БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 6, с. 771 - 786

УДК 543.51

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА:

ИССЛЕДОВАНИЯ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МОДЕЛЯХ

Обзор

О.А. Бунеева, А.Е. Медведев*

НИИ биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича,

119121 Москва, Россия; электронная почта: professor57@yandex.ru

Поступила в редакцию 25.12.2020

После доработки 25.02.2021

Принята к публикации 12.03.2021

DJ 1, известный также как белок 7 болезни Паркинсона (БП) (Parkinson disease protein 7), - многофункцио

нальный белок, который экспрессируется практически во всех клетках и тканях. Взаимодействуя с белками

различных внутриклеточных компартментов, DJ 1 играет важную роль в поддержании ряда клеточных

функций. У мутантных форм DJ 1, содержащих аминокислотные замены (особенно L166P, характерные для

БП), нарушены способность этого белка к димеризации, стабильность и фолдинг. DJ 1 проявляет несколь

ко видов каталитической активности, однако в классификации ферментов он фигурирует как протеинде

гликаза (КФ 3.5.1.124). По видимому, в разных компартментах клетки DJ 1 белку свойственны каталити

ческие и некаталитические функции, соотношение которых пока неизвестно. Оксидативный стресс способ

ствует диссоциации цитоплазматических димеров DJ 1 и увеличенному поступлению образовавшихся мо

номеров в ядро, где этот белок действует как коактиватор различных сигнальных путей, предотвращая ги

бель клеток. В митохондриях DJ 1 обнаружен в составе синтасом, где он взаимодействует с β субъединицей

АТР синтазы. При моделировании экспериментального паркинсонизма подавление экспрессии гена DJ%1

повышает чувствительность клеток к нейротоксинам, а введение рекомбинантного белка DJ 1 ослабляет

проявление этой патологии. Тринадцатичленный фрагмент аминокислотной последовательности DJ 1,

присоединённый к проникающему в клетки гептапептиду ТАТ белка, проявлял нейропротекторные свой

ства в различных вариантах моделирования паркинсонизма как на культурах клеток, так и при введении

животным. Низкомолекулярные лиганды DJ 1 также обладают терапевтическим потенциалом, оказывая

нейропротекторный эффект как при инкубации с клетками, так и при введении животным.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: белок DJ 1, структура и функции, каталитическая активность, патогенные мутации,

болезнь Паркинсона, экспериментальные модели, лиганды DJ 1.

DOI: 10.31857/S0320972521060026

ВВЕДЕНИЕ

мы БП с ранним началом вызваны мутациями в

генах Parkin (PARK2), PINK1 (PARK6), DJ%1

Болезнь Паркинсона (БП) - прогрессирую

(PARK7) и ATP13A2 (PARK9) [2]. Открытие мута

щее нейродегенеративное расстройство, кото

ций, вызывающих наследственные формы БП,

рое характеризуется относительно избиратель

сделало поистине революционный прорыв в

ной потерей дофаминергических нейронов и

изучении механизмов развития БП [2, 3], кото

присутствием телец Леви в чёрной субстан

рая в течение длительного времени рассматри

ции [1]. В большинстве случаев преобладают

валась как нейродегенеративное заболевание,

спорадические формы БП, на долю БП с ран

не связанное с наследственностью.

ним началом приходится от 5 до 10 процентов

Белок DJ 1, фигурирующий в базе данных

всех случаев [2]. Аутосомно рецессивные фор UniProt под названием Parkinson disease pro

tein 7 (код доступа Q99497), был открыт в 1997 г.,

как продукт онкогена, вовлечённый в сигналь

Принятые сокращения: БП - болезнь Паркинсона;

МФТП - 1 метил 4 фенил 1,2,3,6 тетрагидропиридин;

ный путь Ras/MAP киназа [4]. В 2003 г. было об

МФП⁺ - ион 1 метил 4 фенилпиридиния; МАО - моно

наружено, что кодирующий его ген DJ%1 (также

аминоксидаза; HIF 1α - индуцируемый гипоксией тран

известный как PARK7, что обозначает связь с БП

скрипционный фактор 1 (Hypoxia inducible factor 1 alpha); и хронологический порядок идентифика

Nrf2 - ядерный транскрипционный фактор (Nuclear factor

ции [5]) ассоциирован с довольно редкой ауто

erythroid 2 related factor 2); SOD - супероксиддисмутаза;

TRAF6 - фактор 6, ассоциированный с рецептором факто

сомно рецессивной формой болезни Паркин

ра некроза опухолей (TNF receptor associated factor 6).

сона с ранним началом [6, 7]. Позднее выявлены

* Адресат для корреспонденции.

изменения экспрессии этого гена в различных

771

772

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

отделах мозга пациентов с распространёнными

рый содержит 9 альфа спиралей и 7 бета склад

формами БП [7].

чатых структур [9] (рис. 1). In vivo он существует

Интерес к DJ 1 настолько велик, что, как

в виде димера, а у мутантных форм белка, содер

иронично заметил видный специалист в области

жащих характерные для БП аминокислотные

изучения БП Марк Куксон, число исследовате

замены, нарушена способность к димеризации,

лей этого белка намного превышает число боль

стабильность и фолдинг [10]. Наиболее разру

ных с данной наследственной формой паркин

шительной в этом плане оказывается аминокис

сонизма, обусловленной мутацией гена PARK7

лотная замена L166P, которая нарушает прост

[8]. Это связано с тем, что в клетке DJ 1 может

ранственную структуру белка и образование го

взаимодействовать со многими белками парт

модимеров [11]. Другие ассоциированные с БП

нёрами, а обнаруженные мутации в гене DJ%1

мутации (E64D, A104T, D149A, E163K и M26I)

приводят к изменению структуры и функции

такого повреждающего действия на фолдинг и

кодируемого им белка, что способствует пони

димеризацию белка DJ 1 не оказывают, но сни

манию как молекулярных механизмов развития

жают термостабильность в растворе [12, 13].

определенных форм БП, так и общебиологичес

DJ 1 содержит три остатка цистеина (C46,

кой роли этого белка в организме. Немаловаж

C56 и C106), среди которых наиболее функцио

ную роль играет и тот факт, что современный

нально важным является С106. Именно этот ос

молекулярно биологический инструментарий

таток цистеина наиболее восприимчив к окис

позволяет «дирижировать» различными форма

лительному стрессу; в ходе окисления его SH

ми DJ 1 и моделировать патофизиологические

группа последовательно превращается в сульфе

состояния как на уровне клеток, так и целых

новую (SOH), сульфиновую (SO₂H) и далее в

экспериментальных организмов.

сульфоновую (SO₃H) кислоты. Замена остатка

цистеина C106A предупреждала образование

окисленной формы белка DJ 1, в то время как

СТРУКТУРА И ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЕ

аналогичные аминокислотные замены других

МОДИФИКАЦИИ БЕЛКА DJ 1

остатков цистеина (C46A или C53A) такого

действия не оказывали [14]. Мутация именно

DJ 1 - высококонсервативный белок, состо

остатка цистеина C106A предупреждала транс

ящий из 189 аминокислотных остатков, кото локацию белка DJ 1 в митохондрии [14]. Окис

Рис. 1. Пространственная структура белка DJ 1 со связанными молекулами изатина (изображены сферами). Взята из ба

зы данных PDB (ID: 6AF9); внесена в базу данных авторами: Caaveiro, J. M. M., Tashiro, S., Tsumoto, K. (дата внесе

ния 08.08.2018); а, б - две ортогональные проекции. (С цветными вариантами рисунков можно ознакомиться в электрон

ной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/biokhsm/)

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

773

ление С106 оказывает минимальное влияние на

снижению уровня HIF 1α при гипоксии и окис

структуру белка DJ 1, но именно эта форма ока

лительном стрессе. Лимфобласты пациентов

зывала ингибиторное действие на агрегацию α

с БП, связанной с мутациями DJ 1, характери

синуклеина. Более глубокое окисление бел

зуются менее стабильным HIF 1α по сравнению

ка DJ 1 сопровождалось нарушениями вторич

с таковым у здоровых людей. Это позволяет за

ной структуры и потерей способности ингиби

ключить, что DJ 1 защищает нейроны от гибели

ровать образование α синуклеиновых фиб

путём ингибирования убиквитинлигазной ак

рилл [15]. Исследование уровня окисленного

тивности VHL [20].

белка DJ 1 в областях мозга, имеющих отноше

Е3 Убиквитинлигаза TRAF6 (фактор 6, ассо

ние к развитию БП, не выявило статистически

циированный с рецептором фактора некроза

значимых различий между молодыми (9 недель)

опухолей), помимо неправильно свёрнутого му

и старыми (130 недель) мышами [16]. Исключе

тантного DJ 1, убиквитинирует и мутантный α

ние составил только стриатум, где соотношение

синуклеин - основной компонент телец Ле

окисленного и неокисленного белка DJ 1 было

ви [21-22]. Интересно, что TRAF6 осуществля

выше у молодых животных.

ет атипичное полиубиквитинирование DJ 1 и

Помимо окисления остатков цистеина важ

α синуклеина за счёт лизиновых остатков К6,

ную роль для биологической активности DJ 1

К27 и К29 молекулы убиквитина. Это способ

играет сумоилирование - присоединение не

ствует накоплению нерастворимых агрегатов

больших убиквитин подобных белков (small

полиубиквитинированных DJ 1 и α синуклеина

ubiquitin like modifiers, SUMO) [17, 18]. Функ

в цитоплазме. В аутопсийных препаратах мозга

ционально компетентный белок (дикого ти

пациентов с БП белок TRAF6 локализован сов

па) DJ 1 подвергается сумоилированию в клет

местно с DJ 1 и α синуклеином. Известно, что

ках по остатку лизина (К130); при мутации

полиубиквитинирование с участием остат

K130R этот процесс нарушался, а мутантный бе

ков К48 осуществляется, как правило, для мече

лок DJ 1 становился функционально неактив

ния белков с целью последующей протеасомной

ным. В случае мутации, ассоциированной с раз

деградации [23], в то время как атипичное поли

витием БП (L166P), сумоилирование происхо

убиквитинирование преимущественно играет

дило по другим остаткам лизина с формирова

роль в аутофагии, формировании различных

нием неправильно свёрнутых нерастворимых

сигнальных путей, репарации ДНК и регуляции

форм белка [17].

иммунного ответа [24-26].

DJ 1 также подвергается убиквитинирова

DJ 1 может служить регулятором 20S протеа

нию. Это способствует деградации в протеасо

сомы. Связываясь с протеасомой, DJ 1 ингиби

мах мутантного белка DJ 1, содержащего ами

рует её активность, защищая частично развёр

нокислотную замену L166P, обнаруженную у

нутые белки от деградации [27]. Это позволяет

больных с БП [17].

