Точная обрезка с помощью PROTAC: селективное нацеливание на токсичный хантингтин

В природе доминирующие организмы известны тем, что захватывают природные ресурсы на определённой территории. Например, дерево, которое со временем вырастает высоким, получает большое количество солнечного света. Однако если рядом с высоким деревом посадить саженец, он не будет иметь такого же доступа к солнцу и может не выжить. В клетках неправильно свёрнутые белки могут взаимодействовать друг с другом, образуя липкие скопления, также известные как агрегаты, которые могут действовать как доминирующий организм. При таких заболеваниях, как болезнь Хантингтона (БХ), эти скопления могут расходовать энергию и ресурсы клетки, вызывая белковый стресс и, в конечном счёте, способствуя гибели клетки.

В недавнем исследовании учёные создали химическое вещество, которое разрушает скопления расширенного хантингтина HTT в клетках с БХ и моделях мышей. Это химическое вещество находит скопления HTT и нацеливает их на расщепление или деградацию. Удаление только скоплений расширенного HTT с сохранением здорового HTT может в конечном итоге улучшить здоровье клетки. Давайте подробнее рассмотрим результаты этого исследования.

Выбор саженца

При БХ повторяющийся участок генетического кода C-A-G приводит к образованию расширенной формы белка HTT. Расширенный HTT является сверхдлинным и сворачивается в несколько иную форму, чем обычная форма HTT. Новая форма HTT может привести к образованию скоплений HTT, которые, как предполагается, усиливают белковый стресс, что может привести к гибели клетки. Одна из идей заключается в том, чтобы избавиться от этих токсичных скоплений HTT, но это сопряжено с собственным набором проблем.

Люди с БХ производят как обычный, так и расширенный HTT. Поскольку обычный HTT играет важную роль в здоровье и функционировании клетки, сохранение его части может быть важным. Представьте, что лесник хочет дать особому саженцу больше солнечного света, поэтому он распыляет химическое средство для уничтожения сорняков, которое уничтожает все растения в этой области. Химическое вещество избавится от высокого дерева, но саженец, вероятно, тоже не выживет. Вместо этого леснику нужно найти способ удалить высокое дерево, не повредив саженец. Аналогичным образом учёные изучают методы лечения, направленные на избавление от расширенного белка HTT при сохранении здоровой обычной формы HTT.

Нацеливание на высокое дерево

Как нацелиться на расширенный HTT, но не на обычный HTT? В исследовании из лаборатории Джен-Цзе Хуана на Тайване исследователи разработали соединение под названием PROTAC 2′ (произносится как про-так два прайм), которое может делать именно это в лабораторных моделях БХ. PROTAC 2′ находит скопления расширенного HTT, которые имеют форму, отличную от обычного HTT, и захватывает их.

Лаборатория Хуана разработала PROTAC 2′ не только для распознавания расширенного HTT, но и для доставки его к клеточному механизму утилизации отходов для расщепления. Это как если бы лесник носил с собой химические средства для уничтожения сорняков при поиске дерева. Это гораздо эффективнее, чем найти дерево, вернуться за химикатами и надеяться вспомнить, где оно было найдено. Поскольку PROTAC 2′ захватывает скопления расширенного HTT И существующий клеточный механизм утилизации отходов, скопления могут быть расщеплены и утилизированы более легко.

Очистка токсичных скоплений расширенного HTT в клетках

Расширенный HTT может существовать в различных формах. Исследователи иногда определяют эти формы на основе их способности растворяться в различных жидкостях или того, как они ведут себя при маркировке цветными химическими «метками». Скопления расширенного HTT, которые плохо растворяются или плотно упакованы вместе, часто называют «нерастворимыми». Расширенный белок HTT также может существовать в «растворимой» форме. Есть некоторые данные о том, что нерастворимая форма расширенного HTT может быть более токсичной.

