Metilen mavisi, tau ve amiloid: protein temizleme mekanizmaları neden farklıdır?

Metilen mavisinin Alzheimer hastalığıyla ilişkili proteinlere ne yaptığını sorarsanız, koşulları belirtilmiş üç yanıt duymanız gerekirken tek bir kesin yanıt duyarsınız. Bir deney tüpünde tau moleküllerinin birbirine yapışmasını engeller. Bir fare modelinde tauyu etkilemeden çözünür amiloidi azaltır. Başka bir modelde ise amiloidi üreten enzimin aktivitesini azaltır. Bunların her biri gerçek bir bulgudur. Hiçbiri tablonun tamamını açıklamaz ve hepsi aynı hayvanda aynı anda gerçekleşmez. Bu yazı, bir deneyin sonucunun başka bir deneyin kanıtı olarak aktarılmasını önlemek için bu üç bulguyu birbirinden ayırır.

Metilen mavisinin hücre içinde nasıl etki gösterdiğine ilişkin daha geniş bir çerçeve isteyen okurlar oradan başlamalıdır. Bunların herhangi birinin hastalara yarar sağlayıp sağlamadığını öğrenmek isteyen okurlar ise insan çalışmalarının sonuçlarının ele alındığı Alzheimer hastalığındaki klinik bulguları okumalıdır. Bu yazı, söz konusu klinik bulguları tekrarlamaz.

Tau bulgusu agregasyon deneylerine aittir

Bu üç açıklamanın en eskisi, nörofibriler yumakları oluşturan protein olan tau üzerine yapılan hücresiz çalışmalardan gelir. Tau-tau bağlanma deneyinde tau parçaları bir araya gelerek çift sarmallı filamentler oluşturur ve metilen mavisi dahil fenotiyazin boyaları, düşük mikromolar konsantrasyonlarda bu oluşumu engeller. Daha sonraki biyokimyasal çalışmalar buna kimyasal bir açıklama getirmiştir: boya, tau üzerindeki sistein kalıntılarını oksitleyerek monomerik formu kararlı hale getirir ve aksi halde büyüyecek fibrilleri baskılar. Tau agregasyonu için bildirilen inhibitör konsantrasyonlar, kabaca tek haneli mikromolar değerlerden onlar düzeyinin alt sınırlarına kadar uzanır; bu aralık, aşağıda ele alınan tüm bulgular açısından önemlidir.

Buradaki iddianın türüne dikkat edin. Bu bulgu, tau üretimi, canlı bir beyinde tau fosforilasyonu veya tau temizlenmesi hakkında bir şey söylemez. Tanımlanmış deney tüpü koşullarında, oksitlenmiş boyanın tau moleküllerinin üst üste dizilmesini engellediğini söyler. Bu, kesin, dar kapsamlı ve yararlı bir sonuçtur. Sorun, bu sonuç metilen mavisinin tau patolojisini temizlediğine ilişkin genel bir ifadeye dönüştürüldüğünde başlar; çünkü hayvan verileri bu yorumu desteklemez.

Proteazom bulgusu 3xTg-AD farelerine aittir ve amiloid ile tau sonuçlarını birbirinden ayırmıştır

Sonlanım noktalarının birbirinden ayrıldığını en açık gösteren deney, üç Alzheimer mutasyonu taşıyan farelerde yürütülen 16 haftalık bir beslenme çalışmasıdır. Hayvanlar altı aylık olduklarından itibaren metilen mavisi içeren yemle beslenmiş ve araştırmacılar aynı anda üç şeyi ölçmüştür: proteazom, amiloid düzeyleri ve tau.

Proteazom aktivitesi değişmiştir. Kimotripsin benzeri aktivite yaklaşık dörtte bir, tripsin benzeri aktivite ise yaklaşık yarı oranında artarken üçüncü katalitik aktivitede anlamlı bir değişiklik olmamıştır. Çözünür amiloid-beta 40 ve 42 düzeylerinin her biri yaklaşık dörtte bir oranında azalmıştır. Öncül protein ve bu proteinin işlenmesiyle oluşan parçalar değişmediği için yazarlar bu sonucu üretimin azalması yerine temizlenmenin artması olarak yorumlamıştır. Ayrıca su labirentinin prob testinde öğrenme ve bellek performansı iyileşmiştir.

Buna karşılık bazı sonuçlar değişmemiştir. Çözünmeyen amiloid değişmemiştir. Plak boyamasında değişiklik olmamıştır. Toplam insan tau düzeyi ve treonin 181'deki fosfo-tau düzeyi değişmemiş, taunun yanlış hücresel yerleşimi de değişmemiştir. Mitokondriyal ölçümler de değişmemiştir: sitokrom-c oksidaz aktivitesi, oksidaz proteini veya ATP üzerinde anlamlı bir etki görülmemiştir. Dolayısıyla bu modelde, bu uygulama rejimiyle metilen mavisi üç proteazom aktivitesinden ikisini artırmış, çözünür amiloidi azaltmış ve davranışsal bir ölçümdeki bozulmayı düzeltmiş; tau sonlanım noktalarını, çözünmeyen amiloidi ve test edilen mitokondriyal sonlanım noktalarını ise değiştirmemiştir.

Bir sınırlama, bu noktayı zayıflatmak yerine daha da netleştirir. Bu farelerde test edilen yaşta henüz tau agregatları gelişmemiştir; dolayısıyla deney, metilen mavisinin tau yumaklarına karşı etkisiz olduğunu gösteremez. Ölçülen tau sonlanım noktaları değişmeden çözünür amiloidin azalabileceğini gösterir. Bu konu için tam da böyle, bir proteinin değiştiği ancak diğerinin değişmediği sonuçlara ihtiyaç vardır. Metilen mavisinin proteazom aktivasyonuyla her iki karakteristik proteini birlikte temizlediğini düşünüyorsanız, bu çalışma o düşünceyi düzeltir.