поддерживать определенный уровень в клетке

В клетках нейробластомы и в лизатах мозга

ряда важных белков субстратов 20S протеасо

человека белок DJ 1 формирует комплекс с пар

мы (например, α синуклеина и р53). При окис

кином и PINK1 (мутации каждого из этих трех

лительном стрессе DJ 1, напротив, активирует

белков приводят к БП, наследуемой по аутосом

20S протеасому с помощью Nrf2 зависимого

но рецессивному типу) [19]. Этот комплекс об

сигнального пути (ядерный транскрипционный

ладает убиквитинлигазной активностью и спо

фактор

2; Nuclear factor erythroid

2 related

собен убиквитинировать субстраты паркина

factor 2), способствуя быстрому удалению пов

(например, синфилин 1) и сам паркин. Генети

реждённых белков из клетки [27].

ческое устранение DJ 1 либо PINK1 приводит к

В контексте функционирования убиквитин

снижению уровня убиквитинирования самого

протеасомной системы убиквитинирование DJ 1

паркина и его субстратов и накоплению аберрант

может, очевидно, играть и регуляторную роль.

ных белков. Такой же эффект наблюдается и в

Во всяком случае недавно проведённый анализ

случае мутантных (паркинсонических) форм

митохондриального убиквитилома мозга мы

PINK1 и паркина [19]. В клетках нейробласто

шей [28] показал, что сетевое взаимодействие

мы человека SH SY5Y DJ 1 взаимодействует с

убиквитинированных белков формируется тре

другой E3 убиквитинлигазой - опухолевым

мя функциональными горизонтальными слоя

супрессором, белком VHL (Von Hippel Lindau).

ми, связь между которыми осуществляется бел

Это приводит к нарушению взаимодействия

ками DJ 1, супероксиддисмутазой 2 (SOD2) и

VHL с альфа субъединицей гетеродимерного

белком теплового шока Hsp90α (кодируемыми

индуцируемого гипоксией транскрипционного

генами Park7, Hsp90aa1 и Sod2 соответствен

фактора 1 (HIF 1α) и препятствует убиквитини

но) (рис. 2). И хотя прямое взаимодействие

рованию HIF 1α. Дефицит DJ 1 приводит к

между этими белками не было исследовано, ряд

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

774

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

Рис. 2. Сетевой анализ взаимодействия убиквитинированных белков митохондрий мозга мышей [28]. Объяснения приве

дены в тексте. Воспроизведено с разрешения Pleiades Publishing

косвенных данных указывает на существование

талитической субъединицей (PKAcα) приводи

такого рода функциональных взаимосвязей [29].

ло к фосфорилированию по остатку Т154. Ами

Все это свидетельствует о том, что в митохонд

нокислотная замена T154A нарушала стабиль

риях мозга белок DJ 1 вовлечён в межмолеку

ность мутанта, димеризацию и способствовала

лярные взаимодействия, которые связаны с за

его деградации в протеасомах. В клетках

щитными механизмами от окислительного

PRAK^+/+, экспрессирующих киназу PRAK

стресса, включающими процессы убиквитини

(p38 regulated/activated kinase), фосфорилирова

рования митохондриальных белков. В контексте

ние DJ 1 происходило после воздействия

прямого взаимодействия DJ 1 с антиоксидант

0,3 мМ пероксидом водорода [33]. В клетках без

ными белками следует отметить, что в его струк

этой киназы (PRAK^-/-) фосфорилирование DJ 1

туре выявлен участок связывания ионов меди,

обнаружено не было. Поскольку фосфорилиро

включающий остаток С106 [30]. В модельных

вание было выявлено при помощи антител, спе

экспериментах этот участок играл важную роль

цифичных к фосфосерину, конкретный моди

в переносе иона меди между DJ 1 и цитозольной

фицированный аминокислотный остаток не

супероксиддисмутазой 1 (SOD1) [30]. В мото

был идентифицирован.

нейронах трансгенных мышей SOD1^G93A показа

Анализ протеоформ белка DJ 1 в клетках

но прямое взаимодействие DJ 1 с мутантной

карциномы молочной железы MCF 7, прове

SOD1, которое способствовало снижению про

дённый с помощью тандемной масс спектро

явлений оксидативного стресса [31].

метрии [34], позволил выявить ещё один сайт

Среди других видов посттрансляционных

фосфорилирования - Т125, имеющий отноше

модификаций следует отметить недавно обнару

ние к регуляции каталитических функций этого

женное прямое фосфорилирование DJ 1 проте

белка. Однако фермент, осуществляющий фос

инкиназой А (PKA) [32]. Связывание DJ 1 с ка

форилирование DJ 1, пока не выявлен.

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

775

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

только с его каталитическими функциями. По

БЕЛКА DJ 1

видимому, в разных компартментах клетки бел

ку DJ 1 свойственны каталитические и неката

На сегодняшний день DJ 1 фигурирует в

литические функции, соотношение которых

классификации ферментов как протеиндегли

нуждается в дальнейших исследованиях.

каза (КФ 3.5.1.124), катализирующая реакцию

дегликирования остатков аргинина, лизина и

цистеина в белках:

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ DJ 1 С БЕЛКАМИ

(1) N^ω (1 hydroxy 2 oxopropyl) [protein] L Arg +

МИТОХОНДРИЙ И ЯДРА

+ H₂O = [protein] L Arg + (R) lactate,

(2) N⁶ (1 hydroxy 2 oxopropyl) [protein] L Lys +

Белок DJ 1 преимущественно определяется

+ H₂O = [protein] L Lys + (R) lactate,

в цитоплазме и при развитии оксидативного

(3) S%(1 hydroxy 2 oxopropyl) [protein] L Cys +

стресса транслоцируется в митохондрии и ядро.

+ H₂O = [protein] L Cys + (R) lactate.

Важным для процесса транслокации DJ 1 в ми

В модельных системах DJ 1 восстанавливал

тохондрии является окисление SH группы С106

гликированные аминокислоты N ацетилцисте

до сульфеновой кислоты [14, 18].

ин, N ацетиларгинин и N ацетилизин, предва

Прямое взаимодействие DJ 1 с субъедини

рительно модифицированные в реакции с метил

цами NADH дегидрогеназы митохондрий игра

глиоксалем (MGO) [35]. Дегликазная актив

ет важную роль в поддержании функциональ

ность белка DJ 1 была подтверждена в экспери

ной активности комплекса I.

ментах с гликированными белками (бычьим сы

На клетках, экспрессирующих FLAG мече

вороточным альбумином, глицеральдегид 3

ную субъединицу митохондриальной NADH

фосфатдегидрогеназой, фруктозо 1,6 бисфос

дегидрогеназы NDUFA4, показано прямое свя

фатальдолазой, аспартатаминотрансферазой).

зывание DJ 1 с субъединицами комплекса I, ко

Для дегликазной активности необходим интакт

дируемыми как ядерной ДНК (NDUFA4), так и

ный остаток С106: мутантный DJ 1 белок с

митохондриальной (ND1) [38]. В условиях окис

аминокислотной заменой С106S был неактивен

лительного стресса, индуцированного 0,2 мМ

в реакции дегликирования N ацетилцистеина, а

Н₂О₂, FLAG меченая субъединица NDUFA4

активность мутантных белков с аминокислот

была связана как с восстановленной, так и с

ными заменами C53S и C46S была сопоставима

окисленной формами DJ 1. Окислительный

с активностью DJ 1 дикого типа [35]. DJ 1 так

стресс способствовал ассоциации эндогенного

же катализировал реакцию дегликирования

DJ 1 и с другими субъединицами комплек

предварительно MGO гликированного α си

са I (ND1). Нокдаун гена DJ%1 в клетках NIH3T3

нуклеина; мутантная форма этого белка, содер

и HEK293 при помощи малой интерферирую

жащая ассоциированную с БП аминокислотную

щей РНК (siRNA) приводил к снижению актив

замену (L166P), была менее активна и проявля

ности комплекса I. Мутантный белок DJ 1, не

ла меньшее сродство к α синуклеину [36]. По

сущий аминокислотную замену L166P, обнару

мимо дегликирования белков, DJ 1 предотвра

женную у пациентов с БП [5], также связывался

щал гликирование нуклеиновых кислот [37].

с NDUFA4, но в отличие от белка дикого типа

Дегликазная активность белка DJ 1 может

не влиял на активность комплекса I. Это свиде

объяснить ряд других ранее описанных актив

тельствует о том, что DJ 1 участвует в регуляции

ностей этого белка. Действуя как дегликаза, DJ 1

активности комплекса I. В то же время нокаут

может выступать в качестве шаперона, взаимо

гена DJ%1 у так называемых Polg мутаторных

действующего с гликированными белками гли

мышей (у которых полимераза γ, ответственная

оксалазы 1, осуществляющей и превращения ге

за репликацию митохондриального генома, ли

митиоацеталей в тиоэфиры, и аминокарбино

шена 3′-5′ экзонуклеазной активности, необ

лов в амиды глиоксалазы 2, осуществляющей

ходимой для исправления ошибок реплика

расщепления тиоэфиров в ходе дегликирования

ции [39]) не оказывал существенного влияния

цистеина, а также протеазы, расщепляющей

на нигростриатные пути [40].

амидные связи при дегликировании лизина/ар

DJ 1 обнаружен в составе субмитохондри

гинина [35]. Правда, для всех этих активностей

альных везикул (синтасом), где взаимодействует

необходим неокисленный остаток цистеи

с β субъединицей АТР синтазы, снижая таким

на С106 [35]. С учётом того, что мягкое окисле

образом утечку протонов и повышая продукцию

ние SH группы С106 до сульфеновой кислоты

АТР [41]. Мутантные DJ 1 белки, содержащие

фактически служит сигналом для транслокации

аминокислотные замены, связанные с болезнью

DJ 1 в митохондрии [14, 18], всю многофункцио

Паркинсона (A104T, D149A и L166P), и DJ 1,

нальность этого белка вряд ли можно связать

лишённые С концевого 60 членного пептида,

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

776

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

также взаимодействовали с β субъединицей

скрипционным коактиватором, который связы

АТР синтазы, но не снижали утечку прото

вается с промотором гена тирозингидроксила

нов (и не повышали синтез АТР). Выключение

зы (TH), в конечном итоге регулируя выработку

гена DJ%1 в клетках среднего мозга приводило

дофамина [52, 53].

практически к двукратному падению уровня

В таблице обобщены примеры взаимодей

АТР и снижало рост и число нейритов дофамин

ствия DJ 1 со своими белками партнёрами.

