Tekstin koko

Suomalaisia liikehäiriöiden prekliinisiä tutkimuksia 2022

Vuosi 2022 oli hiukan vaisumpi kokeellisen tutkimuksen osalta kuin pari edellistä vuotta. Jopa puolet tutkimuksista oli katsausartikkeleita. Ilahduttavasti uusia ryhmiä on mukana, mm. Aalto yliopistosta ja Helsingistä muualtakin kuin Viikistä. Tässä ei käsitellä julkaisuja, joiden pääpaino on Alzheimerin taudissa eikä esim. dopamiinireseptoreiden ominaisuuksia tai määritysmenetelmien kehitystä.

Uusia avauksia

Jonkin verran uusia näkökulmia on tullut esiin, yleensä monikansallisten ryhmien myötä. Useimmat näistä avauksista ovat soluviljely- tai kärpäs/mato-tutkimusta. Eri tavoin on pyritty lähestymäänsynukleiinin toksisuutta ja sen estämistä. Lähtökohtina ovat olleet mm. luonnonlääkkeet ja valtamerien eliöt.

Novosibirskistä lähtöisen olevaa monoterpenoidirakenteista yhdistettä PA96 on tutkittu mm. Viikissä sekä in vitro että in vivo MPTP-mallissa. Heikkoja positiivisia vaikutuksia on havaittu, etenkin pienillä annoksilla.Vaikutusmekanismista ei ole tietoa. Ei ole vakuuttava uutuus (1).
Yksi uusista rakenteista on prunoliini, joka on polyaromaattinen butenoloidi. Se eristettiin Synoicum prunum merieliöstä. Dopamiinisoluviljelmisssä -synukleiinin sakkautuminen estyi pitoisuudella 0,5 µM. Alussa siis ollaan, mutta aivan uusi perusrakenne on identifioitu ja australialaisen yhteistyön kautta jatkotutkimuksia on tulossa (2).

Toinen australialaisen yhteistyön hedelmä on osterubiini, joka löytyi Thorectandra-eliöstä tehdystä uutteesta. Se muistuttaa homotauriinia ja tunnettua synukleiinin-aggregaation estäjää ALZ-801:ia. Vasta sitoutumiskokeet on tehty eli aivan alussa ollaan, mutta uusi rakenne kiinnostaa (3).

Jo vuonna 2021 raportoitiin yhdisteestä AmyP53 synukleiini- ja amyloidi-oligomeerien vahingollisuuden estäjänä ja nyt aineesta ja ideasta on saatu uusia farmakokineettisiä tuloksia mm. eläinkokeissa. AmyP53 on melko stabiili vesiliuoksessa ja rottakokeissa se pääsee nenään annosteltaessa aivoihin (4). Eläinkokeita PD:n malleissa edelleen odotellaan.

Aivotoksisuuden kannalta lienee niin, että lyhyehköt synukleiini- ja amyloidi-oligomeerit ovat haitallisempia kuin varsinaiset sakkaumat, joten juuri näiden pienempien yhdisteiden syntyä tulisi hillitä. Oligomeerien muodostumisessa gangliosideillä on merkittävä osuus. Keskeinen ajatus on se, että oligomeerien toksisuus perustuu niiden kykyyn ”porata” solukalvoon reikiä, joiden kautta valuu runsaasti Ca++ solujen sisään ja liiallinen Ca++ onkin vaurion todellinen syy. Reiitysominaisuutta arvellaan voitavan estää keinotekoisilla yhdisteillä, joissa on synukleiinin- ja/tai amyloidibetan rakenteesta etsityt aminohappopätkät. Näistä muodostetaan kimeereitä, kuten tämä AmyP53.Peptidirakenteinen AmyP53 sitoutuu gangliosideihin, jolloin ne eivät kykene suorittamaan osuuttaan. Ideaa on testattu perinteisillä SH-SY5Y-soluilla, joihin on transfektoitu AmyP53 kimeeri lentiviruksen avulla. Oligomeerien ja reikien muodostuminen saatiin estetyksi. Vuoden 2021 katsauksen lisäksi on aihepiiristä ilmestynyt jo 2 uutta katsausta (5; 6), joissa on suomalainenkin osoite. Reiitysmekanismia lähinnä selitetään.

Hermokasvutekijät

Prof. Saarman ryhmä raportoi CDNF:n kahtalaisesta vaikutusmekanismista uutta tietoa. CDNF toimii solunulkoisesti tavallisena troofisena hermokasvutekijänä ja lisäksi solunsisäisesti endoplasmisessa verkostossa (ER) ER-stressiä vaimentaen ja väärin laskostuneiden proteiinien haitallista toimintaa estäen (7). Myös MANF:illa on samoja vaikutuksia (8). Asiaa on edelleen perusteellisesti käsitelty katsausartikkelissa (9).

