Biru metilena, tau dan amiloid: mengapa mekanisme penyingkiran protein berbeza

Tanyakan apa yang dilakukan oleh biru metilena terhadap protein dalam penyakit Alzheimer, dan anda akan mendengar satu jawapan yang penuh keyakinan, sedangkan sepatutnya ada tiga jawapan berserta batasannya. Dalam tabung uji, ia mengganggu perlekatan tau sesama sendiri. Dalam satu model tikus, ia menurunkan amiloid larut tanpa mengubah tau. Dalam model lain, ia mengurangkan aktiviti enzim yang menghasilkan amiloid sejak awal. Setiap penemuan ini benar. Namun, tiada satu pun menggambarkan keseluruhan keadaan, dan semuanya tidak berlaku dalam haiwan yang sama pada masa yang sama. Artikel ini memisahkan ketiga-tiganya supaya hasil daripada satu eksperimen tidak lagi dipetik sebagai bukti bagi eksperimen yang lain.

Pembaca yang mahukan gambaran lebih luas tentang cara biru metilena bertindak di dalam sel patut bermula di situ. Pembaca yang ingin mengetahui sama ada semua ini membantu pesakit patut membaca rekod klinikal dalam penyakit Alzheimer, tempat yang sesuai untuk membincangkan hasil percubaan manusia. Artikel ini tidak mengulangi rekod tersebut.

Penemuan tentang tau berasal daripada asai pengagregatan

Kisah paling awal antara ketiga-tiganya berasal daripada kajian tanpa sel terhadap tau, iaitu protein yang membentuk kusutan neurofibril. Dalam asai pengikatan tau-tau, fragmen tau bergabung membentuk filamen heliks berpasangan, dan pewarna fenotiazina termasuk biru metilena menyekat pembentukan itu pada kepekatan micromolar yang rendah. Kajian biokimia kemudian memberikan penjelasan kimia: pewarna itu mengoksidakan residu sisteina pada tau, lalu menstabilkan bentuk monomer dan menekan pembentukan fibril yang sebaliknya akan tumbuh. Kepekatan perencatan pengagregatan tau yang dilaporkan berada kira-kira dalam julat satu digit hingga puluhan rendah micromolar, suatu julat yang penting bagi semua perbincangan seterusnya.

Perhatikan jenis dakwaan ini. Ia tidak menyatakan apa-apa tentang penghasilan tau, pemfosforilan tau dalam otak hidup atau penyingkiran tau. Ia menyatakan bahawa dalam keadaan yang ditetapkan di dalam tabung uji, pewarna teroksida menghalang tau daripada bertindan. Itu ialah hasil yang tepat, terhad dan berguna. Masalah bermula apabila hasil itu diperluas menjadi kenyataan umum bahawa biru metilena menyingkirkan patologi tau, kerana data haiwan tidak menyokong versi tersebut.

Penemuan tentang proteasom berasal daripada tikus 3xTg-AD, dan menunjukkan perbezaan antara amiloid dengan tau

Eksperimen paling jelas yang menunjukkan perbezaan antara titik akhir ialah kajian pemakanan selama 16 minggu pada tikus yang membawa tiga mutasi Alzheimer. Haiwan tersebut diberi makanan yang mengandungi biru metilena bermula pada usia enam bulan, dan penyelidik mengukur tiga perkara serentak: proteasom, paras amiloid dan tau.

Aktiviti proteasom berubah. Aktiviti seakan kimotripsin meningkat kira-kira satu perempat dan aktiviti seakan tripsin kira-kira separuh, manakala aktiviti pemangkin ketiga tidak berubah secara signifikan. Amiloid-beta 40 dan 42 yang larut masing-masing menurun kira-kira satu perempat. Penulis mentafsirkan ini sebagai peningkatan penyingkiran dan bukannya pengurangan penghasilan, kerana protein prekursor dan fragmen pemprosesannya tidak berubah, manakala pembelajaran dan ingatan bertambah baik dalam ujian prob labirin air.

Namun, terdapat hasil yang tidak seiring. Amiloid tidak larut tidak berubah. Pewarnaan plak tidak berubah. Jumlah keseluruhan tau manusia dan fosfo-tau pada treonina 181 tidak berubah, dan penyetempatan tau yang salah juga tidak berubah. Ukuran mitokondria turut tidak berubah: tiada kesan signifikan terhadap aktiviti sitokrom-c oksidase, protein oksidase atau ATP. Jadi, dalam model ini dan dengan rejimen ini, biru metilena meningkatkan dua daripada tiga aktiviti proteasom, menurunkan amiloid larut, memulihkan satu ukuran tingkah laku, dan tidak mengubah titik akhir tau, amiloid tidak larut serta titik akhir mitokondria yang diuji.

Satu batasan menjadikan hujah ini lebih jelas, bukannya melemahkannya. Tikus-tikus ini belum membentuk agregat tau pada usia yang diuji, jadi eksperimen itu tidak dapat menunjukkan bahawa biru metilena gagal bertindak terhadap kusutan tau. Ia menunjukkan bahawa amiloid larut boleh menurun sedangkan titik akhir tau yang diukur tidak berubah. Inilah jenis hasil yang diperlukan untuk topik ini: satu protein berubah, satu lagi tidak. Jika anda datang dengan kepercayaan bahawa pengaktifan proteasom oleh biru metilena menyingkirkan kedua-dua protein ciri utama secara serentak, kajian ini membetulkan tanggapan tersebut.