ергических нейронов. Поскольку отсут

ствие DJ 1 лишь частично компенсировалось

добавлением декспрамипексола (dexpramipex

БЕЛОК DJ 1 В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ole) - препарата, способного блокировать утеч

МОДЕЛЯХ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

ку протонов через внутреннюю мембрану, - ре

гуляторные эффекты DJ 1, очевидно, не огра

МФТП индуцированный паркинсонизм. Сре

ничиваются только взаимодействием этого бел

ди экспериментальных моделей паркинсонизма

ка с АТР синтазой [41]. Митохондрии, дефект

одной из наиболее популярных является пар

ные по DJ 1, характеризуются повышенным

кинсонизм, индуцируемый поступлением в ор

уровнем дыхания в метаболическом состоя

ганизм 1 метил 4 фенил 1,2,3,6 тетрагидропи

нии 4, что также свидетельствует в пользу важ

ридина (МФТП) [1, 8, 70, 71]. Этот протоксин

ной роли DJ 1 в функциональной целостности

подвергается метаболическому превращению

внутренней мембраны [42]. По данным элект

при участии моноаминоксидазы типа Б

ронной микроскопии [43], форма митохондрий

(МАО Б), которая при этом инактивируется.

клеток M17 нейробластомы человека, экспрес

Образующийся нейротоксин МФП⁺ (ион 1 ме

сирующих DJ 1 дикого типа, существенно отли

тил 4 фенилпиридиния) ингибирует комплекс I

чалась от аналогичных клеток, экспрессирую

дыхательной цепи, приводя в конечном итоге к

щих мутантные формы этого белка, содержащие

развитию симптомокомплекса, характерного

аминокислотные замены R98Q, D149A и L166P.

для этого заболевания. Введение ингибиторов

В мутантных клетках уровень фрагментации ми

МАО Б (например, депренила или изати

тохондрий был существенно повышен [43]. Все

на [72-74]), препятствующих метаболической

эти данные свидетельствует о важной роли бел

активации МФТП, предупреждает развитие де

ка DJ 1 в митохондриях.

фицита нейромедиатора дофамина и двигатель

Экспрессируемый эндогенно белок DJ 1

ных нарушений, свойственных болезни Пар

поступает из цитоплазмы в ядро в виде мономе

кинсона.

ра, и этот процесс существенно увеличивается в

Через две недели после введения мышам

ответ на оксидативный стресс клеток, индуци

суммарной дозы МФТП 80 мг/кг (4 инъекции

рованный пероксидом водорода [44]. Оксида

по 20 мг/кг с интервалом в 2 ч) в чёрной суб

тивный стресс способствует диссоциации ци

станции отмечено двукратное снижение числа

топлазматических димеров DJ 1 и увеличенно

дофаминергических нейронов, оцениваемых по

му поступлению образовавшихся мономеров в

иммуноокрашиванию на тирозингидроксила

ядро. Сигналом ядерной локализации, по види

зу - ключевой фермент биосинтеза дофамина.

мому, служит пролин тирозиновый дипептид

При этом число пролиферирующих (BrdU⁺ по

ный фрагмент белка DJ 1, узнаваемый белком

зитивных) клеток субгранулярной и субвентри

кариоферином бета2 [45]. Кариоферин бета2

кулярной зон не отличалось от контроля. В этих

образовывал комплексы как с белком DJ 1 ди

клетках обнаружено существенное увеличение

кого типа, так и с мутантными формами, содер

DJ 1 в области ядра, свидетельствующее в поль

жащими аминокислотные замены C106A,

зу транслокации этого белка в ядро нейрональ

A104T, D149A, но не E163K. Это говорит в поль

ных стволовых клеток. С учётом того, что имен

зу того, что редокс статус С106 вряд ли имеет су

но клетки субгранулярной и субвентрикулярной

щественное значение для транспорта DJ 1 [44].

зон имеют отношение к процессам нейрогенеза

Помимо каталитической функции (деглики

во взрослом мозге, увеличение ядерной локали

рования гистонов), которая повышается при

зации белка DJ 1 рассматриваются в качестве

фосфорилировании Т125 [34], в ядре DJ 1 мо

компенсаторной реакции при МФТП индуци

жет взаимодействовать и осуществлять секвест

рованном паркинсонизме [75]. Введение той же

рацию белка Daxx, что способствует предотвра

суммарной дозы МФТП мышам C57BL/6 по

щению гибели клеток [46].

несколько иной схеме (4 инъекции по 20 мг/кг с

Он также действует как коактиватор различ

интервалом в 24 ч) приводило к существенному

ных сигнальных путей, в том числе андрогено

снижению уровня дофамина и его метаболитов

вого рецептора [47, 48], Nrf2 [49], белка p53 [50,

(3,4 дигидроксифенилуксусной и гомованилино

51]. DJ 1 является нейропротекторным тран

вой кислот). Сверхэкспрессия паркина и DJ 1

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

777

(путём введения соответствующих генетических

В аналогичных экспериментах с использова

конструкций в составе рекомбинантного адено

нием в качестве нейротоксического агента се

ассоциированного вируса) не предотвращала

вофлурана (средство для наркоза) показано, что

снижения дофамина в стриатуме, но снижала

клетки M17 нейробластомы человека, стабиль

гибель дофаминергических нейронов, индуци

но экспрессирующие DJ 1 дикого типа или му

рованную введением МФТП [76].

тант L166P, отвечают на присутствие этого ве

Введение МФТП мышам, лишённым DJ%1

щества в среде культивирования увеличением

(DJ%1^-/-), вызывало существенно большую ги

уровня мРНК и белка DJ 1 [79]. При этом толь

бель нигростриатных нейронов, по сравнению с

ко DJ 1 дикого типа оказывал защитное

мышами (DJ%1^+/+), экспрессирующими этот бе

действие, способствуя снижению активных

лок. Эффект был особенно заметен через

форм кислорода и азота (NO).

14 дней после введения нейротоксина [77]. Вос

Ротенон индуцированный паркинсонизм. Дру

становление экспрессии белка DJ 1 путём вве

гая модель БП предусматривает повторные инъ

дения мышам DJ%1^-/- аденовирусной конструк

екции пестицида ротенона животным (крысам

ции, экспрессирующей DJ 1, за неделю до вве

или мышам); это приводит к ингибированию

дения МФТП способствовало повышению

комплекса I в мозге [80, 81] и периферических

уровня этого белка в чёрной субстанции и ос

органах [82]. Хотя гистопатологические и другие

лабляла эффект этого нейротоксина на гибель

исследования выявили несколько критически

клеток [77]. Следует отметить, что мыши DJ%1^-/-

важных органов мишеней этого токсина [82],

не отличались от контрольных животных дико

введение ротенона вызывало преимуществен

го типа практически по всем исследованным па

ную дегенерацию нигростриатной дофаминер

раметрам [78], включая количество нейронов в

гической системы в мозге и воспроизводило ос

чёрной субстанции мозга и уровень дофамина

новные симптомы БП [80, 81].

чёрной субстанции. Снижение индуцированно

При введении ротенона (2 мг/кг) кры

го выброса дофамина, выявленное у таких жи

сам Спрэгг-Доули в течение 4 х недель проис

вотных, нормализовалось блокадой обратного

ходило развитие двигательных нарушений,

захвата дофамина [78]. Однако высокочастотная

свойственных БП, и увеличение экспрессии

стимуляция кортикостриатных терминалей та

белка DJ 1, а также фактора Nrf2 и гемоксиге

ких животных не приводила к индукции долго

назы 1 в среднем мозге и стриатуме [83]. Введе

временной депрессии (LTD), что связывают с

ние ротенона крысам Льюис приводило к раз

отсутствием регуляции дофаминовых D2 ре

витию характерных для БП двигательных нару

цепторов при участии DJ 1 [78].

шений и существенному (38%) снижению ней

Трёхкратное введение МФТП (15 мг/кг с ин

ронов чёрной субстанции, экспрессирующих

тервалом в 2 ч) мышам C57BL/6J также приво

тирозингидроксилазу [84]. Экспрессия челове

дило к снижению уровня дофамина, обнаружи

ческого гена DJ%1 в астроцитах этих животных

ваемому в стриатуме через 3 дня после введения

существенно снижала потерю дофаминергичес

МФТП. При этом соотношение окисленной и

ких нейронов. При этом в дофаминергических

неокисленной форм белка DJ 1, определяемое с

нейронах чёрной субстанции отмечено сниже

помощью специфических антител (с использо

ние уровня α синуклеина и его фосфорилиро

ванием в качестве контроля мышей с нокаути

вания и увеличение экспрессии белка, ассоции

рованным геном DJ%1), значимо не менялось в

рованного с мембраной лизосом (маркера

первые две недели, но повышалось в чёрной

LAMP 2A) - маркёра опосредованной шаперо

субстанции, стриатуме и обонятельной лукови

нами аутофагии [84]. Эти данные свидетель

це через 6 недель после введения МФТП [16].

ствуют о том, что нейропротекторное действие

В экспериментах на клетках M17 нейроблас

белка DJ 1 не ограничивается экспрессирую

томы человека, экспрессирующих белок DJ 1

щими его клетками, а распространяется и на

дикого типа, а также мутанты, несущие амино

соседние нейроны.

кислотные замены C46A, C53A и C106A, было

Цитотоксическое действие ротенона вос

установлено, что только DJ 1 дикого типа и му

производилось и в опытах с изолированными

тант C53A снижали проявления токсического

клетками: культивирование первичных нейро

действия МФП⁺. При этом мутация именно ос

нов среднего мозга 17 дневных эмбрионов в

татка цистеина C106A предупреждала трансло

присутствии 100 нМ ротенона приводило к

кацию белка DJ 1 в митохондрии [14].

10 кратному снижению числа клеток, экспрес

Другие аминокислотные замены (R98Q,

сирующих тирозингидроксилазу (уровень других,

D149A и особенно L166P) повышали чувстви

недофаминергических нейронов снижался не

тельность клеток M17 нейробластомы человека

столь драматично) [85]. Трансдукция гена, коди

к МФП⁺ [43].

