Azul de metileno, tau e amiloide: por que difiren os mecanismos de eliminación de proteínas

Se preguntas que lles fai o azul de metileno ás proteínas da enfermidade de Alzheimer, escoitarás unha resposta categórica onde deberías escoitar tres respostas matizadas. Nun tubo de ensaio, interfire coa unión de tau consigo mesma. Nun modelo de rato, reduce o amiloide soluble sen alterar tau. Noutro, reduce a actividade do encima que produce o amiloide en primeiro lugar. Cada un destes efectos é real. Ningún conta toda a historia, e non todos ocorren no mesmo animal ao mesmo tempo. Este artigo separa os tres para que un resultado dun experimento deixe de citarse como proba doutro.

Quen queira unha visión máis ampla de como actúa o azul de metileno dentro das células debería comezar aí. Quen queira saber se algo disto axudou aos pacientes debería ler o historial clínico na enfermidade de Alzheimer, que é onde corresponden os resultados dos ensaios en humanos. Este artigo non repite ese historial.

O achado sobre tau corresponde aos ensaios de agregación

A máis antiga das tres historias procede de traballos sen células sobre tau, a proteína que forma os nobelos neurofibrilares. No ensaio de unión tau-tau, os fragmentos de tau ensámblanse en filamentos helicoidais pareados, e os colorantes fenotiazínicos, entre eles o azul de metileno, bloquean esa ensamblaxe a concentracións micromolares baixas. Traballos bioquímicos posteriores deron unha explicación química: o colorante oxida os residuos de cisteína de tau, o que estabiliza a forma monomérica e suprime as fibrilas que doutro xeito crecerían. As concentracións inhibitorias notificadas para a agregación de tau sitúanse aproximadamente entre valores micromolares dunha soa cifra e unhas poucas decenas, un intervalo relevante para todo o que segue.

Cómpre reparar no tipo de afirmación que é esta. Non di nada sobre a produción de tau, a fosforilación de tau nun cerebro vivo nin a eliminación de tau. Di que, en condicións definidas nun tubo, o colorante oxidado impide que tau se apile. É un resultado preciso, limitado e útil. O problema comeza cando se amplía ata convertelo nunha afirmación xeral de que o azul de metileno elimina a patoloxía de tau, porque os datos en animais non concordan con esa versión.

O achado sobre o proteasoma corresponde aos ratos 3xTg-AD e distinguiu o amiloide de tau

O experimento que máis claramente separa as variables de resultado é un estudo dietético de 16 semanas en ratos portadores de tres mutacións de Alzheimer. Os animais comeron penso con azul de metileno desde os seis meses de idade, e o equipo investigador mediu tres cousas á vez: o proteasoma, os niveis de amiloide e tau.

O proteasoma cambiou. A actividade de tipo quimotripsina aumentou aproximadamente unha cuarta parte e a actividade de tipo tripsina aproximadamente a metade, mentres que a terceira actividade catalítica non cambiou de forma significativa. O amiloide beta 40 e 42 soluble diminuíu aproximadamente unha cuarta parte en ambos os casos. Os autores interpretaron isto como un aumento da eliminación, e non como unha redución da produción, porque a proteína precursora e os fragmentos do seu procesamento non cambiaron, e a aprendizaxe e a memoria melloraron na proba de sondaxe do labirinto acuático.

E despois viñeron as disociacións. O amiloide insoluble non cambiou. A tinguidura das placas non cambiou. A tau humana total e a fosfo-tau na treonina 181 non cambiaron, e a localización anómala de tau tampouco cambiou. As medidas mitocondriais tampouco cambiaron: non houbo ningún efecto significativo sobre a actividade da citocromo c oxidase, sobre a proteína oxidase nin sobre o ATP. Así pois, neste modelo e con esta pauta, o azul de metileno aumentou dúas das tres actividades do proteasoma, reduciu o amiloide soluble, recuperou unha medida condutual e deixou as variables de resultado de tau, o amiloide insoluble e as variables mitocondriais avaliadas como estaban.

Unha advertencia precisa o argumento en lugar de debilitalo. Estes ratos aínda non desenvolveran agregados de tau á idade estudada, polo que o experimento non pode demostrar que o azul de metileno non actúe contra os nobelos de tau. Demostra que o amiloide soluble pode diminuír mentres as variables de resultado de tau medidas non cambian, que é exactamente o tipo de resultado no que unha proteína cambia e outra non que precisa este tema. Se chegaches aquí coa idea de que a activación do proteasoma polo azul de metileno elimina ambas as proteínas características á vez, este estudo serve de corrección.

