Oamenii de ştiinţă au dezvoltat noi terapii potenţiale care elimină selectiv proteinele tau agregate, asociate cu boala Alzheimer, reuşind să îmbunătăţească simptomele neurodegenerării în testele preclinice.
O echipă de oameni de ştiinţă, de la Centrul de cercetare medicală a laboratorului de biologie moleculară (MRC LMB) din Cambridge, şi de la Institutul de cercetare a demenţei (UK DRI) din cadrul Universităţii Cambridge, Marea Britanie, a utilizat o abordare promiţătoare care ar putea fi aplicată în viitor şi altor afecţiuni cerebrale determinate de agregarea proteinelor în celule, cum ar fi boala neuronilor motori, boala Huntington şi boala Parkinson.
În două lucrări, publicate recent în revistele Cell şi Science, cercetătorii demonstrează cum utilizarea capacităţilor unice ale unei proteine numite TRIM21 oferă terapiilor potenţiale două avantaje-cheie.
În primul rând, acestea distrug doar agregatele tau legate de boală, lăsând intacte proteinele tau sănătoase. În al doilea rând, abordarea a eliminat agregatele tau deja stabilite la şoareci şi a prevenit formarea de noi agregate.
Aglomerările neurofibrilare Tau
Există două proteine principale care se pliază greşit şi se acumulează în agregate în creierul persoanelor afectate de boala Alzheimer: tau şi amiloid.
Agregatele amiloide se formează în spaţiile dintre celulele creierului, unde sunt vizate de noi terapii cu anticorpi, cum este medicamentul lecanemab.
Agregatul tau (puncte verzi) este extrem de redus în celulele tratate cu RING-nanobody timp de 20 de ore. Credit: Jonathan Benn - UK DRI la Universitatea Cambridge
În schimb, „încurcăturile” (ghemurile) neurofibrilare tau se formează în mare parte în interiorul celulelor nervoase, şi agregatele se pot răspândi de la o celulă la alta, ceea ce este puternic asociat cu declinul cognitiv pe măsură ce boala progresează.
Este dificil pentru terapiile cu anticorpi să acceseze tau în interiorul celulelor, prin urmare acestea nu elimină agregatele tau existente în interiorul celulelor - cel mult împiedică răspândirea acestora.
Există şi alte abordări de ţintire a agregatelor tau în interiorul celulelor, cum ar fi oligonucleotidele antisens (ASO), care s-au dovedit a reduce tau în studii clinice promiţătoare în stadiu incipient. Cu toate acestea, ele acţionează asupra tuturor proteinelor tau din creier şi, prin urmare, le elimină şi pe cele „sănătoase” - efectele secundare pe termen lung ale acestei situaţii nefiind încă cunoscute.
Proteinele tau „sănătoase” ajută în mod normal la asigurarea suportului structural în interiorul celulelor nervoase din creier - acţionând ca un tip de schelă.
Proteina tau agregată (roşu) rămâne în creierul unui şoarece tratat cu placebo (verde). Credit: L. Miller, Laboratorul MRC de biologie moleculară
Eliminarea proteinelor legate de Alzheimer
Această nouă tehnică de combatere a încurcăturilor tau utilizează o descoperire din 2010 a Laboratorului de biologie moleculară al MRC cu privire la rolul unei proteine unice denumită TRIM21, care este o parte esenţială a răspunsului imunitar la virusuri.
În afara celulei, organismul produce anticorpi care se leagă de virusurile invadatoare. Atunci când virusul legat de anticorpi intră într-o celulă, TRIM21 îl detectează şi îl etichetează drept „gunoi”, predându-l „toboganului de gunoi” al celulei, proteazomul, pentru distrugere.
Aceeaşi echipă, care lucrează în cadrul UK DRI şi MRC LMB, a demonstrat în 2023 că TRIM21 ar putea fi reutilizat pentru a distruge agregatele proteice tau asociate cu boala Alzheimer. Prin înlocuirea anticorpilor care se leagă de virusuri cu anticorpi care se leagă de tau, TRIM21 a fost redirecţionat pentru a trimite agregatele tau spre a fi distruse de proteazom.
TRIM21 este deosebit de potrivită pentru acest lucru datorită unei caracteristici speciale - o parte a proteinei numită „RING” care este activată numai atunci când două sau mai multe proteine TRIM21 sunt grupate împreună. Aceasta înseamnă că se activează şi îşi marchează ţinta pentru distrugere numai atunci când proteinele TRIM21 sunt legate de proteine tau adiacente, agregate.
O nouă terapie de tip cal troian pentru agregatele tau
În cadrul noilor studii, oamenii de ştiinţă au utilizat TRIM21 pentru a crea două noi terapii care să vizeze agregatele tau.
Prima terapie, „RING-nanobody”, combină un nanocorp de legare a tau - o versiune în miniatură a unui anticorp - cu TRIM21 RING.
A doua terapie, „RING-Bait”, are RING TRIM21 unit cu o copie a proteinei tau. Proteina tau legată de RING acţionează ca momeală (bait) - agregatele o încorporează şi TRIM21 RING este, de asemenea, încorporat. Odată ce mai multe momeli RING sunt adăugate la agregat, acestea devin activate şi determină distrugerea întregului agregat.
Cercetătorii au administrat ADN-ul care codifică terapiile TRIM21 în celulele care conţin tau agregat şi au constatat că acesta a eliminat încurcăturile tau. Aşa cum se spera, proteinele tau „sănătoase” au rămas intacte.
