Metýlenblátt, tau og amýlóíð: hvers vegna ferlar próteinhreinsunar eru ólíkir

Spyrðu hvaða áhrif metýlenblátt hafi á próteinin sem tengjast Alzheimerssjúkdómi og þú færð eitt afdráttarlaust svar þar sem þú ættir að fá þrjú með fyrirvörum. Í tilraunaglasi truflar það samloðun tau við sjálft sig. Í einu músalíkani lækkar það magn leysanlegs amýlóíðs án þess að hafa áhrif á tau. Í öðru dregur það úr virkni ensímsins sem myndar amýlóíð til að byrja með. Allt eru þetta raunverulegar niðurstöður. Engin þeirra segir alla söguna og þetta gerist ekki allt í sama dýrinu á sama tíma. Í þessari grein eru þessar þrjár niðurstöður aðgreindar svo hætt verði að vitna í niðurstöðu úr einni tilraun sem sönnun fyrir annarri.

Lesendur sem vilja fá heildarmynd af því hvernig metýlenblátt verkar inni í frumum ættu að byrja þar. Lesendur sem vilja vita hvort eitthvað af þessu hafi hjálpað sjúklingum ættu að lesa yfirlitið um klínískar rannsóknir á Alzheimerssjúkdómi, þar sem niðurstöður rannsókna á mönnum eiga heima. Ekkert í þessari grein endurtekur það yfirlit.

Niðurstaðan um tau á heima í samloðunarprófum

Elsta sagan af þessum þremur kemur úr frumulausum rannsóknum á tau, próteininu sem myndar taugatrefjaflækjur. Í prófi á bindingu tau við tau raðast tau-bútar saman í paraða gormlaga þræði og fenóþíasínlitarefni, þar á meðal metýlenblátt, hindra þá samsetningu við lágan míkrómólar styrk. Síðari lífefnafræðirannsóknir gáfu efnafræðilega skýringu á þessu: litarefnið oxar systeinleifar á tau, sem stöðgar einliðuformið og hamlar myndun trefja sem annars myndu vaxa. Tilkynntur styrkur sem hamlar tau-samloðun liggur gróflega frá eins stafs upp í lágar tveggja stafa míkrómólar tölur, styrkbil sem skiptir máli fyrir allt sem á eftir kemur.

Taktu eftir hvers konar fullyrðing þetta er. Hún segir ekkert um tau-myndun, fosfórun tau í lifandi heila eða hreinsun tau. Hún segir að við skilgreind skilyrði í tilraunaglasi hindri oxað litarefni að tau staflist saman. Það er nákvæm, afmörkuð og gagnleg niðurstaða. Vandinn hefst þegar hún er teygð yfir í almenna fullyrðingu um að metýlenblátt hreinsi burt sjúklegar tau-breytingar, því niðurstöður úr dýratilraunum styðja ekki þá útgáfu.

Niðurstaðan um próteasóm á heima í 3xTg-AD músum og greindi á milli amýlóíðs og tau

Skýrasta tilraunin þar sem mæliþættir skildu að er 16 vikna rannsókn með gjöf í fóðri hjá músum sem báru þrjár stökkbreytingar tengdar Alzheimerssjúkdómi. Dýrin fengu fóður sem innihélt metýlenblátt frá sex mánaða aldri og rannsakendurnir mældu þrennt samtímis: próteasómið, amýlóíðmagn og tau.

Próteasómið breyttist. Kýmótrypsínlík virkni jókst um u.þ.b. fjórðung og trypsínlík virkni um u.þ.b. helming, en þriðja hvatavirknin breyttist ekki marktækt. Magn leysanlegs amýlóíð-beta 40 og 42 lækkaði hvort um sig um u.þ.b. fjórðung. Höfundarnir túlkuðu þetta sem aukna hreinsun fremur en minni myndun, því forverapróteinið og bútar sem myndast við vinnslu þess breyttust ekki, og nám og minni bötnuðu í könnunarprófi í vatnsvölundarhúsi.

En svo komu niðurstöðurnar sem fylgdust ekki að. Óleysanlegt amýlóíð breyttist ekki. Litun fyrir skellum breyttist ekki. Heildarmagn tau úr mönnum og fosfórun tau við þreónín 181 breyttust ekki og röng staðsetning tau breyttist ekki heldur. Hvatberamælingarnar breyttust heldur ekki: engin marktæk áhrif komu fram á virkni cýtókróm-c-oxídasa, magn oxídasapróteins eða ATP. Í þessu líkani, með þessari gjöf, jók metýlenblátt því tvær af þremur virknigerðum próteasómsins, lækkaði magn leysanlegs amýlóíðs, leiðrétti frávik í hegðunarmælingu og lét mæliþætti tau, óleysanlegt amýlóíð og þá hvatberamæliþætti sem prófaðir voru óbreytta.

Einn fyrirvari skýrir þetta frekar en að veikja það. Þessar mýs höfðu ekki enn myndað tau-samloðanir á þeim aldri sem þær voru prófaðar, svo tilraunin getur ekki sýnt að metýlenblátt verki ekki gegn tau-flækjum. Hún sýnir að magn leysanlegs amýlóíðs getur lækkað án þess að mældir tau-þættir breytist. Það er einmitt sú tegund niðurstöðu sem þarf hér: eitt prótein breyttist en annað ekki. Ef þú komst hingað í þeirri trú að virkjun próteasóms með metýlenbláu hreinsi bæði einkennispróteinin samtímis leiðréttir þessi rannsókn það.

