Metüleensinine, tau ja amüloid: miks valkude eemaldamise mehhanismid erinevad

Kui küsida, mida metüleensinine teeb Alzheimeri tõvega seotud valkudega, kuulete sageli üht kindlat vastust seal, kus peaks kuulma kolme mööndustega vastust. Katseklaasis takistab see tau-valgu molekulide omavahelist seondumist. Ühes hiiremudelis vähendab see lahustuva amüloidi hulka, jättes tau muutumatuks. Teises vähendab see selle ensüümi aktiivsust, mis üldse amüloidi toodab. Kõik need leiud on tegelikud. Ükski neist ei anna tervikpilti ning kõik need muutused ei toimu samal ajal samas loomas. See artikkel käsitleb neid kolme eraldi, et ühe katse tulemust ei tsiteeritaks enam teise tõendina.

Lugejad, kes soovivad laiemat ülevaadet sellest, kuidas metüleensinine rakkudes toimib, peaksid alustama sealt. Lugejad, kes soovivad teada, kas mõni neist mõjudest patsiente aitas, peaksid lugema Alzheimeri tõve kliiniliste uuringute ülevaadet, kuhu kuuluvad inimestel tehtud uuringute tulemused. Siin artiklis seda ülevaadet ei korrata.

Tau-leid pärineb agregatsioonikatsetest

Neist kolmest uurimissuunast vanim sai alguse rakuvabadest katsetest tau-valguga, mis moodustab neurofibrillaarseid kämblaid. Tau-tau seondumiskatses koonduvad tau fragmendid paarilisteks helikaalseteks filamentideks ning fenotiasiinvärvained, sealhulgas metüleensinine, takistavad seda madalatel mikromolaarsetel kontsentratsioonidel. Hilisemad biokeemilised uuringud andsid sellele keemilise seletuse: värvaine oksüdeerib tau tsüsteiinijääke, mis stabiliseerib monomeerset vormi ja pärsib muidu kasvavate fibrillide teket. Tau agregatsiooni pärssivad kontsentratsioonid jäävad avaldatud andmetel ligikaudu ühekohalistest kuni mõnekümne mikromolaarse kontsentratsioonini — see vahemik on oluline kõiges järgnevas.

Pange tähele, mis tüüpi väitega on tegu. See ei ütle midagi tau tootmise, tau fosforüülimise kohta elusas ajus ega tau eemaldamise kohta. See ütleb, et kindlaksmääratud tingimustes katseklaasis takistab oksüdeeritud värvaine tau molekulide koondumist. See on täpne, kitsas ja kasulik tulemus. Probleemid algavad siis, kui sellest tehakse üldine väide, et metüleensinine kõrvaldab tau-patoloogia, sest loomkatsete andmed seda versiooni ei toeta.

Proteasoomileid pärineb 3xTg-AD hiirtelt ning eristab amüloidi taust

Kõige selgem katse, milles tulemusnäitajad lahknesid, on 16-nädalane söötmisuuring kolme Alzheimeri tõvega seotud mutatsiooni kandvatel hiirtel. Loomad sõid alates kuue kuu vanusest metüleensinist sisaldavat sööta ning uurijad mõõtsid korraga kolme asja: proteasoomi, amüloidi taset ja tau-valku.

Proteasoomis toimus muutus. Kümotrüpsiinilaadne aktiivsus suurenes ligikaudu veerandi ja trüpsiinilaadne aktiivsus ligikaudu poole võrra, samal ajal kui kolmas katalüütiline aktiivsus oluliselt ei muutunud. Lahustuva amüloid-beeta 40 ja 42 hulk vähenes kummalgi ligikaudu veerandi võrra. Autorid tõlgendasid seda tõhustunud eemaldamise, mitte vähenenud tootmisena, sest eellasvalk ja selle töötlemisel tekkivad fragmendid ei muutunud ning õppimise ja mälu näitajad paranesid veelabürindi kontrollkatses.

Seejärel ilmnesid lahknevused. Lahustumatu amüloid ei muutunud. Naastude värving ei muutunud. Inimese tau üldtase ja treoniin 181 juures fosforüülitud tau tase ei muutunud ning tau väärpaiknemine ei muutunud. Ka mitokondriaalsed näitajad ei muutunud: olulist mõju ei olnud tsütokroom-c oksüdaasi aktiivsusele, oksüdaasivalgule ega ATP-le. Seega suurendas metüleensinine selles mudelis ja selle manustamisskeemi korral proteasoomi kolmest aktiivsusest kahte, vähendas lahustuvat amüloidi, taastas ühe käitumusliku näitaja ning jättis tau tulemusnäitajad, lahustumatu amüloidi ja uuritud mitokondriaalsed tulemusnäitajad muutumatuks.

Üks mööndus täpsustab seda järeldust, mitte ei nõrgenda seda. Neil hiirtel ei olnud uuritud vanuses veel tau agregaate tekkinud, seega ei saa katse näidata, et metüleensinine tau-kämpude vastu ei toimi. See näitab, et lahustuva amüloidi hulk võib väheneda, samal ajal kui mõõdetud tau tulemusnäitajad ei muutu. Just sellist tulemust, kus üks valk muutub ja teine mitte, on selle teema käsitlemisel vaja. Kui arvasite siia tulles, et metüleensinise põhjustatud proteasoomi aktiveerumine eemaldab mõlemad iseloomulikud valgud korraga, siis see uuring parandab seda arusaama.

