Methyleenblauw, tau en amyloïd: waarom mechanismen van eiwitklaring verschillen

Vraag wat methyleenblauw doet met de eiwitten bij de ziekte van Alzheimer en je krijgt één stellig antwoord waar je drie genuanceerde antwoorden zou moeten krijgen. In een reageerbuis belemmert het dat tau aan zichzelf bindt. In één muismodel verlaagt het oplosbaar amyloïd, terwijl tau onveranderd blijft. In een ander remt het het enzym dat amyloïd produceert. Elk van deze bevindingen is echt. Geen ervan vertelt het hele verhaal, en ze treden niet allemaal tegelijkertijd in hetzelfde dier op. Dit artikel houdt de drie uit elkaar, zodat een resultaat uit het ene experiment niet langer wordt aangehaald als bewijs voor het andere.

Lezers die een breder beeld willen van hoe methyleenblauw in cellen werkt, kunnen daar beginnen. Lezers die willen weten of dit patiënten heeft geholpen, kunnen het klinische onderzoek bij de ziekte van Alzheimer lezen: daar horen de resultaten van studies bij mensen thuis. Dit artikel herhaalt die resultaten niet.

De bevinding over tau hoort bij aggregatietests

Het oudste van de drie verhalen komt uit celvrij onderzoek naar tau, het eiwit dat neurofibrillaire kluwens vormt. In de tau-tau-bindingstest vormen taufragmenten gepaarde helixvormige filamenten, en fenothiazinekleurstoffen, waaronder methyleenblauw, blokkeren die vorming bij lage concentraties in het micromolar-bereik. Later biochemisch onderzoek gaf hiervoor een chemische verklaring: de kleurstof oxideert cysteïneresiduen op tau, wat de monomere vorm stabiliseert en de vorming onderdrukt van fibrillen die anders zouden groeien. De gerapporteerde remmende concentraties voor tau-aggregatie liggen grofweg tussen enkele en enkele tientallen micromolar, een bereik dat van belang is voor alles wat volgt.

Let op wat voor uitspraak dit is. Ze zegt niets over tauproductie, taufosforylering in levende hersenen of tauklaring. Ze zegt dat geoxideerde kleurstof onder vastgelegde omstandigheden in een reageerbuis voorkomt dat tau zich stapelt. Dat is een nauwkeurig, afgebakend en bruikbaar resultaat. Het probleem begint wanneer dit wordt opgerekt tot de algemene uitspraak dat methyleenblauw taupathologie opruimt, want de diergegevens ondersteunen die lezing niet.

De bevinding over het proteasoom hoort bij 3xTg-AD-muizen en liet verschillende effecten op amyloïd en tau zien

Het duidelijkste experiment met uiteenlopende eindpunten is een voedingsstudie van 16 weken bij muizen met drie alzheimermutaties. De dieren kregen vanaf een leeftijd van zes maanden voer met methyleenblauw, en de onderzoekers maten drie dingen tegelijk: het proteasoom, amyloïdniveaus en tau.

Het proteasoom veranderde. De chymotrypsineachtige activiteit steeg met ongeveer een kwart en de trypsineachtige activiteit met ongeveer de helft, terwijl de derde katalytische activiteit niet significant veranderde. Oplosbaar amyloïd-bèta 40 en 42 daalden elk met ongeveer een kwart. De auteurs interpreteerden dit als verhoogde klaring in plaats van verminderde productie, omdat het voorlopereiwit en de fragmenten die bij de verwerking ervan ontstaan niet veranderden, en leren en geheugen verbeterden in de proeftest van het waterdoolhof.

En dan de verschillen. Onoplosbaar amyloïd veranderde niet. Plaquekleuring veranderde niet. Totaal menselijk tau en fosfo-tau op threonine 181 veranderden niet, en de afwijkende lokalisatie van tau veranderde evenmin. Ook de mitochondriale metingen veranderden niet: er was geen significant effect op de activiteit van cytochroom-c-oxidase, op het oxidase-eiwit of op ATP. In dit model, met dit toedieningsschema, verhoogde methyleenblauw dus twee van de drie proteasoomactiviteiten, verlaagde het oplosbaar amyloïd, herstelde het een gedragsmaat en liet het de tau-eindpunten, onoplosbaar amyloïd en de onderzochte mitochondriale eindpunten onveranderd.

Eén kanttekening scherpt dit punt aan in plaats van het te verzwakken. Deze muizen hadden op de onderzochte leeftijd nog geen tauaggregaten ontwikkeld, dus het experiment kan niet aantonen dat methyleenblauw niet werkt tegen taukluwens. Het laat zien dat oplosbaar amyloïd kan dalen terwijl de gemeten tau-eindpunten niet veranderen. Dat is precies het soort resultaat — het ene eiwit verandert, het andere niet — dat dit onderwerp nodig heeft. Wie dacht dat proteasoomactivatie door methyleenblauw beide kenmerkende eiwitten tegelijk opruimt, vindt in deze studie de correctie.

