Chất ức chế Farnesyltransferase LNK-754 làm giảm chứng loạn dưỡng sợi trục và giảm bệnh lý amyloid ở chuột Phần 4

LNK-754 và lonafarnib tăng cường vận chuyển nội bào sợi trục trong tế bào thần kinh nuôi cấy

Để nghiên cứu cơ chế của LNK-754 nhằm giảm sự tích tụ LAMP1, BACE1 và LT trong các tế bào thần kinh loạn dưỡng ở chuột 5XFAD, chúng tôi đã thực hiện các nghiên cứu in vitro bằng cách sử dụng các tế bào thần kinh nuôi cấy sơ cấp của chuột hoang dã. Đầu tiên, chúng tôi đánh giá mô hình phân bố của các bào quan nội bào trong tế bào thần kinh được điều trị bằng phương tiện, LNK-754 hoặc lonafarnib bằng kính hiển vi miễn dịch huỳnh quang đồng tiêu. Trong các tế bào thần kinh được điều trị bằng phương tiện, các túi huỳnh quang LAMP1 tập trung chủ yếu ở thân tế bào và các tế bào thần kinh gần, trong khi ở các tế bào thần kinh được điều trị bằng LNK-754 và lonafarnib, các túi LAMP1 đã tăng lên ở các vùng tế bào thần kinh gần và xa so với các tế bào thần kinh được điều trị bằng phương tiện ( Hình 6A-F).

Tương tự như kết quả in vivo của chúng tôi và phù hợp với các báo cáo trước đây [9], tổng LAMP1 tăng lên cũng xuất hiện trong môi trường nuôi cấy được xử lý bằng LNK-754 và lonafarnib (Hình 6F-H). Điều trị bằng Lonafarnib làm tăng đáng kể tổng số vị trí LAMP1 và LAMP1 ở các tế bào thần kinh, trong khi xu hướng được quan sát thấy đối với điều trị LNK-754 (Hình.6D, F). LAMP1 không đặc biệt đánh dấu các túi nội sinh và tự thực khác nhau, vì vậy tiếp theo chúng tôi đã phân tích quá trình nội địa hóa và axit hóa của các nội nhũ và lysosome muộn trong môi trường nuôi cấy tế bào thần kinh sống được xử lý bằng LysoSensor Green, một loại thuốc nhuộm huỳnh quang cho thấy sự gia tăng cường độ huỳnh quang phụ thuộc vào pH trong các ngăn bị axit hóa.

Tế bào thần kinh là một trong những cấu trúc chức năng quan trọng của tế bào thần kinh, có khả năng truyền tín hiệu thần kinh và giao tiếp với các tế bào khác. Trong tế bào thần kinh, LAMP1 là một protein màng quan trọng tham gia vào quá trình vận chuyển của hệ thống màng nội bào và tham gia vào quá trình hình thành quá trình tự thực và túi nước. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy LAMP1 cũng liên quan chặt chẽ đến khả năng miễn dịch.

Một số nghiên cứu đã phát hiện ra rằng LAMP1 đóng vai trò quan trọng trong các bệnh như khối u, nhiễm trùng và viêm. Biểu hiện của LAMP1 có liên quan chặt chẽ đến sự xâm lấn, di căn và tiên lượng của khối u. Đồng thời, LAMP1 cũng có thể tham gia phản ứng miễn dịch của cơ thể. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng LAMP1 có thể thúc đẩy việc kích hoạt tế bào T và tế bào tiêu diệt tự nhiên, đồng thời tăng cường khả năng tiêu diệt của chúng. Ngoài ra, LAMP1 còn có thể thúc đẩy quá trình thanh thải mầm bệnh của cơ thể và cải thiện phản ứng miễn dịch.

Ngoài ra, LAMP1 còn liên quan đến sự xuất hiện của một số bệnh tự miễn. Ví dụ, mức độ biểu hiện của LAMP1 tăng lên đáng kể trong các bệnh tự miễn dịch như bệnh lupus ban đỏ hệ thống. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng một số bệnh nhân mắc bệnh tự miễn cũng có lượng kháng thể kháng LAMP1 cao hơn, cho thấy LAMP1 có thể liên quan đến sự xuất hiện của các phản ứng tự miễn dịch.

