Suomalaisia prekliinisiä neurologian alan tutkimuksia 2021

Parkinsonin tauti (PD)

Uusia avauksia

Netriini (1)
Netriini-1 ja sen reseptori DCC (lyhenne tulee sanoista Deleted in Colorectal Cancer) esiintyvät runsaissa määrin nisäkkäiden Substantia nigrassa. Jos hiiriltä poistetaan netriini-1 (knock-out hiiret) DCC pilkkoutuu ja dopamiinihermoja tuhoutuu ja hiirille kehittyy PD:n kaltaisia liikehäiriöitä. PD:n rottamallissa netriini-1:n yliekspressio tai netriini-1:n antaminen suoraan suoraan aivoihin olivat sekä dopamiinihemroja suojaavia että aiemmin aiheutettuja vaurioita korjaavia. Kun vielä tiedetään, että PD-potilaiden aivonöyteissä netriini-1-pitoisuudet ovat matalia, on ilmeistä, että netriini-1 ja sen reseptori ovat yhteydessä PD:n patogeneesiin. Tässä saattaa olla yksi uusi kohde lääkekehitkselle.
 

”Multidomain” proteiinien – siis useita kiinnityskohtia (CBP, p300) estäjät (A-485, GNE-049, SGC-CBP30) (2)
Alfasynukleiini (aSyn), jota sisältävät polymeerit tai sakkaumat on yhdistetty PD:n syntyyn. aSyn  sisältää runsaasti lysiini-aminohappoa. Edellä mainitut mielikuvitukselliset yhdisteet estävät yhtä merkillisesti nimettyjen proteiinien lysiiniä muokkaavia vaikutuksia ja siten myös aSyn sakkautumista. Hiirialkioista valistetuissa dopamiinisoluissa tämä vaikutus onnistuttiin osoittamaan. Voidaan siis ajatella, että tässä tarjoutuu yksi mahdollisuus estää haitallista aSyn-aggregaatiota. Kieltämättä vaikutusketju vaikuttaa monimutkaiselta.
 

AmyP53 aSyn- ja amyloidi-oligomeerien vahingollisuuden estäjänä (3)
Aivotoksisuuden kannalta lienee niin, että lyhyehköt aSyn- 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 aSyn- 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. Tässä on toinen mahdollisuus puuttua PD:n syntymekanismeihin. Toki ollaan jälleen soluviljelyvaiheessa ja varsin monimutkaisen asian kanssa tekemisissä. Aiheesta on laadittu jo varsin kattava katsausartikkeli (24).

Tutkimuksia hermokasvutekijöihin liittyen

GDNF ja aivojen kolinerginen järjestelmä (4*)
Heikentynyt muisti ja myöhemmin dementia ovat PD:n myöhäisiä ei-motorisia oireita. Heikentynyt kognitio liitetään alentuneeseen kolinergiseen aktiivisuuteen, ts. aivojen asetyylikoliinin puutokseen. GDNF:n on todettu parantavat PD:n malleissa motorisia oireita, ja nyt on tutkittu, miten krooninen GDHF:n yli-ilmeneminen vaikuttaa aivojen kolinergisiin toimintoihin. Työkaluna tai mallina olivat ns. hypermorfit, hiiret joiden aivoissa oli 2-3-kertainen määrä GDNF:ää. Kävi ilmi, että hypermorfien suoriutuminen Y-sokkelossa heikkeni paljon hitaammin kuin kontrollihiirten. Myös monet kolinergiset geeni- ym. markkerit säilyivät paremmin ja NGF:n (neuraalinen kasvutekijä) taso nousi monilla aivoalueilla. On siis ilmeistä, että endogeenisen GDNF:n kaksinkertaistaminen parantaa aivojen kolinergistä toimintaa. Tämä vaikutus on luonnollisesti hyödyllinen sekä PD:n että Alzheimerin taudin hoidossa
 