Penemuan tentang penghasilan amiloid berasal daripada tikus PSAPP berusia lanjut, dan bercanggah dengan mekanisme sebelumnya

Kumpulan berbeza, model berbeza dan penjelasan pada peringkat huluan yang bertentangan. Dalam kajian gavage selama tiga bulan pada tikus PSAPP berusia 15 bulan, dos oral harian sebanyak 3 mg/kg mengurangkan beban plak merentas kawasan otak kira-kira satu pertiga hingga separuh, serta menurunkan beberapa fraksi amiloid, termasuk oligomer yang diukur menggunakan asai khusus. Namun, mekanisme yang dicadangkan di sini ialah pengurangan penghasilan, bukan penyingkiran yang lebih cepat: protein BACE1 dalam otak menurun, produknya C99 menurun, tetapi RNA pengutus tidak menurun. Ini menunjukkan kesan pada peringkat protein, bukannya pengurangan ekspresi gen.

Kajian sel mengukuhkan penjelasan tersebut. Dalam asai tanpa sel menggunakan enzim rekombinan, biru metilena merencat BACE1 secara langsung. Dalam sel ovari hamster yang mengekspresikan protein prekursor amiloid manusia, amiloid 40 dan 42 yang dirembeskan menurun pada kepekatan serendah 1.56 micromolar, sedangkan prekursor itu sendiri kekal tidak berubah. Bandingkan ini dengan kajian sebelumnya, apabila fragmen pemprosesan prekursor tidak berubah dan penyingkiran dianggap sebagai puncanya. Kedua-duanya tidak boleh menerangkan mekanisme sejagat yang sama, kerana model, usia, dos, laluan pemberian dan tempohnya berbeza. Itulah pokoknya. Kesan biru metilena terhadap amiloid berlaku melalui penghasilan dalam satu susunan eksperimen dan melalui penyingkiran dalam susunan yang lain. Memetik mana-mana hasil tanpa menyatakan susunan eksperimennya boleh mengelirukan.

Satu proses kimia, beberapa sasaran: kaitan melalui pengoksidaan sisteina

Satu lagi jalur penyelidikan menerangkan bagaimana proses kimia redoks yang sama boleh muncul dalam kisah protein yang tidak berkaitan. Dalam kajian biokimia tentang perencatan kaspase, biru metilena menyahaktifkan kaspase-6 dengan mengoksidakan sisteina pemangkinnya menjadi asid sulfenik, yang disahkan melalui spektrometri jisim, dengan kepekatan untuk mencapai kesan separuh maksimum sekitar 10.6 micromolar. Kaspase-3 direncat pada kepekatan yang serupa. Penulis mengaitkan hal ini secara jelas dengan literatur tau: proses kimia pengoksidaan sisteina yang sama, yang dicadangkan mengekalkan tau dalam bentuk monomer, boleh menyahaktifkan protease sisteina, dan kepekatan berkesannya bertindih.

Penjelasan ini kemas, tetapi juga merupakan satu peringatan. Molekul aktif redoks yang mengoksidakan sisteina terdedah akan mempunyai lebih daripada satu sasaran pada mana-mana kepekatan aktif. Kisah penguraian agregat tau, kisah kaspase dan mungkin kisah lain berkongsi tindakan kimia yang sama terhadap sasaran berbeza. Tindakan bersama itu tidak menjadikan penemuan tersebut saling boleh menggantikan. Ini bermakna dos dan konteks menentukan sasaran yang penting, dan pemberian dos secara kronik yang ditujukan kepada satu proses bergantung pada sisteina mungkin turut mempengaruhi proses lain, suatu pertimbangan yang dibangkitkan secara langsung oleh penulis kajian kaspase. Persoalan berkaitan tentang cara kimia redoks biru metilena memilih sasarannya, implikasi pengaktifan proteasom terhadap protein teragregat lain, dan sama ada pemberian dos jangka panjang mengubah profil sasaran masing-masing wajar dibincangkan secara berasingan.

Mekanisme mengikut titik akhir: penemuan mana berasal daripada model mana

Baca jadual ini baris demi baris, dan pengajarannya jelas. Tiada satu baris pun menunjukkan perubahan dalam setiap lajur. Hasil paling kukuh tentang penghasilan amiloid berasal daripada kajian yang tidak pernah menguji proteasom. Hasil paling kukuh tentang proteasom berasal daripada kajian yang tidak menunjukkan sebarang perubahan dalam pemprosesan prekursor. Hasil tentang tau kebanyakannya berasal daripada tabung uji dan proses kimia yang dikongsi dengan enzim di luar sasaran. Sesiapa yang menggabungkan lajur-lajur ini menjadi satu dakwaan bahawa biru metilena menyingkirkan protein patologi sebagai satu kelas sedang menulis ulasan tentang eksperimen yang tidak pernah dijalankan.

Disiplin ini juga terpakai kepada pesakit. Sama ada mekanisme-mekanisme ini menghasilkan manfaat klinikal ialah persoalan berasingan dengan percubaan dan kesimpulannya sendiri. Jawapannya dibincangkan dalam bukti klinikal Alzheimer, bukan di sini.