 60% homologiczna z sekwencją białka PS-1. W obrębie domen wewnątrzbłonowych stopień homologii obu białek dochodzi do 90% (4). Białka PS-1 i PS-2 mają zbliżoną aktywność i funkcję, a efekty mutacji obu genów są bardzo podobne (4). Różnica dotyczy wieku rozpoczęcia choroby - mutacje genu PS-2 powodują nieco późniejsze zachorowanie - między 40 a 85 rż.(4). Są także rzadsze niż mutacje genu PS-1.

Mutacje PS-1 i PS-2 są pierwotnie i bezpośrednio związane z etiopatogenezą EOAD (20). Nie wyjaśniono jeszcze, czy są także związane z przypadkami sporadycznej ChA o późnym początku. Niektórzy nosiciele rzadkich mutacji genu PS2- zapadają na ChA w wieku powyżej 70 lat.

Z innych badań, w których u badanych osób chorych na EOAD nie udało się znaleźć mutacji na żadnym z trzech genów (APP, PS-1 i PS-2), wynika, że mogą istnieć inne genetyczne czynniki zaangażowane w etiologię tej choroby (17).

Choroba Alzheimera o późnym początku (Late Onset Alzheimer's Disease - LOAD)

Badania genetyczne przeprowadzone w 1991 wskazały na powiązanie między zachorowaniem na LOAD a genem dla apolipoproteiny E (Apo E) (16,21). Apolipoproteina E jest białkiem wchodzącym w skład układu lipidowego surowicy. Pełni ważną rolę w transporcie lipidów oraz w degeneracji i regeneracji tkanki nerwowej. Gen dla apolipoproteiny E zlokalizowany jest w chromosomie 19q13.2. Zidentyfikowano 3 formy polimorficzne tego genu, oznaczone jako allele E2, E3 i E4. Dziedziczą się one w sposób kodominujący i determinują wystąpienie sześciu genotypów: E4/E4, E4/E3, E4/E2,E3/E3, E3/E2, E2/E2. Porównanie częstości występowania alleli apolipoproteiny E w populacji zdrowej i u osób chorujących na ChA wykazało znaczące różnice. Wśród osób zdrowych najczęściej występuje allel E3 (około 75%). Drugim pod względem częstości występowania jest allel E4 (15% populacji), a najrzadziej występuje allel E2 (10% populacji) (4). U osób chorujących na ChA częściej niż u osób zdrowych występuje allel E4 (u około 40%). Jednocześnie rzadziej wśród tych osób spotykany jest allel E2 (2% osób z ChA). Wynika z tego, że obecność różnych alleli zmienia ryzyko zachorowania na LOAD. Wykazano, że głównym genetycznym czynnikiem ryzyka zwiększającym prawdopodobieństwo wystąpienia ChA o 20 do 90% jest obecność allelu E4, który działa w sposób zależny od dawki (dose dependency), tzn. wraz ze wzrostem ilości alleli E4 (od 0 do 2) obniża się wiek zachorowania z średnio 85 do około 68 lat (4,10,16,22,23). Obecnie uznaje się, że allel E4 odpowiedzialny jest za około 30-50% przypadków zachorowań na ChA o późnym początku w populacji kaukaskiej. Reguła ta nie potwierdza się w populacji amerykańskich Murzynów oraz Hiszpanów (4).

Allele E2 oraz E3 mają natomiast ma działanie chroniące przed zachorowaniem na ChA i znacząco opóźniające wiek zachorowania (do około 90 rż w przypadku homozygot E2\E2) (4). Badanie szwedzkiej rodziny z FAD z mutacją genu APP 670/671 sugeruje, że neuroprotekcyjne działanie allelu E3 i E2 może być także obecne w niektórych przypadkach EOAD (24).