Pienimolekyyyliset RET agonistit (5*).
Perinteisten lääkeaineiden kaltaisia GDNF:n vaikutuksia matkivia pienmolekyylejä, RET-agonisteja on tutkittu biokemiallisin keinoin ja PD:n jyrsijämalleissa. Yhdisteet (BT44, BT13) todella aktivoivat RET:iä (GDNF:n reseptori) ja samoin sen jatkosignalointireittejä (AKT ja MAPK). BT44 esti myös MPP+:n aiheuttamaa solukuolemaa in vitro, mutta oli tehoton, jos RET oli poistettu. Rotan PD-mallissa (toispuoleinen 6-OHDA-vaurio) BT44 suojasi dopaminergisiä säikeitä ja vähensi kieroliikettä, kun se annosteltiin suoraan striatumiin kahden viikon infuusiona. BT44 pääsi myös kohtuullisesti aivoihin suoneen antamisen jälkeen. Nämä pienmolekyylit todella toimivat GDNF:n tapaan, mutta niiden farmakokineettiset ja fysikokemialliset ominaisuudet vaativat optimointia. Ne ovat joka tapauksessa lupaavia ”lead-yhdisteitä”.
 

CDNF ja aSyn aggregaatio (6*)
Elegantein biokemiallisin menetelmin osoitettiin, että CDNF vaikuttaa aSyn aggregaatioon ja kulkeutumiseen in vitro. Eläinkokeissa annettiin ennalta valmistettuja aSyn-säikeitä hiirien ja rottien aivoihin. Näissä CDNF aivoihin annettuna esti useamman aSyn-molekyylin yhteenliittymistä ja aSyn kulkua solujen sisään. CDNF esti fibrillien aiheuttamia motorisia häiriöitä, mutta ei alentanut toksista fosfo-aSyn pitoisuutta s. nigrassa. Mekanismi siis jää osittain avoimeksi eikä esim. sakkaumien liuotuksesta saatu näyttöä.
 

Neurturiinianalogi N4 (7)
Neurturiini on yksi hermokasvutekijöistä, jolla on tehty potilaskokeitakin. Neurturiinin stabiilisuutta on parannettu ja kudoksiin (sitoutumista vähennetty uudella johdoksella N4. N4:n ja CDNF:n vaikutuksia MPP+-toksisuuteen on nyt verrattu yksin ja yhdistelmissä  käyttäen vastasyntyneiden rotanpoikasten aivoista (s. nigra, VTA) eristettyjä hermosoluja. Yllättäen kumpikaan aine ei yksinään estänyt toksisuutta, mutta yhdessä annettuna kyllä. Toksiinin jälkeisellä lisäyksellä kummallakaan kasvutekijällä ei ollut vaikutusta, ts. neurorestoraatiota ei voitu osoittaa yhdistelmälläkään. Aiemmin on useaankin otteeseen havaittu, että CDNF suojaa yksinäänkin solulinjoissa. Yksi tämän raportin merkitys onkin tuoda esiin se, että tuloksia kannattaa toistaa useissa laboratorioissa erilaisissa viljelmissä.
 

Mikro-RNA:t CDNF:n ja MANF:in säätelyssä (8*)
MANF:in ja CDNF:n kudostason säätelystä tiedetään hyvin vähän. Nyt näiden proteiinien säätelijöiksi on ehdotettu pieniä RNA:n pätkiä mikro-RNA-molekyylejä. Nämä yhdisteet voidaan löytää bioinformatiikan menetelmin ja ne ovat ihmisen kasvutekijöille täysin spesifisiä, ts. jyrsijöillä ne eivät toimi eikä jyrsijöitä voi käyttää lainkaan tässä tutkimuksessa. MANF:lla ja CDNF:llä on osittain samoja mikro-RNA:ita säätelijöinä. Tutkimuksessa mikro-RNA:t identifioitiin, niiden sitoutumispaikat kasvutekijöissä etsittiin ja niiden vaikutusta kasvutekijöiden tuotantoon mitattiin hyvin monimutkaisin menetelmin. Myös tutkittiin mikro-RNA:ien vaikutuksia solusisäiseen stressiin, ja saatiin vaihtelevia tuloksia. Hoidollisia sovellutuksia ei vielä ole ja varovaisuus lienee paikallaan näitä haettaessa.