Tseng ym. (10) totesivat, että rotan 6-OHDA-mallissa CDNF paransi dopamiinihermojen säilymistä. Lisäksi CDNF vaikutti suotuisasti siirrettyjen mikrogliasolujen aktivaatioon ja toimintaan. Molemmat vaikutukset ovat erittäin hyödyllisiä Parkinsonin taudin hoitoa ajatellen.

Aiemmin on jo kerrottu pienyhdisteistä, jotka vaikuttavat suoraan Ret-reseptoriin ja yhdiste BT44 on ollut esillä. BT44 on kuitenkin erittäin hankala fysikokemiallisilta ominaisuuksiltaan, ja nyt siitä on valmistettu saksalaisena yhteistyönä nanoemulsio. Se säilyttää biologisen vaikutuksensa, imeytyy elimistöön paremmin, toimii soluviljelmissä ja läpäisee veri-aivoesteen. BT44 nanoemulsio vaikuttaa lupaavalta lääkeaihiolta, mutta in vivo kokeet vielä puuttuvat (11).

PREP-estäjät

PREP-tutkimuksista on ilmestynyt kaksi raporttia, joissa on uusia ja osin hämmentäviä huomioita synukleiinin sakkautumisesta. Ryhmä kehitti Parkinsonin tautia mallittavan soluviljelmän seulontaa varten ja totesi, että useat vauriolta suojaavat yhdisteet (mm. KYP-2047, nilotinibi, deferiproni) toimivat odotetusti, vaikka niillä oli erilaiset vaikutusmekanismit. Yllätys oli se, ettei suojavaikutus korreloinut lainkaan liukoisten oligomeerien alenemisen kanssa (12).

Eri tavoin toimivia kokeellisia hoitoja testattiin myös hiirillä, joille oli toispuoleisesti mustatumakkeeseen (s. nigraan) viety adenoviruksen avulla A53T mutatoitua α-synukleiinia (13). Kahden ja 4 viikon pumppuhoito KYP-2047:lla suojasi dopamiinisoluja, mutta ei poistanut liukoisia synukleiinifragmentteja. Toisaalta liukenemattoman synukleiinin poisto ei suojannut dopamiinisoluja. Samanlaista ristiriitaa havaittiin nilotinibillä ja osin myös Anle138b:llä ja deferipronilla. Johtopäätöksenä on se, että toksisten synukleiinifragmenttien rakenteet jäivät selvittämättä. Käytetyillä menetelmillä niitä ei voitu todentaa. Koko sakkautumis-prosessia pitää vielä selvittää runsaasti lisää. Asia taitaa olla paljon monimutkaisempi kuin aiemmin on ajateltu.

Insuliiniresistenssi ja α-synukleiiniaggregaatio

α-synukleiininsakkautumien ja insuliiniresistenssin yhteyksistä on raportoitu, mutta asia on epäselvä. Asiaa tutkittiin fibrillimallissa dopamiinisoluviljelmissä (14). Insuliinisignallointia muutettiin useilla tavoilla, mutta α- synukleiinin sakkautuminen ei muuttunut. Edes insuliinin poistaminen kokonaan osoittautui vaille vaikutusta. Sen sijaan havaittiin, että eräät soluviljelynesteen komponentit (mm. B27) vähensivät sakkautumista. Metodisiin yksityiskohtiin tulee kiinnittää erityistä huomiota, jottei ajauduta harhateille.

Autofagiatutkimuksia ym.

PREP-tutkimusten lisäksi autofagiaa ja mitofagiaa on käsitelty myös uusista näkökulmista. Suomalais-australialainen ryhmä (15) on tutkinut koe-eläimillä nälkiintymisen ja mTOR signalointireitin eston aiheuttamia geenimuutoksia. Molemmat ”hoidot” aktivoivat autofagiaa. Geeniseulonnassa löytyi mm. senataksiini-geeni, joka aktivoi useita neurodegeneratiivisia reittejä. Asiaan liittyy myös transkriptiotekijä E2F. Nämä havainnot avaavat uuden tutkimuslinjan, mutta työ on vasta aivan alkuvaiheessa.