Tóm lại, vai trò của LAMP1 đối với tế bào thần kinh không chỉ giới hạn ở chức năng của hệ thần kinh mà còn bao gồm cả phản ứng miễn dịch của cơ thể. Mặc dù nghiên cứu liên quan đến LAMP1 vẫn còn ở giai đoạn sơ khai nhưng nó có thể trở thành mục tiêu mới để ngăn ngừa và điều trị một số bệnh trong tương lai. Nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ giữa LAMP1 và khả năng miễn dịch sẽ mang lại những ý tưởng và cơ hội mới cho việc phát triển các loại thuốc mới. Có thể thấy rằng chúng ta cần phải cải thiện trí nhớ của mình. Cistanche Deserticola có thể cải thiện đáng kể trí nhớ vì Cistanche Deserticola cũng có thể điều chỉnh sự cân bằng của các chất dẫn truyền thần kinh, chẳng hạn như tăng mức độ acetylcholine và các yếu tố tăng trưởng. Những chất này rất quan trọng cho trí nhớ và học tập. Ngoài ra, thịt còn có thể cải thiện lưu lượng máu và thúc đẩy quá trình cung cấp oxy, có thể đảm bảo não nhận đủ chất dinh dưỡng và năng lượng, từ đó cải thiện sức sống và sức bền của não.

Bấm Biết để cải thiện trí nhớ ngắn hạn

Tổng cường độ huỳnh quang màu xanh lá cây LysoSensor không thay đổi ở các tế bào thần kinh được điều trị bằng phương tiện, LNK-754 hoặc lonafarnib (Hình 6I, J). Phù hợp với những phát hiện của chúng tôi về LAMP1, việc định vị các túi LysoSensor đã tăng lên ở các tế bào thần kinh ở xa của LNK -754 hoặc môi trường nuôi cấy được điều trị bằng lonafarnib (Hình 6I, mũi tên).

Một tỷ lệ đáng kể các túi dương tính LAMP{0}}được định vị ở các tế bào thần kinh ở đầu gần và đầu xa trong các tế bào thần kinh được điều trị bằng FTI, cho thấy rằng sự ức chế FTase ảnh hưởng đến khả năng vận động của các bào quan nội bào. Chúng tôi đã đánh giá tác động của việc điều trị FTI đối với động lực học của các nội nhũ và lysosome muộn bằng hình ảnh tua nhanh thời gian của các mẫu nuôi cấy tế bào thần kinh nguyên phát sống hoang dã được nhuộm bằng LT (Hình 7).

Phân tích Kymograph của các túi LT sợi trục cho thấy rằng, trong mọi điều kiện điều trị, hầu hết các túi LT sợi trục đều đứng yên hoặc di chuyển theo hướng ngược, vận tốc thấp (Hình 7B). Tuy nhiên, có sự thay đổi mạnh mẽ về tỷ lệ các túi LT sợi trục cố định, ngược và xuôi trong các tế bào thần kinh được điều trị bằng LNK-754 và lonafarnib. Tỷ lệ các túi LT ngược trong tế bào thần kinh được điều trị bằng LNK-754 (36%) hoặc lonafarnib (36%) cao hơn đáng kể so với các tế bào thần kinh được điều trị bằng phương tiện (19%) trong khi tỷ lệ các túi LT cố định trong LNK{{7 }} (62%) hoặc lonafarnib (60%) tế bào thần kinh được điều trị thấp hơn so với tế bào thần kinh được điều trị bằng phương tiện (74%) (Hình 7C).

Sự gia tăng đáng kể số lượng túi LT trên mỗi chiều dài sợi trục đã được quan sát thấy ở các tế bào thần kinh được điều trị bằng lonafarnib và xu hướng đã được quan sát thấy đối với điều trị LNK-754 (Hình 7D), như trong phân phối LAMP1 (Hình 6A-D) ) và LysoSensor (Hình 6I, J). Khoảng cách di chuyển của các túi LT đã tăng đáng kể ở các tế bào thần kinh được điều trị bằng LNK-754 và lonafarnib (Hình 7E, G) và vận tốc trung bình của các túi LT nhanh hơn đáng kể ở LNK{{10}} (0.17μm/s) và lonafarnib (0.18μm/s) nơ-ron được xử lý so với các nơ-ron được xử lý trong xe (0,11μm/s) (Hình 7F, H; phim S1, S2, S3 ). Cùng với kết quả của chúng tôi từ chuột 5XFAD được xử lý bằng FTI, những dữ liệu này hỗ trợ vai trò của FTase trong việc điều chỉnh cả quá trình tạo và khả năng vận động của sợi trục của các nội nhũ và lysosome muộn.

Cuộc thảo luận

Nhiều bệnh thoái hóa thần kinh được đặc trưng bởi hệ thống lysosomal bị suy yếu và sự tích tụ các tập hợp protein đặc hiệu của bệnh. Đặc biệt, não AD có biểu hiện rối loạn chức năng lysosome trên diện rộng và có thể được phân biệt với các bệnh thoái hóa thần kinh khác bằng cách tích tụ các bào quan tự thực và nội bào trong các tế bào thần kinh loạn dưỡng phì đại bao quanh các mảng amyloid [54].

