Oamenii de ştiinţă de la Institutul Weizmann au anunţat luni că descoperit două molecule mici care pot traversa bariera hemato-encefalică la şoareci, încetinind şi chiar inversând efectele bolii Huntington, care este incurabilă.
Creierul uman este un centru de control bine păzit. Sistemul său de vase de sânge este înconjurat de o barieră celulară densă care împiedică majoritatea substanţelor să intre sau să iasă.
Această arhitectură fortificată protejează creierul, dar îl poate împiedica, de asemenea, să primească ajutor atunci când are nevoie de el - de exemplu, în cazul unei boli neurodegenerative.
Într-un nou studiu, publicat recent în revista EMBO Molecular Medicine, prof. Rivka Dikstein, de la Institutul de Ştiinţe Weizmann, şi echipa sa au identificat două molecule mici care reuşesc să pătrundă în bariera hemato-encefalică şi să reducă nivelurile unei proteine defecte care provoacă boala Huntington, o afecţiune neurodegenerativă incurabilă.
Boala Huntington, cunoscută şi sub numele de Coreea Huntington, este o boală rară, transmisă genetic, care provoacă degenerarea progresivă a celulelor nervoase din creier. Afecţiunea are un impact major asupra abilităţilor funcţionale ale unei persoane şi de obicei are ca rezultat probleme de mişcare, gândire (cognitive) şi mintale.
Noile medicamente nu numai că au încetinit evoluţia bolii la modelele de şoareci, ci chiar au inversat unele dintre simptomele acesteia.
Semnele şi simptomele bolii Huntington - mişcări involuntare uşoare, stângăcie generală şi anxietate crescută - apar cel mai frecvent în jurul vârstei de 40 de ani.
Această afecţiune este cauzată de o repetare excesivă, de 36 de ori sau mai mult, a unui segment de ADN din gena huntingtină.
Boala, care evoluează în timp şi duce inevitabil la deces, este cauzată de o mutaţie genetică pe cromozomul 4p al huntingtinei (HTT). Aceasta mutaţie genetică este cauzată de producţia excesivă – sau repetarea excesivă a secvenţei trinucleotide – de citozină, adenină şi guanină (CAG). Acestea sunt trei componente ale ADN-ului.
În mod normal, CAG se repetă de 36 de ori sau mai puţin. În schimb, la persoanele cu boala Huntington, CAG se repetă de mai mult de 36 de ori.
Această schimbare are ca rezultat o formă mai lungă a proteinei HTT, care este apoi împarţită în celule mici dăunatoare care s-ar putea lega împreuna. Pe măsură ce proteina toxică se acumulează în creier, începe să deterioreze anumite celule cerebrale. Acest lucru provoacă simptome.
Persoanele cu Huntington au, de obicei, o copie funcţională a genei huntingtin şi o copie defectuoasă, ceea ce duce la crearea de proteine defectuoase care se lipesc împreună, formând un reziduu toxic în creier.
Acest reziduu se acumulează şi dăunează creierului în mai multe moduri, provocând inflamaţii, împiedicând expresia genelor vitale pentru supravieţuirea celulelor nervoase şi deteriorând centralele energetice celulare numite mitocondrii.
Eforturile anterioare de a trata fiecare mecanism în parte nu au fost suficient de eficiente, în timp ce medicamentele menite să atace rădăcina problemei - proteina huntingtină defectuoasă - au dovedit că este dificil de distins între proteinele defectuoase problematice şi cele normale.
În 2019, echipa de la departamentul de ştiinţe biomoleculare al Institutului Weizmann a înregistrat un succes, după efectuarea unor cercetări de bază asupra proteinei de reglare Spt5, o proteină mare cu multe segmente funcţionale care ajută la producerea moleculelor de ARN mesager (ARNm) şi este deosebit de importantă în producţia de proteine implicate în inflamaţii.
Echipa a descoperit atunci că mai multe molecule mici pot inhiba anumite funcţii ale Spt5 fără a provoca daune semnificative celorlalte funcţii ale proteinei.
Cercetătorii au găsit apoi trei molecule mici care au inhibat în mod specific expresia huntingtinei mutante fără a afecta expresia celei normale şi a altor proteine legate de inflamaţie.
În noul studiu, echipa a examinat 17 molecule cu structuri chimice similare celor identificate anterior ca eficiente, în speranţa de a identifica cei mai eficienţi inhibitori ai expresiei huntingtinei mutante.
Utilizând culturi de celule de la un model de şoarece al bolii Huntington, cercetătorii au identificat cele mai eficiente două molecule.