рующего DJ 1 дикого типа, но не мутантных

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

778

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

Взаимодействие белка DJ 1 с белками партнёрами

Локали

Белки партнёры DJ 1

Экспериментальная модель

зация

Биологический эффект

Ссылки

комплекса

DJ 1 (димеризуется)

трансфекция мутантных форм

Я, Ц

нарушена стабильность; фолдинг и спо

DJ 1 человека (L166P, L10P и

собность к димеризации у мутантных

[10]

P158DEL, делеции) в клетки

БП форм

СНО

α Синуклеин (моно

моделирование паркинсонизма

нокаут DJ%1 приводит к повышенной агре

[54, 55]

меры и олигомеры)

на клеточных культурах (SH

гации альфа синуклеина; сверхэкспрессия

SY5Y) и у животных (мыши)

DJ 1 снижает уровень альфа синуклеина

Тау белок

культура клеток IMR; технология

мутантный тау белок (P301L) сильнее взаи

[56]

редактирования генома CRISPR;

модействует с DJ 1

мутанты тау белка P301L

Паркин и PINK1

культуры клеток SH SY5Y и

МХ, Ц

в комплексе появляется убиквитин

[19, 57]

(pten induced kinase 1)

HEK293; лизаты мозга человека

лигазная активность

Субъединицы

культуры клеток NIH3T3

МХ

нокдаун DJ%1 приводит к снижению ак

[38]

NDUFA4 и ND1

и HEK293

тивности комплекса I др. дефектам мито

митохондриального

хондрий

комплекса I

Фактор сплайсинга

культуры клеток CHP 212,

регуляция экспрессии гена тирозингид

[52]

PSF (Polypyrimidine

SHSY5Y, HeLa, HEK293; лим

роксилазы с помощью DJ 1 и PSF; DJ 1

tract binding protein

фобласты пациентов с БП с па

ингибирует сумоилирование PSF и подав

associated splicing fac

тогенной мутацией гена DJ 1

ление синтеза тирозингидроксилазы

tor)

белка

E3 Убиквитинлигаза

клетки SH SY5Y; убиквитиниро

Ц, Я

VHL образует комплекс с HIF 1α; DJ 1

[20, 58]

VHL (Von Hippel

вание in vitro и in vivo

ингибирует образование комплекса HIF

Lindau)

VHL, препятствует убиквитинированию

E3 Убиквитинлигаза

аутопсийные препараты мозга

убиквитинирование DJ 1 под действием

[21, 22]

TRAF 6

пациентов с БП; клетки SH

TRAF 6 способствует образованию агрега

SY5Y; L166P мутанты DJ 1

тов мутантных DJ 1

20S Протеасома

протеасомы печени крысы;

образование комплекса тормозит актив

[27]

BL21(DE3) штамм Escherichia

ность 20S протеасомы и уменьшает де

сoli; трансформированный век

градацию частично развёрнутых белков

тором pET 15b hDJ 1, несущим

ДНК DJ 1WT либо DJ 1C106A

человека

Тиоредоксин 1 (Trx1)

клетки SH SY5Y, SY5Y, HeLa;

Ц, Я

DJ 1 ингибирует активацию ASK1, пред

[59, 60]

мутантные (M26I и L166P) фор

отвращая диссоциацию комплекса Trx1 с

мы DJ 1; DJ 1 нокаутные мыши

ASK1 и увеличивая транскрипцию Trx1

p53 - супрессор опу

культуры клеток HEK293T, A549,

Ц, Я

DJ 1 регулирует/ингибирует транскрип

[50, 51]

холи

H1299; моделирование окисли

ционную активность р53

тельного стресса

ERK1/2 и ERK2

клетки HEK293T - DJ 1 нокда

Ц, Я

транслокация Erk1/2 в ядро в условиях

[61]

(extracellular signal

ун; лизаты мозга мышей - DJ 1

окислительного стресса; активация Elk1,

regulated kinase)

нокаут

способствующая экспрессии супероксид

дисмутазы 1 (SOD1)

ASK1 (apoptosis sig

клетки HEK293, MEF, HeLa

образование комплекса ингибирует ак

[62-64]

nal regulating kinase 1)

тивность ASK1

Проапоптотический

дрожжевой двухгибридный

связывая Daxx, DJ 1 удерживает его в яд

[46]

белок Daxx (Death

скрининг; клетки SH SY5Y,

ре и препятствует активации ASK1 и

associated protein 6)

COS 7

апоптозу

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

779

Окончание таблицы

Локали

Белки партнёры DJ 1

Экспериментальная модель

зация

Биологический эффект

Ссылки

комплекса

β Субъединица АТР

культуры клеток HEK293

МХ

взаимодействие DJ 1 с β субъединицей

[41]

синтазы

АТР синтазы снижает утечку протонов и

повышает продукцию АТР

Каталитическая субъ

система in vitro

PKAcα фосфорилирует DJ 1 по T154

[32]

единица протеинки

назы А (PKAcα)

PRAK/MK5 (p38 reg

клетки HEK293, NIH3T3, HeLa,

PRAK образует комплекс с DJ 1 и фосфо

[33]

ulated/activated kinase)

PRAK^+/+ и PRAK-/- клетки MEF

рилирует DJ 1 in vitro и in vivo

Фосфатаза PTEN

культуры клеток NIH3T3,

образование комплекса с DJ 1 тормозит

[65, 66]

HEK293A

активность PTEN

PIASχα/ARIP3 (pro

клетки 293T, Cos1, TM4, HepG2,

DJ 1 - позитивный регулятор андроген

[47]

tein inhibitor of activat

CV1

ного рецептора (AR); связываясь с моду

ed STAT) χα/androgen

лятором AR (PIASχα/ARIP3), способ

receptor interacting

ствует восстановлению транскрипции AR,

protein 3

удаляя PIASχα из комплекса с AR

DJBP (DJ 1 binding

клетки 293T, Cos1; экстракты

DJ 1, DJBP и AR формируют тройной

[48]

protein)

тестикул быка; экспрессия

комплекс, в котором DJ 1 ассоциирует с

F DJ 1 и DJBP в E. coli

AR посредством связывания с DJBP; DJ 1

способствует активации транскрипции AR

TTRAP (TRAF and

мутантные M26I и L166P DJ 1;

Ц, Я

связывание с мутантами DJ 1 вызывает

[67]

TNF receptor associat

клетки SH SY5Y, HEK 293T

JNK и p38 MAPK индуцированный

ed protein)

апоптоз

Cezanne/Za20d1, деу

клетки MEF, H157, HEK293T;

Я, Ц

связывание c DJ 1 ингибирует деубикви

[68]

биквитиназа семей

мутантные FLAG DJ 1

тиназу Cezanne; это способствует переме

ства А20, ингибирую

щению NF κB в ядро и предотвращает

щая активность фак

гибель клеток

тора транскрипции

NF κB

Рецепторная тиро

клетки HEK293T и CHO; ксе

взаимодействие с DJ 1 защищает HER3

[69]

зинкиназа HER3

нотрансплантантная модель

от убиквитинирования и последующей

(ЕrbB 3)

опухоли у мышей

протеасомной деградации

Примечание. Обозначения: Я - ядро клетки, Ц - цитоплазма, МХ - митохондрии, Л - лизосомы.

форм DJ 1 (M26I, E64), увеличивала процент

под действием моноаминоксидазы А с образова

экспрессирующих тирозингидроксилазу клеток.

нием пероксида водорода. Образующиеся при

Паркинсонизм, индуцированный 6 гидрокси

этом активные формы кислорода оказывают

дофамином. Это ещё одна популярная мо

повреждающее действие на нейроны. В связи с

дель БП, механизм которой включает накопле

тем, что 6 гидроксидофамин не проникает через

ние токсина в катехоламинергических нейронах

гематоэнцефалический барьер, его вводят не

за счёт дофаминового или норадреналинового

посредственно в мозг методом стереотаксичес

транспортёров [86]. Поскольку фармакологи

кой хирургии [86]. Введённый таким образом в

ческая блокада этих транспортёров предупреж

стриатум мышей C57bl/6 или трансгенных мы

дает развитие токсических проявлений, это ука

шей с нокаутом гена DJ%1 6 гидроксидофамин

зывает, что именно транспорт 6 гидроксидофа

вызывал снижение уровня дофамина и иммуно

мина является ключевым патогенетическим мо

гистохимически выявляемой тирозингидрокси

ментом. Поступая внутрь нейронов, 6 гидрок

лазы [87]. При этом изменения были более вы

сидофамин индуцирует оксидативный стресс,

ражены у животных с нокаутом гена DJ%1.

обусловленный как автоокислением этого ами

Исследования, выполненные на первичных

на, так и окислительным дезаминированием культурах астроцитов мышей C57bl/6 или транс

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

780

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

генных мышей с нокаутом гена DJ%1, также про

бинантного белка DJ 1 (TAT DJ 1), был иссле

демонстрировали большую уязвимость клеток

дован 13 членный фрагмент аминокислотной

животных с нокаутом DJ%1 к 6 гидроксидофа

последовательности DJ 1, присоединённый к

мину [87]. При этом астроциты животных с но

проникающему в клетки гептапептиду ТАТ бел

каутированным DJ%1 хуже защищали нейроны

ка [92]. Эта конструкция, получившая название

от токсического действия в ходе их сокультиви

ND 13, была исследована на моделях паркинсо

рования в присутствии увеличивающихся кон

низма, индуцированного введением 6 гидрок

центраций нейротоксина, а также реагировали

сидофамина или МФТП. На культурах кле

повышенной экспрессией ядерного факто

ток SH SY5Y ND 13 снижал повреждающее

ра Nrf2 и гемоксигеназы 1 при более высоких

действие 6 гидроксидофамина, не влияя на их

концентрациях 6 гидроксидофамина [87]. Пос

пролиферацию. В разных вариантах паренте

леднее свидетельствует об участии других регу

рального введения (интрастриатно, подкожно

ляторов (помимо DJ 1) в активации ядерного

или внутривенно) животным ND 13 ослаблял

фактора Nrf2 и гемоксигеназы 1.

токсические проявления, вызванные 6 гидрок

В условиях токсического действия 6 гидрок

сидофамином (индуцированная амфетамином

сидофамина на клетки (SH SY5Y) DJ 1 может

ротация крыс, уровень дофамина и тирозингид

окисляться; при этом снижение клеточно

роксилазы). Этот эффект был обнаружен как у

го GSH предшествует окислению DJ 1 [88]. При

животных, экспрессирующих DJ 1, так и у жи

введении 6 гидроксидофамина в чёрную суб

вотных с нокаутированным геном DJ%1. Инте

станцию (substantia nigra pars compacta) крыс

ресно, что в этих экспериментах выраженность

Вистар происходило накопление окисленных

снижения уровня дофамина при введении одно

форм DJ 1 в мембранной фракции и снижение

го 6 гидроксидофамина и «повышение» (а точ

этого белка в цитозоле [89], что согласуется с из

нее предупреждение снижения) этого показате

вестными представлениями о транслокации DJ 1

ля под действием ND 13 были практически оди

в митохондрии.