Zarówno mechanizm ochronnego działania allelu E2, jak i zwiększającego ryzyko zachorowania allelu E4, nie jest jeszcze dobrze poznany (4,20,21). Wpływ białka E4 na przyspieszenie procesów zwyrodnieniowych jest wielokierunkowy. Z badań histopatologicznych wynika, że obecność allelu E4 koreluje z większą liczbą i gęstością blaszek starczych. Udowodniono także, że u osób tych szybciej dochodzi do zaburzeń fosforylacji białka tau i powstawania neurofibyli (4,10,22,23,25). Badania wykazały, że zarówno białko E4 jak i Aβ są usuwane z przestrzeni pozakomórkowej przez receptor LRP (LDL receptor related protein), do którego białko E4 ma większe niż Aβ powinowactwo. Białko E4 konkurując z białkiem amyloidowym o receptor powoduje zwiększenie jego ilości w przestrzeni pozakomórkowej prowadząc do nasilenia procesów powstawania BS (4,9,22,25). Ponadto eksperyment przeprowadzony przez Strittmetter'a (1993) wykazał, że szybkość wiązania włókien amyloidowych rośnie w obecności allelu E4 (wiązanie Aβ przez białko E4 wymaga minut, podczas gdy wiązanie z białkiem E3 - godzin (16)) (25). Białko ApoE4 ułatwia także stabilizację włókien amyloidowych w konformacji beta (10,25). Ochronny wpływ białka E3 polega na zmniejszeniu szybkości tworzenia złogów Aβ (25) oraz na łączeniu się z białkiem tau, co zwalnia szybkość jego fosforylacji i tworzenia splotów neurofibrylarnych,.

Inne badane mechanizmy łączące obecność allelu E4 z objawami klinicznymi choroby, to występowanie korelacji między spadkiem gęstości receptorów synaptycznych a nasileniem objawów klinicznych choroby. Uważa się, że białko ApoE bierze udział w odnowie receptorów synaptycznych, a allel E4 powoduje spadek efektywności procesów odnowy receptorów (4). Rozważana jest także teoria występowania zaburzeń neuronalnej odpowiedzi na uszkodzenie komórki nerwowej u osób posiadających allel E4. Hipoteza ta pochodzi z obserwacji chorób neurologicznych związanych z obecnością allelu E4, u których nie obserwuje się obecności złogów amyloidu lub włókien neurofibrylarnych (23).

Badany jest również wpływ allelu E4 na występowanie zmian morfologicznych niektórych struktur mózgu, m.in. wielkość hipokampa, jądra migdałowatego oraz nawet całego mózgu. Wykazano, że osoby posiadające ten allel mają znacząco mniejszy hipokamp i jądro migdałowate, zarówno po prawej, jak i po lewej stronie, niż osoby z allelami E3/E3a. U osób z ChA i jednym allelem E4 asymetria hipokamp jest zmniejszona (lub odwrócona w przypadku posiadania dwóch alleli E4 -tzn. lewy hipokamp jest większy niż prawy). Natomiast u osób bez choroby Alzheimera prawy hipokamp jest większy niż lewy (26). Obecność allelu E4 nie wpływa na ogólną objętość mózgu (27).

W 40% przypadków zachorowania na LOAD nie obserwuje się powiązania między polimorfizmem Apo E a wystąpienia LOAD. Powoduje to, że wciąż szukane są pozostałe geny mogące mieć związek z zachorowaniem na ChA.