FTI là một ứng cử viên trị liệu đầy hứa hẹn để tái sử dụng vào việc điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh có chung các bệnh lý về rối loạn chức năng lysosome và tích lũy protein. Bằng cách tăng chức năng lysosomal, FTI có thể có tác dụng điều trị đáng kể đối với các tế bào thần kinh loạn dưỡng trong não AD. Tuy nhiên, cho đến nay, tác động của FTI đối với bệnh lý A và chứng loạn dưỡng sợi trục vẫn chưa được thử nghiệm trên cơ thể.

Chúng tôi đã xác định tác động của chất xâm nhập não FTI LNK754 và lonafarnib đối với bệnh lý liên quan đến AD trong mô hình chuột 5XFAD và đưa ra dữ liệu mới cho thấy rằng việc điều trị mãn tính cho chuột 5XFAD bằng LNK-754 đã làm giảm gánh nặng mảng bám amyloid và làm suy giảm sự hình thành tế bào thần kinh loạn dưỡng. Mặc dù không phải là trọng tâm trực tiếp của nghiên cứu này, nhưng việc điều trị bằng LNK-754 và lonafarnib cũng làm giảm quá trình tăng phospho tau trong não của chuột 5XFAD. Ngược lại với những phát hiện của chúng tôi về LNK-754, chuột 5XFAD được điều trị bằng lonafarnib chỉ cho thấy những cải thiện nhỏ về bệnh lý liên quan đến AD và nhất quán, các dấu hiệu ức chế FTase hầu như không thay đổi trong não của chuột lonafarnib.

LNK-754 và lonafarnib đều có hiệu quả trong ống nghiệm; số lượng và tốc độ vận chuyển các bào quan nội bào sợi trục theo hướng ngược đã tăng lên đáng kể ở các tế bào thần kinh nguyên phát được nuôi cấy sống. LNK-754 và lonafarnib cũng làm tăng mức độ LAMP1 của dấu hiệu nội thể trong môi trường nuôi cấy tế bào thần kinh nguyên phát và não của chuột 5XFAD. Tus, phương pháp điều trị FTI đã kích thích sinh học nội thể và vận chuyển ngược sợi trục của các nội nhũ và lysosome muộn trong ống nghiệm, điều này có thể làm chậm quá trình thoái hóa sợi trục và ức chế sự hình thành tế bào thần kinh loạn dưỡng và lắng đọng mảng bám ở chuột 5XFAD. Đáng chú ý là LNK-754 đã làm giảm sự tích lũy BACE1 trong các tế bào thần kinh loạn dưỡng và ngăn chặn con đường truyền thức ăn về phía trước của chứng loạn dưỡng sợi trục, thế hệ A 42 và sự lắng đọng mảng bám. Kết quả của chúng tôi đồng ý với các báo cáo trước đây chỉ ra FTase là mục tiêu điều trị để điều trị các bệnh về protein và đề xuất rằng FTI nhắm mục tiêu vào các tế bào thần kinh loạn dưỡng bằng cách tăng cường chức năng lysosome và thúc đẩy buôn bán nội nhũ.

Chúng tôi đã so sánh FTI LNK-754 thâm nhập não và lonafarnib vì cả hai đều được biết là có tác dụng kích hoạt lysosome và bệnh tự thực trong mô hình chuột mắc bệnh protein và đã được nghiên cứu lâm sàng để điều trị ung thư [8, 9, 41, 55–57]. Lonafarnib được đặc biệt quan tâm vì nó làm giảm rõ rệt sự tích tụ tau [9], được FDA phê chuẩn để điều trị bệnh progeria và đã được biết đến về độ an toàn cũng như tác dụng phụ ở người [57]. Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy rằng LNK{10}} có hiệu quả hơn đáng kể so với lonafarnib trong việc cải thiện bệnh lý AD của chuột 5XFAD.

Bằng chứng cho thấy cả LNK{0}} và lonafarnib đều vượt qua hàng rào máu não đến từ các thử nghiệm ung thư lâm sàng ở người [41, 57] nhưng so sánh tính thấm của LNK-754 và lonafarnib trong máu não ở Chuột 5XFAD vẫn chưa được thực hiện nên có thể hình dung rằng lonafarnib không vượt qua hàng rào máu não hiệu quả như LNK-754. Sự khác biệt giữa LNK-754 và lonafarnib cũng có thể là do sự khác biệt về hiệu lực của LNK-754 và lonafarnib, vì IC50 để ức chế H-Ras là 0,57nM đối với LNK-754 [41] và 1,9nM đối với lonafarnib [51]. Chúng tôi dễ dàng phát hiện những thay đổi trong các dấu hiệu ức chế FTase đã biết trong não của chuột 5XFAD được điều trị bằng LNK, nhưng không xảy ra ở chuột lonafarnib, ủng hộ ý kiến ​​cho rằng có thể cần liều lonafarnib cao hơn để đạt được hiệu quả điều trị.

