מתילן כחול, טאו ועמילואיד: מדוע מנגנוני פינוי החלבונים שונים

שאלו מה מתילן כחול עושה לחלבונים הקשורים למחלת אלצהיימר, ותשמעו תשובה אחת נחרצת במקום שלוש תשובות מסויגות. במבחנה הוא מפריע למולקולות טאו להיצמד זו לזו. במודל עכבר אחד הוא מפחית עמילואיד מסיס בלי להשפיע על טאו. במודל אחר הוא מפחית את פעילות האנזים שמייצר עמילואיד מלכתחילה. כל אחד מהממצאים האלה אמיתי. אף אחד מהם אינו הסיפור המלא, והם אינם מתרחשים כולם באותו בעל חיים באותו זמן. מאמר זה מפריד בין השלושה, כדי שתוצאה מניסוי אחד לא תמשיך להיות מוצגת כהוכחה לתוצאה מניסוי אחר.

קוראים המעוניינים בתמונה הרחבה של אופן הפעולה של מתילן כחול בתוך תאים צריכים להתחיל שם. קוראים המבקשים לדעת אם משהו מכל אלה עזר למטופלים צריכים לקרוא את סקירת הממצאים הקליניים במחלת אלצהיימר, שבה מקומן של תוצאות הניסויים בבני אדם. מאמר זה אינו חוזר על הסקירה הזאת.

הממצא על טאו שייך למבחני יצירת צברים

הסיפור הוותיק מבין השלושה מקורו במחקרים במערכת ללא תאים על טאו, החלבון שיוצר סבכים נוירופיברילריים. במבחן קישור טאו–טאו, מקטעי טאו מתארגנים לסיבים סליליים מזווגים, וצבעי פנותיאזין, ובהם מתילן כחול, חוסמים את ההתארגנות הזאת בריכוזים מיקרומולריים נמוכים. מחקרים ביוכימיים מאוחרים יותר סיפקו לכך הסבר כימי: הצבע מחמצן שיירי ציסטאין בטאו, וכך מייצב את הצורה המונומרית ומדכא את היווצרות הסיבונים שאחרת היו גדלים. הריכוזים המעכבים שדווחו עבור יצירת צברי טאו נעים בקירוב מערכים חד־ספרתיים ועד עשרות בודדות של מיקרומולר, טווח שיש לו חשיבות לכל מה שיובא בהמשך.

שימו לב באיזה סוג של טענה מדובר. היא אינה אומרת דבר על ייצור טאו, על זרחון טאו במוח חי או על פינוי טאו. היא אומרת שבתנאים מוגדרים במבחנה, צבע מחומצן מונע ממולקולות טאו להיערם זו על זו. זו תוצאה מדויקת, ממוקדת ושימושית. הבעיה מתחילה כשמרחיבים אותה לאמירה כללית שמתילן כחול מסלק פתולוגיה של טאו, משום שהנתונים מבעלי חיים אינם מתיישבים עם הגרסה הזאת.

הממצא על הפרוטאוזום שייך לעכברי 3xTg-AD, והוא הפריד בין עמילואיד לטאו

הניסוי שמדגים בצורה הברורה ביותר תוצאות שונות במדדים שונים הוא מחקר תזונתי בן 16 שבועות בעכברים הנושאים שלוש מוטציות הקשורות לאלצהיימר. בעלי החיים אכלו מזון שהכיל מתילן כחול מגיל שישה חודשים, והחוקרים מדדו שלושה דברים במקביל: את הפרוטאוזום, את רמות העמילואיד ואת הטאו.

בפרוטאוזום חל שינוי. הפעילות דמוית הכימוטריפסין עלתה בכרבע והפעילות דמוית הטריפסין עלתה בכמחצית, ואילו הפעילות הקטליטית השלישית לא השתנתה באופן מובהק. רמות עמילואיד־בטא מסיס מסוג 40 ומסוג 42 ירדו כל אחת בכרבע. המחברים פירשו זאת כפינוי מוגבר ולא כייצור מופחת, משום שחלבון הקדם ותוצרי החיתוך שלו לא השתנו, והלמידה והזיכרון השתפרו במבחן הבדיקה במבוך המים.

ואז התגלו ההבדלים בין המדדים. העמילואיד הבלתי מסיס לא השתנה. הצביעה לרבדים לא השתנתה. כלל הטאו האנושי וטאו מזורחן בתראונין 181 לא השתנו, וגם המיקום החריג של טאו לא השתנה. גם במדדי המיטוכונדריה לא חל שינוי: לא הייתה השפעה מובהקת על פעילות ציטוכרום c אוקסידאז, על חלבון האוקסידאז או על ATP. כלומר, במודל הזה ובמשטר המתן הזה, מתילן כחול הגביר שתיים מתוך שלוש פעילויות הפרוטאוזום, הפחית עמילואיד מסיס, שיקם מדד התנהגותי והותיר ללא שינוי את מדדי הטאו, את העמילואיד הבלתי מסיס ואת מדדי המיטוכונדריה שנבדקו.

הסתייגות אחת מחדדת את הנקודה במקום להחליש אותה. בגיל שבו נבדקו, העכברים האלה עדיין לא פיתחו צברי טאו, ולכן הניסוי אינו יכול להראות שמתילן כחול אינו פועל נגד סבכי טאו. הוא מראה שעמילואיד מסיס יכול לרדת בזמן שמדדי הטאו שנמדדו אינם משתנים, וזו בדיוק התוצאה מהסוג של חלבון אחד שהשתנה ואחר שלא, שהנושא הזה זקוק לה. אם הגעתם לכאן מתוך אמונה שהפעלת הפרוטאוזום באמצעות מתילן כחול מפנה יחד את שני החלבונים האופייניים למחלה, המחקר הזה מתקן את התפיסה הזאת.

