Fosfodiesteraz genindeki mutasyon, Alzheimer hastalığı olan farelerde hafızayı iyileştirdi.

İngiliz araştırmacılar, farelerde fosfodiesteraz 4B genindeki bir mutasyonun, Alzheimer hastalığının gelişimine yol açan mutasyonların etkilerini hafiflettiğini keşfettiler. Bu çift mutant fareler, labirent testlerinde sağlıklı fareler kadar iyi performans gösterdi. Beyin metabolizmaları ve inflamasyon göstergeleri de çok az farklılık gösterdi. Dahası, çift mutant farelerin beynindeki amiloid birikimi, "Alzheimer" mutasyonu olan normal farelerdeki kadar yoğundu. Bu sonuçlar, amiloidin Alzheimer hastalığının birincil nedeni olmayabileceği yönünde daha fazla kanıt sunmaktadır.

Yaşlılık bunamasının en yaygın nedeni olan Alzheimer hastalığı , 65 yaş üstü her on kişiden birini etkiler. Hafif hafıza kaybıyla başlayan hastalık, yavaş yavaş kişinin kendine bakamamasına ve sevdiklerini tanıyamamasına ve sonunda ölüme yol açar. Bu nörodejeneratif hastalığın beyin hasarı sürecini durdurabilecek veya tersine çevirebilecek bir tedavisi henüz yoktur. Bu hastalarda bilişsel işlevi iyileştiren ilaçlar yalnızca geçici bir rahatlama sağlar.

Bu hastalık için gerçekten etkili bir tedavi bulma umutları uzun zamandır hastalığın gelişim mekanizmasının çözülmesine bağlanmıştır. Bilim camiasında hakim olan hipotez, hastalığın beyin dokusunda anormal bir protein olan beta-amiloidin birikmesinden kaynaklandığıydı. Farmakologlar, bu birikimi, ona karşı antikorlar veya onu oluşturan enzimlerin inhibitörleri geliştirerek etkilemeye çalıştılar ( beta ve gama sekretazlar, beta-amiloid öncü proteini APP adı verilen proteini, bazıları plaklar halinde biriken peptitlere ayırır). Ancak son zamanlarda, bu alanda onlarca yıldır süren araştırmalar neredeyse boşa çıktı; amiloidin Alzheimer hastalığının gelişimindeki olası rolü hakkında bildiğimiz neredeyse her şey, nörobiyolog Sylvain Lesné'nin çalışmalarına dayanıyordu. Science dergisinde yayınlanan geniş çaplı bir araştırma, Lesne'nin Western blotlardaki anormal proteine ​​karşılık gelen bantları sistematik olarak değiştirerek verilerini tahrif ettiğini ortaya koydu (daha fazla ayrıntı için bkz. " Alzheimer hastalığının gelişim mekanizması hakkındaki makalelerde keşfedilen sistematik tahrifatlar ", Elements, 17 Eylül 2022). Amiloid hipotezi ciddi şekilde çürütüldü. Hayvan deneyleri beta-amiloidin hastalığın gelişimindeki önemli rolünü göstermeye devam etse de, onu ortadan kaldırarak tedavi etme umutları önemli ölçüde azaldı.

Ancak fareler üzerinde yapılan yeni bir çalışma yeni bir umut sunabilir gibi görünüyor ve moleküler düzeyde beklenmedik bir kaynaktan geliyor. Leeds Üniversitesi ve Lancaster Üniversitesi'nden araştırmacılar, beta-amiloidin öncüsü olan APP proteininin insan genini taşıyan ve üç mutasyona sahip, iyi bilinen bir fare türü kullandılar. Bu mutasyonların her biri kaçınılmaz olarak insanlarda Alzheimer hastalığının gelişmesine yol açıyor. Bu "kombinasyona" sahip fareler de hastalığa yakalanmaya mahkum.

Alzheimer hastalığının belirtilerinden biri de uzamsal hafıza bozukluğudur. " Alzheimer Projesi: Kaybolan Bir Hafızayı Kaydetmek " filmi, bu yavaş yavaş kaybolmayı canlı bir şekilde tasvir ediyor: Hasta önce ehliyet sınavını geçemez hale geliyor, sonra da yürüyerek bile kaybolmaya başlıyor. "Kendi ön bahçemde kayboluyorum. Nereye gittiğimi bilmiyorum ve eve nasıl gideceğimi unutuyorum. <...> Şimdiye kadar geri dönüş yolunu bulmayı başardım. <...> Beni korkutan cehalet değil, bir kez aştığımda artık geri dönemeyeceğim o noktaya ne zaman ulaşacağım sorusu," diye yazıyor, Alzheimer hastalığıyla mücadele eden filmin kahramanı blogunda.

