Szkodliwe białka w chorobie Parkinsona i Huntingtona
Zarówno choroba Parkinsona, jak i Alzheimera obejmuje akumulację nieprawidłowo zwiniętych białek, które łączą się ze sobą, tworząc rozpuszczalne agregaty białkowe, a następnie – nierozpuszczalne fibryle. Niestety wciąż brakuje łagodzących cierpienie chorych metod leczenia, które modyfikowałyby przebieg tych wyniszczających chorób. Jednak z oczywistych przyczyn społecznych zainteresowanie tym tematem jest ogromne, a specjaliści coraz częściej skłaniają się ku teorii, zgodnie z którą amyloid w stanie włóknistym jest chemicznie obojętny, podczas gdy rozpuszczalne białka oligomeryczne wykazują działanie cytotoksyczne. W ramach projektu TOPIC dwaj młodzi naukowcy zostali przeszkoleni pod kątem pracy nad wspomnianymi oligomerami wchodzącymi w szereg niepożądanych interakcji z białkami i błonami. „Pomimo dużego zainteresowania oligomerami nasza wiedza o ich oddziaływaniach biochemicznych jest znikoma i ogranicza się do faktu, iż ostatecznie uśmiercają one komórkę. Celem zespołu było więc opracowanie narzędzi, które pozwoliłyby nam lepiej zrozumieć tę aktywność. W przyszłości mogłoby to umożliwić opracowanie terapii” – wyjaśnia koordynator projektu TOPIC, prof. Daniel Otzen z Uniwersytetu Aarhus. Identyfikacja cytotoksycznych oddziaływań molekularnych w chorobie Parkinsona Młodzi naukowcy skoncentrowali się na wybranych cytotoksycznych oligomerach typowych dla i powiązanych z pewną chorobą neurodegeneracyjną. Prace badawcze prowadzone były równolegle, aby osiągnąć synergię w zakresie stosowanych metod i analizy danych. „Winowajcą” odpowiedzialnym za chorobę Parkinsona jest białko o nazwie alfa synukleina, którym stosunkowo łatwo jest manipulować i z którego spontanicznie powstają oligomery. Jednak związki te mogą ponownie dysocjować, więc głównym założeniem było wprowadzenie strategii stabilizującej je tak, aby mogły utrzymać się w komórkach. Po osiągnięciu tego celu badacze posłużyli się immunoprecypitacją i spektrometrią mas, aby zidentyfikować inne białka, z którymi oligomery tworzą w środowisku komórkowym trwałe kompleksy. Tym samym zespół inicjatywy TOPIC opracował procedury rzetelnego przygotowywania oligomerów na bazie alfa synukleiny (alphaSO), szczegółowo opisując przy tym ich wpływ na szlak fibrylacji alphaSO. Co ważne, zaobserwowano, że utrwalone w ten sposób oligomery wiążą się w obrębie hodowli z jednym rodzajem pierwotnych komórek nerwowych. Naukowcy wciąż pracują jednak nad walidacją partnerów białkowych, do których oligomery przyłączają się na neuronach. Tworzenie trwałych oligomerów tau w chorobie Alzheimera Inne białko – tau – odgrywa kluczową rolę w przebiegu choroby Alzheimera, lecz przygotowanie jego trwałych oligomerów stanowi duże wyzwanie. Zoptymalizowano więc nową metodę, która wykorzystuje naturalnie występujące kompleksy cukrowe (glikozoaminoglikany) w celu oligomeryzacji białka tau. Kolejnym krokiem będzie wskazanie w komórce białek wiążących za pomocą tej samej strategii, jaką posłużono się w przypadku alfa synukleiny. Mimo że wykracza on poza obecny zakres inicjatywy TOPIC, młodzi naukowcy mają na uwadze długofalowy cel prowadzonych badań: opracowanie inhibitorów drobnocząsteczkowych zapobiegających oddziaływaniom cytotoksycznym, które umożliwiają postępy choroby. „Gdy tylko zidentyfikujemy oddziaływania pomiędzy białkami a oligomerami o kluczowym znaczeniu dla cytotoksyczności, możliwe będzie opracowanie cząsteczek je blokujących, a tym samym zatrzymanie procesów patologicznych”. Naprzeciw wyzwaniom w obrębie badań molekularnych Ponieważ badania zależności między białkami na szczeblu molekularnym stawiają przed uczonymi szereg wyzwań, naukowcy uczestniczący w projekcie TOPIC musieli stawić czoła nieefektywnej ekspresji białek, brakowi możliwości kontrolowania szybkości reakcji chemicznych i problemom związanym z identyfikacją i izolacją oligomerów. W rezultacie w trakcie realizacji projektu badacze przenieśli swoją uwagę z choroby Huntingtona (białka zwanego huntingtoniną) i cukrzycy typu II (peptydu znanego pod nazwą amyliny) na białko tau powiązane z chorobą Parkinsona i Alzheimera. Jako że pozostaje ono głównym kierunkiem badań, w najbliższej przyszłości kluczowe wyniki wykażą, czy oligomer tau może zostać utrwalony do celów dalszych prac. Przyszłość terapii drobnocząsteczkowych Badacze biorący udział w inicjatywie TOPIC dostarczyli badań nad chorobami neurodegeneracyjnymi, wzbogacając tę dziedzinę o bogaty wachlarz danych na temat stabilizacji nieprawidłowo zwiniętych białek, które mogą przyczyniać się do postępów choroby, a w szczególności na temat ich roli w reakcjach cytotoksycznych. Identyfikacja partnerów wiążących oligomerów cytotoksycznych oraz wynikających z tego skutków biologicznych może pomóc uczonym określić właściwe cele terapeutyczne. W dalszej perspektywie priorytetem jest w tym kontekście opracowanie zakłócających ten proces związków drobnocząsteczkowych, które zapobiegną szkodliwym dla organizmu reakcjom. „Zespół projektu TOPIC dowiódł, że utrwalanie oligomerów oraz wykorzystywanie ich do identyfikacji partnerów wiążących w środowisku komórkowym leży w zasięgu naszych możliwości. To z kolei toruje nam drogę do dalszych analiz komórkowych, które pomogą wskazać słabe punkty cytotoksyczności” – twierdzi prof. Otzen, odnosząc się do ogromnych skutków społecznych, jakie niesie ze sobą możliwość skutecznego leczenia chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona.
Słowa kluczowe
TOPIC, białko, oligomer, cytotoksyczny, pląsawica Huntingtona, choroba Parkinsona, drobnocząsteczkowy, fibryl