הממצא על ייצור עמילואיד שייך לעכברי PSAPP מבוגרים, והוא סותר את המנגנון הקודם

קבוצת מחקר אחרת, מודל אחר והסבר הפוך לתהליך המוקדם בשרשרת. במחקר בן שלושה חודשים שבו ניתן החומר בזונדה לעכברי PSAPP בני 15 חודשים, מנה פומית יומית של 3 mg/kg הפחיתה את עומס הרבדים באזורי המוח בכשליש עד מחצית והפחיתה כמה מקטעי עמילואיד, ובהם אוליגומרים שנמדדו במבחן ייעודי. אבל כאן המנגנון שהוצע היה ייצור מופחת, לא פינוי מהיר יותר: רמת חלבון BACE1 במוח ירדה, רמת התוצר שלו C99 ירדה, ורמת ה-RNA השליח לא ירדה. הדבר מצביע על השפעה ברמת החלבון ולא על ירידה בביטוי הגן.

המחקרים בתאים חיזקו את ההסבר. במבחן ללא תאים עם אנזים רקומביננטי, מתילן כחול עיכב את BACE1 ישירות, ובתאי שחלה של אוגר המבטאים חלבון קדם עמילואיד אנושי, רמות העמילואיד המופרש מסוג 40 ומסוג 42 ירדו כבר בריכוזים של 1.56 מיקרומולר, בעוד שחלבון הקדם עצמו נותר ללא שינוי. השוו זאת למחקר הקודם, שבו תוצרי החיתוך של חלבון הקדם לא השתנו והירידה יוחסה לפינוי. שני ההסברים אינם יכולים לתאר את אותו מנגנון אוניברסלי, משום שהמודלים, הגילים, המינונים, דרכי המתן ומשך המחקרים שונים. זו הנקודה. השפעות מתילן כחול על עמילואיד מתרחשות דרך ייצור במערך ניסוי אחד ודרך פינוי באחר, וציטוט של כל אחד מהם ללא מערך הניסוי שלו מטעה.

כימיה אחת, כמה מטרות: הגשר של חמצון ציסטאין

כיוון מחקר שלישי מסביר כיצד אותה כימיה של חמצון־חיזור יכולה להופיע בסיפורים על חלבונים שאינם קשורים זה לזה. במחקר ביוכימי על עיכוב קספאזות, מתילן כחול השבית קספאזה-6 באמצעות חמצון הציסטאין הקטליטי שלה לחומצה סולפנית, כפי שאושר בספקטרומטריית מסות, בריכוז של כ-10.6 מיקרומולר להשגת מחצית מההשפעה המרבית. קספאזה-3 עוכבה בריכוז דומה. המחברים קישרו זאת במפורש לספרות על טאו: אותה כימיה של חמצון ציסטאין, שהוצעה כמנגנון לשמירת טאו בצורתו המונומרית, יכולה להשבית פרוטאז ציסטאין, והריכוזים שבהם נצפית ההשפעה חופפים.

זה הסבר אלגנטי, והוא גם אזהרה. למולקולה פעילה בחמצון־חיזור המחמצנת שיירי ציסטאין חשופים תהיה יותר ממטרה אחת בכל ריכוז שבו היא פעילה. הסיפור על פירוק צברי טאו, הסיפור על קספאזות ואולי גם אחרים חולקים פעולה כימית אחת המופעלת על חלבונים שונים. הפעולה המשותפת הזאת אינה הופכת את הממצאים לבני החלפה. משמעותה היא שהמינון וההקשר קובעים איזו מטרה חשובה, ושמתן כרוני המכוון לתהליך אחד התלוי בציסטאין עשוי להשפיע גם על אחרים — שיקול שמחברי המחקר על קספאזות העלו במפורש. שאלות קשורות על האופן שבו כימיית החמצון־חיזור של מתילן כחול בוררת את מטרותיה, על משמעות הפעלת הפרוטאוזום עבור חלבונים אחרים היוצרים צברים, ועל השאלה אם מתן ארוך טווח משנה את פרופיל המטרות ראויות כל אחת לדיון נפרד.

מנגנון לפי מדד תוצאה: איזה ממצא שייך לאיזה מודל

קראו את הטבלה שורה אחר שורה, והמסקנה ברורה. אין אף שורה שבה חל שינוי בכל העמודות. הממצא החזק ביותר בנוגע לייצור עמילואיד מגיע מהמחקר שכלל לא בדק את הפרוטאוזום. הממצא החזק ביותר בנוגע לפרוטאוזום מגיע מהמחקר שבו עיבוד חלבון הקדם לא השתנה כלל. הממצא על טאו מתקיים בעיקר במבחנות ובכימיה המשותפת גם לאנזימים שאינם מטרת הפעולה המיועדת. מי שממזג את העמודות האלה לטענה אחת, שלפיה מתילן כחול מפנה חלבונים פתולוגיים כקבוצה, כותב סקירה של ניסוי שמעולם לא נערך.

אותה הקפדה חלה גם על מטופלים. השאלה אם המנגנונים האלה מצטברים לתועלת קלינית היא שאלה נפרדת, עם ניסויים משלה ומסקנות משלה, והיא נענית במסגרת הראיות הקליניות באלצהיימר ולא כאן.