Amüloidi tootmist puudutav leid pärineb eakatelt PSAPP hiirtelt ja on vastuolus eelmise mehhanismiga

Teine uurimisrühm, teine mudel ja vastupidine seletus protsessi algusetapile. Kolmekuulises uuringus 15-kuuste PSAPP hiirtega, kus ainet manustati maosondi kaudu, vähendas igapäevane suukaudne annus 3 mg/kg naastukoormust eri ajupiirkondades ligikaudu kolmandiku kuni poole võrra ning vähendas mitme amüloidifraktsiooni hulka, sealhulgas spetsiaalse testiga mõõdetud oligomeere. Kuid siin oli pakutud mehhanismiks vähenenud tootmine, mitte kiirem eemaldamine: ajus vähenes BACE1 valgu ja selle saaduse C99 hulk, kuid informatsiooni-RNA hulk ei vähenenud. See viitab mõjule valgu tasandil, mitte vähenenud geeniekspressioonile.

Rakukatsed tugevdasid seda seletust. Rekombinantse ensüümiga rakuvabas katses pärssis metüleensinine otseselt BACE1 aktiivsust ning inimese amüloidi eellasvalku ekspresseerivates hamstri munasarjarakkudes vähenes sekreteeritud amüloid 40 ja 42 hulk juba 1.56 mikromolaarse kontsentratsiooni juures, samal ajal kui eellasvalk ise jäi muutumatuks. Võrrelge seda eelmise uuringuga, kus eellasvalgu töötlemisel tekkivad fragmendid ei muutunud ning tulemuse põhjuseks peeti eemaldamist. Mõlemad ei saa kirjeldada üht ja sama universaalset mehhanismi, sest mudelid, vanused, annused, manustamisviisid ja kestused erinevad. Selles ongi asja tuum. Metüleensinise mõju amüloidile avaldub ühes katseseadistuses tootmise ja teises eemaldamise kaudu ning kummagi tsiteerimine ilma selle katsetingimusteta on eksitav.

Üks keemia, mitu sihtmärki: tsüsteiini oksüdeerimine ühendava lülina

Kolmas uurimissuund selgitab, kuidas üks ja sama redokskeemia võib avalduda omavahel mitteseotud valkude puhul. Kaspaaside pärssimise biokeemilises uuringus inaktiveeris metüleensinine kaspaas-6, oksüdeerides selle katalüütilise tsüsteiini sulfeenhappeks. Seda kinnitati massispektromeetriaga ning poole maksimaalse toime kontsentratsioon oli ligikaudu 10.6 mikromolaarne. Kaspaas-3 pärssimine toimus sarnasel kontsentratsioonil. Autorid seostasid selle otseselt tau-alase kirjandusega: sama tsüsteiini oksüdeeriv keemia, mis pakutud seletuse järgi hoiab tau monomeersena, võib inaktiveerida tsüsteiinproteaasi ning toimivad kontsentratsioonid kattuvad.

See on elegantne seletus, kuid ühtlasi hoiatus. Redoksaktiivsel molekulil, mis oksüdeerib ligipääsetavaid tsüsteiine, on igal toimival kontsentratsioonil rohkem kui üks sihtmärk. Tau agregaatide lagundamise, kaspaaside ja võimalik, et teistegi valkude puhul on keemiline tegevus sama, kuid selle objektid erinevad. See ühine tegevus ei muuda leide omavahel asendatavaks. See tähendab, et annus ja kontekst määravad, milline sihtmärk on oluline, ning et ühe tsüsteiinist sõltuva protsessi mõjutamiseks mõeldud pikaajaline manustamine võib mõjutada ka teisi. Kaspaasiuuringu autorid tõstatasid selle kaalutluse otseselt. Seotud küsimused selle kohta, kuidas metüleensinise redokskeemia valib sihtmärke, mida proteasoomi aktiveerumine tähendab teiste agregeerunud valkude jaoks ja kas pikaajaline manustamine muudab sihtmärkide profiili, väärivad igaüks eraldi käsitlust.

Mehhanismid tulemusnäitajate kaupa: milline leid kuulub millise mudeli juurde

Lugege tabelit rida-realt ja järeldus on selge. Mitte ühegi rea näitaja ei muutu igas veerus. Kõige tugevam amüloidi tootmist puudutav tulemus pärineb uuringust, kus proteasoomi üldse ei uuritud. Kõige tugevam proteasoomi puudutav tulemus pärineb uuringust, kus eellasvalgu töötlemine ei muutunud. Tau-tulemus pärineb peamiselt katseklaasidest ja keemiast, mis mõjutab ka muid ensüüme peale kavandatud sihtmärgi. Igaüks, kes liidab need veerud üheks väiteks, et metüleensinine eemaldab patoloogilisi valke kui tervet rühma, kirjutab ülevaadet katsest, mida pole kunagi tehtud.

Sama täpsus peab kehtima patsientide puhul. Kas need mehhanismid annavad kokku kliinilise kasu, on eraldi küsimus oma uuringute ja järeldustega. Sellele vastatakse Alzheimeri tõve kliiniliste tõendite ülevaates, mitte siin.