Odkryto nowe locus ChA w regionie pericentromerycznym chromosomu 12 (4). W regionie tym znajduje się kilka genów. Jednym z nich jest gen kodujący białko α2-makroglobulinę (A2M). Białko A2M bierze udział w usuwaniu Aβ z przestrzeni pozakomórkowej przez wiązanie się z białkiem Aβ i tworzenie kompleksu A2M-Aβ, który następnie ulega endocytozie przez receptor LRP oraz degradacji wewnątrz komórki (28). Białko to zapobiega także proteolizie białka APP oraz formowaniu włókien amyloidowych (29). Ostatnio odkryto dwa polimorfizmy genu A2M, które mogą mieć związek z zachorowaniem na LOAD. Są to: polimorfizm 5-bp insercja/delecja w intronie 17 eksonu 18 (A2M-I/D) oraz polimorfizm z mutacją bezsensowną w eksonie 24 prowadzącą do wymiany waliny na izoleucynę w kodonie 1000 (A2M-Ile1000Val). Znaleziono znacząco większą ilość złogów Aβ u osób posiadających mutację A2M-Ile1000Val. Mutacja ta może powodować brak lub zmianę funkcji białka A2M (2,30). Badania prowadzone przez różnych badaczy w różnych populacjach dawały odmienne wyniki odnośnie korelacji między występowaniem polimorfizmu genu A2M a wzrostem ryzyka zachorowania na ChA. Niektóre z badań wykazały nawet trzykrotnie zwiększone ryzyko zapadnięcia na ChA u nosicieli mutacji genu A2M, które było niezależne od obecności allelu E4. Jednakże badania innych badaczy nie potwierdziły tej zależności (30).

W regionie krytycznym dla LOAD w chromosomie 12 znajduje się także gen kodujący receptor LRP, który bierze udział w usuwaniu białka amyloidowego z przestrzeni pozakomórkowej. Udział tego genu w zwiększeniu ryzyka zachorowania na ChA jest w dalszym ciągu badany (4).

Liczne badania wskazują na ważną rolę procesu zapalnego w klinicznym przebiegu ChA. Jednym z białek biorących udział w procesach zapalnych jest A1-antychymotrypsyna (ACT), które jest białkiem ostrej fazy. Stanowi ono także część składową BS. Wykazano, że ACT in vitro katalizuje polimeryzację peptydów Aβ 42 we włókna amyloidowe (19), przez co promuje tworzenie złogów amyloidowych. W wyniku tych procesów dochodzi do zwiększonej ekspresji genu ACT w astrocytach. Sugeruje się, że ACT jest bezpośrednio związane z tworzeniem blaszek starczych oraz indukuje reakcję zapalną (31). W patogenezie ChA ważną rolę grają także inne cytokiny zapalne, jak np. interleukina 1 (IL-1), która także podlega patologicznie zwiększonej ekspresji w komórkach glejowych. Cytokiny te działają neurotoksycznie i mogą powodować uszkodzenie neuronów. IL-1 kodowana jest przez gen IL-1α-899. Ostatnio przeprowadzone badania nad tym genem wykazały, że jego polimorfizm zwiększa ryzyko zachorowania na LOAD oraz przyspiesza progresję choroby. Efekt ten był niezależny od obecności allelu E4 (32,33).

Kolejnym genem, którego udział w ChA jest rozważany, jest gen kodujący białko tau zlokalizowany w chromosomie 17 (9).

W etiologii sporadycznej postaci ChA ważną rolę może również odgrywać polimorfizm genu Cyp46. Gen ten koduje 24-hydroksylazę cholesterolu, która należy do rodziny białek cytochromu P-450. Funkcja jego polega na dodaniu grupy -OH do cholesterolu. Staje się on przez to bardziej rozpuszczalny, w związku z czym jest łatwiej usuwalny z przestrzeni okołoneuronalnej. Brak lub spadek aktywności enzymu może powodować nadmierne gromadzenie cholesterolu w mózgu, a w środowisku z wysoką zawartością cholesterolu zwiększa się aktywność β- i γ-sekretazy, co skutkuje wzrostem produkcji Aβ. Badania przeprowadzone na dwóch grupach osób chorych na LOAD pochodzących z różnych populacji wykazały występowanie polimorfizmu homozygotycznego TT, CC oraz heterozygotycznego TC genu Cyp46. Wśród osób badanych polimorfizm TT występował w 44% przypadkach, polimorfizm CT u 46%, a CC u 10%. Polimorfizm TT związany był ze zwiększoną zawartością Aβ w mózgu i płynie mózgowo-rdzeniowym, a współczynnik ryzyka zachorowania na LOAD wynosił 2.16. Jednoczesne występowanie allelu ApoE4 podnosiło współczynnik prawdopodobieństwa zachorowania do 9.6. Występowanie polimorfizmu TT może także powodować odwrotny efekt - zwiększenie aktywnośći Cyp46. Prowadzi to do zwiększonej produkcji hydroksylowanego cholesterolu, który w nadmiernych ilościach może wykazywać działanie toksyczne na neurony oraz pobudzać produkcję Aβ (8).