„Agregatele Tau sunt ascunse în interiorul celulelor creierului şi sunt foarte greu de degradat. În mod critic, aceste noi terapii bazate pe TRIM21 pot fi administrate direct în interiorul celulelor, unde se află majoritatea agregatelor tau", a declarat dr. Will McEwan, de la Institutul britanic de cercetare a demenţei din cadrul Universităţii Cambridge, unul dintre autorii studiilor, într-un comunicat.
„Am găsit o modalitate care nu numai că degradează agregatele tau, dar lasă proteina tau sănătoasă intactă pentru a-şi face treaba. Noua strategie depăşeşte ceea ce se poate obţine cu terapiile ASO actuale care sunt în curs de testare, deoarece ar putea evita orice posibile efecte secundare pe termen lung ale eliminării tau normale”, a precizat cercetătorul.
Deoarece diferite boli neurodegenerative pot avea diferite tipuri de proteine tau cu defecte de pliere, laboratorul a testat terapiile pe celule care conţin proteine tau agregate din ţesut cerebral donat de persoane care aveau boala Alzheimer sau paralizie supranucleară progresivă, care au diferite structuri cu tau cu defecte de pliere. Terapia RING-Bait a fost capabilă să prevină agregarea tau indusă de proteinele din creierul pacienţilor cu Alzheimer şi paralizie supranucleară progresivă.
„Bolile neurodegenerative pot avea proteine tau cu defecte de pliere în multe moduri diferite, ceea ce ridică posibilitatea de a avea nevoie de un tratament diferit pentru fiecare boală. Un aspect util al RING-Bait este că, întrucât este ataşat la o proteină tau, este un cal troian universal care poate să fie încorporat în diferite tipuri de agregate tau, exact ca şi proteina tau cu defecte de pliere proprie celulei”, a declarat dr. Leo James, de la Laboratorul MRC de biologie moleculară, şi el coautor al studiilor.
Pentru ca tratamentul să funcţioneze la un animal, acesta trebuie nu numai să ajungă în creier, ci şi să pătrundă în celulele din creier. Pentru a face acest lucru, cercetătorii au folosit un virus inofensiv care a fost dezvoltat anterior pentru a furniza astfel de terapii, numit virus adeno-asociat (VAA). Acesta furnizează instrucţiuni ADN pentru producerea proteinelor personalizate în interiorul celulelor creierului.
Şoarecilor vârstnici cu agregate ale proteinei tau li s-a injectat o singură doză de vector de terapie genică care conţinea fie tratamentul, fie un placebo.
În câteva săptămâni, a existat o reducere semnificativă a cantităţii de tau agregat în celulele creierului animalelor tratate. şi astfel mersul şoarecilor cu tauopatie s-a îmbunătăţit după tratamentul cu RING-Bait, în timp ce şoarecii cărora li s-a administrat placebo şi-au păstrat mersul afectat.
În mod important, la şoarecii cărora li s-a administrat tratamentul RING-Bait, progresia simptomelor de neurodegenerare a încetinit şi aceştia au prezentat o funcţie motorie semnificativ mai bună, evaluată de un program de inteligenţă artificială (AI) care a notat cât de bine au alergat.
„Nu se ştia dacă eliminarea specifică a agregatelor tau din interiorul celulei ar fi suficientă pentru a opri progresia bolii", spune dr. Lauren Miller, una dintre autoarele studiului, care lucreaz[ la Institutul de Cercetare a Demenţei din Regatul Unit, şi la Laboratorul MRC de Biologie Moleculară.
„Este încurajator faptul că o abordare RING-Bait reduce severitatea bolii în sistemele noastre model, deoarece acest lucru sugerează că îndepărtarea selectivă a agregatelor tau este o abordare terapeutică valabilă. Vor fi necesare lucrări suplimentare pentru a demonstra că acest efect benefic se regăseşte în mai multe modele de boli umane”, a mai precizat ea.
Frumuseţea abordării RING-Bait constă în adaptabilitatea sa largă şi în potenţialul de a aborda alte afecţiuni caracterizate prin acumularea de grupuri de proteine patologice, spun cercetătorii.
Alte boli neurodegenerative sunt cauzate de agregate formate de alte proteine, cum ar fi TDP43 în boala neuronului motor şi alfa-sinucleina în boala Parkinson. Se speră că RING-Bait va permite dezvoltarea de terapii viitoare care vizează direct procesul de agregare în aceste boli.
Oamenii de ştiinţă avertizează că aceste terapii necesită încă multă dezvoltare înainte de a putea fi testate la om, în special în ceea ce priveşte dezvoltarea unui vector VAA care poate livra în mod sigur şi eficient terapiile RING-nanobody sau RING-bait celulelor din creierul uman.
Unii VAA sunt deja aprobaţi pentru utilizare la om - de exemplu în bolile degenerative ale ochilor şi în boli genetice precum atrofia musculară spinală. Cu toate acestea, introducerea unei cantităţi suficiente de VAA în creierul adult rămâne o provocare semnificativă, spun autorii, creierul uman fiind de aproximativ 1.000 de ori mai mare decât creierul unui şoarece.
Laboratorul britanic precizează însă că, acesta este un domeniu care evoluează rapid şi există metode de vârf de livrare a genelor care se speră că vor permite livrarea unor astfel de terapii.
Foto: Neuroni (verde) şi tau (roşu) în creierul unui şoarece. Credit: J. Benn - UK DRI la Universitatea din Cambridge, 13 septembrie 2024.