Aceştia au testat apoi noile molecule în culturi de celule de la pacienţi umani cu diferite grade de defect genetic şi, în fiecare caz, au identificat o scădere semnificativă a cantităţii de proteină mutantă.
În acelaşi timp, nu a existat nicio scădere a expresiei proteinei nemutante - dovadă că noile molecule îşi făceau treaba cu mare precizie.
Următoarea etapă a studiului a constat în testarea celor două molecule selectate, pe şoareci modificaţi genetic care exprimau o versiune complet umană a genei huntingtin mutante.
Pentru început, şoarecii au fost trataţi la o vârstă avansată, când prezentau deja semne clare ale bolii, prin intermediul unei perfuzii administrate direct în partea deteriorată a creierului pe parcursul a patru săptămâni.
Tratamentul a redus expresia copiei mutante a genei şi a crescut proporţia proteinelor sănătoase relevante în zona deteriorată a creierului.
De asemenea, tratamentul a reuşit să atenueze o parte din daunele cauzate de boală, crescând expresia a două gene care, de obicei, sunt afectate cu cât boala progresează mai mult.
Una dintre aceste gene este un factor de creştere esenţial pentru supravieţuirea celulelor nervoase, iar cealaltă aparţine mitocondriilor.
„Modelul de şoarece îmbătrânit a simulat boala într-un stadiu avansat", explică cercetătorii „tratamentul reuşind să întoarcă, într-o oarecare măsură, evoluţia bolii", spun cercetătorii de la Weizman într-un comunicat publicat luni.
În cadrul studiilor comportamentale, s-au observat niveluri reduse de anxietate şi îmbunătăţirea echilibrului şi a coordonării la şoarecii trataţi.
Cu toate acestea, administrarea unei perfuzii direct în zona deteriorată a creierului necesită o procedură chirurgicală complexă, care este atât riscantă, cât şi dureroasă pentru pacienţi.
Prin urmare, cercetătorii au încercat să stabilească dacă medicamentul ar fi eficient atunci când este administrat pe cale orală, sub formă de pastile, sau printr-o injecţie subcutanată.
Aceste metode alternative au reuşit, de asemenea, să reducă nivelurile de huntingtină mutantă din creierul şoarecilor, moleculele reuşind să parcurgă drumul lung, de la gură sau piele până la creier fără a suferi modificări semnificative.
Caracteristicile acestora le-a permis să traverseze bariera hemato-encefalică şi să intre direct în zona bolnavă, odată ajunse la destinaţie.
Una dintre aceste molecule mici a demonstrat un efect de vindecare la doze deosebit de mici - o proprietate importantă pentru un medicament destinat utilizării la om.
Dezavantajul său, însă, era că avea efect asupra a peste 1.000 de alte gene.
Cea de-a doua moleculă a necesitat doze mai mari, dar s-a dovedit a fi o armă relativ ţintită: a redus expresia genei mutante fără a provoca efecte secundare sau modificări de amploare asupra altor gene.
În partea finală a studiului, cercetătorii au examinat efectele tratamentului administrat pe cale orală pe parcursul a două luni, în stadiul incipient, când primele semne ale bolii abia începuseră să apară.
Toţi şoarecii bolnavi au prezentat niveluri ridicate de anxietate înainte de începerea experimentului, dar pentru cei care au primit tratamentul, anxietatea a revenit la niveluri normale.
În timp, pierderea echilibrului şi hiperactivitatea şoarecilor bolnavi din grupul de control s-au agravat, în timp ce şoarecii trataţi au suferit leziuni mai puţin substanţiale ale echilibrului şi nu au prezentat hiperactivitate.
Aceste constatări, împreună cu alte teste, au indicat faptul că noile medicamente întârzie evoluţia bolii atunci când sunt administrate într-un stadiu incipient.
„Am fost încântaţi să constatăm că moleculele mici au reuşit să ajungă la creier fără a suferi modificări şi fără a se dezintegra pe parcurs", spune Dikstein.
În timp ce alte tratamente experimentale necesită intervenţii chirurgicale repetate la nivelul creierului sau al coloanei vertebrale, aceste molecule, administrate pe cale orală sau prin intermediul unei injecţii, ar putea deschide calea către un tratament eficient şi sigur al bolii Huntington.
În ultimii ani, a devenit clar că o anumită funcţie a proteinelor mari de reglare poate fi ţintită cu precizie cu ajutorul unor molecule mici, fără a afecta funcţionarea generală a acestor proteine. Aceste cunoştinţe ar putea pune bazele unor noi tratamente pentru o varietate de boli, concluzionează autorii scestui studiu.