FTI liều cao là cần thiết để ngăn chặn tối đa quá trình farnesyl hóa Ras cũng như các protein cơ chất CAAX FTase chính tắc khác. Phác đồ điều trị liều thấp (1 mg/kg/ngày) đã được áp dụng trong nghiên cứu này vì bằng chứng chỉ ra rằng FTI liều thấp có thể kích hoạt các cơ chất protein không chính tắc có liên quan đến con đường thanh thải protein [8, 28]. Hơn nữa, điều trị liều thấp ở bệnh nhân có thể tránh được các tác dụng phụ thường thấy khi ức chế Ras ở mức độ cao. Điều trị LNK-754 (0.9mg/kg/ngày) làm giảm -syn trong não của chuột biến đổi gen PD và tăng hoạt động lysosomal trên mức cơ bản ở chuột hoang dã [8]. Ngược lại, cần phải điều trị ngắt quãng lonafarnib bằng đường uống với liều cao hơn đáng kể (80mg/kg/ngày) để ức chế sự kết tụ tau [9].

Có thể cần một liều lonafarnib cao hơn để tăng cường cả chức năng nội bào và buôn bán sợi trục vì chúng tôi đã tìm thấy nồng độ LAMP1 tăng cao trong não của những con chuột được điều trị bằng lonafarnib nhưng ảnh hưởng tối thiểu đến chứng loạn dưỡng và gánh nặng mảng bám. Chúng tôi chỉ thử nghiệm một liều FTI duy nhất và sẽ cần các nghiên cứu sâu hơn để xác định liều lượng và đường dùng cần thiết để đạt được mức giảm tối ưu các bệnh lý thần kinh A và chứng loạn dưỡng. Tác dụng in vitro của LNK-754 và lonafarnib là nhất quán, cho thấy lonafarnib sẽ tạo ra kiểu hình tương tự ở chuột 5XFAD nếu đạt được hoạt tính ức chế tương đương trên FTase.

Có thể mức độ phơi nhiễm thuốc trong nuôi cấy tế bào đối với hai hợp chất này giống nhau hơn so với mô hình in vivo.

Nếu sự ức chế FTase tương tự xảy ra trong cơ thể, thì một khả năng khác là LNK{0}} và lonafarnib đã thay đổi hệ protein farnesylat trong não 5XFAD theo những cách khác nhau. Điều này đã được quan sát thấy ở các dòng tế bào ung thư bạch cầu, trong đó có sự khác biệt rõ ràng về protein farnesylat được báo cáo sau khi điều trị bằng FTI BMS241,662 và L-778,123 [24]. Ngoài ra, nghiên cứu này đã chứng minh các mô hình farnesylation độc đáo ở các dòng tế bào khác nhau, chỉ ra rằng một loại protein farnesylation cụ thể có thể tồn tại trong mỗi loại tế bào, điều này có thể làm trầm trọng thêm những khác biệt nhỏ về ức chế farnesylation protein giữa LNK-754 và lonafarnib. Do đó, có thể các protein farnesylat bị ức chế đặc biệt bởi LNK754 chứ không phải lonafarnib, chịu trách nhiệm điều hòa mảng bám và giảm chứng loạn dưỡng.

Một khả năng khác, mặc dù khó xảy ra [58], là việc ức chế mục tiêu của geranyl-geranyl transferase (GGTase) bởi LNK-754 hoặc lonafarnib có thể dẫn đến sự ức chế khác biệt của các chất nền được điều chỉnh bởi GGTase. Cuối cùng, con đường prenyl hóa các chất nền liên quan đến việc giảm mảng bám có thể được kích hoạt ở chuột được điều trị bằng lonafarnib chứ không phải ở chuột LNK{5}}. Có khả năng là sự ức chế đồng thời nhiều chất nền bởi LNK-754 đã dẫn đến giảm mảng bám ở chuột 5XFAD và một số hoặc tất cả các chất nền này không bị ức chế ở chuột lonafarnib. Để xác định cơ chế của chất nền farnesylat trong việc điều chỉnh sự phát triển và gieo hạt của mảng bám, các thí nghiệm trong tương lai nên được thực hiện để xác định chất nền nào bị giảm nhiều nhất ở vùng não vùng đồi thị và vỏ não, đồng thời có tương quan với việc giảm gánh nặng mảng bám và chứng loạn dưỡng trong não của LNK-754 và lonafarnib đã điều trị chuột 5XFAD.