наковы у нокаутных и экспрессирующих DJ 1

На дофаминергических нейронах MN9D по

животных [92]. В модели МФТП индуцирован

казано, что выключение гена DJ%1 при помощи

ного паркинсонизма (25 мг/кг в течение 5 дней)

малой шпилечной РНК повышало чувствитель

совместное с нейротоксином введение пепти

ность клеток к 6 гидроксидофамину, который

да ND 13 животным в дозе 20 мг/кг снижало па

способствовал накоплению активных форм

дение уровня дофамина в чёрной субстанции и

кислорода и ускорял апоптоз [90]. При этом

числа дофаминергических нейронов, экспрес

нокдаун DJ%1 изменял уровень 27 белков. В кон

сирующих тирозингидроксилазу [92]. Одним из

тексте оксидативного стресса особенно важным

возможных кандидатов, опосредующих нейро

было снижение уровня пероксиредоксина 6.

протекторные эффекты пептида ND 13, может

Как и в случае других экспериментальных

быть ядерный фактор Nrf2. Хотя инкубация

моделей БП, нейротоксический эффект 6 гид

ND 13 с интактными клетками не оказывала

роксидофамина был более выражен на живот

влияния на транслокацию Nrf2 в ядро; при сов

ных с нокаутом гена DJ%1 (DJ%1^-/-), а также пер

местном добавлении ND 13 и 6 гидроксидофа

вичной культуре нейронов среднего мозга, по

мина отмечено увеличение уровня мРНК и

лученных от этих животных

[91]. В клет

транслокация белка Nrf2 в ядро [92].

ках PC12/TetOn, экспрессирующих α синукле

Терапевтическим потенциалом обладают и

ин с аминокислотной заменой, связанной с

лиганды DJ 1. Проведённый среди 30 000 струк

БП (A30P), сайленсинг DJ 1 повышал токсич

тур виртуальный скрининг (in silico) веществ,

ность мутанта α синуклеина.

способных связываться с DJ 1, выявил соедине

Введение проникающей в клетки формы ре

ния UCP0045037 и UCP0054278 (рис. 3), кото

комбинантного белка DJ 1 (TAT DJ 1) в стриа

рые взаимодействовали с восстановленным или

тум мышей DJ%1^-/- снижало нейротоксические

окисленным (по С106) белком [93]. Помимо DJ 1

проявления, индуцированные 6 гидроксидофа

дикого типа они взаимодействовали и с мутан

мином [91]. Это свидетельствует о возможном

тами, имеющими отношение к БП (L166P,

терапевтическом потенциале белка DJ 1.

M26I). Предварительное в течение суток куль

тивирование клеток SH SY5Y или нейронов

среднего мозга крысы в присутствии 1 мкМ

ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

UCP0045037 снижало нейротоксический эф

БЕЛКА DJ 1 И ЕГО ЛИГАНДОВ

фект увеличивающихся (0-400 мкМ) концент

раций Н₂О₂. Аналогичный цитопротекторный

Помимо обнаруженного «терапевтического»

эффект

мкМ UCP0045037 и

мкМ

эффекта проникающей в клетки формы реком

UCP0054278 отмечен и при воздействии нейро

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

781

токсина 6 гидроксидофамина (диапазон концен

траций 0-100 мкМ) на эти клетки [93]. На

клетках с выключенным геном DJ%1 цитопро

текторные эффекты лигандов этого белка отсут

ствовали. Оба соединения (UCP0045037 и

UCP0054278) проникали через гематоэнцефа

лический бартер и на модели БП, индуцирован

ной введением 6 гидрксидофамина, снижали

выраженность двигательных нарушений и по

вышали число выживших дофаминергических

нейронов [93].

Нейропротекторное действие DJ 1 и его ли

ганда было также продемонстрировано на моде

ли фокальной ишемии реперфузии, индуциро

ванной у крыс окклюзией средней мозговой ар

терии: введение рекомбинантного белка DJ 1

Рис. 3. Структуры лигандов белка DJ 1, использованных в

[94] или соединения UCP0045037 уменьшало

экспериментальных моделях БП. В скобках приведены

размер инфрактной зоны мозга [95].

ссылки на работы, в которых эти лиганды были использо

Ещё один лиганд - соединение 23, селектив

ваны. 1 - Соединение UCP0045037: 5α (6 Амино 9H пу

рин 9 ил) 4,5 дигидро 3β,4β (изопропилидендиокси)

ность взаимодействия которого с DJ 1 была

2(3H) фуранон [93-95]; 2 - соединение UCP0054278: 2 [3

подтверждена на клетках с выключенным ге

(Бензилокси) 4 метоксифенил] N [2 (7 метокси 2H 1,3

ном DJ%1, проявлял нейропротекторное

бензодиоксол 5 ил)этил]ацетамид [93-95]; 3 - соедине

действие в модели МФТП индуцированного

ние 23: N [4 (8 метил(4 гидроимидазо[1,2 a]пиридин 2

паркинсонизма [96]. Мышам дикого типа и мы

ил))фенил](3,4,5 триметоксифенил)карбоксамид [96];

4 - изатин (индол 2,3 дион) [97]

шам с нокаутированным геном DJ%1 вводили со

единение 23 (в дозе 1 мг/кг), а через 1 ч -

МФТП (30 мг/кг). Терапевтический эффект

анализировали через 5 дней после введения

конкурентного ингибирования МАО Б [72-74].

МФТП. Соединение 23 снижало проявления

Кроме того, эта нейропротекторная доза изати

двигательных нарушений, вызванных МФТП, а

на вызывает многоуровневые изменения в моз

также гибель клеток в чёрной субстанции и

ге, затрагивающие протеом [99].

стриатуме и падение уровня дофамина. На жи

Сродство DJ 1 к изатину (К_D = 3,2 мкМ;

вотных, дефектных по белку DJ 1, данное веще

[97]) сопоставимо со сродством к этому регуля

ство терапевтического эффекта не оказыва

тору глицеральдегид 3 фосфатдегидрогеназы -

ло [96]. Это свидетельствует о высокой специ

другой привлекательной фармакологической

фичности действия соединения 23 на конкрет

мишени нейропротекторных соединений [100].

ную мишень - белок DJ 1.

С учётом этих данных становится все более оче

Ещё одним веществом, взаимодействующим

видным, что известное нейропротекторное

с DJ 1, является изатин [97]. Изатин (индол 2,3

действие изатина, очевидно, связано не только с

дион) - эндогенный биологический регулятор,

торможением активности МАО Б, но и с взаи

обнаруженный в мозге, периферических тканях

модействием с другими важными в контексте

и биологических жидкостях человека и живот

нейропротекции белками, включая DJ 1. Инте

ных [28, 98, 99]. Широкий спектр биологичес

ресно отметить, что в некоторых исследованиях

кой активности изатина опосредуется много

белок DJ 1 был идентифицирован в группе иза

численными изатин связывающими белка

тин связывающих белков, специфичных для

ми [98, 99]. Физиологические концентрации

мозга контрольных мышей, однако при введении

изатина in vitro ингибируют моноаминоксида

нейропротекторной дозы изатина (100 мг/кг)

зу Б (МАО Б) и гуанилатциклазу рецепторов

этот белок с аффинным сорбентом не связывал

натрийуретических пептидов, более высо

ся [101]. С учётом того, что изатин проникает

кие (нейропротекторные) концентрации (от

через гематоэнцефалический барьер и накапли

50 мкМ до 400 мкМ) вызывают апоптоз клеточ

вается в мозге, это подтверждает тот факт, что

ных линий различных (в том числе злокачест

именно взаимодействие DJ 1 с изатином препят

венных) опухолей и влияют на экспрессию ге

ствует связыванию этого белка с аффинным

нов [98]. При введении in vivo изатин ослабляет

сорбентом, содержащим аналог изатина в каче

проявления паркинсонизма, индуцированного

стве лиганда.

введением МФТП, что связывают со снижени

Ряд аналогов изатина характеризовался бо

ем превращения МФТП в МФП⁺ в результате

лее прочным связыванием с белком DJ 1

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

782

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

(К_D < 1 мкМ) и эффективным торможением глио

становленную) форму DJ 1, позволит «разгра

ксалазной активности, измеренной с фенил

ничить» ферментативные и неферментативные

глиоксалем в качестве субстрата (IC₅₀ < 0,5 мкМ)

механизмы действия этого белка в норме и при

[97]. Открытие аналогов изатина, эффективно

патологии.

тормозящих каталитические функции, даёт в

руки исследователей мощный инструмент, ко

торый позволит оценить вклад фермента проте

Финансирование. Работа выполнена в рамках

индегликазы в нейропротекторные функции

Программы фундаментальных научных иссле

белка DJ 1.

дований в Российской Федерации на долгосроч

Создание зонда, ковалентно связывающего

ный период (2021-2030 годы).

ся с (восстановленными) остатками цистеина

Конфликт интересов. Авторы заявляют об от

белка DJ 1 [102], существенно расширяет воз

сутствии конфликта интересов.

можности исследований белка в живых систе

Соблюдение этических норм. Данная работа

мах. Протеомный анализ нескольких линий

не предполагала использования людей и живот

клеток (HeLa, A549, SH SY5Y), меченных этим

ных в качестве объектов исследования. Обоб

зондом, продемонстрировал преимущественное

щённые в обзоре результаты исследований авто

включение метки именно в DJ 1, которое сни

ров оригинальных работ были выполнены с

жалось в условиях оксидативного стресса [102].

одобрения соответствующих комитетов по эти

Использование соединений, избирательно

ке, указанные в каждой процитированной

действующих на каталитически активную (вос статье.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Obeso, J. A., Stamelou, M., Goetz, C. G., Poewe, W.,

domain, J. Biol. Chem., 278, 44552 44559, doi: 10.1074/

Lang, A. E., et al. (2017) Past, present, and future of

jbc.M304517200.

Parkinson’s disease: a special essay on the 200th anniver

10. Ramsey, C. P., and Giasson, B. I. (2010) L10p and

sary of the shaking palsy, Mov. Disord., 32, 1264 1310,

P158DEL DJ 1 mutations cause protein instability, aggre

doi: 10.1002/mds.27115.

gation, and dimerization impairments, J. Neurosci. Res.,

Klein, C., and Westenberger, A. (2012) Genetics of

88, 3111 3124, doi: 10.1002/jnr.22477.

Parkinson’s disease, Cold Spring Harb. Perspect. Med., 2,

11. Moore, D. J., Zhang, L., Dawson, T. M., and Dawson,

a008888, doi: 10.1101/cshperspect.a008888.

V. L. (2003) A missense mutation (L166P) in DJ 1, linked

Buneeva, O. A., and Medvedev, A. E. (2006) Ubiquitin

to familial Parkinson’s disease, confers reduced protein

protein ligase parkin and its role in the development

stability and impairs homo oligomerization, J. Neurochem.,

of Parkinson’s disease, Biochemistry (Moscow), 71, 851

87, 1558 1567.

860.

