Ученые Института Вейцмана обнаружили две небольшие молекулы, которые могут преодолевать гематоэнцефалический барьер у мышей, замедляя и даже обращая вспять неизлечимые эффекты болезни Хантингтона.
Человеческий мозг — хорошо охраняемый центр управления. Его система кровеносных сосудов окружена плотно упакованным клеточным барьером, который предотвращает проникновение и выход большинства веществ. Эта укрепленная архитектура защищает мозг, но она также может помешать ему получить помощь, когда он в ней нуждается — например, в случае нейродегенеративного заболевания.
В новом исследовании, опубликованном в журнале EMBO Molecular Medicine , профессор Ривка Дикштейн из Института науки Вейцмана и ее команда определили две небольшие молекулы, которым удается проникнуть через гематоэнцефалический барьер и снизить уровень дефектного белка, вызывающего болезнь Хантингтона. неизлечимое нейродегенеративное заболевание. Новые лекарства не только замедлили прогрессирование заболевания на мышах, но даже обратили вспять некоторые его симптомы.
Признаки и симптомы болезни Гентингтона — легкие непроизвольные движения, общая неуклюжесть и повышенная тревожность — чаще всего появляются в возрасте около 40 лет. Заболевание развивается с течением времени и неизбежно приводит к смерти. Это вызвано чрезмерным повторением (36 и более раз) сегмента ДНК в гене хантингтина .
У людей с болезнью Хантингтона обычно имеется одна рабочая копия гена хантингтина и одна дефектная копия, что приводит к созданию дефектных белков, которые слипаются, образуя токсичные остатки в мозге. Этот остаток накапливается и повреждает мозг разными способами, вызывая воспаление, препятствуя экспрессии генов, жизненно важных для выживания нервных клеток, и повреждая клеточные электростанции, называемые митохондриями.
Предыдущие попытки лечить каждый механизм по отдельности не были достаточно эффективными, а лекарства, направленные на устранение корня проблемы — самого дефектного белка хантингтина, — с трудом отличали дефектный белок от нормального.
(слева) доктор Бенджамин Вайс, профессор Ривка Дикштейн, доктор Анат Бахат и Элад Ицхаки. Фото: Институт науки Вейцмана.
Возможный луч надежды был обнаружен в 2019 году доктором Анат Бахат, исследователем лаборатории Дикштейна в отделе биомолекулярных наук Вейцмана. В течение многих лет лаборатория проводила фундаментальные исследования регуляторного белка Spt5, крупного белка со многими функциональными сегментами, который помогает в производстве молекул информационной РНК и особенно важен в производстве белков, участвующих в воспалении.
Бахат и его коллеги обнаружили, что несколько небольших молекул могут ингибировать определенные функции Spt5, не нанося существенного ущерба другим функциям белка. Затем исследователи обнаружили три небольшие молекулы, которые специфически ингибировали экспрессию мутантного хантингтина, не нанося вреда экспрессии нормального хантингтина и других белков, связанных с воспалением.
В новом исследовании Бахат возглавил группу исследователей, которые изучили 17 молекул с химической структурой, аналогичной тем, которые оказались эффективными в предыдущем исследовании, в надежде выявить наиболее эффективные ингибиторы экспрессии мутантного хантингтина. Используя клеточные культуры мышиной модели болезни Хантингтона, исследователи определили две наиболее эффективные молекулы.
Затем они протестировали новые молекулы в клеточных культурах пациентов с различной степенью генетического дефекта и в каждом случае выявили значительное снижение количества мутантного белка. В то же время не наблюдалось снижения экспрессии немутантного белка — свидетельство того, что новые молекулы выполняли свою работу с большой точностью.
Следующим этапом исследования было тестирование двух выбранных молекул на генетически модифицированных мышах, которые экспрессировали полностью человеческую версию мутантного гена хантингтина. Сначала мышей лечили в пожилом возрасте, когда у них уже проявлялись явные признаки заболевания, путем введения настоя непосредственно в поврежденную часть мозга в течение четырех недель. Лечение снизило экспрессию мутантной копии гена и увеличило долю соответствующих здоровых белков в поврежденной области мозга.
Лечение также позволило смягчить часть ущерба, причиненного болезнью. Он увеличил экспрессию двух генов, которые обычно повреждаются по мере прогрессирования заболевания: один является фактором роста, необходимым для выживания нервных клеток, а другой принадлежит митохондриям.
«Несмотря на то, что модель на старых мышах имитировала заболевание на поздней стадии », — объясняет Бахат, — «лечение позволило в некоторой степени повернуть время вспять. В исследованиях поведения мы наблюдали снижение уровня тревожности и улучшение баланса и координации у животных». обработанные мыши».
Однако введение инфузии непосредственно в поврежденный участок мозга требует сложной хирургической процедуры, которая является одновременно рискованной и болезненной для пациентов. Поэтому исследователи стремились установить, будет ли препарат эффективен, если его вводить в виде таблеток или путем подкожной инъекции.
Они были очень рады обнаружить, что эти альтернативные методы также оказались успешными в снижении уровня мутантного хантингтина в мозгу мышей и что молекулам удалось завершить долгий путь от рта или кожи до мозга, не претерпев каких-либо существенных изменений. Их характеристики позволяют им преодолевать гематоэнцефалический барьер и проникать в зону заражения сразу по прибытии в пункт назначения.
Одна из этих небольших молекул продемонстрировала лечебный эффект в особенно низких дозах — важное свойство препарата, предназначенного для использования человеком. Однако его недостатком было то, что оно оказало влияние более чем на 1000 других генов. Вторая молекула требовала более высоких доз, но оказалась относительно таргетным оружием: она снижала экспрессию мутантного гена, не вызывая побочных эффектов или каких-либо широкомасштабных изменений в других генах.
В заключительной части исследования исследователи изучили эффекты лечения при пероральном приеме в течение двух месяцев, на ранней стадии, когда первые признаки заболевания только начали проявляться. У всех больных мышей перед началом эксперимента наблюдался повышенный уровень тревожности, но у тех, кто получил лечение, тревожность вернулась к нормальному уровню.
Со временем потеря равновесия и гиперактивность у больных мышей в контрольной группе ухудшались, в то время как у леченых наблюдались менее существенные нарушения равновесия и не наблюдалась гиперактивность. Эти результаты в сочетании с другими тестами показали, что новые лекарства замедляют прогрессирование заболевания, даже если их назначают на ранней стадии.
«Мы были рады обнаружить, что небольшим молекулам удалось достичь мозга, не претерпевая изменений и не распадаясь по пути», — говорит Дикштейн. «В то время как другие экспериментальные методы лечения требуют повторных операций на головном или спинном мозге, эти молекулы, вводимые перорально или посредством инъекции, могут проложить путь к эффективному и безопасному лечению болезни Хантингтона.
«В последние годы стало ясно, что на определенную функцию крупных регуляторных белков можно точно воздействовать с помощью крошечных молекул, не нанося вреда общему функционированию этих белков. Это понимание может заложить основы для новых методов лечения различных заболеваний».
