Metileno mėlis, tau ir amiloidas: kodėl baltymų šalinimo mechanizmai skiriasi

Paklausę, kaip metileno mėlis veikia su Alzheimerio liga susijusius baltymus, išgirsite vieną užtikrintą atsakymą, nors turėtumėte išgirsti tris atsakymus su išlygomis. Mėgintuvėlyje jis trukdo tau baltymams jungtis tarpusavyje. Viename pelių modelyje jis sumažina tirpaus amiloido kiekį, bet tau neveikia. Kitame jis mažina fermento, kuris gamina amiloidą, aktyvumą. Kiekvienas iš šių rezultatų yra tikras. Nė vienas neatskleidžia viso vaizdo, ir jie nepasireiškia visi kartu tame pačiame gyvūne tuo pačiu metu. Šiame straipsnyje šie trys rezultatai atskiriami, kad vieno eksperimento išvada nebebūtų cituojama kaip kito mechanizmo įrodymas.

Skaitytojai, norintys plačiau suprasti, kaip metileno mėlis veikia ląstelių viduje, turėtų pradėti nuo to straipsnio. Norintys sužinoti, ar kuris nors iš šių poveikių padėjo pacientams, turėtų skaityti apie Alzheimerio ligos klinikinių tyrimų duomenis, nes būtent ten aptariami tyrimų su žmonėmis rezultatai. Šiame straipsnyje tie duomenys nekartojami.

Tau rezultatas siejamas su agregacijos tyrimais

Seniausia iš šių trijų tyrimų krypčių prasidėjo nuo neląstelinių tau baltymo, sudarančio neurofibrilinius rezginius, tyrimų. Tau ir tau jungimosi tyrime tau fragmentai susijungia į porinius spiralinius filamentus, o fenotiazino dažikliai, įskaitant metileno mėlį, mažomis mikromolinėmis koncentracijomis blokuoja šį susijungimą. Vėlesni biocheminiai darbai pateikė cheminį paaiškinimą: dažiklis oksiduoja tau cisteino liekanas, taip stabilizuodamas monomerinę formą ir slopindamas fibriles, kurios kitu atveju augtų. Nurodomos tau agregaciją slopinančios koncentracijos apytikriai svyruoja nuo kelių iki kelių dešimčių mikromolių litre; šis intervalas svarbus viskam, kas aptariama toliau.

Atkreipkite dėmesį, kokio pobūdžio tai teiginys. Jis nieko nesako apie tau gamybą, tau fosforilinimą gyvose smegenyse ar tau šalinimą. Jis sako, kad apibrėžtomis sąlygomis mėgintuvėlyje oksiduotas dažiklis neleidžia tau jungtis į struktūras. Tai tikslus, siauras ir naudingas rezultatas. Problemos prasideda, kai jis išplečiamas iki bendro teiginio, kad metileno mėlis pašalina patologinius tau pokyčius, nes gyvūnų tyrimų duomenys tokios versijos nepatvirtina.

Proteasomos rezultatas siejamas su 3xTg-AD pelėmis ir atskleidžia skirtingą poveikį amiloidui bei tau

Aiškiausiai vertinamųjų rodiklių skirtumą parodė 16 savaičių šėrimo tyrimas su pelėmis, turinčiomis tris su Alzheimerio liga susijusias mutacijas. Nuo šešių mėnesių amžiaus gyvūnai gavo pašarą su metileno mėliu, o tyrėjai vienu metu vertino tris dalykus: proteasomą, amiloido kiekį ir tau.

Proteasomos aktyvumas pakito. Į chimotripsino panašus aktyvumas padidėjo maždaug ketvirtadaliu, o į tripsino panašus aktyvumas – maždaug perpus; trečiasis katalizinis aktyvumas reikšmingai nepakito. Tirpaus amiloido beta 40 ir 42 kiekis sumažėjo maždaug po ketvirtadalį. Autoriai tai aiškino padidėjusiu šalinimu, o ne sumažėjusia gamyba, nes pirmtako baltymas ir jo apdorojimo fragmentai nepakito, o mokymosi bei atminties rodikliai pagerėjo per kontrolinį bandymą vandens labirinte.

Tačiau kiti rodikliai nuo šių pokyčių atsiskyrė. Netirpaus amiloido kiekis nepakito. Plokštelių dažymo rezultatai nepakito. Bendras žmogaus tau kiekis ir ties treoninu 181 fosforilinto tau kiekis nepakito, taip pat nepakito netinkama tau lokalizacija. Nepakito ir mitochondrijų rodikliai: reikšmingo poveikio nenustatyta nei citochromo c oksidazės aktyvumui, nei šios oksidazės baltymo kiekiui, nei ATP. Taigi šiame modelyje, taikant šį režimą, metileno mėlis padidino du iš trijų proteasomos aktyvumų, sumažino tirpaus amiloido kiekį, atkūrė elgsenos rodiklį, bet nepakeitė tau rodiklių, netirpaus amiloido kiekio ir tirtų mitochondrijų rodiklių.

Viena išlyga šią mintį ne susilpnina, o patikslina. Tyrimo metu šio amžiaus pelėms dar nebuvo susidarę tau agregatai, todėl eksperimentas negali parodyti, kad metileno mėlis neveikia tau rezginių. Jis rodo, kad tirpaus amiloido kiekis gali sumažėti, nors išmatuoti tau rodikliai nekinta. Būtent tokio rezultato, kai vienas baltymas pakinta, o kitas ne, reikia šiai temai suprasti. Jei iki šiol manėte, kad metileno mėlio sukeliamas proteasomos aktyvinimas kartu šalina abu ligai būdingus baltymus, šis tyrimas tą supratimą pataiso.