Niðurstaðan um amýlóíðmyndun á heima í öldruðum PSAPP músum og stangast á við fyrri verkunarferilinn

Annar rannsóknarhópur, annað líkan og gagnstæð skýring á fyrra stigi ferlisins. Í þriggja mánaða rannsókn með gjöf um magasondu hjá 15 mánaða gömlum PSAPP músum minnkaði daglegur skammtur um munn, 3 mg/kg, skellubyrði á heilasvæðum um u.þ.b. þriðjung til helming og lækkaði magn nokkurra amýlóíðhluta, þar á meðal fáliða sem voru mældar með sérstöku prófi. En hér var verkunarferillinn sem lagður var til minni myndun, ekki hraðari hreinsun: magn BACE1-próteins í heila lækkaði, magn afurðar þess, C99, lækkaði en magn boðbera-RNA lækkaði ekki. Það bendir til áhrifa á próteinstigi fremur en minni genatjáningar.

Frumurannsóknirnar styrktu þessa skýringu. Í frumulausu prófi með raðbrigðaensími hamlaði metýlenblátt BACE1 beint. Í frumum úr eggjastokkum hamstra sem tjáðu amýlóíðforveraprótein úr mönnum lækkaði magn seytts amýlóíðs 40 og 42 við styrk allt niður í 1.56 míkrómólar, en magn forverans sjálfs hélst óbreytt. Berðu þetta saman við fyrri rannsóknina, þar sem bútar úr vinnslu forverans voru óbreyttir og hreinsun fékk heiðurinn. Báðar niðurstöðurnar geta ekki lýst sama algilda verkunarferlinum, því líkönin, aldurinn, skammtarnir, gjafarleiðirnar og tímalengdin eru ólík. Það er kjarni málsins. Áhrif metýlenblás á amýlóíð fara í gegnum myndun í einni tilraunauppsetningu og hreinsun í annarri, og það er villandi að vitna í aðra hvora niðurstöðuna án þess að greina frá uppsetningunni.

Ein efnafræði, nokkur skotmörk: tengingin í gegnum systeinoxun

Þriðja rannsóknarlínan skýrir hvernig sama oxunar- og afoxunarefnafræði getur birst í ótengdum próteinsögum. Í lífefnafræðilegri rannsókn á kaspasahömlun gerði metýlenblátt kaspasa-6 óvirkan með því að oxa systein í hvarfstöð hans yfir í súlfensýru. Það var staðfest með massagreiningu og styrkur sem gaf hálfhámarksáhrif var um 10.6 míkrómólar. Kaspasa-3 var hamlað við svipaðan styrk. Höfundarnir tengdu þetta sérstaklega við rannsóknir á tau: sama systeinoxandi efnafræði og talin er halda tau á einliðuformi getur gert systeinpróteasa óvirkan, og virku styrkbilin skarast.

Þetta er snjöll skýring en líka viðvörun. Sameind sem tekur þátt í oxunar- og afoxunarhvörfum og oxar aðgengilegt systein mun hafa fleiri en eitt skotmark við hvaða virka styrk sem er. Sagan um sundrun tau-samloðana, sagan um kaspasa og hugsanlega fleiri eiga sameiginlega efnafræðilega sögn með ólíkum nafnorðum. Sú sameiginlega sögn gerir niðurstöðurnar ekki víxlanlegar. Hún þýðir að skammtur og aðstæður ráða því hvaða skotmark skiptir máli og að langtímagjöf sem beinist að einu systeinháðu ferli gæti haft áhrif á önnur. Höfundar kaspasarannsóknarinnar bentu sérstaklega á það atriði. Tengdar spurningar um hvernig oxunar- og afoxunarefnafræði metýlenblás velur skotmörk sín, hvað virkjun próteasóms þýðir fyrir önnur prótein í samloðunum og hvort langtímagjöf breyti skotmarkasniðinu eiga hver um sig skilið sérstaka umfjöllun.

Verkunarferlar eftir mæliþáttum: hvaða niðurstaða tilheyrir hvaða líkani

Lestu töfluna röð fyrir röð og lærdómurinn er skýr. Engin röð sýnir breytingu í öllum dálkum. Sterkasta niðurstaðan um amýlóíðmyndun kemur úr rannsókninni sem prófaði aldrei próteasómið. Sterkasta niðurstaðan um próteasóm kemur úr rannsókninni þar sem vinnsla forverans breyttist alls ekki. Niðurstaðan um tau á að mestu heima í tilraunaglösum og í efnafræði sem er sameiginleg með ensímum utan fyrirhugaðs skotmarks. Sá sem sameinar þessa dálka í eina fullyrðingu, að metýlenblátt hreinsi sjúkleg prótein sem flokk, er að skrifa yfirlit um tilraun sem var aldrei gerð.

Þessi agi á einnig við um sjúklinga. Hvort þessir verkunarferlar leiði samanlagt til klínísks ávinnings er sérstök spurning með sínum eigin rannsóknum og niðurstöðum. Henni er svarað í umfjölluninni um klínískar vísbendingar í Alzheimerssjúkdómi en ekki hér.