Albastrul de metilen, tau și amiloidul: de ce diferă mecanismele de eliminare a proteinelor

Întrebați ce efect are albastrul de metilen asupra proteinelor implicate în boala Alzheimer și veți auzi un singur răspuns categoric acolo unde ar trebui să auziți trei răspunsuri nuanțate. În eprubetă, împiedică moleculele de tau să se lege între ele. Într-un model murin, reduce amiloidul solubil fără să modifice tau. În altul, reduce activitatea enzimei care produce amiloidul. Fiecare dintre aceste constatări este reală. Niciuna nu reprezintă întreaga poveste și nu toate apar simultan la același animal. Acest articol le separă pe cele trei, astfel încât un rezultat dintr-un experiment să nu mai fie citat drept dovadă pentru altul.

Cititorii care doresc o perspectivă mai amplă asupra modului în care albastrul de metilen acționează în interiorul celulelor ar trebui să înceapă de acolo. Cei care vor să știe dacă aceste efecte au ajutat pacienții ar trebui să citească datele clinice privind boala Alzheimer, unde își au locul rezultatele studiilor la oameni. Acest articol nu reia acele date.

Constatarea privind tau aparține testelor de agregare

Cea mai veche dintre cele trei direcții de cercetare provine din studii în sisteme acelulare asupra tau, proteina care formează aglomerări neurofibrilare. În testul de legare tau-tau, fragmentele de tau se asamblează în filamente elicoidale pereche, iar coloranții fenotiazinici, inclusiv albastrul de metilen, blochează această asamblare la concentrații micromolare mici. Studii biochimice ulterioare au oferit o explicație chimică: colorantul oxidează reziduurile de cisteină din tau, ceea ce stabilizează forma monomerică și împiedică formarea fibrilelor care altfel s-ar dezvolta. Concentrațiile inhibitoare raportate pentru agregarea tau se situează aproximativ între câteva unități și câteva zeci de micromolari, un interval important pentru tot ce urmează.

Observați ce fel de afirmație este aceasta. Nu spune nimic despre producția de tau, fosforilarea tau într-un creier viu sau eliminarea tau. Spune că, în condiții definite, într-o eprubetă, colorantul oxidat împiedică moleculele de tau să se asocieze. Este un rezultat precis, limitat și util. Problemele încep când este extins la afirmația generală că albastrul de metilen elimină patologia tau, deoarece datele obținute la animale nu susțin această versiune.

Constatarea privind proteazomul aparține șoarecilor 3xTg-AD și a separat efectele asupra amiloidului de cele asupra tau

Experimentul care arată cel mai clar această diferență între parametrii evaluați este un studiu alimentar de 16 săptămâni la șoareci purtători ai trei mutații asociate bolii Alzheimer. Animalele au primit hrană cu albastru de metilen începând de la vârsta de șase luni, iar cercetătorii au măsurat simultan trei lucruri: proteazomul, nivelurile de amiloid și tau.

Activitatea proteazomului s-a modificat. Activitatea de tip chimotripsină a crescut cu aproximativ un sfert, iar cea de tip tripsină cu aproximativ jumătate, în timp ce a treia activitate catalitică nu s-a modificat semnificativ. Nivelurile de beta-amiloid solubil 40 și 42 au scăzut fiecare cu aproximativ un sfert. Autorii au interpretat acest rezultat ca pe o eliminare crescută, nu ca pe o producție redusă, deoarece proteina precursoare și fragmentele rezultate din procesarea ei nu s-au modificat, iar învățarea și memoria s-au îmbunătățit la testul de sondare în labirintul acvatic.

Au urmat însă rezultatele divergente. Amiloidul insolubil nu s-a modificat. Colorarea pentru evidențierea plăcilor nu s-a modificat. Tau uman total și tau fosforilat la treonina 181 nu s-au modificat, iar localizarea anormală a tau nu s-a modificat. Nici parametrii mitocondriali nu s-au schimbat: nu s-a observat niciun efect semnificativ asupra activității citocrom-c oxidazei, asupra nivelului proteinei oxidazei sau asupra ATP. Așadar, în acest model și cu această schemă de administrare, albastrul de metilen a crescut două dintre cele trei activități ale proteazomului, a redus amiloidul solubil, a corectat un deficit comportamental și a lăsat neschimbați parametrii tau, amiloidul insolubil și parametrii mitocondriali testați.

O precizare face concluzia mai exactă, nu mai slabă. Acești șoareci nu dezvoltaseră încă agregate tau la vârsta testată, așa că experimentul nu poate demonstra că albastrul de metilen nu acționează asupra aglomerărilor tau. El arată că amiloidul solubil poate scădea fără ca parametrii tau măsurați să se modifice, exact tipul de rezultat în care o proteină se schimbă, iar alta nu, de care are nevoie acest subiect. Dacă ați ajuns aici crezând că activarea proteazomului de către albastrul de metilen elimină împreună ambele proteine caracteristice bolii, acest studiu corectează acea idee.

