Naučnici Vajcman instituta otkrili su dva mala molekula koja mogu da pređu krvno-moždanu barijeru kod miševa, usporavajući, pa čak i poništavajući efekte Hantingtonove bolesti, koja je neizlečiva.
Ljudski mozak je dobro čuvan kontrolni centar. Njegov sistem krvnih sudova okružen je gusto zbijenom ćelijskom barijerom koja sprečava većinu supstanci da uđu ili izađu. Ova ojačana arhitektura štiti mozak, ali ga takođe može sprečiti da dobije pomoć kada mu je potrebna — na primer, u slučaju neurodegenerativne bolesti.
U novoj studiji, objavljenoj u EMBO Molecular Medicine, prof. Rivka Dikstein sa Veizman instituta za nauku i njen tim identifikovali su dva mala molekula koja uspevaju da prodru kroz krvno-moždanu barijeru i smanje nivoe defektnog proteina koji izaziva Hantingtonovu bolest, neizlečivi neurodegenerativni poremećaj. Novi lekovi ne samo da su usporili napredak bolesti kod mišjih modela, već su čak i preokrenuli neke od njenih simptoma.
Znaci i simptomi Hantingtonove bolesti – blagi nevoljni pokreti, opšta nespretnost i povećana anksioznost – najčešće se javljaju oko 40. godine. Bolest se razvija tokom vremena i neizbežno dovodi do smrti. Uzrokuje ga prekomerno ponavljanje, 36 puta ili više, segmenta DNK u genu Huntingtina.
Ljudi sa Hantingtonovim sindromom obično imaju jednu radnu kopiju gena Huntingtina i jednu defektnu kopiju, što dovodi do stvaranja defektnih proteina koji se drže zajedno, formirajući toksični ostatak u mozgu. Ovaj ostatak se akumulira i šteti mozgu na više načina, izazivajući upalu, ometajući ekspresiju gena koji su vitalni za opstanak nervnih ćelija i oštećujući ćelijske elektrane zvane mitohondrije.
Prethodni napori da se svaki mehanizam tretira zasebno nisu bili dovoljno efikasni, dok je lekovima koji su imali za cilj da se izbore sa korenom problema – samim defektnim proteinom Huntingtin – bilo teško razlikovati neispravan protein od normalnog.
Mogući tračak nade otkrio je 2019. dr Anat Bahat, istraživač u Dikštajnovoj laboratoriji u Vajcmanovom odeljenju za biomolekularne nauke. Laboratorija je godinama sprovodila osnovna istraživanja regulatornog proteina Spt5, velikog proteina sa mnogo funkcionalnih segmenata koji pomaže u proizvodnji molekula RNK glasnika i posebno je važan u proizvodnji proteina uključenih u upalu.
Bahat i kolege su otkrili da nekoliko malih molekula može inhibirati određene funkcije Spt5 bez nanošenja značajne štete drugim funkcijama proteina. Istraživači su zatim pronašli tri mala molekula koji su specifično inhibirali ekspresiju mutantnog huntingtina bez oštećenja ekspresije normalnog huntingtina i drugih proteina povezanih sa upalom.
U novoj studiji, Bahat je predvodio tim istraživača koji je ispitao 17 molekula sa hemijskim strukturama sličnim onima koje su bile delotvorne u prethodnoj studiji, u nadi da će identifikovati najefikasnije inhibitore ekspresije mutanta Huntingtina. Koristeći ćelijske kulture sa mišjeg modela Hantingtonove bolesti, istraživači su identifikovali dva najefikasnija molekula.
Zatim su testirali nove molekule u ćelijskim kulturama ljudskih pacijenata sa različitim stepenom genetskog defekta i u svakom slučaju identifikovali značajan pad u količini mutantnog proteina. U isto vreme, nije došlo do smanjenja ekspresije nemutantnog proteina — dokaz da novi molekuli rade svoj posao sa velikom preciznošću.