Diagnostyka

Diagnostykę genetyczną ChA stosuje się w przypadkach zachorowań zarówno na postać ChA o wczesnym jak i o późnym początku w celu potwierdzenia klinicznej diagnozy ChA u osób z otępieniem (test diagnostyczny), a także w badaniach przesiewowych osób spokrewnionych z chorymi na ChA w celu oceny ryzyka zachorowania na ChA (test prognostyczny) (34,35).

W przypadku ChA o wczesnym początku diagnostyka genetyczna powinna być zastosowana do osób o wyraźnej historii rodzinnej choroby, potwierdzającej dominujący sposób dziedziczenia oraz wczesny wiek zachorowania. W badaniach genetycznych poszukuje się najczęściej występujących mutacji w genach PS-1, PS-2 i APP, ze względu jednak na heterogenność choroby, mutacje te nie zawsze zostają zidentyfikowane. Dopiero po wykryciu charakterystycznej dla danej rodziny mutacji można pozostałym członkom rodziny chorego zaproponować poradnictwo genetyczne. W przypadku braku informacji dotyczącej rodzaju mutacji, badanie przesiewowe pozostałych członków rodziny nie przyniesie rezultatów i nie jest zalecane.

W przypadku postaci sporadycznych oraz o późnym początku jedyną możliwością diagnostyki genetycznej jest badanie genotypu ApoE w celu wykrycia nosicielstwa allelu E4. Badanie to ma jednak niewielką wartość prognostyczną (34). Czułość i specyficzność tego testu jest niska (czułość wynosi 0.69 a specyficzność 0.72) (35). Dlatego też nie jest zalecane przewidywanie możliwości zachorowania na ChA u osób bezobjawowych (34,36). Ponadto u wielu osób posiadających allel E4 ChA nie rozwija się wcale, gdyż odziedziczenie go nie wystarcza do zachorowania (35). Genotypowanie allelu E4 ma jest często stosowane w celu przeprowadzenia diagnostyki różnicowej ChA u osób chorujących na otępienie. W przypadku posiadania przez taką osobę allelu E4 rośnie prawdopodobieństwo rozpoznania ChA.

Piśmiennictwo:

1. Kalmij S., Mehta K.M., Pols H.A.P., Hofman A., Drechage H.A., Breteler M.M.B.,: Subclinical hyperthyroidism and the risk of dementia. The Rotterdam study. Clinical Enocrinology 2000; 53: 733-737

2. Dodel R.C.,MD; Du Y.,PhD; Bales K.R., MSc;Gao F., MD; Eastwood B., PhD; Glazier B., PhD; Zimmer R., MD; Cordell B., PhD; Hake A., MD; Evans R., MD; Gallagher-Thompson D., MDd; Thompson L.W., MD; Tinklenberg J.R., MD; Pfefferbaum A., Md; Sullivan E.V., MdD; Yesavage J., MD; Altstiel L., MD, PhD; Gasser T., Md; Farlow M.R., Md; Murphy G.M., MD, PhD; Paul S.M., Md,.: α2 Macroglobulin and the risk of Alzheimer's disease. Neurology 2000;54:438-442

3. Moceri V.M., PhD; Kukull W.A., PhD; E,manuel I., MD, MSPM; van Belle G., PhD; LarsonE.B., Md, MPH.: Early-life risk factors and the development of Alzheimer's disease. Neurology 2000;54:415-420

