Neuronaučnici sa MIT-a pronašli su način da preokrenu neurodegeneraciju i druge simptome Alchajmerove bolesti ometanjem enzima koji je tipično preaktivan u mozgu pacijenata sa Alchajmerovom bolešću.
Kada su istraživači lečili miševe peptidom koji blokira hiperaktivnu verziju enzima zvanog CDK5, otkrili su dramatično smanjenje neurodegeneracije i oštećenja DNK u mozgu. Ovi miševi su takođe pokazali poboljšanja u svojoj sposobnosti da obavljaju zadatke kao što je učenje navigacije vodenim lavirintom.
„Otkrili smo da je efekat ovog peptida jednostavno izvanredan“, kaže Li-Huei Tsai, direktor Instituta za učenje i pamćenje MIT-a Picover i stariji autor studije. „Videli smo divne efekte u smislu smanjenja neurodegeneracije i neuroinflamatornih odgovora, pa čak i spasavanja deficita ponašanja.“
Uz dalje testiranje, istraživači se nadaju da bi se peptid na kraju mogao koristiti kao tretman za pacijente sa Alchajmerovom bolešću i drugim oblicima demencije koji imaju prekomernu aktivaciju CDK5. Peptid ne ometa CDK1, esencijalni enzim koji je strukturno sličan CDK5, a po veličini je sličan drugim peptidnim lekovima koji se koriste u kliničkim primenama.
Istraživač Instituta Picover Ping-Chieh Pao je glavni autor rada, koji se ove nedelje pojavljuje u Proceedings of the National Academi of Sciences.
Tsai je od početka svoje karijere proučavala ulogu CDK5 u Alchajmerovoj bolesti i drugim neurodegenerativnim bolestima. Kao postdoktor, identifikovala je i klonirala gen CDK5, koji kodira tip enzima poznatog kao kinaza zavisna od ciklina. Većina drugih kinaza zavisnih od ciklina uključena je u kontrolu deobe ćelija, ali CDK5 nije. Umesto toga, igra važnu ulogu u razvoju centralnog nervnog sistema, a takođe pomaže u regulisanju sinaptičke funkcije.
CDK5 se aktivira manjim proteinom sa kojim stupa u interakciju, poznatim kao P35. Kada se P35 veže za CDK5, struktura enzima se menja, omogućavajući mu da fosforiliše — doda molekul fosfata — svojim ciljevima. Međutim, kod Alchajmerove i drugih neurodegenerativnih bolesti, P35 se cepa na manji protein nazvan P25, koji se takođe može vezati za CDK5, ali ima duži poluživot od P35.
Kada je vezan za P25, CDK5 postaje aktivniji u ćelijama. P25 takođe omogućava CDK5 da fosforiliše molekule koji nisu uobičajeni ciljevi, uključujući Tau protein. Hiperfosforilovani Tau proteini formiraju neurofibrilarne spletove koji su jedna od karakterističnih karakteristika Alchajmerove bolesti.
U prethodnom radu, Tsaijeva laboratorija je pokazala da transgeni miševi dizajnirani da eksprimiraju P25 razvijaju tešku neurodegeneraciju. Kod ljudi, P25 je povezan sa nekoliko bolesti, uključujući ne samo Alchajmerovu već i Parkinsonovu bolest i frontotemporalnu demenciju.
Farmaceutske kompanije su pokušale da ciljaju P25 lekovima sa malim molekulima, ali ovi lekovi imaju tendenciju da izazovu neželjene efekte jer ometaju i druge kinaze zavisne od ciklina, tako da nijedan od njih nije testiran na pacijentima.
Tim MIT-a odlučio je da zauzme drugačiji pristup ciljanju na P25, koristeći peptid umesto malog molekula. Oni su dizajnirali svoj peptid sa sekvencom identičnom onoj segmenta CDK5 poznatog kao T petlja, što je struktura kritična za vezivanje CDK5 za P25. Ceo peptid je dugačak samo 12 aminokiselina – nešto duži od većine postojećih peptidnih lekova, koji su dugački pet do 10 aminokiselina.
„Sa tačke gledišta peptidnih lekova, obično je manje bolje“, kaže Tsai. „Naš peptid je skoro unutar te idealne molekularne veličine.“
U testovima na neuronima uzgajanim u laboratorijskoj posudi, istraživači su otkrili da je tretman sa peptidom doveo do umerenog smanjenja aktivnosti CDK5. Ovi testovi su takođe pokazali da peptid ne inhibira normalni CDK5-P35 kompleks, niti utiče na druge ciklin zavisne kinaze.
Kada su istraživači testirali peptid na mišjem modelu Alchajmerove bolesti koji ima hiperaktivni CDK5, videli su bezbroj korisnih efekata, uključujući smanjenje oštećenja DNK, neuralnu upalu i gubitak neurona. Ovi efekti su bili mnogo izraženiji u studijama na miševima nego u testovima u kultivisanim ćelijama.
Tretman peptidima je takođe proizveo dramatična poboljšanja u drugom mišjem modelu Alchajmerove bolesti, koji ima mutantni oblik Tau proteina koji dovodi do neurofibrilarnih zapetljavanja. Nakon tretmana, ti miševi su pokazali smanjenje i Tau patologija i gubitka neurona. Uz te efekte u mozgu, istraživači su takođe primetili poboljšanja ponašanja. Miševi tretirani peptidom radili su mnogo bolje u zadatku koji je zahtevao učenje za navigaciju u vodenom lavirintu, koji se oslanja na prostornu memoriju, od miševa koji su tretirani kontrolnim peptidom (šifrovana verzija peptida koja se koristi za inhibiciju CDK5-P25).
U tim studijama na miševima, istraživači su ubrizgali peptid i otkrili da je u stanju da pređe krvno-moždanu barijeru i dođe do neurona hipokampusa i drugih delova mozga.
Istraživači su takođe analizirali promene u ekspresiji gena koje se javljaju u neuronima miša nakon tretmana sa peptidom. Među promenama koje su primetili bilo je povećanje ekspresije oko 20 gena koji se tipično aktiviraju od strane porodice genskih regulatora zvanih MEF2. Tsaijeva laboratorija je ranije pokazala da MEF2 aktivacija ovih gena može dati otpornost na kognitivna oštećenja u mozgu ljudi sa Tau zapetljanjima, i ona pretpostavlja da tretman peptidima može imati slične efekte.
„Dalji razvoj takvih peptidnih inhibitora ka olovnom terapeutskom kandidatu, ako se pokaže da je selektivan za cilj i relativno bez kliničkih nuspojava, može na kraju dovesti do novih tretmana za neurodegenerativne poremećaje u rasponu od Alchajmerove bolesti do frontotemporalne demencije do Parkinsonove bolesti,“ kaže Stjuart Lipton, profesor neuronauke u Scripps Research-u, koji nije bio uključen u studiju.
Tsai sada planira da sprovede dalje studije na drugim mišjim modelima bolesti koje uključuju neurodegeneraciju povezanu sa P25, kao što su frontotemporalna demencija, demencija izazvana HIV-om i kognitivno oštećenje povezano sa dijabetesom.
„Veoma je teško precizno reći koja će bolest imati najviše koristi, tako da mislim da je potrebno mnogo više posla“, kaže ona.