Tutkimuksia prolyylioligopeptidaasin (PREP, POP) merkityksestä

PREP vaikuttaa autofagiaan laajalti (9)
Soluviljelmissä osoitettiin, että PREP-estäjä KYP-2047 stimuloi paitsi makroautofagiaa myös ns. ”chaperone-induced” autofagiaa (ehkä mikroautofagiaa). Tämä tarkoittaa sitä, että PREP-eston vaikutuskirjo aSyn:n pilkkoutumisessa laajeni merkittävästi. Tutkijat jopa esittävät PREP:lle keskeistä säätelyroolia kaikessa autofagiassa. Saa nähdä.
 

PREP ja dopamiinin kuljetusproteiini (10)
PREP-riippuvaista dopamiinikuljetusta (DAT) on tutkittu tarkemmin. PREP:n puute (knock-out) alensi dopamiinin soluunottoa ja lisäsi DAT:n fosforylaatiota ja solun sisään siirtymistä. Solunsisäinen DAT myös oligomerisoitui. Solunsisäiset signalointireitit  (ERK, PKC) eivät muuttuneet.
 

PREP ja MSA (11)
PREP-estäjä KYP-2047:ää tutkittiin myös MSA (multiple systemic atrophy) kahdessa solumallissa (rotan OLN-AS7, ihmisen MO3.13). KYP-2047 todella esti aSyn sakkaumien syntyä myös näissä malleissa, mutta itse MSA:n mallisoluina toimiminen jätti toivomisen varaa. PREP-tutkimuksessa on mekanismitasolla edetty aika syvälle, mutta odotusarvo kliinisten sovellutusten suuntaa jää edelleen ratkaisematta. Seuraavaa askelta odotetaan.

Seeprakalat aivojen dopamiinitutkimuksessa

Seeprakalan dopamiinituotannon säätelyä (12)
Pertti Panula on mukana useassa seeprakalatutkimuksessa, joiden suorituspaikka on ulkomailla. Seeprakalalla on yksinkertaisempi hermosto kuin nisäkkäillä ja sen perimää on helpompi muuttaa. Nyt tutkittiin katekoliamiinien (kuten dopamiinin) synteesin alkuvaihetta, jossa tarvitaan tyrosiinihydroksylaasiin kofaktoria tetrahydrobiopteriinia eli BH4:ää. Sitä tuottaa entsyymi GTP syklohydroksylaasi (GCH1). Ryhmä tuotti kalan, jolta GCH1 (kalalla gch1) puuttuu. Siitä seurasi voimakas immuunireaktio, dopamiinisolujen tuhoa ja liikehäiriöitä, muistuttaen PD:n oireita kalalla. Päätelmänä oli, ettei tulehduksen merkitystä pD:n synnyssä pidä aliarvioida.
 

LRRK2 (kalalla lrrk2) seeprakalan liikehäiriöissä (13)
LRRK2 on yksi ihmisen PD:n aiheuttajista. Kun kalalta poistettiin lrrk2 (knock-out), seuraukset jälkeläisillä olivat monimutkaisia. Erikoisin havainto oli MAO-entsyymin kertyminen vanhetessa. Tämä laittaa miettimään, voisiko MAO-nousua olla havaittavissa myös ihmisillä ennen PD:n oireita.
 

MAO seeprakaloilla (14)
Ilmiötä on tutkittu edelleen kehittämällä MAO-vajaita seeprakaloja (15). Kalojen aivoissa  5-HT nousi korkeaksi, dopamiini- ja histamiinipitoisuudet romahtivat ja kalojen reagointi näkö- ja kuuloärsykkeille heikkeni. Kalat kuolivat 20 päivän ikään mennessä. MAO-entsyymi on siis elintärkeä kaloillekin.
 

