Tvorba a hromadenie amyloidných agregátov je jedným zo sprievodných javov amyloidóz, medzi ktoré patrí Alzheimerova a Parkinsonova choroba, či non-neuropatická lyzozýmová systémová amyloidóza. Amyloidózy sú v súčasnosti neliečiteľné a incidencia Alzheimerovej choroby, najčastejšej formy demencie, dosiahla v roku 2016 úroveň 47 miliónov postihnutých [1]. Počet pacientov má pritom narastať odhadom až o takmer 10 miliónov ročne. V dnešnej dobe je teda prístup k liečbe týchto ochorení prevažne symptomatický a zameraný na dočasné zlepšenie kvality života. Preto je kladený veľký dôraz na štúdium týchto ochorení a vývoj stratégií na ich úspešnú liečbu.
Jedným zo sľubných prístupov k problematike amyloidóz je inhibícia amyloidnej agregácie poly/peptidov alebo odstránenie nerozpustných amyloidných fibríl z postihnutých tkanív. Podľa dostupných štúdií majú malé molekuly veľký potenciál interferovať s amyloidnou fibrilizáciou poly/peptidov [2, 3]. Medzi tri dôležité črty molekúl schopných inhibovať amyloidnú agregáciu patrí: prítomnosť aromatických cyklov, pozícia bočných skupín na aromátoch, a tiež dĺžka a flexibilita linkera spájajúceho funkčné skupiny [4]. V našej štúdii sme sa zamerali na malé organické molekuly, konkrétne na takrín-benzotiazolové (MEOTA-BTZ) deriváty. Ide o heterodiméry odvodené od štruktúr 7-metoxytakrínu a 2-amínobenzotiazolu prepojených pomocou alkylamínového linkera.
Za pomoci in vitro a in silico metód sme skúmali schopnosť študovaných látok významným spôsobom inhibovať amyloidnú agregáciu lyzozýmu z vaječného bielka (HEWL). Vplyv látok bol kvantifikovaný pomocou viazania tioflavínu T (ThT). Inhibičný efekt bol pozorovaný u všetkých látok s IC50 hodnotami v mikromolárnej oblasti, efektivita látok sa však líšila v závislosti od dĺžky linkera. Namerané údaje korelujú so snímkami z atómovej silovej mikroskopie. Najefektívnejší derivát obsahuje najdlhší, osem uhlíkov dlhý linker. Tieto pozorovania boli podporené in silico výpočtami, ktoré poukazujú na priamu závislosť medzi voľnou väzbovou energiou derivátov a dĺžkou linkera. MEOTA-BTZ deriváty presvedčivo demonštrovali schopnosť inhibovať amyloidnú agregáciu HEWL pri tolerovateľnej cytotoxicite.
Práca bola podporená grantmi VEGA 2/0145/17, APVV SK-CN-2015-0023, Poľským NCN grantom č. 2015/19/B/ST4/02721 a Oddelením vedy a technológie v meste Ho Chi Minh, Vietnam. Heterodiméry pre experimenty dodali J. Korábečný a E. Nepovimová.
[1] Prince et al., World Alzheimer report 2016: improving healthcare for people living with dementia: coverage, quality and costs now and in the future, (2016), London, UK.
[2] K. Simone Tranches Dias, C. Viegas, Current neuropharmacology, (2014), 12.3: 239-255.
[3] Z. Gazova et al., Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Basis of Disease, (2017), 1863.2: 607-619.
[4] A. A. Reinke, J. E. Gestwicki, Chemical biology & drug design, (2007), 70.3: 206-215.
Model amyloidného proteínu
Dobrý deň, ďakujeme za zaujímavý príspevok a pokračujúci výskum v tejto medicínsky dôležitej oblasti. Chcem sa spýtať na vybraný model - lyzozým z vaječného bielka - konkrétne, aký vzťah majú/môžu mať výsledky derivátov, ich inhibičný efekt testovaný na tomto modeli, k "rodine" amyloidných proteínov vo všeobecnosti. Ďakujem.
iwa
Re: Model amyloidného proteínu
Dobrý deň, ďakujem za reakciu. Pokroky v tejto oblasti naznačujú, že pri správnych podmienkach dokáže v podstate každý proteín tvoriť amyloidné agregáty (to súvisí aj s faktom, že veľmi veľké množstvo či globulárnych alebo aj prirodzene neusporiadaných proteínov obsahuje tzv. amyloidogénne oblasti sekvencie). Lyzozým z vaječného bielka využívame z niekoľkých dôvodov: okrem toho, že zdieľa asi 60% homológiu s ľudským sérovým lyzozýmom, máme zabehnutý protokol na jeho agregáciu. Čo sa týka vzťahu nami testovaných derivátov k iným proteínom, dobré inhibičné vlastnosti amyl. agregácie lyzozýmu nemusia znamenať podobný účinok aj v iných prípadoch. In silico výpočty nám ale poskytujú veľké množstvo dát, najmä o interakcii malej molekuly s konkrétnymi aminokyselinami, čo sa môže premietnuť do výberu subsituentov a kostry funkčných molekúl pre experimenty s inými proteínmi. Napriek tomu je tento problém stále veľmi komplikovaný a stáva sa, že molekuly s teoretickou predispozíciou na dobré účinky, ich experimentálne nepotvrdia. Ospravedlňujem sa za vyčerpávajúcu odpoveď.
ako dalej?
Dobry den, je mozne si predstavit, ze vysledky vasej prace budu smerovat k pokusom namodelovat dalsie derivaty (heterodimery s dostatocne dlhym linkerom) ucinne ako inhibitory amiloidnej agregacie? Budte sa o to pokusat, resp. sa zameriate na dalsie testovanie uz pripravenych latok v snahe zvysit ich efektivitu a ucinnost modifikovaninm zakladneho skeletu, napr. pridavanim funkcnych skupin a pod. Vopred vdaka za brainstorming, ZB
Re: ako dalej?
Dobrý deň, ďakujem za reakciu. Na obe otázky môžem odpovedať zhodne áno. Okrem mnou prezentovanej skupiny heterodimérov sme testovali aj ďalšie 2 skupiny (opäť s predľžujúcim sa linkerom) s podobnou základnou kostrou a rôznymi subsituentmi, konkrétne na takríne. Okrem toho sa získané vedomosti ohľadom planarity, štruktúry linkera a substituentov snažíme aplikovať aj pri selekcii nových látok vhodných na testovanie.