Constatarea privind producția de amiloid aparține șoarecilor PSAPP vârstnici și contrazice mecanismul anterior

Un alt grup, un alt model și explicația opusă pentru procesul din amonte. În un studiu de trei luni cu administrare prin gavaj la șoareci PSAPP în vârstă de 15 luni, o doză orală zilnică de 3 mg/kg a redus încărcătura de plăci în regiunile cerebrale cu aproximativ o treime până la jumătate și a scăzut mai multe fracții de amiloid, inclusiv oligomerii măsurați printr-un test dedicat. Însă aici mecanismul propus a fost reducerea producției, nu accelerarea eliminării: nivelul proteinei BACE1 din creier a scăzut, produsul său C99 a scăzut, iar ARN-ul mesager nu, ceea ce indică un efect la nivelul proteinei, nu o reducere a expresiei genei.

Studiile celulare au consolidat această explicație. Într-un test acelular cu enzimă recombinantă, albastrul de metilen a inhibat direct BACE1, iar în celule ovariene de hamster care exprimau proteina precursoare a amiloidului uman, amiloidul secretat 40 și 42 a scăzut la concentrații de numai 1.56 micromolari, în timp ce precursorul în sine a rămas neschimbat. Comparați acest rezultat cu studiul anterior, unde fragmentele rezultate din procesarea precursorului nu s-au modificat, iar efectul a fost atribuit eliminării. Cele două nu pot descrie același mecanism universal, deoarece modelele, vârstele, dozele, căile de administrare și duratele diferă. Tocmai aceasta este ideea. Efectele albastrului de metilen asupra amiloidului se manifestă prin producție într-un context experimental și prin eliminare în altul, iar citarea oricăruia fără contextul său experimental induce în eroare.

O singură chimie, mai multe ținte: legătura prin oxidarea cisteinei

O a treia direcție de cercetare explică modul în care aceeași chimie redox poate apărea în contexte legate de proteine diferite. În un studiu biochimic asupra inhibării caspazelor, albastrul de metilen a inactivat caspaza-6 prin oxidarea cisteinei sale catalitice la acid sulfenic, proces confirmat prin spectrometrie de masă, cu o concentrație de inhibare semimaximală de aproximativ 10.6 micromolari. Caspaza-3 a fost inhibată la o concentrație similară. Autorii au legat explicit acest rezultat de literatura despre tau: aceeași reacție de oxidare a cisteinei, propusă pentru menținerea tau în formă monomerică, poate inactiva o protează cu cisteină, iar concentrațiile eficace se suprapun.

Este o explicație elegantă, dar și un avertisment. O moleculă activă redox care oxidează cisteinele expuse va avea mai mult de o țintă la orice concentrație la care este activă. Dezagregarea tau, inhibarea caspazelor și, posibil, alte procese au în comun aceeași acțiune chimică, aplicată unor substraturi diferite. Această acțiune comună nu face constatările interschimbabile. Înseamnă că doza și contextul determină care țintă contează și că administrarea cronică orientată spre un proces dependent de cisteină poate influența și alte procese, un aspect semnalat direct de autorii studiului despre caspaze. Întrebările conexe despre modul în care chimia redox a albastrului de metilen îi selectează țintele, despre implicațiile activării proteazomului pentru alte proteine agregate și despre posibila modificare a profilului țintelor prin administrare pe termen lung merită fiecare o analiză separată.

Mecanismul în funcție de parametrul evaluat: cărui model îi aparține fiecare constatare

Citiți tabelul rând cu rând, iar concluzia devine clară. Niciun rând nu arată modificări în toate coloanele. Cel mai solid rezultat privind producția de amiloid provine din studiul care nu a testat deloc proteazomul. Cel mai solid rezultat privind proteazomul provine din studiul în care procesarea precursorului nu s-a modificat deloc. Rezultatul privind tau provine în principal din experimente în eprubetă și dintr-o chimie comună cu enzime care nu sunt ținta urmărită. Oricine combină aceste coloane într-o singură afirmație, potrivit căreia albastrul de metilen elimină proteinele patologice ca grup, scrie o sinteză a unui experiment care nu a fost efectuat niciodată.

Această rigoare se aplică și pacienților. Dacă aceste mecanisme se traduc într-un beneficiu clinic este o întrebare separată, cu propriile studii și propriile concluzii, iar răspunsul se găsește în dovezile clinice privind boala Alzheimer, nu aici.