Η «αυθόρμητη χημεία» μπορεί να οδηγήσει σε νόσο του Αλτσχάιμερ
Παρά τις δεκαετίες έρευνας, η νόσος του Αλτσχάιμερ διατηρεί πολλά μυστήρια. Μια πρόσφατη μελέτη ρωτά αν οι αυθόρμητες αλλαγές στη χημεία των πρωτεϊνών θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξήγηση των νευρολογικών χαρακτηριστικών του Alzheimer.
Η νόσος του Alzheimer είναι η πιο κοινή μορφή άνοιας. αυτή τη στιγμή επηρεάζει περίπου 5,5 εκατομμύρια ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Ως έχει, δεν υπάρχει θεραπεία, και οι ερευνητές προσπαθούν ακόμα να αντιμετωπίσουν αυτό που κάνει το Alzheimer να τσεκάρει.
Το κύριο επίκεντρο της ιατρικής έρευνας ήταν οι πλάκες και τα μπερδέματα, οι πρωτεϊνικοί δείκτες του εγκεφάλου του Αλτσχάιμερ.
Μια πρόσφατη εργασία, που δημοσιεύθηκε στις Κεντρική Επιστήμη ACS, ρωτά αν αυτά τα χαρακτηριστικά μπορεί να προκύψουν λόγω αυτού που αναφέρονται ως «αυθόρμητη χημεία».
Πλάκες και μπερδεμένα
Οι πλάκες αποτελούνται από μια πρωτεΐνη που ονομάζεται βήτα-αμυλοειδές. Συνήθως, αυτή η πρωτεΐνη απομακρύνεται από τα κύτταρα, αλλά στον εγκέφαλο του Alzheimer, κολλάει μαζί σε συστάδες μεταξύ των νευρικών κυττάρων.
Μια πρωτεΐνη που ονομάζεται tau σχηματίζει νευροϊνιδιακά μπερδεμένα, τα οποία αναπτύσσονται μέσα στα εγκεφαλικά κύτταρα. Το Tau σχετίζεται με μικροσωληνίσκους, οι οποίοι είναι μακρές, λεπτές, σωληνοειδείς δομές που παρέχουν υποστήριξη στο κύτταρο.
Στο Alzheimer's, το tau τροποποιείται και οι μικροσωληνίσκοι δεν μπορούν να σχηματιστούν σωστά. Αντ 'αυτού, σχηματίζουν στριμμένα νήματα.
Παρά τη σχετικά καλή κατανόηση των πρωτεϊνικών δεικτών του Alzheimer, δεν είναι ακόμη σαφές γιατί αναπτύσσονται.
Όπως εξηγεί ο καθηγητής Ryan R. Julian, ο επικεφαλής ερευνητής της τρέχουσας μελέτης, «Η κυρίαρχη θεωρία, που βασίζεται στη συσσώρευση βήτα-αμυλοειδούς, υπάρχει εδώ και δεκαετίες, και έχουν δοκιμαστεί δεκάδες κλινικές δοκιμές με βάση αυτήν τη θεωρία, αλλά όλα έχουν αποτύχει. "
Λυσοσωμική αποθήκευση
Αν και οι πλάκες και τα μπερδεμένα είναι σχεδόν οικιακά ονόματα, μια άλλη πτυχή της νόσου του Αλτσχάιμερ είναι λιγότερο γνωστή: η αποθήκευση λυσοσωμάτων.
Τα λυσοσώματα, που βρίσκονται στα κύτταρα, είναι ουσιαστικά σάκοι ενζύμων. Λειτουργούν ως κυτταρικό σύστημα διάθεσης απορριμμάτων κόβοντας παλαιές ή σπασμένες πρωτεΐνες και στέλνοντας τα εξαρτήματα για ανακύκλωση.
Μερικές φορές, τα λυσοσώματα αποτυγχάνουν - εάν οι γενετικές μεταλλάξεις παρεμποδίζουν την κατασκευή οποιουδήποτε από τα ένζυμα τους, προκαλεί λυσοσωμικές ασθένειες αποθήκευσης.
Σε αυτές τις σπάνιες συνθήκες, οι πρωτεΐνες εισέρχονται στα λυσοσώματα για να διασπάσουν, αλλά επειδή το σχετικό ένζυμο είναι ελαττωματικό ή ανύπαρκτο, οι πρωτεΐνες απλώς παραμένουν τοποθετημένες μέσα στο λυσόσωμα, εμποδίζοντας τη λειτουργία του. Το κελί σημειώνει αυτό το σφάλμα και δημιουργεί ένα νέο λυσόσωμα. Εάν αποτύχει και αυτό, η διαδικασία επαναλαμβάνεται.
Με την πάροδο του χρόνου, το κύτταρο γεμίζει με ελαττωματικά λυσοσώματα και πεθαίνει. Εάν αυτό συμβαίνει σε νευρώνες - που δεν διαιρούνται - όταν πεθάνουν, δεν αντικαθίστανται.
