Methylene blue, tau, at amyloid: bakit magkakaiba ang mga mekanismo ng pag-aalis ng protina

Itanong kung ano ang ginagawa ng methylene blue sa mga protinang kaugnay ng sakit na Alzheimer, at isang tiyak na sagot ang maririnig mo sa halip na tatlong sagot na may kani-kaniyang limitasyon. Sa isang test tube, hinahadlangan nito ang pagdikit-dikit ng tau. Sa isang modelo ng daga, pinabababa nito ang natutunaw na amyloid habang walang pagbabago sa tau. Sa isa pa, pinahihina nito ang enzyme na gumagawa ng amyloid sa simula pa lamang. Totoo ang bawat isa sa mga ito. Wala sa mga ito ang buong kuwento, at hindi lahat ay nangyayari sa iisang hayop nang sabay-sabay. Pinaghihiwalay ng artikulong ito ang tatlo upang hindi na banggitin ang resulta ng isang eksperimento bilang patunay ng iba.

Ang mga mambabasang nais ng mas malawak na pag-unawa sa kung paano kumikilos ang methylene blue sa loob ng mga selula ay dapat magsimula roon. Ang mga gustong malaman kung nakatulong sa mga pasyente ang alinman sa mga ito ay dapat basahin ang klinikal na tala tungkol sa sakit na Alzheimer, kung saan nararapat talakayin ang mga kinalabasan ng mga pagsubok sa tao. Hindi inuulit ng artikulong ito ang talang iyon.

Ang natuklasan tungkol sa tau ay mula sa mga pagsusuri ng agregasyon

Ang pinakamatanda sa tatlong kuwento ay nagmula sa pananaliksik na walang selula tungkol sa tau, ang protinang bumubuo ng mga neurofibrillary tangle. Sa pagsusuri ng pagbubuklod ng tau sa tau, nagsasama-sama ang mga piraso ng tau upang bumuo ng magkapares na helikal na filament, at hinahadlangan ng mga pangkulay na phenothiazine, kabilang ang methylene blue, ang pagbuong iyon sa mabababang konsentrasyong micromolar. Nagbigay ang sumunod na pananaliksik na biyokemikal ng paliwanag na kemikal: ino-oxidize ng pangkulay ang mga residue ng cysteine sa tau, na nagpapatatag sa anyong monomer nito at pumipigil sa mga fibril na kung hindi ay tutubo. Ang mga naiulat na konsentrasyong pumipigil sa agregasyon ng tau ay humigit-kumulang mula sa isang-digit hanggang sa mabababang sampu-sampung micromolar, isang saklaw na mahalaga sa lahat ng susunod na talakayin.

Pansinin kung anong uri ng pahayag ito. Wala itong sinasabi tungkol sa produksiyon ng tau, phosphorylation ng tau sa buhay na utak, o pag-aalis ng tau. Sinasabi nito na sa ilalim ng mga itinakdang kondisyon sa isang tubo, pinipigilan ng na-oxidize na pangkulay ang pagpapatong-patong ng tau. Tiyak, limitado, at kapaki-pakinabang ang resultang iyon. Nagsisimula ang problema kapag pinalalawak ito tungo sa pangkalahatang pahayag na inaalis ng methylene blue ang patolohiyang kaugnay ng tau, dahil hindi sinusuportahan ng datos mula sa mga hayop ang bersiyong iyon.

Ang natuklasan tungkol sa proteasome ay mula sa mga dagang 3xTg-AD, at magkaiba ang naging resulta para sa amyloid at tau

Ang pinakamalinaw na eksperimentong nagpakita ng magkakaibang resulta ay isang 16-linggong pag-aaral sa pagpapakain ng mga dagang may tatlong mutasyong kaugnay ng Alzheimer. Kumain ang mga hayop ng pakain na may methylene blue mula sa edad na anim na buwan, at sabay na sinukat ng mga mananaliksik ang tatlong bagay: ang proteasome, mga antas ng amyloid, at tau.