Một xu hướng đã được quan sát thấy trong suốt nghiên cứu lâu dài của chúng tôi, trong đó người ta tìm thấy sự khác biệt đáng kể giữa phương tiện và LNK-754 ở vỏ não cũng như giữa lonafarnib và LNK-754 ở vùng hải mã. Chúng tôi quan sát thấy sự giảm đáng kể về mảng bám và chứng loạn dưỡng vùng vỏ não giữa chuột được điều trị bằng phương tiện và LNK-754, trong khi sự khác biệt đáng kể giữa LNK-754 và lonafarnib được tìm thấy ở vùng hải mã. Bệnh lý amyloid bắt đầu ở tế bào thần kinh vỏ não lớp 5 và nghiêm trọng nhất ở vùng não này [36] vì vậy chúng tôi nghi ngờ điều này là do số lượng mảng bám ở vùng hải mã thấp và sự thay đổi về gánh nặng mảng bám ở chuột 5XFAD. Chúng tôi hy vọng rằng kết quả của chúng tôi sẽ đạt được ý nghĩa thống kê giữa LNK754 và phương tiện đối với tất cả các kết quả bằng cách tăng thời gian điều trị hoặc đánh giá chuột ở độ tuổi cao hơn khi tìm thấy nhiều mảng bám hơn ở vùng hải mã. Tuy nhiên, các cơ chế riêng biệt có thể xảy ra giữa vùng hải mã và vỏ não ở chuột được điều trị bằng LNK. Ví dụ, sự khác biệt về mức độ sinh lý của FTase trong các tế bào tập trung ở vùng hải mã so với vỏ não hoặc sự biểu hiện khác biệt của chất nền FTase có thể tồn tại giữa vùng hải mã và vỏ não.

Để nghiên cứu cơ chế của LNK-754 nhằm giảm bệnh lý amyloid ở chuột 5XFAD, chúng tôi tập trung nghiên cứu cụ thể vào các tế bào thần kinh loạn dưỡng. Các tế bào thần kinh loạn dưỡng chứa hàm lượng LAMP1 và BACE1 cao và góp phần đáng kể vào sự lắng đọng mảng bám ngoại bào và chứng loạn dưỡng sợi trục, dẫn đến mất khớp thần kinh, thoái hóa thần kinh và suy giảm nhận thức [14, 16, 18]. Bằng cách đánh giá nhiều dấu hiệu của tế bào thần kinh loạn dưỡng, bao gồm LAMP1, BACE1 và LT, chúng tôi nhận thấy rằng các mảng có kích thước bằng nhau có ít chứng loạn dưỡng hơn ở chuột LNK-754 so với chuột được điều trị bằng phương tiện hoặc lonafarnib. Tỷ lệ LAMP1:A 42 trên mỗi mảng đã giảm vừa phải so với mức giảm lớn hơn của các dấu hiệu thần kinh loạn dưỡng khác ở chuột được điều trị bằng LNK{13}}, có thể do một phần LAMP1 liên quan đến mảng bám hiện diện trong microglia [59 ].

LT tích lũy trong các chứng loạn dưỡng xung quanh các mảng trong mô não chuột sống (Hình 4A), cho thấy các nội nhũ và lysosome muộn bị axit hóa cao có trong các tế bào thần kinh loạn dưỡng. Hơn nữa, chúng tôi đã chứng minh rằng việc xử lý LNK-754 có tác động đáng kể đến việc giảm tỷ lệ LT: TR, so với tỷ lệ LAMP1:A 42. Dựa trên những phát hiện của chúng tôi về nhuộm LT, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng tập hợp con của LAMP 1-Các mụn nước dương tính đã giảm ở chuột được điều trị mãn tính bằng LNK-754 đã bị axit hóa các nội bào và lysosome muộn.

