Метиленово синьо, тау и амилоид: защо механизмите за изчистване на протеини се различават

Попитайте какво прави метиленовото синьо с протеините при болестта на Алцхаймер и ще чуете един уверен отговор там, където би трябвало да чуете три отговора с уточнения. В епруветка то пречи на молекулите на тау да се свързват помежду си. В един миши модел понижава разтворимия амилоид, без да променя тау. В друг намалява активността на ензима, който образува амилоида. Всяка от тези находки е реална. Нито една не разказва цялата история и те не се наблюдават едновременно в едно и също животно. Тази статия ги разграничава, за да престане резултатът от един експеримент да се цитира като доказателство за друг.

Читателите, които искат по-широка представа за действието на метиленовото синьо вътре в клетките, трябва да започнат оттам. Читателите, които искат да знаят дали нещо от това е помогнало на пациенти, трябва да прочетат клиничните данни при болестта на Алцхаймер, където е мястото на резултатите от изпитванията при хора. Тази статия не повтаря тези данни.

Находката за тау се отнася до тестове за агрегация

Най-старата от трите истории идва от безклетъчни изследвания на тау — протеина, който образува неврофибриларни сплетения. В теста за свързване тау–тау фрагменти от тау се сглобяват в сдвоени спирални филаменти, а фенотиазинови багрила, включително метиленовото синьо, блокират това сглобяване при ниски микромоларни концентрации. По-късни биохимични изследвания дават химично обяснение: багрилото окислява цистеинови остатъци в тау, което стабилизира мономерната форма и потиска фибрилите, които иначе биха нараствали. Съобщените концентрации, инхибиращи агрегацията на тау, са приблизително от едноцифрени до ниски двуцифрени микромоларни стойности — диапазон, важен за всичко, което следва.

Обърнете внимание какъв тип твърдение е това. То не казва нищо за образуването на тау, фосфорилирането на тау в жив мозък или изчистването на тау. Казва, че при определени условия в епруветка окисленото багрило не позволява на тау да се наслагва. Това е точен, тесен по обхват и полезен резултат. Проблемът започва, когато той се разширява до общо твърдение, че метиленовото синьо изчиства патологичните изменения, свързани с тау, защото данните от животни не подкрепят тази версия.

Находката за протеазомата се отнася до мишки 3xTg-AD и разграничава амилоида от тау

Експериментът с най-ясно разминаване между крайните показатели е 16-седмично проучване с прием чрез храната при мишки, носещи три мутации, свързани с болестта на Алцхаймер. От шестмесечна възраст животните получават храна, съдържаща метиленово синьо, а изследователите измерват едновременно три неща: протеазомата, нивата на амилоид и тау.

Протеазомата се променя. Химотрипсиноподобната активност се повишава с приблизително една четвърт, а трипсиноподобната — с приблизително половината, докато третата каталитична активност не се променя значимо. Разтворимите амилоид-бета 40 и 42 намаляват всеки с приблизително една четвърт. Авторите тълкуват това като засилено изчистване, а не като намалено образуване, защото прекурсорният протеин и фрагментите от неговата обработка не се променят, а ученето и паметта се подобряват при тестовата проба във водния лабиринт.

Следват разминаванията. Неразтворимият амилоид не се променя. Оцветяването за плаки не се променя. Общият човешки тау и фосфо-тау при треонин 181 не се променят, както и неправилната локализация на тау. Митохондриалните показатели също не се променят: няма значим ефект върху активността на цитохром-c оксидазата, върху количеството на оксидазния протеин или върху ATP. Така в този модел, при този режим, метиленовото синьо повишава две от трите протеазомни активности, понижава разтворимия амилоид, възстановява един поведенчески показател и оставя непроменени показателите за тау, неразтворимия амилоид и изследваните митохондриални показатели.

Една уговорка изостря извода, вместо да го отслабва. На изследваната възраст тези мишки все още не са развили агрегати на тау, така че експериментът не може да покаже, че метиленовото синьо е неефективно срещу сплетенията от тау. Той показва, че разтворимият амилоид може да намалее, докато измерените показатели за тау остават непроменени — точно този тип резултат, при който един протеин се променя, а друг не, е нужен за тази тема. Ако сте дошли тук с убеждението, че активирането на протеазомата от метиленовото синьо изчиства едновременно и двата характерни протеина, това проучване го коригира.