Sledeća faza studije bila je testiranje dva odabrana molekula na genetski modifikovanim miševima koji su eksprimirali potpuno ljudsku verziju mutantnog gena Huntingtina. Za početak, miševi su tretirani u poodmakloj dobi, kada su već pokazivali jasne znake bolesti, infuzijom koja se unosi direktno u oštećeni deo mozga tokom četiri nedelje. Tretman je smanjio ekspresiju mutantne kopije gena i povećao udeo relevantnih zdravih proteina u oštećenom delu mozga.
Tretman je takođe uspeo da ublaži deo štete izazvane bolešću. Povećava ekspresiju dva gena koja se obično oštećuju što bolest duže napreduje: jedan je faktor rasta neophodan za opstanak nervnih ćelija, a drugi pripada mitohondrijima.
„Iako je model ostarelih miševa simulirao bolest u uznapredovalom stadijumu“, objašnjava Bahat, „tretman je donekle uspeo da vrati vreme unazad. U studijama ponašanja primetili smo smanjen nivo anksioznosti i poboljšanu ravnotežu i koordinaciju u tretiranih miševa“.
Međutim, davanje infuzije direktno u oštećeno područje mozga zahteva složenu hiruršku proceduru koja je i rizična i bolna za pacijente. Istraživači su stoga nastojali da utvrde da li bi lek bio efikasan ako bi se davao u obliku pilule ili putem potkožne injekcije.
Bili su oduševljeni kada su otkrili da su ove alternativne metode takođe bile uspešne u smanjenju nivoa mutantnog huntingtina u mozgu miševa i da su molekuli uspeli da završe dugo putovanje od usta ili kože do mozga bez ikakvih značajnih promena. Njihove karakteristike omogućavaju im da pređu krvno-moždanu barijeru i direktno uđu u bolesno područje kada stignu na odredište.
Jedan od ovih malih molekula pokazao je efekat isceljenja pri posebno malim dozama — što je važno svojstvo za lek dizajniran za ljudsku upotrebu. Njegova loša strana, međutim, bila je to što je imao uticaj na više od 1.000 drugih gena. Drugi molekul je zahtevao veće doze, ali se pokazao kao relativno ciljano oružje: smanjio je ekspresiju mutantnog gena bez izazivanja neželjenih efekata ili bilo kakvih rasprostranjenih promena na drugim genima.
U završnom delu studije, istraživači su ispitivali efekte lečenja oralno tokom dva meseca, u ranoj fazi kada su prvi znaci bolesti tek počeli da se pojavljuju. Svi bolesni miševi su pokazali povišene nivoe anksioznosti pre početka eksperimenta, ali kod onih koji su primili tretman, anksioznost se vratila na normalne nivoe.
Vremenom, gubitak ravnoteže i hiperaktivnost obolelih miševa u kontrolnoj grupi su se pogoršavali, dok su tretirani imali manje značajno oštećenje ravnoteže i nisu imali hiperaktivnost. Ovi nalazi, zajedno sa drugim testovima, pokazali su da novi lekovi odlažu napredak bolesti, takođe kada se primenjuju u ranoj fazi.
„Bili smo oduševljeni što smo otkrili da su mali molekuli uspeli da stignu do mozga bez promena i bez raspadanja na putu“, kaže Dikštajn. „Dok drugi eksperimentalni tretmani zahtevaju ponovljene operacije mozga ili kičme, ovi molekuli, isporučeni oralno ili putem injekcije, mogli bi utrti put za efikasan i siguran tretman Hantingtonove bolesti.
„Poslednjih godina postalo je jasno da se određena funkcija velikih regulatornih proteina može precizno ciljati korišćenjem sićušnih molekula, bez oštećenja celokupnog funkcionisanja ovih proteina. Ovo razumevanje bi moglo da postavi temelje za nove tretmane za razne bolesti.“