De bevinding over amyloïdproductie hoort bij oude PSAPP-muizen en spreekt het vorige mechanisme tegen

Een andere onderzoeksgroep, een ander model en een tegengestelde verklaring voor het voorafgaande proces. In een sondestudie van drie maanden bij PSAPP-muizen van 15 maanden oud verminderde een dagelijkse orale dosis van 3 mg/kg de plaquelast in verschillende hersengebieden met ongeveer een derde tot de helft en verlaagde deze verschillende amyloïdfracties, waaronder oligomeren die met een specifieke test werden gemeten. Maar hier was het voorgestelde mechanisme verminderde productie, niet snellere klaring: het BACE1-eiwit in de hersenen daalde, het product ervan, C99, daalde, maar het boodschapper-RNA niet. Dat wijst op een effect op eiwitniveau in plaats van op minder genexpressie.

Het celonderzoek versterkte die verklaring. In een celvrije test met recombinant enzym remde methyleenblauw BACE1 rechtstreeks. In ovariumcellen van hamsters die menselijk amyloïdvoorlopereiwit tot expressie brachten, daalde uitgescheiden amyloïd 40 en 42 al bij concentraties van 1.56 micromolar, terwijl de voorloper zelf onveranderd bleef. Vergelijk dit met de vorige studie, waarin de verwerkingsfragmenten van de voorloper onveranderd bleven en het effect aan klaring werd toegeschreven. Beide kunnen niet hetzelfde universele mechanisme beschrijven, omdat de modellen, leeftijden, doses, toedieningsroutes en onderzoeksduur verschillen. Dat is precies het punt. De effecten van methyleenblauw op amyloïd verlopen in de ene opzet via productie en in de andere via klaring. Een van beide aanhalen zonder de bijbehorende onderzoeksopzet is misleidend.

Eén chemisch proces, meerdere doelwitten: cysteïneoxidatie als brug

Een derde onderzoekslijn verklaart hoe hetzelfde redoxchemische proces kan opduiken in verhalen over verschillende eiwitten. In een biochemische studie naar caspaseremming inactiveerde methyleenblauw caspase-6 door de katalytische cysteïne ervan te oxideren tot sulfeenzuur, bevestigd met massaspectrometrie, bij een halfmaximale concentratie van ongeveer 10.6 micromolar. Caspase-3 werd bij een vergelijkbare concentratie geremd. De auteurs legden expliciet een verband met de tauliteratuur: hetzelfde cysteïne-oxiderende chemische proces dat volgens de voorgestelde verklaring tau monomeer houdt, kan een cysteïneprotease uitschakelen, en de werkzame concentraties overlappen.

Dat is elegant, maar ook een waarschuwing. Een redoxactief molecuul dat blootliggende cysteïnes oxideert, zal bij elke werkzame concentratie meer dan één doelwit hebben. Het verhaal over tau-disaggregatie, het verhaal over caspase en mogelijk andere verhalen delen dezelfde chemische handeling, maar met verschillende eiwitten. Die gedeelde handeling maakt de bevindingen niet onderling uitwisselbaar. Ze betekent dat dosis en context bepalen welk doelwit relevant is, en dat chronische toediening gericht op één cysteïneafhankelijk proces ook andere processen kan beïnvloeden. De auteurs van de caspasestudie brachten die overweging expliciet naar voren. Verwante vragen over hoe de redoxchemie van methyleenblauw zijn doelwitten selecteert, wat proteasoomactivatie betekent voor andere geaggregeerde eiwitten en of langdurige toediening het doelwitprofiel verandert verdienen elk een eigen bespreking.

Mechanisme per eindpunt: welke bevinding hoort bij welk model

Lees de tabel rij voor rij en de les is duidelijk. Geen enkele rij laat in elke kolom een verandering zien. Het sterkste resultaat voor amyloïdproductie komt uit de studie waarin het proteasoom nooit werd onderzocht. Het sterkste proteasoomresultaat komt uit de studie waarin de verwerking van de voorloper helemaal niet veranderde. Het tauresultaat komt vooral uit reageerbuizen en uit een chemisch proces dat ook bij enzymen buiten het beoogde doelwit optreedt. Wie deze kolommen samenvoegt tot één bewering — dat methyleenblauw pathologische eiwitten als groep opruimt — schrijft een overzicht van een experiment dat nooit is uitgevoerd.

Die zorgvuldigheid geldt ook voor patiënten. Of deze mechanismen samen klinisch voordeel opleveren, is een afzonderlijke vraag met eigen studies en eigen conclusies. Die wordt beantwoord bij het klinische bewijs bij de ziekte van Alzheimer, niet hier.