Amiloido gamybos rezultatas siejamas su senyvomis PSAPP pelėmis ir prieštarauja ankstesniam mechanizmui

Kita tyrėjų grupė, kitas modelis ir priešingas ankstesnio proceso paaiškinimas. Trijų mėnesių tyrime, kuriame 15 mėnesių amžiaus PSAPP pelėms medžiaga buvo duodama per skrandžio zondą, kasdienė 3 mg/kg geriamoji dozė sumažino plokštelių kiekį skirtingose smegenų srityse maždaug nuo trečdalio iki pusės ir sumažino kelių amiloido frakcijų kiekį, įskaitant oligomerus, išmatuotus specialiu tyrimu. Tačiau čia siūlomas mechanizmas buvo sumažėjusi gamyba, o ne spartesnis šalinimas: smegenyse sumažėjo BACE1 baltymo ir jo produkto C99 kiekis, o informacinės RNR kiekis nepakito. Tai rodo poveikį baltymo lygmeniu, o ne sumažėjusią geno raišką.

Ląstelių tyrimai sustiprino šį paaiškinimą. Neląsteliniame tyrime su rekombinantiniu fermentu metileno mėlis tiesiogiai slopino BACE1, o žiurkėno kiaušidžių ląstelėse, ekspresuojančiose žmogaus amiloido pirmtako baltymą, išskiriamo amiloido 40 ir 42 kiekis sumažėjo jau esant 1.56 mikromolio litre koncentracijai, nors paties pirmtako kiekis nepakito. Palyginkite tai su ankstesniu tyrimu, kuriame pirmtako apdorojimo fragmentai nepakito, o poveikis buvo priskirtas šalinimui. Abu tyrimai negali apibūdinti to paties universalaus mechanizmo, nes skiriasi modeliai, amžius, dozės, vartojimo būdai ir trukmė. Tai ir yra esmė. Vienomis tyrimo sąlygomis metileno mėlio poveikis amiloidui pasireiškia per gamybą, kitomis – per šalinimą, todėl cituoti bet kurį iš šių rezultatų nenurodant tyrimo sąlygų yra klaidinama.

Viena cheminė reakcija, keli taikiniai: cisteino oksidacija kaip jungtis

Trečioji tyrimų kryptis paaiškina, kaip ta pati oksidacijos ir redukcijos chemija gali pasireikšti iš pažiūros nesusijusiuose baltymų tyrimuose. Biocheminiame kaspazių slopinimo tyrime metileno mėlis inaktyvino kaspazę-6, oksiduodamas jos katalizinį cisteiną iki sulfeninės rūgšties; tai patvirtinta masių spektrometrija, o pusę maksimalaus poveikio sukelianti koncentracija buvo apie 10.6 mikromolio litre. Kaspazė-3 buvo slopinama esant panašiai koncentracijai. Autoriai tai tiesiogiai susiejo su tau tyrimų literatūra: ta pati cisteiną oksiduojanti reakcija, kuri, kaip siūloma, išlaiko tau monomerinį, gali inaktyvinti cisteino proteazę, o veiksmingų koncentracijų intervalai persidengia.

Tai elegantiškas paaiškinimas, bet kartu ir įspėjimas. Oksidacijos ir redukcijos reakcijose aktyvi molekulė, oksiduojanti atvirus cisteinus, esant bet kuriai veiksmingai koncentracijai turės daugiau nei vieną taikinį. Tau deagregacijos, kaspazių ir galbūt kitų tyrimų rezultatus sieja tas pats cheminis veiksmas, tačiau jo objektai skiriasi. Bendras veiksmas nereiškia, kad šias išvadas galima sukeisti. Tai reiškia, kad dozė ir aplinkybės lemia, kuris taikinys svarbus, o ilgalaikis dozavimas, nukreiptas į vieną nuo cisteino priklausantį procesą, gali paveikti ir kitus procesus; kaspazių tyrimo autoriai šį aspektą iškėlė tiesiogiai. Susiję klausimai apie tai, kaip metileno mėlio oksidacijos ir redukcijos chemija lemia jo taikinius, ką proteasomos aktyvinimas reiškia kitiems agreguotiems baltymams ir ar ilgalaikis dozavimas keičia taikinių profilį, verti atskiro aptarimo.

Mechanizmai pagal vertinamuosius rodiklius: kuris rezultatas siejamas su kuriuo modeliu

Skaitykite lentelę eilutė po eilutės, ir išvada bus aiški. Nė vienas rodiklis nekinta visuose stulpeliuose. Ryškiausias amiloido gamybos rezultatas gautas tyrime, kuriame proteasoma apskritai nebuvo tirta. Ryškiausias proteasomos rezultatas gautas tyrime, kuriame pirmtako apdorojimas visiškai nepakito. Tau rezultatas daugiausia remiasi mėgintuvėlių tyrimais ir chemine reakcija, kuri taip pat veikia netikslinius fermentus. Kas sujungia šiuos stulpelius į vieną teiginį, kad metileno mėlis šalina patologinius baltymus kaip klasę, rašo niekada neatlikto eksperimento apžvalgą.

Tokio pat tikslumo reikia ir kalbant apie pacientus. Ar šie mechanizmai kartu duoda klinikinės naudos, yra atskiras klausimas, turintis savus tyrimus ir savas išvadas. Jis nagrinėjamas straipsnyje apie Alzheimerio ligos klinikinius įrodymus, o ne čia.