Quan trọng nhất là LNK{0}} đã ngăn chặn sự tích tụ bất thường của BACE1 trong bệnh loạn dưỡng. Việc ức chế hoạt động BACE1 ở các tế bào thần kinh loạn dưỡng ở giai đoạn đầu của quá trình lắng đọng A sẽ ngăn chặn sự hình thành các mảng bám mới, thay vì sự phát triển của mảng bám ban đầu [18], do đó, một cơ chế tương tự có thể xảy ra ở chuột được điều trị bằng LNK-754. Trong mô hình chuột APP/PS1, các tế bào thần kinh loạn dưỡng ổn định sau khi các mảng đạt bán kính 10μm, điều này có thể được giải thích bằng sự mất hoàn toàn sợi trục cân bằng với việc tạo ra tế bào thần kinh loạn dưỡng [18]. Mối tương quan tích cực giữa LAMP1 và gánh nặng mảng bám sau khi điều trị LNK{9}} mãn tính cũng như LT và kích thước mảng bám sau khi điều trị LNK{10}} cấp tính có thể là do sự thay đổi trong trạng thái cân bằng của quá trình mất và tạo ra chứng loạn dưỡng, sự gia tăng về số lượng hoặc kích thước của các sợi trục và tế bào thần kinh xung quanh mảng bám, hoặc sự giảm số lượng của các mảng lớn.

Phát hiện quan trọng trong nghiên cứu của chúng tôi là LNK-754 và lonafarnib đã tăng cường đáng kể hoạt động vận chuyển sợi trục ngược của các khoang nội thể. Đã có báo cáo rằng FTI, bao gồm lonafarnib, làm tăng quá trình acetyl hóa MT và sự ổn định trong các dòng tế bào ung thư [31, 32, 60]. Do đó, việc tăng cường buôn bán các khoang nội thể trong nghiên cứu của chúng tôi có khả năng được điều hòa thông qua các chất nền chịu trách nhiệm về tác dụng ổn định MT của FTI. Điều thú vị là, tác dụng hiệp đồng giữa các chất ổn định MT truyền thống và FTI đã được ghi nhận rõ ràng ở các cơ sở ung thư [32, 33, 61], điều này làm tăng khả năng hấp dẫn rằng một phương pháp điều trị tương tự có thể ngăn ngừa sự hình thành tế bào thần kinh loạn dưỡng trong não AD. Các tác động bổ sung của việc tăng cường khả năng phân hủy của lysosome và việc buôn bán các ngăn này có thể đã thúc đẩy việc nhắm mục tiêu BACE1 vào các lysosome trưởng thành để thoái hóa.

Đáng chú ý là việc điều trị cấp tính bằng các tế bào thần kinh loạn dưỡng suy yếu LNK-754 ở chuột 5XFAD già và cải thiện khả năng học tập cũng như trí nhớ về không gian ở chuột hAPP/PS1. Điều này hỗ trợ vai trò kép của FTI trong điều trị AD, bằng cách ức chế thế hệ A và bảo vệ chống lại các tế bào thần kinh loạn dưỡng và suy giảm nhận thức sau khi lắng đọng mảng bám tiến triển. Cùng với điều này, sự thiếu hụt FTase đơn bội, đặc biệt ở chuột APP/PS1 đã cứu sống được tình trạng suy giảm nhận thức, trong khi sự thiếu hụt FTase hoặc GGTase đều làm giảm sự lắng đọng A [62]. Hơn nữa, mức độ farnesylation đã được chứng minh là điều chỉnh độ dẻo của khớp thần kinh và mật độ cột sống ở các lát hồi hải mã ở chuột hoang dã [63], do đó, các protein farnesylation đặc biệt có thể làm thay đổi độ dẻo của khớp thần kinh và độ ổn định của vi ống, và các chất nền này có thể hoạt động độc lập với các chất nền prenylat khác có ảnh hưởng đến lắng đọng mảng bám.

Mặc dù chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng các chất nền farnesylat điều chỉnh sự ổn định của vi ống và chức năng nội bào giúp cải thiện các tế bào thần kinh loạn dưỡng và hành vi giải cứu ở chuột APP/PS1, nhưng các cơ chế khác cũng có thể xảy ra. Ví dụ, Rhes là một GTPase nhỏ trải qua quá trình farnesylation và được biết là gây ra bệnh tự thực [64]. Rhes cải thiện hành vi qua trung gian ở chuột biến đổi gen tau bằng cách giảm mức phospho-tau [9], và tương tự, Rhes có thể chịu trách nhiệm cải thiện trí nhớ ở chuột hAPP/PS1 được xử lý bằng LNK754 bằng cách giảm quá trình phosphoryl hóa tau (ví dụ: p-tau ser404), như đã quan sát ở chuột 5XFAD được điều trị bằng LNK-754, độc lập với việc cải thiện chứng loạn dưỡng thần kinh.