12. Lakshminarasimhan, M., Maldonado, M. T., Zhou, W.,

Nagakubo, D., Taira, T., Kitaura, H., Ikeda, M.,

Fink, A. L., and Wilson, M. A. (2008) Structural impact of

Tamai, K., et al. (1997) DJ 1, a novel oncogene which

three parkinsonism associated missense mutations on

transforms mouse NIH3T3 cells in cooperation with ras,

human DJ 1, Biochemistry, 47, 1381 1392.

Biochem. Biophys. Res. Commun.,

231,

509513,

13. Malgieri, D., and Eliezer, D. (2008) Structural effects of

doi: 10.1006/bbrc.1997.6132.

Parkinson’s disease linked DJ 1 mutations, Prot. Sci., 17,

Bonifati, V., Rizzu, P., van Baren, M. J., Schaap, O.,

855 868, doi: 10.1110/ps.073411608.

Breedveld, G. J., et al. (2003) Mutations in the DJ 1 gene

14. Canet Avilés, R. M., Wilson, M. A., Miller, D. W.,

associated with autosomal recessive early onset parkinson

Ahmad, R., McLendon, C., et al. (2004) The Parkinson’s

ism, Science, 299, 256 259.

disease protein DJ 1 is neuroprotective due to cysteine

Djarmati, A., Hedrich, K., Svetel, M., Schäfer, N.,

sulfinic acid driven mitochondrial localization, Proc. Natl.

Juric, V., et al. (2004) Detection of Parkin (PARK2) and

Acad. Sci. USA, 101, 91039108, doi: 10.1073/pnas.

DJ1 (PARK7) mutations in early onset Parkinson’s dis

0402959101.

ease: Parkin mutation frequency depends on ethnic origin

15. Zhou, W., Zhu, M., Wilson, M. A., Petsko, G. A., and

of patients, Hum. Mutat., 23, 525, doi: 10.1002/humu.

Fink, A. L. (2006) The oxidation state of DJ 1 regulates its

9240.

chaperone activity toward alpha synuclein, J. Mol. Biol.,

Kumaran, R., Vandrovcova, J., Luk, C., Sharma, S.,

356, 1036 1048, doi: 10.1016/j.jmb.2005.12.030.

Renton, A., et al. (2009) Differential DJ 1 gene expression

16. Mita, Y., Kataoka, Y., Saito, Y., Kashi, T., Hayashi, K.,

in Parkinson’s disease, Neurobiol. Disease, 36, 393 400,

et al. (2018) Distribution of oxidized DJ 1 in Parkinson’s

doi: 10.1016/j.nbd.2009.08.011.

disease related sites in the brain and in the peripheral tis

Cookson, M. R. (2010) DJ 1, PINK1 and their effects on

sues: effects of aging and a neurotoxin, Sci. Rep., 8, 12056,

mitochondrial pathways, Mov. Disord., 25 (Suppl. 1), S44

doi: 10.1038/s41598 018 30561 z.

S48, doi: 10.1002/mds.22713.

17. Shinbo, Y., Niki, T., Taira, T., Ooe, H., Takahashi

Lee, S. J., Kim, S. J., Kim, I. K., Ko, J., Jeong, C. S., et al.

Niki, K., et al. (2006) Proper SUMO 1 conjugation is

(2003) Crystal structures of human DJ 1 and Escherichia

essential to DJ 1 to exert its full activities, Cell Death

coli Hsp31, which share an evolutionarily conserved

Differ., 13, 96 108.

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

783

18.

Ariga, H., Takahashi Niki, K., Kato, I., Maita, H.,

33.

Tang, J., Liu, J., Li, X., Zhong, Y., Zhong, T., et al. (2014)

Niki, T., and Iguchi Ariga, S. M. (2013) Neuroprotective

PRAK interacts with DJ 1 and prevents oxidative stress

function of DJ 1 in Parkinson’s disease, Oxid. Med. Cell.

induced cell death, Oxid. Med. Cell. Longev., 2014, 735618,

Longev., 2013, 683920, doi: 10.1155/2013/683920.

doi: 10.1155/2014/735618.

19.

Xiong, H., Wang, D., Chen, L., Choo, Y. S., Ma, H.,

34.

Scumaci, D., Olivo, E., Fiumara, C. V., La Chimia, M.,

Tang, C., et al. (2009) Parkin, PINK1, and DJ 1 form a

De Angelis, M. T., et al. (2020) DJ 1 proteoforms in breast

ubiquitin E3 ligase complex promoting unfolded protein

cancer cells: the escape of metabolic epigenetic misregula

degradation, J. Clin. Invest., 119, 650 660, doi: 10.1172/

tion, Cells, 9, 1968, doi: 10.3390/cells9091968.

JCI37617.

35.

Richarme, G., Mihoub, M., Dairou, J., Bui, L. C.,

20.

Parsanejad, M., Zhang, Y., Qu, D., Irrcher, I.,

Leger, T., and Lamouri, A. (2015) Parkinsonism associat

Rousseaux, M. W. C., et al. (2014) Regulation of the

ed protein DJ 1/Park7 is a major protein deglycase that

VHL/HIF 1 Pathway by DJ 1, J. Neurosci., 34, 8043

repairs methylglyoxal and glyoxal glycated cysteine, argi

8050.

nine, and lysine residues, J. Biol. Chem., 290, 1885 1897.

21.

Zucchelli, S., Codrich, M., Marcuzzi, F., Pinto, M.,

36.

Sharma, N., Rao, S. P., and Kalivendi, S. V. (2019) The

Vilotti, S., et al. (2010) TRAF6 promotes atypical ubiquiti

deglycase activity of DJ 1 mitigates α synuclein glycation

nation of mutant DJ 1 and alpha synuclein and is local

and aggregation in dopaminergic cells: Role of oxidative

ized to Lewy bodies in sporadic Parkinson’s disease brains,

stress mediated downregulation of DJ 1 in Parkinson’s dis

Hum. Mol. Genet., 19, 3759 3770, doi: 10.1093/hmg/

ease, Free Radic. Biol. Med., 135, 28 37, doi: 10.1016/

ddq290.

j.freeradbiomed.2019.02.014.

22.

Vilotti, S., Codrich, M., Dal Ferro, M., Pinto, M.,

37.

Richarme, G., Liu, C., Mihoub, M., Abdallah, J.,

Ferrer, I., et al. (2012) Parkinson’s disease DJ 1 L166P

Leger, T., et al. (2017) Guanine glycation repair by DJ

alters rRNA biogenesis by exclusion of TTRAP from the

1/Park7 and its bacterial homologs, Science, 357, 208 211,

nucleolus and sequestration into cytoplasmic aggregates via

doi: 10.1126/science.aag1095.

TRAF6, PLoS One, 7, e35051, doi: 10.1371/journal.pone.

38.

Hayashi, T., Ishimori, C., Takahashi Niki, K., Taira, T.,

0035051.

Kim, Y. C., et al. (2009) DJ 1 binds to mitochondrial com

23.

Hershko, A., and Ciechanover, A. (1998) The ubiquitin

plex I and maintains its activity, Biochem. Biophys. Res.

system, Annu. Rev. Biochem., 67, 425 479, doi: 10.1146/

Commun., 390, 667 672, doi: 10.1016/j.bbrc.2009.10.025.

annurev.biochem.67.1.425.

39.

Buneeva, O., Fedchenko, V., Kopylov, A., and

24.

Chen, Z. J., and Sun, L. J. (2009) Nonproteolytic func

Medvedev, A.

(2020) Mitochondrial dysfunction in

tions of ubiquitin in cell signaling, Mol. Cell, 33, 275 286.

Parkinson’s disease: focus on mitochondrial DNA,

25.

Buneeva, O. A., and Medvedev, A. E. (2017) The role of

Biomedicines, 8, E591, doi: 10.3390/biomedicines8120591.

atypical ubiquitination in cell regulation, Biochemistry

40.

Hauser, D. N., Primiani, C. T., Langston, R. G.,

(Moscow) Suppl. Ser. B Biomed. Chem., 11, 1631,

Kumaran, R., and Cookson, M. R. (2015) The Polg muta

doi: 10.1134/S1990750817010024.

tor phenotype does not cause dopaminergic neurodegener

26.

Van Huizen, M., and Kikkert, M. (2020) The role of atyp

ation

DJ 1 deficient mice, eNeuro,

ical ubiquitin chains in the regulation of the antiviral innate

doi: 10.1523/ENEURO.0075 14.2015.

immune response, Front. Cell Dev. Biol.,

392,

41.

Chen, R., Park, H. A., Mnatsakanyan, N., Niu, Y.,

doi: 10.3389/fcell.2019.00392.

Licznerski, P., et al. (2019) Parkinson’s disease protein DJ 1

27.

Moscovitz, O., Ben Nissan, G., Fainer, I., Pollack, D.,

regulates ATP synthase protein components to increase

Mizrachi, L., and Sharon, M. (2015) The Parkinson’s

neuronal process outgrowth, Cell Death Dis., 10, 469,

associated protein DJ 1 regulates the 20S proteasome, Nat.

doi: 10.1038/s41419 019 1679 x.

Commun., 6, 6609, doi: 10.1038/ncomms7609.

42.

Hao, L. Y., Giasson, B. I., and Bonini, N. M. (2010) DJ 1

28.

Buneeva, O. A., Medvedeva, M. V., Kopylov, A. T., and

is critical for mitochondrial function and rescues PINK1

Medvedev, A. E. (2019) Ubiquitin subproteome of brain

loss of function, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 9747

mitochondria and its changes induced by experi

9752.

mental parkinsonism and action of neuroprotectors,

43.

Wang, X., Petrie, T. G., Liu, Y., Liu, J., Fujioka, H., and

Biochemistry (Moscow), 84, 13591374, doi: 10.1134/

Zhu, X. (2012) Parkinson’s disease associated DJ 1 muta

S0006297919110117.

tions impair mitochondrial dynamics and cause mitochon

29.

Xu, X., Martin, F., and Friedman, J. S. (2010) The famil

drial dysfunction, J. Neurochem.,

121,

830839,

ial Parkinson’s disease gene DJ 1 (PARK7) is expressed in

doi: 10.1111/j.1471 4159.2012.07734.x.

red cells and plays a role in protection against oxidative

44.

Björkblom, B., Maple-Grødem, J., Puno, M. R., Odell,

damage, Blood Cells Mol. Dis., 45, 227 232, doi: 10.1016/

M., Larsen, J. P., and Møller, S. G. (2014) Reactive oxy

j.bcmd.2010.07.014.

gen species mediated DJ 1 monomerization modulates

30.

Girotto, S., Cendron, L., Bisaglia, M., Tessari, I.,

intracellular trafficking involving karyopherin β2, Mol.

Mammi, S., et al. (2014) DJ 1 is a copper chaperone act

Cell. Biol., 34, 3024 3040, doi: 10.1128/MCB.00286 14.

ing on SOD1 activation, J. Biol. Chem., 289, 10887 10899,

45.

