Metilen biru, tau, dan amiloid: mengapa mekanisme pembersihan protein berbeda

Tanyakan apa yang dilakukan metilen biru terhadap protein pada penyakit Alzheimer dan Anda akan mendengar satu jawaban yang terdengar pasti, padahal seharusnya ada tiga jawaban yang memiliki batasan. Dalam tabung uji, zat ini mengganggu tau yang menempel pada dirinya sendiri. Dalam satu model tikus, zat ini menurunkan amiloid terlarut sementara tau tetap sama. Dalam model lain, zat ini menurunkan aktivitas enzim yang menghasilkan amiloid sejak awal. Masing-masing temuan ini nyata. Tidak ada yang menjadi keseluruhan cerita, dan semuanya tidak terjadi pada hewan yang sama dalam waktu yang sama. Artikel ini memisahkan ketiganya agar hasil dari satu eksperimen tidak lagi dikutip sebagai bukti untuk eksperimen lain.

Pembaca yang menginginkan gambaran lebih luas tentang bagaimana metilen biru bekerja di dalam sel sebaiknya memulai dari sana. Pembaca yang ingin mengetahui apakah semua ini membantu pasien sebaiknya membaca catatan klinis pada penyakit Alzheimer, karena hasil uji klinis manusia berada di sana. Tidak ada bagian dalam artikel ini yang mengulangi catatan tersebut.

Temuan tau berasal dari uji agregasi

Cerita tertua dari ketiga hal ini berasal dari penelitian bebas sel terhadap tau, protein yang membentuk kusut neurofibril. Dalam uji pengikatan tau-tau, fragmen tau berkumpul menjadi filamen heliks berpasangan, dan pewarna fenotiazin termasuk metilen biru menghambat pembentukan tersebut pada konsentrasi mikromolar rendah. Penelitian biokimia berikutnya memberikan penjelasan kimiawi: pewarna tersebut mengoksidasi residu sistein pada tau, yang menstabilkan bentuk monomer dan menekan fibril yang seharusnya berkembang. Konsentrasi penghambatan yang dilaporkan untuk agregasi tau berada kira-kira dalam rentang satu digit hingga puluhan rendah mikromolar, rentang yang penting untuk semua pembahasan berikutnya.

Perhatikan jenis klaim ini. Klaim tersebut tidak mengatakan apa pun tentang produksi tau, fosforilasi tau dalam otak yang hidup, atau pembersihan tau. Klaim ini mengatakan bahwa dalam kondisi tertentu di dalam tabung, pewarna teroksidasi mencegah tau tersusun bertumpuk. Ini adalah hasil yang tepat, terbatas, dan berguna. Masalah muncul ketika hasil ini diperluas menjadi pernyataan umum bahwa metilen biru membersihkan patologi tau, karena data pada hewan tidak mendukung versi tersebut.

Temuan proteasom berasal dari tikus 3xTg-AD, dan memisahkan amiloid dari tau

Eksperimen dengan pemisahan titik akhir yang paling jelas adalah studi diet selama 16 minggu pada tikus yang membawa tiga mutasi Alzheimer. Hewan tersebut memakan pakan yang mengandung metilen biru sejak usia enam bulan, dan peneliti mengukur tiga hal sekaligus: proteasom, kadar amiloid, dan tau.

Proteasom mengalami perubahan. Aktivitas mirip kimotripsin meningkat sekitar seperempat dan aktivitas mirip tripsin sekitar setengahnya, sementara aktivitas katalitik ketiga tidak berubah secara signifikan. Amiloid-beta 40 dan 42 terlarut masing-masing turun sekitar seperempat. Penulis menafsirkan hal ini sebagai peningkatan pembersihan, bukan penurunan produksi, karena protein prekursor dan fragmen pemrosesannya tidak berubah, dan pembelajaran serta memori meningkat pada uji coba labirin air.

Kemudian terdapat pemisahan hasil. Amiloid tidak terlarut tidak berubah. Pewarnaan plak tidak berubah. Total tau manusia dan fosfo-tau pada treonin 181 tidak berubah, dan salah lokasi tau tidak berubah. Pengukuran mitokondria juga tidak berubah: tidak ada efek signifikan pada aktivitas sitokrom-c oksidase, protein oksidase, atau ATP. Jadi dalam model ini, pada regimen ini, metilen biru meningkatkan dua dari tiga aktivitas proteasom, menurunkan amiloid terlarut, memperbaiki ukuran perilaku, dan membiarkan titik akhir tau, amiloid tidak terlarut, serta titik akhir mitokondria yang diuji tetap sama.

Satu catatan penting memperjelas poin ini, bukan melemahkannya. Tikus ini belum mengembangkan agregat tau pada usia yang diuji, sehingga eksperimen ini tidak dapat menunjukkan bahwa metilen biru gagal terhadap kusut tau. Eksperimen ini menunjukkan bahwa amiloid terlarut dapat turun sementara titik akhir tau yang diukur tidak berubah, yang merupakan contoh tepat dari hasil satu protein berubah sementara protein lain tidak. Jika Anda datang dengan keyakinan bahwa aktivasi proteasom oleh metilen biru membersihkan kedua protein penanda secara bersamaan, studi ini memberikan koreksinya.