Amiloid üretimi bulgusu yaşlı PSAPP farelerine aittir ve önceki mekanizmayla çelişir

Farklı bir araştırma grubu, farklı bir model ve sürecin önceki basamaklarına ilişkin ters yönde bir açıklama. 15 aylık PSAPP farelerinde yürütülen üç aylık bir gavaj çalışmasında, ağızdan verilen günlük 3 mg/kg doz, beyin bölgelerindeki plak yükünü yaklaşık üçte bir ile yarı arasında azaltmış ve özel bir deneyle ölçülen oligomerler dahil çeşitli amiloid fraksiyonlarını düşürmüştür. Ancak burada önerilen mekanizma daha hızlı temizlenme değil, üretimin azalmasıdır: beyindeki BACE1 proteini ve onun ürünü C99 azalırken haberci RNA değişmemiştir. Bu durum, gen ifadesinin azalmasından ziyade protein düzeyinde bir etkiye işaret eder.

Hücre çalışmaları bu yorumu güçlendirmiştir. Rekombinant enzim kullanılan hücresiz bir deneyde metilen mavisi BACE1'i doğrudan inhibe etmiş; insan amiloid öncül proteinini ifade eden hamster yumurtalık hücrelerinde ise öncül proteinin kendisi değişmeden, salgılanan amiloid 40 ve 42 düzeyleri 1.56 mikromolar kadar düşük konsantrasyonlarda azalmıştır. Bunu, öncül proteinin işlenmesiyle oluşan parçaların değişmediği ve etkinin temizlenmeye bağlandığı önceki çalışmayla karşılaştırın. Modeller, yaşlar, dozlar, uygulama yolları ve süreler farklı olduğu için bu iki çalışma aynı evrensel mekanizmayı açıklayamaz. Asıl nokta budur. Metilen mavisinin amiloid üzerindeki etkileri bir deney düzeninde üretim, diğerinde temizlenme üzerinden gerçekleşir; bunlardan herhangi birini deney koşullarını belirtmeden aktarmak yanıltıcıdır.

Tek kimya, birden çok hedef: sistein oksidasyonunun kurduğu bağlantı

Üçüncü bir araştırma hattı, tek bir redoks kimyasının birbirinden bağımsız protein bulgularında nasıl ortaya çıkabileceğini açıklar. Kaspaz inhibisyonuna ilişkin bir biyokimyasal çalışmada, metilen mavisi kaspaz-6'nın katalitik sisteinini sülfenik aside oksitleyerek enzimi etkisiz hale getirmiştir. Bu durum kütle spektrometrisiyle doğrulanmış ve yarı maksimum etki konsantrasyonu yaklaşık 10.6 mikromolar olarak bulunmuştur. Kaspaz-3 de benzer bir konsantrasyonda inhibe edilmiştir. Yazarlar bu bulguyu tau literatürüyle açıkça ilişkilendirmiştir: taunun monomerik kalmasını sağladığı öne sürülen aynı sistein oksitleme kimyası, bir sistein proteazını da etkisiz hale getirebilir ve etkili konsantrasyon aralıkları örtüşür.

Bu, yalın bir açıklama sunarken aynı zamanda bir uyarı da içerir. Erişilebilir sisteinleri oksitleyen redoks aktif bir molekül, etkin olduğu herhangi bir konsantrasyonda birden fazla hedefi etkileyebilir. Tau agregatlarının dağılması, kaspaz inhibisyonu ve muhtemelen başka süreçlerde, farklı proteinler üzerinde aynı kimyasal işlem gerçekleşir. Bu ortak işlem, bulguları birbirinin yerine kullanılabilir hale getirmez. Hangi hedefin önemli olduğunu dozun ve bağlamın belirlediğini, ayrıca sisteine bağımlı bir süreci hedefleyen kronik doz uygulamasının başka süreçleri de etkileyebileceğini gösterir. Kaspaz çalışmasının yazarları bu hususu doğrudan dile getirmiştir. Metilen mavisinin redoks kimyasının hedeflerini nasıl seçtiği, proteazom aktivasyonunun diğer agregat oluşturan proteinler açısından ne anlama geldiği ve uzun süreli doz uygulamasının hedef profilini değiştirip değiştirmediği gibi bağlantılı soruların her biri ayrı olarak ele alınmayı hak eder.

Sonlanım noktalarına göre mekanizmalar: hangi bulgu hangi modele aittir?

Tabloyu satır satır okuduğunuzda sonuç açıktır. Hiçbir satırda tüm sütunlar boyunca değişiklik görülmez. Amiloid üretimine ilişkin en güçlü sonuç, proteazomu hiç test etmeyen çalışmadan gelir. Proteazoma ilişkin en güçlü sonuç ise öncül proteinin işlenmesinin hiç değişmediği çalışmadan gelir. Tau sonucu büyük ölçüde deney tüplerine ve hedef dışı enzimlerle ortak olan kimyaya dayanır. Bu sütunları birleştirerek metilen mavisinin patolojik proteinleri bir sınıf olarak temizlediğini iddia eden kişi, hiç yapılmamış bir deneyin derlemesini yazmaktadır.

Aynı titizlik hastalar için de geçerlidir. Bu mekanizmaların bir araya gelerek klinik yarar sağlayıp sağlamadığı, kendi çalışmaları ve kendi değerlendirmeleri olan ayrı bir sorudur. Bu soru burada değil, Alzheimer hastalığına ilişkin klinik kanıtlar kapsamında yanıtlanır.