4. George-Hyslop P.H.St., Farrer L.A., Goedert M.: Alzheimer Disease and the Frontotemporal Dementias: Diseases with Cerebral Deposition of Fibrillar Proteins, w Scriver Ch.R., M.D.C.M., Beaudet A.L., M.D., Sly W.S., M.D., Valle D., M.D., ChildsB., M.D., Kinzler K.W., Ph.D., Vogelsein B.,M.D.: The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. wyd. McGraw-Hill 2001;1875-5890

5. Masters C.L., Beyreuther K.: Alzheimer's disease. BMJ 1998;316:446-448

6. Kamal A., Almenar-Queralt A., LeBlanc J.F., Roberts E.A., Goldstein L.S.: Proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) generates amyloid-beta peptide and has been implicated in the pathogenesis of Alzheimer's disease. J Cell Biol. 2002;156:1051-1063

7. Keeley J.: Evidence that Alzheimer's protein switches on genes. www.eurekalert.org, Public release Date:5-Jul-2001

8. Puzianowska-Kuźnicka M.: Polimorfizm genu Cyp46 - nowy czynnik ryzyka sporadycznej postaci choroby Alzheimera. Puls Medycyny 2003;4:11-11

9. George-Hyslop P.ST.:Otępienna Układanka. Świat Nauki 2001;56-63

10. Frangione B., Wisniewski T., Castanol E.M., Ghiso J.: Amyloids, Genes and Chaperons in Alzheimer's Disease. Research advances in Alzheimre's Disease and Related Disorders; wyd. John Wiley&Sons Ltd 1995;563-565

11. Delacourte A, PhD; Sergeant N., PhD; Champain D., BSc; Wattez A., BSc; Maurage C.A., MD; Lebert F., MD; Pasquier F., MD; David J.P. MD: Nonoverlapping but synergic tau and APP pathologies in sporadic Alzheimer's disease. Neurology 2002;59:398-407

12. Thal D.R., MD; Rub U.,MD; Orantes M.,MD; Braak H.MD: Phases of Aβ-deposition in the human brain and its revelance for the development of AD. Neurology 2002;58:1791-1800

13. Van Reekum R., Simrad M., Farcnik K.: Rozpoznawanie otępienia i leczenie choroby Alzheimera. Lekarz Rodzinny 2000;2:62-68

14. Baksalerska-Pazera M, Niewiadomska G.: Budowa i rola białka tau. Postępy biochemii 2002;48:287-295

15. Stammer K, Vogel R, Thies E, Mandelkow E, Mandelkow E.-M: Tau blocks traffic of organelles, neurofilaments, and APP vesicles in neurons and enhances oxidative stress. J. Cell Biol. 2002;156:1051-1063

16. Nanzeen N., Dewji, Singer A.J.,: Genetic Clues to Alzheimer's Disease. Science 1996; 271:159-160

17. Janssen J.C., MRCP; Beck J.A.,BSc; Campbell T.A., BSc; Dickinson A., BSc; Fox N.C., MD; Harvey R.J., MD; Houlden H., MRCP; Rossor M.N., MD; Collinge J., MD, FRCP, FRCPath, FMedSci, Early onset familial Alzheimer's disease. Mutation frequency in 31 families. Neurology 2003;60:235-23

18. Bird T.D.: Choroba Alzheimera i inne pierwotne zespoły otępienne. Interna Harrisona; wyd. Czelej Sp.z o.o. Lublin 2001;2074-2084

19. Bart De Strooper: Deficiency of presenilin-1 inhibits the normal cleavage of amyloid precursor protein. Nature 1998;391:387-390.