Lee, B. J., Cansizoglu, A. E., Suel, K. E., Louis, T. H.,

doi: 10.1074/jbc.M113.535112.

Zhang, Z., and Chook, Y. M. (2006) Rules for nuclear

31.

Yamashita, S., Mori, A., Kimura, E., Mita, S., Maeda, Y.,

localization sequence recognition by karyopherin beta 2,

et al. (2010) DJ 1 forms complexes with mutant SOD1 and

Cell, 126, 543 558, doi: 10.1016/j.cell.2006.05.049.

ameliorates its toxicity, J. Neurochem., 113, 860 870,

46.

Junn, E., Taniguchi, H., Jeong, B. S., Zhao, X., Ichijo, H.,

doi: 10.1111/j.1471 4159.2010.06658.x.

and Mouradian, M. M. (2005) Interaction of DJ 1 with

32.

Ko, Y. U., Kim, S. J., Lee, J., Song, M. Y., Park, K. S.,

Daxx inhibits apoptosis signal regulating kinase 1 activity

et al. (2019) Protein kinase A induced phosphorylation at

and cell death, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 9691 9696,

the Thr154 affects stability of DJ 1, Parkinsonism Relat.

doi: 10.1073/pnas.0409635102.

Disord., 66, 143150, doi: 10.1016/j.parkreldis.2019.

47.

Takahashi, K., Taira, T., Niki, T., Seino, C., Iguchi Ariga,

07.029.

S. M., and Ariga, H. (2001) DJ 1 positively regulates the

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

784

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

androgen receptor by impairing the binding of PIASx alpha

mutase 1 through the Erk1/2 Elk1 pathway in neuropro

to the receptor, J. Biol. Chem., 276, 3755637563,

tection, Ann. Neurol., 70, 591 599, doi: 10.1002/ana.

doi: 10.1074/jbc.M101730200.

22514.

48.

Niki, T., Takahashi Niki, K., Taira, T., Iguchi Ariga,

62.

Waak, J., Weber, S. S., Görner, K., Schall, C., Ichijo, H.,

S. M., and Ariga, H. (2003) DJBP: a novel DJ 1 binding

et al. (2009) Oxidizable residues mediating protein stabili

protein, negatively regulates the androgen receptor by

ty and cytoprotective interaction of DJ 1 with apoptosis

recruiting histone deacetylase complex, and DJ 1 antago

signal regulating kinase 1, J. Biol. Chem., 284, 14245

nizes this inhibition by abrogation of this complex, Mol.

14257, doi: 10.1074/jbc.M806902200.

Cancer Res., 1, 247 261.

63.

Mo, J. S., Jung, J., Yoon, J. H., Hong, J. A., Kim, M. Y.,

49.

Clements, C. M., McNally, R. S., Conti, B. J., Mak, T. W.,

et al. (2010) DJ 1 modulates the p38 mitogen activated

and Ting, J. P. (2006) DJ 1, a cancer and Parkinson’s dis

protein kinase pathway through physical interaction with

ease associated protein, stabilizes the antioxidant tran

apoptosis signal regulating kinase 1, J. Cell. Biochem., 110,

scriptional master regulator Nrf2, Proc. Natl. Acad. Sci.

229 237, doi: 10.1002/jcb.22530.

USA, 103, 15091 15096, doi: 10.1073/pnas.0607260103.

64.

Cao, J., Ying, M., Xie, N., Lin, G., Dong, R., et al. (2014)

50.

Shinbo, Y., Taira, T., Niki, T., Iguchi Ariga, S. M., and

The oxidation states of DJ 1 dictate the cell fate in

Ariga, H. (2005) DJ 1 restores p53 transcription activity

response to oxidative stress triggered by 4 HPR: autophagy

inhibited by Topors/p53BP3, Int. J. Oncol., 26, 641 648,

or apoptosis? Antioxid. Redox Signal., 21, 1443 1459,

doi: 10.3892/ijo.26.3.641.

doi: 10.1089/ars.2013.5446.

51.

Kato, I., Maita, H., Takahashi Niki, K., Saito, Y.,

65.

Kim, Y. C., Kitaura, H., Taira, T., Iguchi Ariga, S. M., and

Noguchi, N., et al. (2013) Oxidized DJ 1 inhibits p53 by

Ariga, H. (2009) Oxidation of DJ 1 dependent cell trans

sequestering p53 from promoters in a DNA binding affini

formation through direct binding of DJ 1 to PTEN, Int. J.

ty dependent manner, Mol. Cell. Biol., 33, 340359,

Oncol., 35, 1331 1341.

doi: 10.1128/MCB.01350 12.

66.

Choi, M. S., Nakamura, T., Cho, S. J., Han, X., Holland,

52.

Zhong, N., Kim, C. Y., Rizzu, P., Geula, C., Porter, D. R.,

E. A., et al. (2014) Transnitrosylation from DJ 1 to PTEN

et al. (2006) DJ 1 transcriptionally up regulates the human

attenuates neuronal cell death in parkinson’s disease mod

tyrosine hydroxylase by inhibiting the sumoylation of

els, J. Neurosci., 34, 15123 15131, doi: 10.1523/JNEU

pyrimidine tractbinding protein associated splicing factor,

ROSCI.4751 13.

J. Biol. Chem., 281, 2094020948, doi: 10.1074/jbc.

67.

Zucchelli, S., Vilotti, S., Calligaris, R., Lavina, Z. S.,

M601935200.

Biagioli, M., et al. (2009) Aggresome forming TTRAP

53.

Ishikawa, S., Taira, T., Takahashi Niki, K., Niki, T.,

mediates pro apoptotic properties of Parkinson’s disease

Ariga, H., and Iguchi Ariga, S. M. (2010) Human DJ 1

associated DJ 1 missense mutations, Cell Death Differ., 16,

specific transcriptional activation of tyrosine hydroxylase

428 438, doi: 10.1038/cdd.2008.169.

gene, J. Biol. Chem., 285, 39718 39731, doi: 10.1074/jbc.

68.

McNally, R. S., Davis, B. K., Clements, C. M., Accavitti

M110.137034.

Loper, M. A., Mak, T. W., and Ting, J. P. (2011) DJ 1

54.

Zondler, L., Miller Fleming, L., Repici, M.,

enhances cell survival through the binding of Cezanne, a

Goncalves, S., Tenreiro, S., et al. (2014) DJ 1 interactions

negative regulator of NF kappaB, J. Biol. Chem., 286,

with alphasynuclein attenuate aggregation and cellular tox

4098 4106.

icity in models of Parkinson’s disease, Cell Death Dis., 5,

69.

Zhang, S., Mukherjee, S., Fan, X., Salameh, A.,

e1350, doi: 10.1038/cddis.2014.307.

Mujoo, K., et al. (2016) Novel association of DJ 1 with

55.

Xu, C. Y., Kang, W. Y., Chen, Y. M., Jiang, T. F., Zhang, J.,

HER3 potentiates HER3 activation and signaling in can

et al. (2017) DJ 1 Inhibits alpha synuclein aggregation by

cer, Oncotarget, 7, 65758 65769, doi: 10.18632/oncotarget.

regulating chaperone mediated autophagy, Front. Aging

11613.

Neurosci., 9, 308, doi: 10.3389/fnagi.2017.00308.

70.

Cookson, M. R. (2005) The biochemistry of Parkinson’s

56.

Wang, X., Williams, D., Müller, I., Lemieux, M.,

disease, Annu. Rev. Biochem., 74, 9 52.

Dukart, R., et al. (2019) Tau interactome analyses in

71.

Mingazov, E. R., Khakimova, G. R., Kozina, E. A.,

CRISPR Cas9 engineered neuronal cells reveal ATPase

Medvedev, A. E., Buneeva, O. A., et al. (2018) MPTP

dependent binding of wild type but not P301L Tau to non

mouse model of preclinical and clinical Parkinson’s disease

muscle myosins, Sci. Rep., 9, 16238.

as an instrument for translational medicine, Mol.

57.

Tang, B., Xiong, H., Sun, P., Zhang, Y., Wang, D., et al.

Neurobiol., 55, 2991 3006, doi: 10.1007/s12035 017 0559 6.

(2006) Association of PINK1 and DJ 1 confers digenic

72.

Zhou, Y., Zhao, Z. Q., and Xie, J. X. (2001) Effect of isatin

inheritance of early onset Parkinson’s disease, Hum. Mol.

on rotational behavior and DA levels in caudate putamen

Genet., 15, 1816 1825.

in Parkinsonian rats, Brain Res., 917, 127 132.

58.

Vasseur, S., Afzal, S., Tardivel Lacombe, J., Park, D. S.,

73.

Hamaue, N., Minami, M., Terado, M., Hirafuji, M.,

Iovanna, J. L., and Mak, T. W. (2009) DJ 1/PARK7 is an

Endo, T., et al. (2004) Comparative study of the effects of

important mediator of hypoxia induced cellular responses,

isatin, an endogenous MAO inhibitor, and selegiline on

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106, 1111 1116.

bradykinesia and dopamine levels in a rat model of

59.

Im, J. Y., Lee, K. W., Junn, E., and Mouradian, M. M.

Parkinson’s disease induced by the Japanese Encephalitis

(2010) DJ 1 protects against oxidative damage by regulat

virus, Neurotoxicology, 25, 205 213.

ing the thioredoxin/ASK1 complex, Neurosci. Res., 67,

74.

Medvedev, A. E., Buneeva, O. A., Kopylov, A. T.,

203 208, doi: 10.1016/j.neures.2010.04.002.

Tikhonova, O. V., Medvedeva, M. V., et al. (2017) The

60.

Im, J. Y., Lee, K. W., Woo, J. M., Junn, E., and

brain mitochondrial subproteome of RPN10 binding pro

Mouradian, M. M. (2012) DJ 1 induces thioredoxin 1

teins and its changes induced by the neurotoxin MPTP and

expression through the Nrf2 pathway, Hum. Mol. Genet.,

the neuroprotector isatin, Biochemistry (Moscow), 82, 330

21, 3013 3024, doi: 10.1093/hmg/dds131.

339.

61.

Wang, Z., Liu, J., Chen, S., Wang, Y., Cao, L., et al. (2011)

75.

Sun, Y., Wang, Y., Zhao, X., and Pu, X. (2018) Nuclear

DJ 1 modulates the expression of Cu/Zn superoxide dis

translocation of DJ 1 protects adult neuronal stem cells in

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

БЕЛОК DJ 1 И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА

785

an MPTP mouse model of Parkinson’s disease,

brain, J. Pharmacol. Sci., 102, 243 247, doi: 10.1254/

NeuroReport, 29, 301 307.

jphs.sc0060098.