Nagbago ang proteasome. Tumaas nang humigit-kumulang isang-kapat ang aktibidad na tulad ng chymotrypsin at nang humigit-kumulang kalahati ang aktibidad na tulad ng trypsin, samantalang walang makabuluhang pagbabago sa ikatlong aktibidad na katalitiko. Bumaba nang humigit-kumulang isang-kapat ang bawat isa sa natutunaw na amyloid-beta 40 at 42. Itinuring ito ng mga may-akda bilang pagtaas ng pag-aalis sa halip na pagbaba ng produksiyon, dahil hindi nagbago ang precursor na protina at ang mga pirasong bunga ng pagproseso nito, at bumuti ang pagkatuto at memorya sa probe trial ng water maze.

Ngunit may mga resultang hindi sumabay. Hindi nagbago ang hindi natutunaw na amyloid. Hindi nagbago ang paglamlam para sa mga plaque. Hindi nagbago ang kabuuang tau ng tao at phospho-tau sa threonine 181, at hindi rin nagbago ang pagkakalagay ng tau sa maling lokasyon. Hindi rin nagbago ang mga sukat na kaugnay ng mitochondria: walang makabuluhang epekto sa aktibidad ng cytochrome-c oxidase, sa protinang oxidase, o sa ATP. Kaya sa modelong ito, sa ganitong regimen, pinataas ng methylene blue ang dalawa sa tatlong aktibidad ng proteasome, pinababa ang natutunaw na amyloid, naibalik ang isang sukatan ng pag-uugali, at iniwang walang pagbabago ang mga sinusukat na resulta para sa tau, hindi natutunaw na amyloid, at mga sinuring resulta para sa mitochondria.

Isang paalala ang nagpapalinaw sa punto sa halip na magpahina rito. Hindi pa nagkakaroon ng mga agregado ng tau ang mga dagang ito sa edad na sinuri, kaya hindi maipakikita ng eksperimento na hindi gumagana ang methylene blue laban sa mga tangle ng tau. Ipinakikita nito na maaaring bumaba ang natutunaw na amyloid habang hindi nagbabago ang mga sinusukat na resulta para sa tau—eksaktong uri ng resultang nagbago ang isang protina ngunit hindi ang isa na kailangan sa paksang ito. Kung naniniwala kang sabay na inaalis ng pagpapagana ng proteasome ng methylene blue ang dalawang pangunahing protinang palatandaan ng sakit, ang pag-aaral na ito ang pagwawasto.

Ang natuklasan tungkol sa produksiyon ng amyloid ay mula sa matatandang dagang PSAPP, at salungat ito sa naunang mekanismo

Ibang grupo, ibang modelo, at kabaligtarang paliwanag sa mas naunang hakbang ng proseso. Sa isang tatlong-buwang pag-aaral na gumagamit ng gavage sa mga dagang PSAPP na 15 buwan ang edad, ang araw-araw na dosis na 3 mg/kg na ibinibigay sa bibig ay nagpababa sa dami ng plaque sa iba't ibang rehiyon ng utak nang humigit-kumulang isang-katlo hanggang kalahati at nagpababa sa ilang praksyon ng amyloid, kabilang ang mga oligomer na sinukat gamit ang isang pagsusuring partikular para rito. Ngunit dito, ang iminungkahing mekanismo ay pagbaba ng produksiyon, hindi mas mabilis na pag-aalis: bumaba ang protinang BACE1 sa utak, bumaba ang produkto nitong C99, ngunit hindi ang messenger RNA, na tumutukoy sa epekto sa antas ng protina sa halip na pagbawas ng ekspresyon ng gene.

Pinatibay ng pananaliksik sa mga selula ang paliwanag. Sa isang pagsusuring walang selula na gumagamit ng recombinant na enzyme, direktang pinigil ng methylene blue ang BACE1. Sa mga selula ng obaryo ng hamster na nagpapahayag ng amyloid precursor protein ng tao, bumaba ang inilalabas na amyloid 40 at 42 sa mga konsentrasyong kasingbaba ng 1.56 micromolar habang hindi nagbago ang precursor mismo. Ihambing ito sa naunang pag-aaral, kung saan hindi nagbago ang mga pirasong bunga ng pagproseso ng precursor at iniugnay ang epekto sa pag-aalis. Hindi maaaring ilarawan ng dalawang ito ang iisang unibersal na mekanismo, dahil magkakaiba ang mga modelo, edad, dosis, paraan ng pagbibigay, at tagal. Iyon ang punto. Dumaraan sa produksiyon ang mga epekto ng methylene blue sa amyloid sa isang kaayusan ng eksperimento at sa pag-aalis naman sa isa pa, at nakaliligaw ang pagbanggit sa alinman nang hindi inilalahad ang kaayusang pinagmulan nito.

