Istraživači na Univerzitetu u Kelnu CECAD klaster izvrsnosti za istraživanje starenja i CEPLAS klaster izvrsnosti za nauku o biljkama pronašli su obećavajući pristup sintetičkoj biologiji biljaka za razvoj terapije za lečenje ljudskih neurodegenerativnih bolesti, posebno Hantingtonove bolesti.
U svojoj publikaciji „In-planta ekspresija humanog poliK-proširenog fragmenta lovtingtina otkriva mehanizme za sprečavanje agregacije proteina povezanih sa bolestima“ u Nature Aging , oni su pokazali da sintetički enzim dobijen iz biljaka — stromalna procesna peptidaza (SPP) — smanjuje zgrušavanje proteini odgovorni za patološke promene u modelima Hantingtonove bolesti u ljudskim ćelijama i nematode Caenorhabditis elegans.
Hantingtonova bolest spada u takozvane poliglutaminske (poliK) bolesti, grupu neurodegenerativnih poremećaja uzrokovanih višestrukim ponavljanjem glutaminskih aminokiselina u specifičnim proteinima. Prevelik broj poliK ponavljanja može izazvati agregaciju ili akumulaciju proteina u štetnim i štetnim proteinskim naslagama, što dovodi do ćelijske disfunkcije i smrti.
Do danas je opisano devet poliK poremećaja kod ljudi. Svi oni ostaju neizlečivi. Među njima, Hantingtonova bolest je nasledno stanje koje izaziva široko rasprostranjeno pogoršanje u mozgu i remeti razmišljanje, ponašanje, emocije i kretanje.
U svojoj nedavnoj studiji, profesor dr David Vilchez (CECAD) i dr Ernesto Llamas (CEPLAS) su pratili nekonvencionalan pristup u pronalaženju potencijalnih lekova za lečenje poliK bolesti poput Hantingtonove.
Biljke su stalno izložene izazovima okoline, ali ne mogu da se kreću da pobegnu iz ovih uslova. Međutim, biljke poseduju upadljivu otpornost na stres što im omogućava da dugo žive. Za razliku od ljudi koji pate od proteinopatija uzrokovanih toksičnom agregacijom ili klasterom proteina, biljke ne doživljavaju ove vrste bolesti. Oni izražavaju stotine proteina koji sadrže poliK ponavljanja, ali nisu prijavljene nikakve patologije od ovih faktora.
Da bi istražili kako se biljke suočavaju sa agregacijom toksičnih proteina, dr Ernesto Llamas, prvi autor studije, i kolege su predstavili toksični mutantni protein huntingtin u biljkama, koji uzrokuje smrt ćelija u ljudskim neuronima. Za razliku od životinjskih i ljudskih modela, otkrili su da biljke Arabidopsis thaliana aktivno uklanjaju huntingtin proteinske nakupine i izbegavaju štetne efekte.
Pomoću sintetičke biologije, naučnici su zatim preneli sposobnost biljaka da izbegnu agregaciju u ljudske kultivisane ćelije i životinjske modele Hantingtonove bolesti. Nadaju se da bi upotreba biljnih proteina mogla dovesti do novih terapijskih pristupa u lečenju Hantingtonove bolesti i drugih neurodegenerativnih bolesti.
„Bili smo iznenađeni kada smo videli da su biljke potpuno zdrave, iako su genetski proizvodile toksični ljudski protein. Ekspresija mutantnog huntingtina u drugim modelima istraživanja kao što su ljudske kultivisane ćelije, miševi i crvi nematoda izazivaju štetne efekte i simptome bolesti“, rekao je David Vilchez.
Sledeći korak je bio da se otkrije kako biljke izbegavaju toksičnu agregaciju mutantnog Huntingtina. Zaista, naučnici su otkrili da su hloroplasti, organele specifične za biljke koje vrše fotosintezu, razlog zašto biljke ne pokazuju toksične naslage proteina. Lamas je rekao: „Za razliku od ljudi, biljke imaju hloroplaste, ekstra ćelijski tip organele koji bi mogao da obezbedi proširenu molekularnu mašineriju da se otarase toksičnih proteinskih agregata.“
Multidisciplinarni tim je identifikovao biljni protein hloroplasta SPP kao razlog zašto na biljke ne utiče problematični ljudski protein. Proizvodnja biljnog SPP-a u modelima Hantingtonove bolesti, kao što su ljudske kultivisane ćelije i crvi poput nematode C. elegans, smanjilo je nakupine proteina i simptome bolesti.
„Sa zadovoljstvom smo primetili da je ekspresija biljnog SPP proteina poboljšala pokretljivost crva C. elegans na koje utiče huntingtin čak iu kasnijim fazama starenja gde su simptomi još gori“, rekao je dr Hjun Džu Li, postdok takođe uključen u studiju. . Rezultati tako otvaraju vrata testiranju SPP-a kao potencijalne terapije za Hantingtonovu bolest.
Lamas je uveren da istraživanje biljaka može značajno doprineti lečenju ljudskih bolesti. „Mnogi ljudi ne primećuju da biljke mogu da opstanu u promenljivim i ekstremnim uslovima životne sredine koji izazivaju agregaciju proteina. Verujem da molekularni mehanizmi biljaka drže ključ za otkrivanje novih lekova koji mogu da spreče bolesti ljudi. Obično zaboravljamo da neke biljke mogu da žive na hiljade godine i treba ih proučavati kao modele istraživanja starenja.“
Dr Seda Koiuncu, još jedan postdoktor uključen u studiju, dodala je: „Tokom proteklih godina, videli smo nekoliko obećavajućih pristupa u lečenju naslednih bolesti poput Hantingtonove bolesti. Uvereni smo da će naš sintetički pristup biljaka dovesti do značajnog napretka u ovoj oblasti .“
„Želimo da svoju ideju prevedemo u primenu. Naš plan je da osnujemo start-up za proizvodnju terapeutskih proteina biljnog porekla i da ih testiramo kao potencijalne terapeutike za lečenje neurodegenerativnih bolesti kod ljudi“, rekao je Lamas.
Istraživanje je sprovedeno na CECAD klasteru izvrsnosti u istraživanju starenja i CEPLAS klasteru izvrsnosti za nauke o biljkama.
