Механізм CMA (шаперон-опосередкованої аутофагії).
Дослідники з Медичного коледжу Альберта Ейнштейна (Albert Einstein College of Medicine) розробили експериментальні ліки, які звернули назад розвиток хвороби Альцгеймера у мишей. Препарат працює, активізуючи клітинний механізм очищення від непотрібних білків.
Матеріали дослідження опубліковані в журналі Cell.
"Результати, отримані в експериментах на мишах, не завжди переносяться на людей, особливо при хворобі Альцгеймера, - говорить одна з керівників дослідження, професор Ана Марія Куерво (Ana Maria Cuervo). - Але ми натхнені тим, що зниження рівня клітинного очищення, яке сприяє розвитку хвороби Альцгеймера у мишей, також відбувається і у людей з цим захворюванням; можна сподіватися, що наш препарат спрацює і у людей ".
Ана Марія Куерво відома дослідженнями в галузі аутофагії, процесу, за допомогою якого клітини переробляють відходи життєдіяльності, і його змін при старінні і вікових захворюваннях. Її робота зосереджена на одному з різновидів механізму - шаперон-опосередкованої аутофагії (CMA, chaperone-mediated autophag). Ана Марія входить до числа найбільш часто цитованих вчених (рейтинги 2018, 2019 і 2020 року).
З віком механізм СМА втрачає ефективність і збільшується ризик накопичення пошкоджуючих клітини нерозчинних згустків зіпсованих білків. І хвороба Альцгеймера, і інші нейродегенеративні захворювання характеризуються наявністю токсичних білкових агрегатів у мозку пацієнтів.
Стаття в Cell показує динамічну взаємодію між СМА і хворобою Альцгеймера, коли припинення СМА в нейронах сприяє розвитку хвороби Альцгеймера і навпаки. Отримані дані свідчать про те, що препарати, що стимулюють роботу СМА, можуть дати надію на лікування нейродегенеративних захворювань.
Команда доктора Куерво для початку вивчила, чи тягне порушення СМА розвиток хвороби Альцгеймера. Для цього була створена генетично змінена миша з пригніченим механізмом CMA в одному з типів нейронів. Відсутність CMA навіть в одному типі клітин мозку виявилося достатнім, щоб викликати короткочасну втрату пам'яті, порушення ходьби та інші проблеми, що часто зустрічаються в моделях хвороби Альцгеймера у гризунів. Крім того, відсутність СМА глибоко порушувала протеостаз - здатність клітин регулювати кількість білків, що містяться в них. Зазвичай розчинні білки ставали нерозчинними і починали збиратися в токсичні агрегати.
Доктор Куерво підозрювала, що вірно і протилежне: рання хвороба Альцгеймера погіршує СМА. Тому вона та її колеги вивчили мишачу модель ранньої хвороби Альцгеймера, в якій нейрони головного мозку виробляли дефектні копії тау-білка. Отримано дані про те, що аномальні копії тау-білка збираються разом, утворюючи нейрофібрилярні клубки, які сприяють розвитку хвороби Альцгеймера. Дослідницька група зосередилася на активності СМА в нейронах гіпокампа - області мозку, що відповідає за пам'ять і навчання. Вони виявили, що активність СМА в цих нейронах була значно знижена порівняно з контрольними тваринами.
А в разі хвороби Альцгеймера у людей - що відбувається з шаперон-опосередкованою аутофагією? Щоб з'ясувати це, дослідники вивчили дані одноклітинного РНК-секвенування нейронів, отриманих посмертно з мозку пацієнтів з хворобою Альцгеймера і з групи здорових людей для порівняння. Дані секвенування виявили рівень активності СМА в мозковій тканині пацієнтів. І так, активність СМА була дещо пригнічена у людей, які перебували на ранніх стадіях хвороби Альцгеймера; і набагато більше придушення СМА спостерігається в мозку людей з розвиненою хворобою Альцгеймера.
"До того часу, коли люди досягають 70 - 80 років, активність СМА зазвичай знижується приблизно на 30% порівняно з тим, коли вони були молодшими, - розповідає лікар Куерво. - Мозок більшості людей може компенсувати це зниження. Але якщо додати в цю суміш нейродегенеративні захворювання, то вплив на нормальний білковий склад нейронів мозку може бути руйнівним. Наше дослідження показує, що дефіцит СМА синергічно взаємодіє з патологією Альцгеймера, значно прискорюючи прогресування захворювання ".
Доктор Куерво і її команда не зупинилися на цьому і розробили препарат, потенційно придатний для лікування хвороби Альцгеймера.
"Ми знаємо, що CMA здатний перетравлювати дефектні тау- та інші білки, - пояснює Куерво. - Але величезна кількість дефектного білка при хворобі Альцгеймера та інших нейродегенеративних захворюваннях пригнічує СМА і по суті калічить його. Наш препарат відновлює ефективність СМА, підвищуючи рівень ключового компонента СМА ".
Як працює СМА, шаперон-опосередкована аутофагія? Білки-шаперони зв'язуються з пошкодженими або дефектними білками в клітинах організму і доставляють цей вантаж в лізосоми - органели, наповнені ферментами, які перетравлюють і переробляють відходи. Але для того, щоб успішно доставити вантаж в лізосоми, шаперони повинні спочатку «пристикувати» матеріал до білкового рецептора LAMP2A, що знаходиться на мембрані лізосом. Чим більше рецепторів LAMP2A на лізосомах, тим вищий можливий рівень активності СМА. Новий препарат, попередньо названий CA, працює за рахунок збільшення числа цих рецепторів.
"Ви виробляєте однакову кількість рецепторів LAMP2A протягом усього життя, - говорить лікар Куерво. - Але з віком ці рецептори руйнуються швидше, тому у літніх людей, як правило, їх менше. CA відновлює LAMP2A до юнацького рівня, дозволяючи CMA позбутися від тау- та інших дефектних білків, щоб вони не могли утворювати токсичні білкові згустки ".
Дослідники протестували УА на двох різних мишачих моделях хвороби Альцгеймера. В обох моделях захворювання мишей пероральні дози УА, що вводяться протягом 4 - 6 місяців, призводили до поліпшення пам'яті, зниження депресії і тривоги, що робило тварин схожими або близько схожими на здорових контрольних мишей. Здатність ходити значно покращилася у тих тварин, для якої це вже було проблемою. А в нейронах головного мозку обох тварин моделей препарат значно знижував рівень тау-білка і білкових згустків порівняно з контрольною групою хворих мишей.
"Важливо зазначити, що тварини в обох моделях вже виявляли симптоми захворювання і їх нейрони були забиті токсичними білками до введення ліків, - уточнює доктор Куерво. - Це означає, що препарат може допомогти зберегти функцію нейронів навіть на пізніх стадіях захворювання. Ми також були дуже схвильовані тим, що препарат значно зменшив гліоз-запалення і рубцювання клітин, що оточують нейрони головного мозку. Гліоз пов'язаний з токсичними білками і, як відомо, відіграє важливу роль у розвитку нейродегенеративних захворювань ".
Лікування УА, мабуть, не завдало шкоди іншим органам навіть при щоденному застосуванні протягом тривалого періоду часу. Препарат розроблений професором біохімії Евріпідісом Гаватіотісом (Evripidis Gavathiotis), який став співавтором дослідження.
Для розвитку та ймовірного впровадження в клінічну практику нового методу терапії Куерво і Гаватіотіс спільно з Life Biosciences з Бостона заснували компанію Selphagy Therapeutics.