Nova studija je otkrila da molekul koji se smatra potencijalnim kandidatom za lek za Parkinsonovu bolest više nije efikasna terapijska opcija. Istraživanje koje je predvodio VEHI razotkrilo je više od 10 godina istraživanja koje sugerisalo da bi se specifični „molekul aktivatora“ mogao koristiti za poboljšanje aktivnosti proteina povezanog sa ranom pojavom Parkinsonove bolesti, PINK1.
Rad je objavljen u časopisu Science Advances.
Vizuelizirajući PINK1 na atomskom nivou, studija je transformisala naše razumevanje o tome kako PINK1 reaguje sa prirodnim hemikalijama, ali ne može da stupi u interakciju sa većim kandidatima za lek za koje je ranije prijavljeno da se vezuju na sličan način. Rad će podstaći napore da se pronađu tretmani za bolest, koja trenutno nema lek.
Mutacije u PINK1 proteinu su povezane sa ranom Parkinsonovom bolešću (EOPD), progresivnom neurodegenerativnom bolešću koja nema lek koji bi usporio, zaustavio ili sprečio njeno napredovanje.
Procenjuje se da samo u Australiji od Parkinsonove bolesti boluje oko 220.000 ljudi, a dnevno se dijagnostikuje 38 ljudi.
Iako se smatra da EOPD čini oko 10% ukupnog broja ljudi sa Parkinsonovom bolešću, istraživači veruju da će fokusiranjem na EOPD i genetske mutacije povezane sa bolešću, to dovesti do bržih terapija lekovima za pomoć onima koji žive sa Parkinsonovom bolešću. .
PINK1 je mitohondrijski protein koji podržava opstanak ćelija. Kada mutira, više ne može da funkcioniše ispravno.
Mitohondrije se često opisuju kao elektrane ćelija jer proizvode adenozin trifosfat (ATP), izvor energije na ćelijskom nivou.
Kada su mitohondrije oštećene i potrebno im je odlaganje da bi ćelije bile zdrave, prvo ih označava PINK1.
Izgradnja boljeg razumevanja puteva procesa obrade oštećenih mitohondrija je ključna za razvoj terapije lekovima za Parkinsonovu bolest. Istraživanje PINK1 je jedan takav put.
U novoj studiji, istraživači su razvili metod snimanja PINK1 na atomskom nivou koristeći mikroskopiju velike snage. Tim je zatim pratio kako protein prelazi u svoj aktivni oblik kada se doda ATP, ili njegov „kopija“ molekul KTP.
Prijavljeno je da je KTP pre više od deset godina povećao aktivnost PINK1 u ćelijama i predstavljao je obećavajuću strategiju za lečenje ranog početka Parkinsonove bolesti.
Ali istraživački tim, na čelu sa dr Zhong Ian Gan-om (sada u Laboratoriji za molekularnu biologiju, Kembridž), dr Silvi Kalegari i profesorom Dejvidom Komanderom otkrili su da KTP ne može da se veže za protein kao što se ranije mislilo.
Dr. Callegari je viši istraživač u laboratoriji Komander čiji rad doprinosi napretku VEHI-ovog Centra za istraživanje Parkinsonove bolesti.
„Iako još uvek ne razumemo u potpunosti kako je PINK1 stabilizovan na mitohondrijama, znamo da je PINK1 označavanje prvi korak u identifikaciji oštećenja mitohondrija“, rekla je ona.
Kritični korak u ovom procesu je aktivacija sposobnosti PINK1 generisanja signala, čim se akumulira na mitohondrijama.
Ovo zahteva dodatni sastojak, molekul ATP, koji se vezuje za PINK1 i koristi ga da generiše signal oštećenja.
Tim je razvio metodu „grupanja PINK1 proteina zajedno“ kako bi mogli da ih stabilizuju dovoljno da naprave snimke visoke rezolucije pomoću krio-elektronske mikroskopije, koja je eksponencijalno napredovala u mogućnostima snimanja koje pruža tokom poslednje decenije.
Krioelektronska mikroskopija je napredna tehnika snimanja koja se koristi za otkrivanje 3D strukture bioloških molekula pri skoro atomskoj rezoluciji.
Uzorak se brzo zamrzava na temperature ispod -150 °C, a zatim se snopovi elektrona propuštaju kroz uzorak iz različitih uglova da bi se dobile 2D slike koje se zatim koriste za rekonstrukciju 3D modela.
„Pravi ključ svih ovih otkrića bila je naša sposobnost da vizualizujemo PINK1 na atomskom nivou i posmatramo strukturne promene koje se dešavaju kada se ovi molekuli vežu“, rekao je dr Kalegari, koji je osvojio nagradu za poster za ovaj rad na nedavno održanom Keistone. Simpozijum.
Vizuelizacija na atomskom nivou omogućila je timu da vidi kako PINK1 reaguje sa molekulima kao što su ATP ili KTP, sintetizovana, veća kopija ATP-a.
Dok su istraživači dugo verovali da KTP može poboljšati aktivnost PINK1, crio-EM tehnologija je omogućila bližu inspekciju. Na njihovo iznenađenje, istraživači su otkrili da KTP ne može da se vezuje za PINK1 niti da ga koristi zbog svoje veličine.
„Nismo očekivali taj rezultat, ali je jasno iz naše vizuelizacije da je KTP jednostavno prevelik da bi mogao da radi“, rekao je dr Kalegari.
Iako ovo otkriće isključuje upotrebu KTP-a ili njegovih prekursora u terapiji kod pacijenata sa Parkinsonovom bolešću, ono generiše nove alate za proučavanje delovanja PINK1 kroz neprirodne induktore signala kao što je KTP.
„Ovaj rad naglašava važnost korišćenja najnovijeg imidžinga velike snage da bi se detaljno vizuelizovao kako terapeutska jedinjenja funkcionišu“, rekao je dr Kalegari.
„Strategija će se sada koristiti za istraživanje novih jedinjenja koja mogu da aktiviraju ili stabilizuju PINK1, nadamo se da će dovesti do novih tretmana za Parkinsonovu bolest.“