20. Barton A.J,: Alteration in Brain Presenilin 1 mRNA Expression in Early Onset Familial Alzheimer's Disease. Neurodegeneration 1996;5:213-218

21. Haass Ch., Selkoe J.D.: A technical KO of amyloid-beta peptide. Nature 1998;391:339-339

22. Zaven S Khachturian, PhD.: An Overwiew of Alzheimer's Disease Research. Am. J. Med. 1998;104:26-31

23. Bennett D.A. MD; Wilson R.S., PhD; Schneider J.A., Md; Evans D.A., MD; Aggarwal N.T., MD; Arnold S.E., MD; Cochran E.J., MMMMD; Berry-Kravis E., MD;Bienias J.L., ScD: Apolipoprotein E e4 allele, AD pathology, and the clinical expression of Alzheimer's disease. Neurology 2003;60:246-252

24. Houlden H., MRCP; Rossor M.N., MD; Collinge J., MD, FRCP, FRCPath, FmedSci: Early onset familial Alzheimer's disease. Mutation frequency in 31 families. Neurology 2003;60:235-239

25. Strittmeter J.W.: Hypothesis: Microtubule instability and Paired Helical Filament Formation in the A Disease Brain are Related to Apolipoprotein E Genotype. Experimental Neurology 1994;125:163-171

26. Geroldi C., Laakso M.P., DeCarli C., Beltramello A., Bianchetti A., Soininen H., Trabucchi M., Frisoni G.B.: Apolipoprotein E genotype and hippocampal asymmetry in Alzheimer's disease:a volumetric MRI study. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2000;68:93-96

27. T.den Heijer, MSc;Oudkerk M, MD,PhD; Launer L.J., PhD; van Duijn C.M., PhD; Hofman A., MD, PhD; Breteler M.M.B.,MD,PhD: Hippocampal, amygdalar, and global brain atrophy in different apoliporpotein E genotypes, Neurology 2002;59:746-748

28. Gibson A.M., Singleton A.B., PhD; Smith G., Woodward R., McKeith I.G., MD; Perry R.H., DSc; Ince P.G., MD; Ballard C.G., MD; Edwardson J.A., PhD; Morris C.M., PhD: Lack of association of the α2-macroglobulin locus on chromosome 12 in AD. Neurology 2000;54:433-438

29. Sodeyama N.,MD, PhD; Yamada M., MD, PhD; Itoh Y., MD, PhD; Suematsu N.,MD,PhD; Matsushita M.,MD,PhD; Otomo E.,MD, PhD; Mizusawa H.,MD,PhD: α2-Macroglobulin polymorphism is not associated with AD or AD-type neuropathology in the Japanese. Neurology 2000;54:443-446

30. Zappia M., MD; Cittadella R., PhD; Manna I., PhD; Micoletti G.,MD; Andreoli V., PhD; Bonavita S., MD; Gabardella A.,MD; Quattrone A., MD: Genetic association of α2-macroglobulin polymorphisms with AD in southern Italy. Neurology 2002;59:756-758

31. Lars N.G.Nilsson, Kelly R. Bales, Giovanni DiCarlo, Marcia N.Gordon., Dave Morgan, Steven M. Paul, Hutnington Potter: α-1-Antichymotrypsin Promotes β-Sheet Amyloid Plaque Deposition in a Transgenic Mouse Model of Alzheimer's Disease. J. of Neuroscience 2001;21:1444-1451

32. Murphy G.M, Jr., MD, PhD, Claassen J.D., MS; DeVoss J.J., BS; Pascoe N., BS; Taylor J., PhD; Tinklenberg J.R., MMD; Yesavage J.A., MD: Rate of cognitive decline in AD is accelerated by the interleukin -1α-889*1 allele. Neurology 2001;56:1595-1597

33. Rogers J., PhD: An IL-1α susceptibility polymorphism in Alzheimer's disease. New fuel for the inflammation hypothesis. Neurology 2000;55:464-465

34. Breitner J.C.S.: APOE genotyping and Alzheimer's disease. The Lancet 1996;347:1184-1184

35. Craddock N., Lendon C.: New susceptibility gene for Alzheimer's disease on chromosome 12?. The Lancet 1998;352:1720-1721

36. Stevens M.J., Bell D.R., Blome S.A., Begbie S.D.: Clinical application of apolipoprotein E genotyping to Alzheimer's Disease. The Lancet 1996;343:1564, 1996

9

---