Farneslyation rất quan trọng đối với hoạt động bình thường của nhiều loại protein liên quan đến sinh lý có thể chịu trách nhiệm điều hòa các tác động có lợi được quan sát thấy trong nghiên cứu của chúng tôi. Hơn 32 chất nền farnesylat gần đây đã được xác định thông qua việc ghi nhãn trao đổi chất trong dòng tế bào nội mô của con người [65], và trong một nghiên cứu khác gần đây, 11 protein farnesylat đã được làm giàu ở chuột loại bỏ FTase đặc hiệu cho tế bào thần kinh não trước [63]. Một họ protein chính bị ảnh hưởng bởi quá trình farnesylation ở tế bào thần kinh não trước là Ras GTPase [63], chất điều hòa nhiều chức năng tế bào bao gồm cả buôn bán nội nhũ. Protein Ras có liên quan đến sinh bệnh học AD; trong các mô não sau khi chết của bệnh nhân mắc AD và suy giảm nhận thức nhẹ, việc kích hoạt tín hiệu Ras tăng lên tương quan với bệnh lý amyloid và mức độ cao của phân tử tín hiệu xuôi dòng ERK [30].

Hơn nữa, thành viên Rhes trong gia đình Ras được xác định là mục tiêu của lonafarnib để kích hoạt lysosome và giảm các tập hợp tau đột biến [9]. Phiên mã của quá trình loại bỏ FTase tế bào thần kinh ở chuột APP/PS1 đã xác định tín hiệu mTORC1 và thúc đẩy quá trình xử lý không tạo amyloid là tác nhân hàng đầu tạo ra các tác động có lợi đối với nhận thức và bệnh lý amyloid, có thể qua trung gian thông qua việc giảm tín hiệu Ras hoặc Rheb [30]. Những thay đổi trong hoạt động Rhes hoặc Rheb có thể làm giảm gánh nặng A ở chuột 5XFAD, mặc dù không chắc Ras đã bị bất hoạt hoàn toàn ở nồng độ LNK-754 và lonafarnib được sử dụng trong nghiên cứu này. Thay vào đó, một số chất nền FTase không phải Ras có thể làm trung gian cho các hiệu ứng quan sát được. Ví dụ, protein SNARE ykt6 tăng cường vận chuyển các hydrolase lysosomal và có thể thúc đẩy chức năng lysosomal [8]. Hiệu ứng FTase trực tiếp cũng có thể là nguyên nhân, vì FTase có thể liên kết trực tiếp với các vi ống và ảnh hưởng đến hoạt động của histone deacetylase HDAC6, do đó ngăn chặn quá trình khử acetyl tubulin [33].

Kết luận

Sự điều chỉnh tăng cường tín hiệu FTase và quá trình farnesylation protein dường như là một sự kiện khởi đầu sớm trong sinh bệnh học AD [30]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng phương pháp dược lý để ức chế FTase in vivo trên mô hình chuột 5XFAD. Trong các mô hình chuột mắc bệnh synucleinopathies và tauopathies, các tập hợp protein độc hại đã được loại bỏ trực tiếp bằng cách tăng cường sự thoái hóa lysosomal do điều trị FTI [8, 9]. Ngược lại, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng thế hệ A bị ức chế thông qua cơ chế gián tiếp trong đó việc tăng cường vận chuyển sợi trục đã ức chế sự hình thành tế bào thần kinh loạn dưỡng và độ cao BACE1. Sau khi bắt đầu bệnh lý mảng bám, việc điều trị LNK-754 ngắn hạn làm giảm các tế bào thần kinh loạn dưỡng ở chuột 5XFAD, đồng thời cải thiện trí nhớ và hành vi học tập không gian ở chuột hAPP/PS1.

Kết quả của chúng tôi cung cấp một nghiên cứu bằng chứng về khái niệm đối với việc sử dụng FTI để ngăn ngừa sự tích lũy A và bổ sung vào khối công việc đáng kể đã chứng minh việc loại bỏ di truyền FTase giúp cải thiện bệnh lý amyloid và giải cứu chức năng nhận thức trong mô hình chuột AD [30, 62, 66 ]. Các chất nền FTase cụ thể và các con đường xuôi dòng chịu trách nhiệm về các kiểu hình quan sát được trong nghiên cứu của chúng tôi sẽ được làm rõ hơn trong các nghiên cứu trong tương lai. Giảm sự tích tụ BACE1 trong các tế bào thần kinh loạn dưỡng bằng phương pháp điều trị FTI có thể làm chậm quá trình lắng đọng A 42 đồng thời đưa ra chiến lược điều trị giúp tránh các tác dụng phụ ngoài mục tiêu thường thấy khi sử dụng thuốc ức chế BACE1 [67, 68]. Hơn nữa, việc giảm gánh nặng mảng bám amyloid trong não có thể sẽ dự đoán lợi ích lâm sàng của bệnh nhân AD [67], và do đó, FTI có thể có ý nghĩa điều trị quan trọng đối với AD.