Находката за образуването на амилоид се отнася до възрастни мишки PSAPP и противоречи на предишния механизъм

Друга група, друг модел и противоположно обяснение за предшестващите процеси. В тримесечно проучване с приложение чрез стомашна сонда при 15-месечни мишки PSAPP дневна перорална доза от 3 mg/kg намалява натрупването на плаки в различни мозъчни области с приблизително една трета до половината и понижава няколко амилоидни фракции, включително олигомери, измерени със специализиран тест. Но тук предложеният механизъм е намалено образуване, а не по-бързо изчистване: количеството на протеина BACE1 в мозъка намалява, неговият продукт C99 намалява, а информационната РНК не се променя, което насочва към ефект на протеиново ниво, а не към понижена генна експресия.

Клетъчните изследвания подкрепят допълнително това обяснение. В безклетъчен тест с рекомбинантен ензим метиленовото синьо директно инхибира BACE1, а в клетки от яйчник на хамстер, експресиращи човешки амилоиден прекурсорен протеин, секретираните амилоид 40 и 42 намаляват при концентрации едва 1.56 микромолара, докато самият прекурсор остава непроменен. Сравнете това с предишното проучване, в което фрагментите от обработката на прекурсора остават непроменени и ефектът се приписва на изчистването. Двете не могат да описват един и същ универсален механизъм, защото моделите, възрастите, дозите, пътищата на приложение и продължителността се различават. Именно това е смисълът. Ефектите на метиленовото синьо върху амилоида се осъществяват чрез образуването му в една експериментална постановка и чрез изчистването му в друга, а цитирането на който и да е от тези ефекти без неговата постановка е подвеждащо.

Една химия, няколко мишени: връзката чрез окисляване на цистеина

Трето направление на изследвания обяснява как една и съща окислително-редукционна химия може да се проявява в истории за различни протеини. В биохимично изследване на инхибирането на каспази метиленовото синьо инактивира каспаза-6, като окислява нейния каталитичен цистеин до сулфенова киселина — потвърдено чрез масспектрометрия — при концентрация за полумаксимално инхибиране около 10.6 микромолара. Каспаза-3 се инхибира при сходна концентрация. Авторите изрично свързват това с литературата за тау: същата химия на окисляване на цистеина, предложена като обяснение за запазването на тау в мономерна форма, може да инактивира цистеинова протеаза, а ефективните концентрации се припокриват.

Това е елегантно обяснение, но и предупреждение. Редокс-активна молекула, която окислява достъпни цистеинови остатъци, ще има повече от една мишена при всяка активна концентрация. Историята за дезагрегацията на тау, историята за каспазите и вероятно други споделят един химичен глагол с различни съществителни. Този общ глагол не прави находките взаимозаменяеми. Означава, че дозата и контекстът определят коя мишена е от значение и че продължителното приложение, насочено към един цистеин-зависим процес, може да засегне и други — съображение, което авторите на изследването за каспазите повдигат пряко. Свързаните въпроси за това как окислително-редукционната химия на метиленовото синьо определя неговите мишени, какво означава активирането на протеазомата за други агрегирани протеини и дали продължителното приложение променя профила на мишените заслужават самостоятелно разглеждане.

Механизъм по краен показател: коя находка към кой модел се отнася

Прочетете таблицата ред по ред и изводът е ясен. Нито един показател не се променя във всяка колона. Най-силният резултат за образуването на амилоид идва от проучването, което изобщо не изследва протеазомата. Най-силният резултат за протеазомата идва от проучването, в което обработката на прекурсора изобщо не се променя. Резултатът за тау идва предимно от епруветки и от химия, споделена с ензими извън целевата мишена. Всеки, който слива тези колони в едно твърдение — че метиленовото синьо изчиства патологичните протеини като клас — пише обзор на експеримент, който никога не е провеждан.

Тази дисциплина важи и за пациентите. Дали тези механизми водят до клинична полза е отделен въпрос със собствени изпитвания и изводи, а отговорът му е в клиничните доказателства при болестта на Алцхаймер, а не тук.