В клетках в чашке, которые были обработаны PROTAC 2′, исследователи обнаружили более низкие уровни нерастворимых скоплений расширенного HTT, в то время как уровни других форм HTT оставались прежними. Это позволяет предположить, что PROTAC 2′ помогает клеткам избавиться от скоплений расширенного HTT, не влияя на другие формы белка — именно так, как надеялись исследователи!

Лаборатория Хуана также интересовалась тем, как клетки реагировали на более низкие уровни скоплений расширенного HTT. В клетках, обработанных PROTAC 2′, исследователи обнаружили увеличение выживаемости клеток и меньше признаков стресса. Это позволяет предположить, что обработка клеток PROTAC 2′ может помочь уменьшить некоторые проблемы в клетке, которые мы связываем с БХ.

Замедление прогрессирования БХ у мышей

Исследователи также вводили PROTAC 2′ мышам, моделирующим БХ, чтобы выяснить, может ли PROTAC 2′ уменьшить их симптомы, подобные БХ. Эти мыши были генетически модифицированы для переноса человеческого гена БХ с экспансией около 120 повторов CAG. Это приводит к образованию скоплений расширенного HTT и воспалению в мозге, а также к прогрессирующей потере веса, двигательному упадку и значительно более короткой продолжительности жизни по сравнению с мышами, у которых нет гена БХ.

Прежде чем работать с больными мышами, исследователи узнали больше о безопасности и действиях PROTAC 2′, вводя эту молекулу мышам, которые не несли мутацию БХ. Затем они лечили мышей, моделирующих БХ, и обнаружили, что у мышей, получавших PROTAC 2′, было меньше скоплений HTT, улучшения других маркеров мозга и симптомов, а также более длительная продолжительность жизни по сравнению с нелечеными мышами с БХ. Это позволяет предположить, что лечение PROTAC 2′ может замедлять эффекты прогрессирования БХ в этой модели заболевания.

Взгляд в будущее

Исследователи из лаборатории Хуана разработали соединение, которое рекрутирует как скопления HTT, так и механизм деградации в одно и то же место. Подобно леснику, защищающему ценный саженец, PROTAC 2′ эффективно разрушает скопления в клетках, щадя при этом обычный хантингтин. Это замедлило прогрессирование симптомов, подобных БХ, у мышей, и авторы предполагают, что PROTAC могут иметь потенциал в качестве терапевтического средства в будущем.

Хотя им удалось продемонстрировать потенциал этих молекул у мышей, предстоит ещё многое сделать, прежде чем мы сможем перейти к применению этого подхода у людей. Одна из проблем заключается в том, что PROTAC относятся к более крупным лекарственным молекулам, и им может быть трудно проникнуть глубоко в ткань мозга, что является более серьёзной проблемой в более крупном (человеческом) мозге. Кроме того, это исследование не проводило прямого сравнения обычных и больных мышей — и возможно, что БХ может изменить способность PROTAC проникать в ткань мозга. Более крупные исследования также потребуются для лучшего понимания того, как PROTAC 2′ влияет на другие процессы, затронутые БХ, такие как производство энергии.

Тем не менее, разрушение токсичных белковых скоплений — это стратегия, которая изучается при множественных заболеваниях мозга, и интересно видеть, что она может иметь положительные эффекты у мышей с БХ. Авторы отмечают, что подходы к очистке на основе белков могут удалить часть токсичного виновника с меньшим потенциалом долгосрочного вреда, чем такие стратегии, как генная терапия.

Резюме

• PROTAC 2′ селективно нацеливает скопления расширенного HTT для клеточной мусорной корзины, щадя обычный HTT
• Он работает путём рекрутирования механизма очистки отходов к токсичным белковым скоплениям
• В клетках это лечение снизило нерастворимые скопления расширенного HTT и уменьшило стресс
• У мышей, моделирующих БХ, PROTAC 2′ уменьшил двигательные проблемы и другие проявления заболевания, а также увеличил продолжительность жизни