Mitofagia on prosesssi, joka poistaa vaurioituneet mitokondriot. Suomalaisia on mukana monikansallisessa ryhmässä (16), joka on selvittänyt rautakelatoinnin (deferiproni) vaikutusta. Raudan poisto aktivoi PINK/PARKIN-reitistä riippumattoman mitofagian. Diasetyyliglyseroli asyylitranferaasi 1 (DGAT1) aktivoituu ja lipidipisaroiden muodostuminen alkaa selvästi ennen mitofagiaa. Nämä tapahtumat säätelevät mm. banaanikärpäsen liikkumista eräänlaisessa Parkinsonin taudin mallissa. Alussa ollaan.

Matej Orecic Turusta kuuluu monikansalliseen ryhmään, joka on laatinut katsauksen glykomiikan ja glykoproteomiikan merkityksestä hermoston rappeumasairauksissa (17). Kyse on siitä, että geenin luennan jälkeen proteiineissa tapahtuu ns. post-translationaalisia muutoksia, kuten glykosylaatio. Vastaavia muutoksia ovat fosforylaatio, asetylaatio, sulfaatio, hydroksylaatio, SUMOylaatio, ubikulaatio ja metylaatio, mutta glykosylaation merkitys lienee suurin. Se säätelee geenien ja biologisten prosessien toimintaa. Häiriöt esim. -synukleiinin O-glykosylaatiossa voivat johtaa Parkinson taudin neurodegeneraatioon. Tämä on jälleen yksi mahdollinen mekanismi, jolla Parkinsonin tauti saattaa alkaa.

Katsausartikkelit

Monikansallinen katsaus (18), jossa on mukana Aalto-yliopiston Ruokolainen, tarkastelee todella kattavasti kehitysbiologian metaboliareittejä ja ehdottaa useita yhdisteitä, joilla voisi olla hyödyllinen vaikutus neurologisissa häiriöissä, ei vain synnynnäisissä kehityshäiriöissä vaan myös neurodegeneratiivissa sairauksissa. Listassa on tuttuja yhdisteitä (kurkumiini, fluoksetiini, nikotiini, hypersiini-A, troglitatsoni, tulehduskipulääkkeet, resveratriini, salvianolihappo, litium, krosiini), joita on kaikki kokeiltu jossain muodossa aiemmin. Ei siis mitään uutta tule esiin, mutta biokemialliset reitit on kattavasti kuvattu ja kuvitettu. Mihin ryhmä on ehkä ryhtymässä, jää avoimeksi.

Monimutkaisia vaikutusreittejä on yritetty kuvata kuviossa 1 alla.

 

 

Kuvio 1 (Jha ym. 2022, viite 18)

 

Brittiläis-suomalainen (Helsinki, Turku; mukana Eeva-Liisa Eskelinen) tutkimusryhmä käsittelee perinpohjaisesti autofagian eri muotoja ja autofagian merkitystä sekä moninaisille synnynnäisille sairauksille että hermoston rappeumasairauksille (19). Näissä on yhteisiä piirteitä (kuvio 2 alla). Katsaus on kattava, mutta ryhmän omat tutkimustavoitteet jäävät kertomatta.

 

Kuvio 2 (Deneubourg ym. 2022, viite 19)

 

Edellä on käsitelty jo useita katsausmuotoisia julkaisuja. Näiden lisäksi on ilmestynyt hyvin perusteellisia yhteenvetoja keskushermoston redox-homeostaasin häiriöistä keskushermoston rappeumasairauksissa (20, 21ja synukleiinin sakkautumisen solumalleista (22). Ihmetystä herättää se, missä varsinaiset tieteelliset artikkelit luuraavat.

Ympäristöön levitettävät hyönteis- ja vesakkomyrkyt, kuten erilaiset pestisidit, insektisidit, herbisidit ja fumigantit ovat jälleen tulleet ajankohtaisiksi selittämään Parkinsonin taudin syitä. Intialainen katsaus, jossa Aalto-yliopisto on mukana (23) kertaa mahdollisia mekanismeja. Mm. seuraavien myrkkyjen toksisuutta ja osin myös eläinkokeiden tuloksia luetellaan: maneb, parakvatti, klooripyrifossi, rotenoni, deltametriini, dieldriini. Varsinaisesti mitään uutta ei tule esiin, mutta käsitys ympäristömyrkkyjen merkityksestä saa vahvistusta. Länsimaissa useimmat näistä myrkyistä on kielletty, mutta kehittyvissä maissa tilanne on toinen. Kuviossa 3 eräitä näiden myrkkyjen vaikutuspaikkoja.