Vmat2 seeprakaloilla (15)
Seuraavaksi kaloilta poistettiin kuljetusproteiini (Vmat2) , joka vastaa monoamiinien pääsystä solunsisäisiin varastorakkuloihin. Aivojen dopamiinisolut vähenivät, kaikkien monoamiinen pitoisuudet laskivat ja niiden metaboliittien määrä kasvoi. Vaikka dopamiinin määrä aleni, sen synteesi aktivoitui. Valon aiheuttamat reaktiot liikkumisessa muuttuivat. Yhteys PD:n patogeneesiin jäi osoittamatta.
 

Katsausartikkelit vuonna 2021

Useita erinomaisia, hyvin kuvitettuja ja valaisevia katsauksia ilmestyi. Suurin osa käsitteli hermokasvutekijöitä eri näkökulmista. Myös PD:n mahdollisia syitä pohdittiin mm. gliasolujen ja hoitoa kantasolujen kannalta.

Koszal ym. (16) antaa yleiskatsauksen nykyisistä tavoista etsiä vaikuttavia pienmolekyylejä perustuen tunnettuihin häiriöihin ja jo tiedossa oleviin vaikutusmekanismeihin. Apuna ovat tietokoneohjelmat ja algoritmit. Sinänsä mitään uutta ei esitetä, mutta esimerkkejä tunnetuista lääkeaineista esitellään.
 

Lindholm ja Saarma (17) kuvaavat keksimänsä hermokasvutekijän (CDNF) vaikutusmekanismeja, joilla selittävät dopamiinihermojen suojautumisen toksiineilta (neuroprotektio) ja vaurion korjaantumisen vaurion jo synnyttyä (neurorestoraatio). Valitettavasti täysi varmuus mekanismeista puuttuu, mutta toki useita mahdollisuuksia punnitaan. Vaikutusta on sekä solujen ulkopuolella (kuten muillakin hermokasvutekijöillä), mutta myös solujen sisällä, jossa ER (endoplasmaattinen säikeistö) stressin helpottaminen saattaa olla keskeinen vaikutus. Joka tapauksessa CDNF:llä on erilainen vaikutustapa kuin GDNF:llä.
 

Kujawska ym. (18) pohtivat editoriaalissaan hermovaurion yhteisiä mekanismeja ja korostavat tulehduksen merkitystä
 

Kovaleva ja Saarma (19) korostavat jo edellä mainitun ER-stressin  merkistystä CDNF:n vaikutuksessa. Väärin laskostuneet proteiinit kertyvät ER:ään ja tästä seuraa laskostumattomien proteiinien aiheuttama haitallinen reaktio. Se johtaa jopa solukuolemaan, mutta toisinaan myös vähäisempii virhetoimintoihin.
 

Chmielarz ja Domanskyi (20) kuvaavat työkalua, voidaan aiheuttaa koe-eläimille parempi PD:n kaltainen tila kuin aiemmilla menetelmillä (6-OHDA, MPP+). Kyseessä ovat ennalta valmistetut aSyn-säikeet, joita annostellaan suoraan aivoihin. Menetelmää on sovellettu jo osassa aiemmin kuvatuissa raporteissa.
 

Kolme laajaa katsausta, joissa kaikissa on mukana Sarka Lehtonen, käsittelee kantasolujen käyttö ja erityisesti gliasolujen merkitystä. Myös veri-aivoesteen häiriöitä käsitellään (21*, 22, 23*).
 

Huntingtonin tauti

Huntington taudista ilmestyi vain yksi prekliininen tutkimus, jossa Heikkinen ym. (25) tutki Q175 hiirimallia, jota käytetään runsaasti taudin mekanismin selvittelyssä. Haluttiin tutkia, onko pieni GTP:tä sitova proteiini Rhes hyvästä vai pahasta tässä hiirimallissa. Tehtiin siis Rhes poistogeeninen hiiri Q175-kantaan ja havaittiin, ettei koko proteiinilla ollut merkittävää vaikutusta hiirien vointiin tai käyttäytymiseen.

• Avainsanat: CDNFdopamiiniGDNFhermokasvutekijätHuntingtonin tautiLRRK2MANFMSAnetriiniNeurturiiniParkinsonin tautiPREP-estäjäRET-agonistitseeprakalat