Sự nhìn nhận

Chúng tôi cảm ơn D. Kirchenbuechler, P. Dluhy và C. Arvanitis của Trung tâm Kính hiển vi nâng cao tại Đại học Northwestern vì lời khuyên của chuyên gia về định lượng hình ảnh miễn dịch huỳnh quang và các cuộc thảo luận hữu ích cũng như hỗ trợ tài trợ từ NIH R01 AG030142. Cuối cùng, chúng tôi cảm ơn S. Kemal và J. Popovic của phòng thí nghiệm Vassar vì chuyên môn và sự hỗ trợ của họ với các thí nghiệm hình ảnh trực tiếp và truyền dịch trên chuột.

Chi tiết tác giả

Khoa Thần kinh Ken và Ruth Davee, Trường Y Feinberg thuộc Đại học Northwestern, Chicago, IL 60611, Hoa Kỳ. 2 Năng lượng sinh học, Boston, MA 02115, Hoa Kỳ. 3 Công nghệ sinh học Bial, Cambridge, MA 02139, Hoa Kỳ. 4 Khoa Thần kinh, Trường Y Harvard, Cambridge, MA 02139, Hoa Kỳ. 5 Trung tâm Thần kinh Nhận thức và Bệnh Alzheimer Mesulam, Trường Y Feinberg thuộc Đại học Northwestern, Chicago, IL 60611, Hoa Kỳ.

Người giới thiệu

1. Sự lắng đọng Hardy J, Allsop D. Amyloid là sự kiện trung tâm trong nguyên nhân của bệnh Alzheimer. Xu hướng Pharmacol Sci. 1991;12(10):383–8.

2. Hardy J, DJ Selkoe. Giả thuyết amyloid về bệnh Alzheimer: tiến triển và các vấn đề trên con đường điều trị. Khoa học. 2002;297(5580):353–6.

3. DJ Selkoe. Bệnh lý phân tử của bệnh Alzheimer. Tế bào thần kinh. 1991;6(4):487–98.

4. Lưu PP, Tạ Y, Mạnh XY, Kang JS. Lịch sử và tiến trình của các giả thuyết và thử nghiệm lâm sàng đối với bệnh Alzheimer. Mục tiêu truyền tín hiệu ở đó. 2019;4:29.

5. Sevigny J, Chiao P, Bussière T, Weinreb PH, Williams L, Maier M, et al. Kháng thể aducanumab làm giảm mảng A trong bệnh Alzheimer. Thiên nhiên. 2016;537(7618):50–6.

6. Cuddy LK, Prokopenko D, Cunningham EP, Brimberry R, ​​Song P, Kirchner R, và cộng sự. Sự thoái hóa thần kinh tăng tốc do bệnh Alzheimer liên quan. Khoa học dịch thuật. 2020;12(563):eaaz2541.

7. Cummings J, Lee G, Ritter A, Sabbagh M, Zhong K. Lộ trình phát triển thuốc điều trị bệnh Alzheimer: 2020. Alzheimers Dement (NY). 2020;6(1):e12050.

8. Cuddy LK, Wani WY, Morella ML, Pitcairn C, Tsutsumi K, Fredriksen K, và những người khác. Sự thanh thải tế bào do căng thẳng gây ra được thực hiện qua trung gian protein SNARE ykt6 và bị phá vỡ bởi -Synuclein. Tế bào thần kinh. 2019;104(5):869–84.e11.

9. Hernandez I, Luna G, Rauch JN, Reis SA, Giroux M, Karch CM, và những người khác. Một chất ức chế farnesyltransferase kích hoạt lysosome và làm giảm bệnh lý tau ở chuột mắc bệnh tau. Khoa học dịch thuật. 2019;11(485):eat3005.

10. Mazzulli JR, Zunke F, Tsunemi T, Toker NJ, Jeon S, Burbulla LF, và những người khác. Kích hoạt -Glucocerebrosidase làm giảm -Synuclein bệnh lý và phục hồi chức năng lysosomal ở tế bào thần kinh não giữa của bệnh nhân Parkinson. J Thần kinh học. 2016;36(29):7693–706.

11. Nixon RA. Vai trò của autophagy trong bệnh thoái hóa thần kinh. Nat Med. 2013;19(8):983–97. 12. Bonam SR, Wang F, Muller S. Lysosome là mục tiêu điều trị. Nat Rev Thuốc Discov. 2019;18(12):923–48.

For more information:1950477648nn@gmail.com