 


 

Kuvio 3 (Vellingiri ym. 2022, viite 23)

 

11.1.2023

Pekka T. Männistö

LKT, farmakologian ja lääkekehityksen emeritusprofessori, Helsingin yliopisto

 

Kirjallisuus

1. Kotliarova A, Podturkina AV, Pavlova AV, Gorina DS, Lastovka AV, Ardashov OV, Rogachev AD, Izyurov AE, Arefieva AB, Kulikov AV, Tolstikova TG, Volcho KP, Salakhutdinov NF, Sidorova T.A Newly Identified Monoterpenoid-Based Small Molecule Able to Support the Survival of Primary Cultured Dopamine Neurons and Alleviate M PTP-Induced Toxicity In Vivo. Molecules. 2022 Nov 28;27(23):8286. doi: 10.3390/molecules27238286. PMID: 3650038                                                                                                                                                                                 

2. Holland DC, Dale W PrebbleSafak ErJoshua B HaytonLuke P RobertsonVicky M AveryAndrii DomanskyiMilton J KiefelJohn N A HooperAnthony R Carroll α-Synuclein Aggregation Inhibitory Prunolides and a Dibrominated β-Carboline Sulfamate from the Ascidian Synoicum prunum. J Nat Prod 2022 Feb 25;85(2):441-452.  doi: 10.1021/acs.jnatprod.1c01172. Epub 2022 Jan 20.

3. Dale W PrebbleSafak ErIrena HlushchukAndrii DomanskyiMikko AiravaaraMerrick G EkinsGeorge D MellickAnthony R Carroll α-Synuclein binding activity of the plant growth promoter asterubine Bioorg Med Chem Lett  2022 May 15;64:128677. doi: 10.1016/j.bmcl.2022.128677.Epub 2022 Mar 14.

4. Di Scala C, Armstrong N, Chahinian H, Chabrière E, Fantini J, Yahi N AmyP53, a Therapeutic Peptide Candidate for the Treatment of Alzheimer's and Parkinson's Disease: Safety, Stability, Pharmacokinetics Parameters and Nose-to Brain Delivery . Int J Mol Sci. 2022 Nov.2;23(21):13383. doi: 10.3390/ijms232113383.PMID: 36362170

5. Azzaz F, Yahi N, Di Scala C, Chahinian H, Fantini: A unifying framework for amyloid-mediated membrane damage: The lipid-chaperone hypothesis. J. Adv Protein Chem Struct Biol. 2022;128:289-324. doi: 10.1016/bs.apcsb.2021.08.003. Epub 2021 Oct 11.PMID: 35034721

6. Tempra C, Scollo F, Pannuzzo M, Lolicato F, La Rosa C. Ganglioside binding domains in proteins: Physiological and pathological mechanisms. Biochim Biophys Acta Proteins Proteom. 2022 Apr 1;1870(4):140767. doi: 10.1016/j.bbapap.2022.140767. Epub 2022 Feb 8.PMID: 35144022

7. Eesmaa, A.; Yu, L.-Y.; Göös, H.; Danilova, T.; Nõges, K.; Pakarinen, E.; Varjosalo, M.; Lindahl, M.; Lindholm, P.; Saarma, M. CDNF Interacts with ER Chaperones and Requires UPR Sensors to Promote Neuronal Survival. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 9489. https://doi.org/10.3390/ijms23169489

8. Lindholm, P., Saarma, M. Cerebral dopamine neurotrophic factor protects and repairs dopamine neurons by novel mechanism. Mol Psychiatry 27, 1310–1321 (2022). https://doi.org/10.1038/s41380-021-01394-6

9. Pakarinen, E., Lindholm, P., Saarma, M. et al. CDNF and MANF regulate ER stress in a tissue-specific manner. Cell. Mol. Life Sci. 79, 124 (2022). https://doi.org/10.1007/s00018-022-04157-w

10. Tseng, K.-Y.; Wu, J.-S.; Chen, Y.-H.; Airavaara, M.; Cheng, C.-Y.; Ma, K.-H. Modulating Microglia/Macrophage Activation by CDNF Promotes Transplantation of Fetal Ventral Mesencephalic Graft Survival and Function in a Hemiparkinsonian Rat Model. Biomedicines 2022, 10, 1446. https://doi.org/10.3390/biomedicines10061446

11. Malik Salman HaiderArun Kumar MahatoAnastasiia KotliarovaStefan ForsterBettina BöttcherPhilipp StahlhutYulia SidorovaRobert Luxenhofer

12. Eteläinen Tony S, Tommi P. Kilpeläinen, Adele Ignatius, Samuli Auno, Francesca De Lorenzo, Johanna K. Uhari-Väänänen, Ulrika H. Julku, Timo T. Myöhänen. Removal of proteinase K resistant αSyn species does not correlate with cell survival in a virus vector-based Parkinson's disease mouse model. Neuropharmacology, Volume 218, 2022