Ancak fareler araba kullanmaz veya yön duygusunu kaybettiklerinden şikayet edebilecekleri bloglar tutmazlar, bu yüzden onlar için kendi testlerimizi oluşturmamız gerekir. Bu testlerden biri de Barnes labirentidir (Şekil 1). Kenarlarında delikler bulunan, engelsiz, açık, beyaz bir disktir. Deliklerin çoğu tıkaçlarla kapatılmış veya bir farenin (veya sıçanın) sığamayacağı küçük hücrelere açılmıştır. Ancak bunlardan birinde saklanabileceği küçük bir sığınak vardır.

Deney hayvanı, parlak ışıklı bir diskin ortasına yerleştirilir. Fareler parlak ışıktan hoşlanmadıkları için, görev içgüdüsel olarak onlar için açıktır: Diskin kenarına yerleştirilmiş işaret noktalarını kullanarak "yuvalarını" hızla bulmaları gerekir. Test birkaç gün boyunca tekrarlanır ve normal, sağlıklı bir fare, birkaç denemeden sonra saklandığı yeri hızlı ve güvenilir bir şekilde bulmalıdır. Alzheimer hastalığından muzdarip fareler (yuvasını bulamayan bir insan gibi) şaşkına döner ve doğrudan "yuvaya" koşmak yerine, yüzlerini sahte deliklere sokarak diskin etrafında düzensiz bir şekilde koşarlar (Şekil 2). Bir video kayıt sistemi, kat edilen mesafeyi ve sahte deliklerde geçirilen süreyi kaydederek farenin performansının objektif olarak değerlendirilmesini sağlar.

Çalışmaya, mutasyonu olmayan normal vahşi tip fareler, yukarıda belirtilen "Alzheimer" mutasyonlarına sahip fareler ve "Alzheimer" farelerinin, Pde4b geninin mutant bir kopyasını taşıyan farelerle çaprazlanmasıyla elde edilen üçüncü bir soy dahil edildi. Bu gen, hücreler içinde siklik adenozin monofosfat (cAMP) ve siklik guanozin monofosfatı (cGMP) parçalayan bir enzim olan fosfodiesterazın birçok izoenziminden birini kodlar.

cAMP ve cGMP, (neredeyse her) hücre içindeki temel sinyal molekülleri olarak bilinir. Böyle bir sinyalin anlamı ve buna verilen yanıt, spesifik hücre tipine bağlıdır. Fosfodiesterazların, bu molekülleri parçalayarak kritik hücresel sinyal yollarını etkilediği açıktır. Ancak daha da ilginci, fare Pde4b'nin insan homologu olan PDE4B geninin daha önce Alzheimer hastalığı (ve gastroözofageal reflü hastalığı ; bkz. E. Adewuyi ve ark., 2022) riskiyle ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Genom çapında geniş çaplı bir çapraz özellik analizi, Alzheimer hastalığı ile gastrointestinal sistem bozuklukları arasında ortak bir genetik yapı olduğunu ortaya koymaktadır .

Üçüncü fare grubunun sonunda çift mutant olduğu ortaya çıktı: mutant bir App geni taşıyorlardı ve bu genin ürünü yaşla birlikte kaçınılmaz olarak amiloid olarak birikiyordu ve inaktif bir fosfodiesteraz 4B, biyokimyasal işlevlerini yerine getiremiyordu. Kötü haber şu ki, ikinci gruptaki normal "Alzheimer" fareleri gibi amiloid biriktirdiler. İyi haber ise, Barnes labirentini neredeyse normal vahşi tip fareleri kadar iyi çözmüş olmaları (Şekil 3). "Çift mutant" grubundaki bir fare insan olsaydı, araba kullanmayı unutabilirdi... ama eve dönüş yolunu kaybetmezdi.

Pozitron emisyon tomografisi, "çift mutantlarda" ek cesaret verici işaretler ortaya koydu: Beyindeki glikoz metabolizma hızında bir düşüş görülmedi. Bu düşüş, Alzheimer hastalığının ilk ve en kötü belirtilerinden biridir ve beyinde gözle görülür yapısal değişikliklerden ve hatta semptomların ortaya çıkmasından önce ortaya çıkar. Normal "Alzheimer" fareleri bu düşüşü gösterirken, fosfodiesteraz enzimleri devre dışı bırakılan farelerde bu düşüş görülmedi. PET görüntülerinde, beyinleri doğal tip kontrol grubuna göre yalnızca biraz daha az parlak "parlıyordu" (Şekil 4).