O achado sobre a produción de amiloide corresponde a ratos PSAPP envellecidos e contradí o mecanismo anterior

Un grupo distinto, un modelo distinto e a explicación oposta nas etapas previas. Nun estudo de tres meses de administración por sonda gástrica en ratos PSAPP de 15 meses, unha dose oral diaria de 3 mg/kg reduciu a carga de placas nas distintas rexións cerebrais entre aproximadamente un terzo e a metade, e diminuíu varias fraccións de amiloide, incluídos oligómeros medidos mediante un ensaio específico. Pero aquí o mecanismo proposto era unha menor produción, non unha eliminación máis rápida: diminuíu a proteína BACE1 no cerebro, diminuíu o seu produto C99 e o ARN mensaxeiro non cambiou, o que apunta a un efecto a nivel proteico e non a unha menor expresión xénica.

O traballo con células reforzou esta interpretación. Nun ensaio sen células cun encima recombinante, o azul de metileno inhibiu directamente BACE1, e en células de ovario de hámster que expresaban a proteína precursora do amiloide humana, o amiloide 40 e 42 secretado diminuíu a concentracións de tan só 1.56 micromolar, mentres que o propio precursor permaneceu sen cambios. Compárese isto co estudo anterior, no que os fragmentos do procesamento do precursor non cambiaron e o efecto se atribuíu á eliminación. Ambos non poden describir o mesmo mecanismo universal, porque difiren os modelos, as idades, as doses, as vías e as duracións. Esa é a cuestión. Os efectos do azul de metileno sobre o amiloide pasan pola produción nunhas condicións experimentais e pola eliminación noutras, e citar calquera deles sen esas condicións induce a erro.

Unha química, varias dianas: a ponte da oxidación da cisteína

Unha terceira liña de traballo explica como unha única química redox pode aparecer en historias de proteínas sen relación entre si. Nun estudo bioquímico da inhibición das caspases, o azul de metileno inactivou a caspase-6 ao oxidar a súa cisteína catalítica a ácido sulfénico, algo confirmado por espectrometría de masas, cunha concentración de efecto semimáximo próxima a 10.6 micromolar. A caspase-3 foi inhibida a unha concentración semellante. Os autores relacionaron isto explicitamente coa literatura sobre tau: a mesma química de oxidación da cisteína proposta para manter tau na súa forma monomérica pode inactivar unha protease de cisteína, e as concentracións efectivas solápanse.

Isto é elegante e tamén é unha advertencia. Unha molécula con actividade redox que oxide cisteínas expostas terá máis dunha diana a calquera concentración activa. A historia da desagregación de tau, a das caspases e posiblemente outras comparten un verbo químico con substantivos distintos. Ese verbo compartido non fai que os achados sexan intercambiables. Significa que a dose e o contexto determinan que diana importa, e que a administración crónica dirixida a un proceso dependente da cisteína pode afectar a outros, unha consideración que os autores do estudo das caspases formularon directamente. As cuestións relacionadas sobre como a química redox do azul de metileno selecciona as súas dianas, que implica a activación do proteasoma para outras proteínas agregadas e se a administración a longo prazo cambia o perfil de dianas merecen, cada unha, un tratamento propio.

Mecanismo por variable de resultado: que achado corresponde a cada modelo

Le a táboa fila por fila e a lección é clara. Ningunha fila cambia en todas as columnas. O resultado máis sólido sobre a produción de amiloide procede do estudo que nunca avaliou o proteasoma. O resultado máis sólido sobre o proteasoma procede do estudo no que o procesamento do precursor non cambiou en absoluto. O resultado sobre tau sitúase principalmente en tubos e nunha química compartida con encimas alleos á diana prevista. Quen fusiona estas columnas nunha soa afirmación, que o azul de metileno elimina as proteínas patolóxicas como clase, está a escribir unha revisión dun experimento que nunca se realizou.

Ese rigor esténdese aos pacientes. Se estes mecanismos se traducen nun beneficio clínico é unha cuestión distinta, cos seus propios ensaios e as súas propias conclusións, e respóndese no artigo sobre a evidencia clínica no Alzheimer, non aquí.