Isang kemikal na proseso, maraming target: ang ugnayan sa oksidasyon ng cysteine

Ipinapaliwanag ng ikatlong hanay ng pananaliksik kung paano lumilitaw ang iisang kemikal na prosesong redox sa mga kuwento tungkol sa mga protinang hindi magkaugnay. Sa isang biyokemikal na pag-aaral ng pagpigil sa caspase, pinawalang-aktibo ng methylene blue ang caspase-6 sa pamamagitan ng pag-oxidize sa katalitikong cysteine nito tungo sa sulfenic acid, na nakumpirma sa pamamagitan ng mass spectrometry, sa konsentrasyong nagbibigay ng kalahati ng pinakamataas na epekto na malapit sa 10.6 micromolar. Napigilan ang caspase-3 sa katulad na konsentrasyon. Tahasang iniugnay ito ng mga may-akda sa literatura tungkol sa tau: ang parehong kemikal na prosesong nag-o-oxidize ng cysteine na iminungkahing nagpapanatili sa tau bilang monomer ay maaaring magpawalang-aktibo sa isang cysteine protease, at nagkakapatong ang mga epektibong konsentrasyon.

Mahusay ang paliwanag na ito, ngunit isa rin itong babala. Ang isang molekulang aktibo sa redox na nag-o-oxidize ng mga nakalantad na cysteine ay magkakaroon ng higit sa isang target sa anumang konsentrasyong may aktibidad. Ang kuwento ng paghiwa-hiwalay ng mga agregado ng tau, ang kuwento ng caspase, at posibleng iba pa ay may iisang kemikal na kilos ngunit magkakaibang pinatutungkulan. Hindi ginagawang mapagpapalit ng magkaparehong kilos na iyon ang mga natuklasan. Ibig sabihin nito, ang dosis at konteksto ang nagtatakda kung aling target ang mahalaga, at ang pangmatagalang pagbibigay ng dosis na nakatuon sa isang prosesong nakadepende sa cysteine ay maaaring makaapekto rin sa iba—isang konsiderasyong tuwirang binanggit ng mga may-akda ng pag-aaral sa caspase. Ang mga kaugnay na tanong tungkol sa kung paano pinipili ng redox chemistry ng methylene blue ang mga target nito, kung ano ang ipinahihiwatig ng pagpapagana ng proteasome para sa iba pang nag-agregadong protina, at kung binabago ng pangmatagalang pagbibigay ng dosis ang hanay ng mga target ay karapat-dapat sa kani-kaniyang pagtalakay.

Mekanismo ayon sa sinusukat na resulta: aling natuklasan ang mula sa aling modelo

Basahin ang talahanayan nang paisa-isang hanay at malinaw ang aral. Walang iisang hanay na nagpapakita ng pagbabago sa bawat kolum. Ang pinakamatibay na resulta tungkol sa produksiyon ng amyloid ay mula sa pag-aaral na hindi kailanman sumuri sa proteasome. Ang pinakamatibay na resulta tungkol sa proteasome ay mula sa pag-aaral kung saan hindi nagbago ang pagproseso ng precursor. Ang resulta tungkol sa tau ay pangunahing mula sa mga tubo at sa kemikal na prosesong kapareho ng sa mga enzyme na hindi nilalayong target. Sinumang magsama-sama sa mga kolum na ito sa iisang pahayag—na inaalis ng methylene blue ang mga patolohikal na protina bilang isang pangkat—ay gumagawa ng rebyu ng isang eksperimentong hindi kailanman isinagawa.

Umaabot sa mga pasyente ang ganitong disiplina. Hiwalay na tanong kung humahantong sa klinikal na pakinabang ang pinagsama-samang mekanismong ito, na may sarili nitong mga pagsubok at mga konklusyon. Sinasagot iyon sa klinikal na ebidensiya tungkol sa Alzheimer sa halip na rito.