13. Eteläinen, Tony and Auno, Samuli and Myöhänen, Timo and Kilpeläinen, Tommi, A Cellular Screening Pattern for Small-Molecular Compounds Targeting Toxic Mechanisms in Parkinson's Disease. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=4022985 or http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4022985

14. Hlushchuk I, Barut J, Airavaara M, Luk K, Domanskyi A, Chmielarz P. Cell Culture Media, Unlike the Presence of Insulin, Affect of  α-Synuclein Aggregation in Dopaminergic Neurons. Biomolecules. 2022 Apr 9;12(4):563. doi: 10.3390/biom12040563. PMID: 35454152; PMCID: PMC9024760.
15. Casey AE, Liu W, Hein LK, Sargeant TJ, Pederson SM, Mäkinen VP Transcriptional targets of senataxin and E2 promoter binding factors are associated with neuro-degenerative pathways during increased autophagic flux. Sci Rep. 2022 Oct 21;12(1):17665. doi: 10.1038/s41598-022-21617-2.PMID: 36271102

16. Long M, Sanchez-Martinez A, Longo M, Suomi F, Stenlund H, Johansson AI, Ehsan H, Salo VT, Montava-Garriga L, Naddafi S, Ikonen E, Ganley IG, Whitworth AJ, McWilliams TG DGAT1 activity synchronises with mitophagy to protect cells from metabolic rewiring by iron  depletion. EMBO J. 2022 May 16;41(10):e109390. doi: 10.15252/embj.2021109390. Epub 2022 Apr 12.PMID: 35411952

17. Kobeissy F, Kobaisi A, Peng W, Barsa C, Goli M, Sibahi A, El Hayek S, Abdelhady S, Ali Haidar M, Sabra M, Orešič M, Logroscino G, Mondello S, Eid AH, Mechref Y.Glycomic and Glycoproteomic Techniques in Neurodegenerative Disorders and Neurotrauma: Towards Personalized Markers. Cells. 2022 Feb 8;11(3):581. doi: 10.3390/cells11030581.PMID: 35159390

18. Jha NK, Chen WC, Kumar S, Dubey R, Tsai LW, Kar R, Jha SK, Gupta PK, Sharma A, Gundamaraju R, Pant K, Mani S, Singh SK, Maccioni RB, Datta T, Singh SK, Gupta G, Prasher P, Dua K, Dey A, Sharma C, Mughal YH, Ruokolainen J, Kesari KK, Ojha S.Molecular mechanisms of developmental pathways in neurological disorders: a pharmacological and therapeutic review. Open Biol. 2022 Mar;12(3):210289. doi: 10.1098/rsob.210289. Epub 2022 Mar 16.PMID: 352918

19. Deneubourg C, Ramm M, Smith LJ, Baron O, Singh K, Byrne SC, Duchen MR, Gautel M, Eskelinen EL, Fanto M, Jungbluth H.The spectrum of neurodevelopmental, neuromuscular and neurodegenerative disorders due to defective autophagy. Autophagy. 2022 Mar;18(3):496-517. doi: 10.1080/15548627.2021.1943177. Epub 2021 Aug 19.PMID: 34130600

20. Gundars GoldsteinsVili HakosaloMerja JaronenMeike Hedwig KeutersŠárka LehtonenJari Koistinaho

21. Domanskyi A, Parlato R. Oxidative Stress in Neurodegenerative Diseases. Antioxidants (Basel). 2022 Mar 5;11(3):504. doi: 10.3390/antiox11030504. PMID: 35326154; PMCID: PMC8944598.

22. Albert K, Kälvälä S, Hakosalo V, Syvänen V, Krupa P, Niskanen J, Peltonen S, Sonninen TM, Lehtonen Š. Cellular Models of Alpha-Synuclein Aggregation: What Have We Learned and Implications for Future Study. Biomedicines. 2022 Oct 20;10(10):2649. doi: 10.3390/biomedicines10102649. PMID: 36289910; PMCID: PMC9599330.

23. Vellingiri B, Chandrasekhar M, Sri Sabari S, Gopalakrishnan AV, Narayanasamy A, Venkatesan D, Iyer M, Kesari K, Dey A. Neurotoxicity of pesticides - A link to neurodegeneration. Ecotoxicol Environ Saf. 2022 Sep 15;243:113972.doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.113972. Epub 2022 Aug 24.PMID: 36029574