Temuan produksi amiloid berasal dari tikus PSAPP tua, dan bertentangan dengan mekanisme sebelumnya

Kelompok berbeda, model berbeda, dan penjelasan hulu yang berlawanan. Dalam studi gavage selama tiga bulan pada tikus PSAPP berusia 15 bulan, dosis oral harian 3 mg/kg mengurangi beban plak di berbagai wilayah otak sekitar sepertiga hingga setengahnya dan menurunkan beberapa fraksi amiloid, termasuk oligomer yang diukur dengan uji khusus. Namun di sini mekanisme yang diajukan adalah penurunan produksi, bukan pembersihan yang lebih cepat: protein BACE1 otak turun, produknya C99 turun, dan RNA pembawa pesan tidak berubah, yang menunjukkan efek pada tingkat protein, bukan ekspresi gen yang lebih rendah.

Penelitian sel memperkuat kasus ini. Dalam uji bebas sel dengan enzim rekombinan, metilen biru secara langsung menghambat BACE1, dan dalam sel ovarium hamster yang mengekspresikan protein prekursor amiloid manusia, amiloid 40 dan 42 yang disekresikan turun pada konsentrasi serendah 1,56 mikromolar sementara prekursor tetap sama. Bandingkan dengan studi sebelumnya, di mana fragmen pemrosesan prekursor tidak berubah dan pembersihan menjadi penjelasan utama. Keduanya tidak dapat menjelaskan satu mekanisme universal yang sama, karena model, usia, dosis, rute, dan durasi berbeda. Itulah intinya. Efek metilen biru terhadap amiloid melalui produksi dalam satu pengaturan dan melalui pembersihan dalam pengaturan lain, dan mengutip salah satunya tanpa konteks akan menyesatkan.

Satu kimia, beberapa target: hubungan oksidasi sistein

Jalur penelitian ketiga menjelaskan bagaimana satu kimia redoks dapat muncul dalam cerita protein yang berbeda. Dalam studi biokimia tentang penghambatan kaspase, metilen biru menonaktifkan kaspase-6 dengan mengoksidasi sistein katalitiknya menjadi asam sulfenat, dikonfirmasi melalui spektrometri massa, dengan konsentrasi setengah maksimal sekitar 10,6 mikromolar. Kaspase-3 dihambat pada konsentrasi serupa. Penulis secara eksplisit menghubungkan hal ini dengan literatur tau: kimia pengoksidasi sistein yang sama yang diusulkan untuk menjaga tau tetap monomer juga dapat menonaktifkan protease sistein, dan konsentrasi efektifnya tumpang tindih.

Ini menarik secara kimia dan juga merupakan peringatan. Molekul aktif redoks yang mengoksidasi sistein yang terekspos akan memiliki lebih dari satu target pada konsentrasi aktif apa pun. Cerita disaggregasi tau, cerita kaspase, dan kemungkinan lainnya berbagi kata kerja kimia yang sama dengan kata benda yang berbeda. Kesamaan tersebut tidak membuat temuan-temuan ini dapat dipertukarkan. Artinya, dosis dan konteks menentukan target mana yang penting, dan pemberian dosis kronis yang ditujukan pada satu proses bergantung-sistein dapat memengaruhi proses lainnya, suatu pertimbangan yang secara langsung diajukan oleh penulis studi kaspase. Pertanyaan terkait tentang bagaimana kimia redoks metilen biru memilih targetnya, apa arti aktivasi proteasom bagi protein agregat lain, dan apakah pemberian dosis jangka panjang mengubah profil target masing-masing memerlukan pembahasan tersendiri.

Mekanisme berdasarkan titik akhir: temuan mana berasal dari model mana

Baca tabel baris demi baris dan pelajarannya jelas. Tidak ada satu baris pun yang berubah di setiap kolom. Hasil produksi amiloid terkuat berasal dari studi yang tidak pernah menguji proteasom. Hasil proteasom terkuat berasal dari studi di mana pemrosesan prekursor tidak berubah. Hasil tau sebagian besar berasal dari tabung dan dari kimia yang juga dimiliki oleh enzim lain. Siapa pun yang menggabungkan kolom-kolom ini menjadi satu klaim bahwa metilen biru membersihkan protein patologis secara umum sedang menulis ulasan tentang eksperimen yang tidak pernah dilakukan.

Kedisiplinan ini juga berlaku pada pasien. Apakah mekanisme-mekanisme ini menghasilkan manfaat klinis adalah pertanyaan terpisah dengan uji coba dan kesimpulannya sendiri, dan jawabannya berada dalam bukti klinis Alzheimer, bukan di sini.