76.

Paterna, J. C., Leng, A., Weber, E., Feldon, J., and

90. Kim, S. J., Park, Y. J., and Oh, Y. J. (2012) Proteomic

Büeler, H. (2007) DJ 1 and Parkin modulate dopamine

analysis reveals a protective role for DJ 1 during 6 hydrox

dependent behavior and inhibit MPTP induced nigral

ydopamine induced cell death, Biochem. Biophys. Res.

dopamine neuron loss in mice, Mol. Ther., 15, 698 704,

Commun., 422, 8 14, doi: 10.1016/j.bbrc.2012.04.063.

doi: 10.1038/sj.mt.6300067.

91. Batelli, S., Invernizzi, R. W., Negro, A., Calcagno, E.,

77.

Kim, R. H., Smith, P. D., Aleyasin, H., Hayley, S., Mount,

Rodilossi, S., et al. (2015) The Parkinson’s disease related

M. P., et al. (2005) Hypersensitivity of DJ 1 deficient mice

protein DJ 1 protects dopaminergic neurons in vivo and

to 1 methyl 4 phenyl 1,2,3,6 tetrahydropyrindine (MPTP)

cultured cells from alpha synuclein and 6 hydroxy

and oxidative stress, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 5215

dopamine toxicity, Neurodegener. Dis., 15, 13 23.

5220.

92. Lev, N., Barhum, Y., Ben Zur, T., Aharony, I., Trifonov, L.,

78.

Goldberg, M. S., Pisani, A., Haburcak, M.,

et al. (2015) A DJ 1 based peptide attenuates dopaminer

Vortherms, T. A., Kitada, T., et al. (2005) Nigrostriatal

gic degeneration in mice models of Parkinson’s disease via

dopaminergic deficits and hypokinesia caused by inactiva

enhancing Nrf2, PLoS One, 10, e0127549, doi: 10.1371/

tion of the familial parkinsonism linked gene DJ 1,

journal.pone.0127549.

Neuron, 45, 489 496, doi: 10.1016/j.neuron.2005.01.041.

93. Miyazaki, S., Yanagida, T., Nunome, K., Ishikawa, S.,

79.

Zhang, Y., Li, Y., Han, X., Dong, X., Yan, X., and Xing, Q.

Inden, M., et al. (2008) DJ 1 binding compounds prevent

(2018) Elevated expression of DJ 1 (encoded by the

oxidative stress induced cell death and movement defect in

human PARK7 gene) protects neuronal cells from sevoflu

Parkinson’s disease model rats, J. Neurochem., 105, 2418

rane induced neurotoxicity, Cell Stress Chaperones, 23,

2434.

967 974.

94. Yanagisawa, D., Kitamura, Y., Inden, M., Takata, K.,

80.

Cannon, J. R., Tapias, V., Na, H. M., Honick, A. S.,

Taniguchi, T., et al. (2008) DJ 1 protects against neurode

Drolet, R. E., and Greenamyre, J. T. (2009) A highly

generation caused by focal cerebral ischemia and reperfu

reproducible rotenone model of Parkinson’s disease,

sion in rats, J. Cereb. Blood Flow Metab., 28, 563 578.

Neurobiol. Dis., 34, 279 290.

95. Yamane, K., Kitamura, Y., Yanagida, T., Takata, K.,

81.

Sanders, L. H., McCoy, J., Hu, X., Mastroberardino,

Yanagisawa, D., et al. (2009) Oxidative neurodegeneration

P. G., Dickinson, B. C., et al. (2014) Mitochondrial DNA

is prevented by UCP0045037, an allosteric modulator for

damage: Molecular marker of vulnerable nigral neurons in

the reduced form of DJ 1, a wild type of familial

Parkinson’s disease, Neurobiol. Dis., 70, 214 223.

Parkinson’s disease linked PARK7, Int. J. Mol. Sci., 10,

82.

Heinz, S., Freyberger, A., Lawrenz, B., Schladt, L.,

4789 4804, doi: 10.3390/ijms10114789.

Schmuck, G., and Ellinger Ziegelbauer, H.

(2017)

96. Takahashi Niki, K., Inafune, A., Michitani, N.,

Mechanistic investigations of the mitochondrial complex I

Hatakeyama, Y., Suzuki, K., et al. (2015) DJ 1 dependent

inhibitor rotenone in the context of pharmacological and

protective activity of DJ 1 binding compound no.

safety evaluation, Sci. Rep., 7, 45465.

against neuronal cell death in MPTP treated mouse model

83.

Michel, H. E., Tadros, M. G., Esmat, A., Khalifa, A. E.,

of Parkinson’s disease, J. Pharmacol. Sci., 127, 305 310,

and Abdel Tawab, A. M. (2017) Tetramethylpyrazine ame

doi: 10.1016/j.jphs.2015.01.010.

liorates rotenone induced Parkinson’s disease in rats:

97. Tashiro, S., Caaveiro, J., Nakakido, M., Tanabe, A.,

involvement of its anti inflammatory and anti apoptotic

Nagatoishi, S., et al. (2018) Discovery and optimization of

actions, Mol. Neurobiol., 54, 4866 4878.

inhibitors of the Parkinson’s disease associated protein DJ 1,

84.

De Miranda, B. R., Rocha, E. M., Bai, Q., El Ayadi, A.,

ACS Chem. Biol., 13, 2783 2793, doi: 10.1021/acschem

Hinkle, D., et al. (2018) Astrocyte specific DJ 1 overex

bio.8b00701.

pression protects against rotenone induced neurotoxicity

98. Medvedev, A., Buneeva, O., Gnedenko, O., Ershov, P., and

in a rat model of Parkinson’s disease, Neurobiol. Disease,

Ivanov, A. (2018) Isatin, an endogenous nonpeptide bio

115, 101 114.

factor: a review of its molecular targets, mechanisms of

85.

Liu, F., Nguyen, J. L., Hulleman, J. D., Li, L., and

actions, and their biomedical implications, Biofactors, 44,

Rochet, J. C. (2008) Mechanisms of DJ 1 neuroprotection

95 108, doi: 10.1002/biof.1408.

in a cellular model of Parkinson’s disease, J. Neurochem.,

99. Medvedev, A., Kopylov, A., Buneeva, O., Kurbatov, L.,

105, 2435 2453, doi: 10.1111/j.1471 4159.2008.05333.x.

Tikhonova, O., et al. (2020) A neuroprotective dose of

86.

Simola, N., Morelli, M., and Carta, A. R. (2007) The 6

isatin causes multilevel changes involving the brain pro

hydroxydopamine model of Parkinson’s disease,

teome: prospects for further research, Int. J. Mol. Sci., 21,

Neurotoxicity Res., 11, 151 167.

4187, doi: 10.3390/ijms21114187.

87.

Lev, N., Barhum, Y., Ben Zur, T., Melamed, E.,

100. Medvedev, A., Buneeva, O., Gnedenko, O., Fedchenko,

Steiner, I., and Offen, D. (2013) Knocking out DJ 1 atten

V., Medvedeva, M., et al. (2006) Isatin interaction with

uates astrocytes neuroprotection against

6 hydroxy

glyceraldehyde 3 phosphate dehydrogenase, a putative

dopamine toxicity, J. Mol. Neurosci., 50, 542 550.

target of neuroprotective drugs: partial agonism with

88.

Miyama, A., Saito, Y., Yamanaka, K., Hayashi, K.,

deprenyl, J. Neural Transm. Suppl., 71, 195 203.

Hamakubo, T., and Noguchi, N. (2011) Oxidation of DJ 1

101. Buneeva, O. A., Kapitsa, I. G., Ivanova, E. A., Kopylov,

induced by 6 hydroxydopamine decreasing intracellular

A. T., Zgoda, V. G., and Medvedev, A. E. (2020) The effect

glutathione, PLoS One, 6, e27883, doi: 10.1371/journal.

of a neuroprotective dose of isatin or deprenyl to mice on

pone.0027883.

the profile of brain isatin binding proteins, Biochemistry

89.

Yanagida, T., Takata, K., Inden, M., Kitamura, Y.,

(Moscow), Suppl. Ser. B Biomed. Chem., 14, 116 126.

Taniguchi, T., et al.

(2006) Distribution of DJ 1,

102. Drechsel, J., Mandl, F. A., and Sieber, S. A. (2018) Chem

Parkinson’s disease related protein PARK7, and its alter

ical probe to monitor the parkinsonism associated protein

ation in 6 hydroxydopamine treated hemiparkinsonian rat

DJ 1 in live cells, ACS Chem. Biol., 13, 2016 2019.

3 БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021

786

БУНЕЕВА, МЕДВЕДЕВ

DJ 1 PROTEIN AND ITS ROLE IN THE DEVELOPMENT

OF PARKINSON’S DISEASE: STUDIES ON EXPERIMENTAL MODELS

Review

O. A. Buneeva and A. E. Medvedev*

Institute of Biomedical Chemistry, 119121 Moscow, Russia; E%mail: professor57@yandex.ru

DJ 1, also known as Parkinson’s disease protein 7, is a multifunctional protein ubiquitously expressed in cells and tis

sues. Interacting with proteins of various intracellular compartments, DJ 1 plays an important role in maintaining dif

ferent cellular functions. Mutant DJ 1 forms containing amino acid substitutions (especially L166P), typical of

Parkinson’s disease, are characterized by impaired dimerization, stability, and folding. DJ 1 exhibits several types of

catalytic activity; however, in the enzyme classification it exists as protein deglycase (EC 3.5.1.124). Apparently, in dif

ferent cell compartments DJ 1 exhibits catalytic and non catalytic functions, and their ratio still remains unknown.

Oxidative stress promotes dissociation of cytoplasmic DJ 1 dimers into monomers, which are translocated to the

nucleus, where this protein acts as a coactivator of various signaling pathways, preventing cell death. In mitochondria,

DJ 1 is found in the synthasome, where it interacts with the β ATP synthase subunit. Downregulation of the DJ%1

gene under conditions of experimental PD increases sensitivity of the cells to neurotoxins, and introduction of the

recombinant DJ 1 protein attenuates manifestation of this pathology. The thirteen membered fragment of the DJ 1

amino acid sequence attached to the heptapeptide of the TAT protein penetrating into the cells exhibited neuropro

tective properties in various PD models both in cell cultures and after administration to animals. Low molecular

weight DJ 1 ligands also demonstrate therapeutic potential, providing neuroprotective effects seen during their incu

bation with cells and administration to animals.

Keywords: DJ 1 protein, structure and function, catalytic activity, pathogenic mutations, Parkinson’s disease, exper

imental models, DJ 1 ligands

БИОХИМИЯ том 86 вып. 6 2021