Многоуровневое моделирование мутации D1634N в CACNA1A, связанной с атаксией, эпилепсией и когнитивными нарушениями

Миссенс-мутации в гене CACNA1A, кодирующем потенциалзависимые кальциевые каналы CaV2.1, вызывают тяжёлые неврологические заболевания, для лечения которых доступно мало эффективных средств. Разработку новых методов лечения затрудняют неизвестное биофизическое влияние многих мутаций, ограниченные сведения о влиянии генотипа на функцию каналов и поведенческий фенотип, а также нехватка животных моделей, воспроизводящих заболевание человека. В этой работе изучена миссенс-мутация CACNA1A D1634N, выявленная у пациента с атаксией, эпилепсией, умеренной интеллектуальной недостаточностью и лёгкой атрофией мозжечка. При гетерологичной экспрессии каналы D1634N характеризовались значительным снижением амплитуды тока на уровне целой клетки, сдвигом напряжения полумаксимальной активации (V½) на +25 мВ и уменьшением вероятности открытия одиночных каналов, что указывает на утрату функции. Кортикальные нейроны, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациента, обладали повышенной собственной возбудимостью по сравнению с изогенными контрольными клетками. У гетерозиготных мышей с аналогичной внесённой мутацией (D1585N) наблюдались атаксия, абсансная эпилепсия и когнитивные нарушения, соответствующие поведенческому фенотипу пациента. Электрофизиологические исследования клеток Пуркинье и срезов мозжечка выявили снижение тока CaV2.1 на уровне целой клетки, сдвиг напряжения активации в сторону более положительных значений, изменение возбудимости клеток Пуркинье и вероятности пресинаптического высвобождения в синапсах параллельных волокон и клеток Пуркинье. Полученные результаты выявляют новую мутацию CACNA1A с утратой функции и демонстрируют, что сочетание исследований гетерологичной экспрессии, нейронов из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и животных моделей позволяет получить взаимодополняющие сведения о молекулярных механизмах заболевания, что важно для разработки методов лечения.