«Οι εγκέφαλοι των ανθρώπων που έχουν διαταραχή της αποθήκευσης λυσοσωμάτων […] και οι εγκέφαλοι των ανθρώπων που έχουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ είναι παρόμοιοι, όσον αφορά την αποθήκευση λυσοσωμάτων.»
Καθ. Ryan R. Julian
Σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης, αυτές οι ομοιότητες περιλαμβάνουν «παραγωγική αποθήκευση αποτυχημένων λυσοσωμικών σωμάτων, συσσώρευση γεροντικών πλακών και σχηματισμό νευροϊνιδιακών μπερδεμάτων».
Συνεχίζουν, «Στην πραγματικότητα, η σάρωση ηλεκτρονικών μικροσκοπικών εικόνων της λυσοσωμικής αποθήκευσης (σε νευρώνες) είναι σχεδόν αδιακρίτως μεταξύ των δύο ασθενειών.»
Λεπτή, αυθόρμητη χημεία
Οι ερευνητές, από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Riverside, πιστεύουν ότι το β-αμυλοειδές και το tau υφίστανται χημικές αλλαγές που εμποδίζουν τη διάσπασή τους από τα λυσοσώματα. Συγκεκριμένα, υφίστανται ισομερισμό ή επιμερισμό.
Και στις δύο αυτές χημικές αλλαγές, οι οποίες μπορούν να εμφανιστούν αυθόρμητα, τα αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες μεταβάλλονται.
Οι αλλαγές είναι ανεπαίσθητες, αλλά είναι αρκετές για να αποτρέψουν τη διάσπασή τους πολύ συγκεκριμένων ενζύμων. Ο καθηγητής Julian εξηγεί ότι είναι σαν να προσπαθείτε να τοποθετήσετε ένα αριστερό γάντι στο δεξί σας χέρι. "
Οι αυθόρμητες χημικές αλλαγές είναι πιθανότερο να συμβούν σε μακροχρόνιες πρωτεΐνες, όπως αυτές που εμπλέκονται στο Αλτσχάιμερ.
Αν και οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι το β-αμυλοειδές και το tau βιώνουν αυτές τις αλλοιώσεις, σύμφωνα με τον καθηγητή Julian, «Κανείς δεν έχει εξετάσει ποτέ αν αυτές οι τροποποιήσεις θα μπορούσαν να εμποδίσουν τα λυσοσώματα να μπορούν να διαλύσουν τις πρωτεΐνες».
Είναι σημαντικό ότι η αποθήκευση λυσοσωμάτων συμβαίνει πριν από το σχηματισμό πλακών, την οποία οι συγγραφείς πιστεύουν ότι υπαινίσσονται ότι η δυσλειτουργία του λυσοσωμικού μπορεί να παίζει αιτιώδη ρόλο.
Ισομερή και επιμερή
Χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας και υγρή χρωματογραφία, οι επιστήμονες απέδειξαν ότι οι ισομερισμένες ή επιμερισμένες εκδόσεις του βήτα-αμυλοειδούς και ταυ, όπως προβλέφθηκε, δεν διασπάστηκαν από λυσοσωμικά ένζυμα.
Έκανε επίσης δοκιμές στα λυσοσώματα ζωντανών κυττάρων ποντικού. Για άλλη μια φορά, οι χημικά τροποποιημένες πρωτεΐνες ήταν αδιαπέραστες από τις ενζυματικές δυνάμεις των λυσοσωμάτων.
«Οι μακροχρόνιες πρωτεΐνες γίνονται πιο προβληματικές καθώς γερνάμε και θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη λυσοσωμική αποθήκευση που παρατηρείται στο Αλτσχάιμερ […]. Εάν έχουμε δίκιο, θα ανοίξει νέους δρόμους για τη θεραπεία και την πρόληψη αυτής της ασθένειας. "
Καθ. Ryan R. Julian
Οι συγγραφείς ελπίζουν ότι αυτή η νέα προσέγγιση θα μπορούσε, μια μέρα, να δημιουργήσει ένα νέο κύμα ναρκωτικών του Αλτσχάιμερ.
Ο καθηγητής Julian πιστεύει ότι η αποθήκευση λυσοσωμάτων μπορεί να αποφευχθεί με την ανακύκλωση των πρωτεϊνών «έτσι ώστε να μην κάθονται αρκετά για να περάσουν από αυτές τις χημικές τροποποιήσεις. Επί του παρόντος, δεν διατίθενται φάρμακα για την τόνωση αυτής της ανακύκλωσης. "
Αυτή η μελέτη προσφέρει νέα εικόνα για το πώς και γιατί μπορεί να ξεκινήσει η νόσος του Alzheimer. Όμως, επειδή είναι η πρώτη φορά που μια μελέτη διερεύνησε τη λυσοσωμική αποθήκευση και τις αυθόρμητες χημικές μεταβολές στην ταυ και το β-αμυλοειδές, θα περάσει κάποιος χρόνος προτού οδηγήσει σε μια αποτελεσματική παρέμβαση.