Ne yazık ki, deney sırasında tüm fareler öldürüldü. Bu, beyinlerindeki iltihabın yoğunluğunu değerlendirmek için gerekliydi. Bunun için beyinler sıvı bir posaya homojenize edilir ve bu posadaki iltihap belirteçleri olan belirli proteinlerin seviyeleri ölçülür. Çift mutant farelerde, bu seviyeler normal "Alzheimer" farelerinden de düşüktü. Fosfodiesteraz geninin "devre dışı bırakılmasının", devam eden amiloid birikimine rağmen Alzheimer hastalığının semptomlarını önemli ölçüde hafiflettiği ve beyin hücresi metabolizmasını iyileştirdiği ortaya çıktı. Öyleyse belki de yeni ilaçlar bu geni hiç hedeflememelidir?

Bu çalışma, fosfodiesteraz 4B'yi bloke etmenin Alzheimer hastalığı olan hastalara yardımcı olabileceğine dair daha fazla kanıt sunmaktadır. Araştırmacılar son yıllarda bu konuda aktif olarak kanıt toplamaktadır. Özellikle, mevcut fosfodiesteraz inhibitörlerinin farelerde ve insanlarda Alzheimer hastalığının ilerlemesini yavaşlatabildiği (J. Sheng vd., 2022. Fosfodiesterazın inhibisyonu: Hafif bilişsel bozulma ve Alzheimer hastalığının tedavisi için yeni bir terapötik hedef ) ve bu hastalığı olan hastalarda cAMP ve cGMP yoluyla hücre içi sinyallemenin bozulduğu gösterilmiştir (O. Sanders, L. Rajagopal, 2020. Alzheimer Hastalığı için Fosfodiesteraz İnhibitörleri: Mekanistik Bir Rasyonelle Klinik Denemeler ve Epidemiyolojinin Sistematik Bir İncelemesi ). Fosfodiesteraz 4B'nin Alzheimer hastalığındaki nöronal ölümle tam olarak nasıl bağlantılı olduğu henüz tam olarak açık değildir, ancak önerilen tüm mekanizmalar cAMP ve cGMP'yi parçalama biyokimyasal işlevine bağlıdır. Bu nedenle, bu enzimi belirli bir inhibitörle bloke etmek, onu genetik olarak etkisiz hale getirmekle aynı etkiye sahip olacaktır. Bilim insanları halihazırda bu tür inhibitörleri araştırıyorlar; neyse ki fosfodiesterazlar flavonoidler, kafein, kapsaisin (biberlerdeki acı madde), resveratrol (kırmızı şarapta bulunan bir antioksidan) ve antidepresan rolipram tarafından bloke edilebiliyor. Ancak, bu yöntemin insanlarda test edilebilmesi için, bu maddelere dayalı spesifik bir inhibitörün geliştirilmesi gerekiyor; mevcut bileşikler aynı anda birden fazla fosfodiesteraz alt tipini bloke ederek yan etkilere neden oluyor.

Böyle bir inhibitör geliştirildiğinde, yalnızca Alzheimer hastaları için değil, araştırmacılar onu bir başka nörodejeneratif hastalık olan Huntington hastalığı olan hastalarda da kullanmayı umuyor. Bu girişim başarısız olsa bile, fosfodiesteraz 4B üzerine yapılan bir dizi çalışma, Alzheimer araştırmalarında devrim yaratma şansına sahip. Sonuçta, tartışılan çalışma, hastalığın amiloid birikintilerini etkilemeden yavaşlatılabileceğini açıkça göstermiştir. Amiloid teorisini göz ardı etmek için henüz çok erken, ancak belki de Alzheimer ilaç geliştirmede amiloid arayışını bırakıp başka hedeflere odaklanmanın zamanı gelmiştir.

Kaynak: Paul Armstrong, Hüseyin Güngör, Pariya Anongjanya, Clare Tweedy, Edward Parkin, Jamie Johnston, Ian M. Carr, Neil Dawson ve Steven J. Clapcote. Alzheimer hastalığı için bir App knock-in fare modelinde PDE4B alt tipine özgü inhibisyonun koruyucu etkisi // Neuropsychopharmacology . 2024. DOI: 10.1038/s41386-024-01852-z.

Georgy Kurakin