Ο Ρόλος της Κλαστερίνης στη Νόσο του Αlzheimer

Παναγιώτης Σπαθάρας, Γεωργία Νάση, Παρασκευή Τσιολάκη, Μαριλένα Θεοδωροπούλου, Νίκος Παπανδρέου, Αndreas Hoenger, Iωάννης Τρουγκάκος, Βασιλική Οικονομίδου

Κάτω από αδιευκρίνιστες μέχρι στιγμής συνθήκες, ορισμένες πρωτεΐνες αδυνατούν να αποκτήσουν ή να διατηρήσουν τη φυσιολογική τους δομή στο χώρο, με αποτέλεσμα να οδηγούνται σε ένα εναλλακτικό δίπλωμα της πολυπεπτιδικής τους αλυσίδας.  Αυτό συνεπάγεται τη δημιουργία άμορφων ή οργανωμένων πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων, με τα δεύτερα να είναι γνωστά ως αμυλοειδή ινίδια.  Ο σχηματισμός και η εναπόθεση τέτοιων αδιάλυτων ινιδίων είναι χαρακτηριστικά γνωρίσματα μίας ομάδας ασθενειών, γνωστών με τον όρο αμυλοειδώσεις.  Μερικές από τις αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες έχουν θεωρηθεί υπεύθυνες για την πρόκληση διάφορων εκφυλιστικών διαταραχών του ανθρώπου, όπως το αμυλοειδές-β (Αβ) στη νόσο του Alzheimer, η αμυλίνη στον διαβήτη τύπου ΙΙ και η α-συνουκλεΐνη στη νόσο του Parkinson. 

Μέχρι πρόσφατα, οι αμυλοειδείς εναποθέσεις θεωρούνταν υπεύθυνες για την πρόκληση των αμυλοειδώσεων.  Παρόλα αυτά, ένας αυξανόμενος αριθμός δεδομένων υποδεικνύει ότι η πιο τοξική μορφή είναι στην πραγματικότητα τα ολιγομερή, τα οποία σχηματίζονται κατά τη διαδικασία δημιουργίας των αμυλοειδών ινιδίων.  Για αυτόν τον λόγο έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές αναστολής σχηματισμού τόσο των αμυλοειδών όσο και των τοξικών ολιγομερών.  Μεταξύ αυτών, η αναστολή του πολυμερισμού μέσω πεπτιδίων έχει προταθεί ως μία πολλά υποσχόμενη θεραπευτική οδός.  Τόσο «επιρρεπή προς συσσωμάτωση» πεπτίδια από αμυλοειδογόνες πρωτεΐνες όσο και τυχαία δημιουργούμενες ακολουθίες από βιβλιοθήκες πεπτιδίων έχουν χρησιμοποιηθεί για την αναστολή του σχηματισμού ινιδίων. 

Με βάση την παραπάνω ιδέα, το εργαστήριο Βιοφυσικής και Βιοπληροφορικής, του Τμήματος Βιολογίας, του ΕΚΠΑ, αξιοποίησε την ακολουθία της κλαστερίνης για την εύρεση πεπτιδίων ικανών να αναστείλουν ή/και να καθυστερήσουν τον σχηματισμό των αμυλοειδών ινιδίων του πεπτιδίου Αβ που είναι η κύρια παθολογική πρωτεΐνη στη νόσο του Αlzheimer.  Η κλαστερίνη είναι μία γλυκοπρωτεΐνη των θηλαστικών, η οποία έχει χαρακτηριστεί ως εξωκυτταρική μοριακή συνοδός.  Η ώριμη ακολουθία της διασπάται σε δύο αλυσίδες – την α-αλυσίδα, που αποτελείται από 222 αμινοξικά κατάλοιπα, και τη β-αλυσίδα, που αποτελείται από 205 αμινοξικά κατάλοιπα – με πέντε δισουλφιδικούς δεσμούς να σχηματίζονται μεταξύ τους.  Η δομή της δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί πειραματικά.  Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη αλληλεπιδρά και ελέγχει το δίπλωμα μίας ποικιλίας πρωτεϊνών, όπως κυτταρικών υποδοχέων, απολιποπρωτεΐνών, πρωτεϊνών του συστήματος του συμπληρώματος, ανοσοσφαιρινών και αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών.

Έχοντας ένα τόσο ευρύ φάσμα στόχων, είναι λογικό η κλαστερίνη να συμβάλει σε πολλές φυσιολογικές και παθολογικές διαδικασίες.  Η νόσος του Alzheimer (Alzheimer’s Disease – AD) είναι μία από τις πιο αξιοσημείωτες παθολογίες στις οποίες εμπλέκεται.  Η κλαστερίνη, υπό φυσιολογικές συνθήκες, διακινεί το πεπτίδιο Αβ στα διάφορα βιολογικά υγρά, ρυθμίζει τη μεταφορά του μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, το διατηρεί σε διαλυτή μορφή και φαίνεται να αναστέλλει αποτελεσματικά τον σχηματισμό αμυλοειδών.  Σε αντίθεση με την τελευταία λειτουργία της, έχει αναφερθεί ότι συμβάλει στα πρώιμα στάδια παθογένεσης του AD, ενώ είναι γνωστό ότι εντοπίζεται στις αμυλοειδείς εναποθέσεις του πεπτιδίου Αβ. 

Λαμβάνοντας υπόψιν τα παραπάνω, αξιοποιήθηκε ο δημοφιλής αλγόριθμος AMYLPRED που αναπτύχθηκε στο ίδιο εργαστήριο – ένας συναινετικός αλγόριθμος που χρησιμοποιεί πέντε διαφορετικές μεθόδους για την πρόγνωση του αμυλοειδογόνου δυναμικού πρωτεϊνικών ακολουθιών – προκειμένου να εντοπιστούν οι επιρρεπείς προς συσσωμάτωση περιοχές της α-αλυσίδας της κλαστερίνης.  Βάσει των αποτελεσμάτων της υπολογιστικής ανάλυσης, συντέθηκαν χημικά πέντε πεπτίδια-ανάλογα, των οποίων η ικανότητα να σχηματίζουν αμυλοειδή ινίδια ελέγχθηκε με μία σειρά βιοφυσικών τεχνικών, όπως ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης με αρνητική χρώση, χρώση με Ερυθρό του Κονγκό και πολωτική μικροσκοπία, περίθλαση ακτίνων-Χ και φασματοσκοπία υπερύθρου (ATR FT-IR).  Τα πέντε πεπτίδια-ανάλογα σχηματίζουν ινίδιαin vitro, τα οποία πληρούν τα βασικά κριτήρια χαρακτηρισμού των αμυλοειδών ινιδίων. 

Παράλληλα, δείχθηκε ότι τα ίδια πεπτίδια-ανάλογα, παρόλο που είναι αμυλοειδογόνα, μπορούν να αναστείλουν ή/και να καθυστερήσουν τον σχηματισμό των αμυλοειδών ινιδίων του πεπτιδίου Αβ.  Οι παρατηρήσεις αυτές οδήγησαν στην πρόταση ενός μηχανισμού, βάσει του οποίου οι αμυλοειδογόνες περιοχές της κλαστερίνης αλληλεπιδρούν με το πεπτίδιο Αβ, εμποδίζοντας τον σχηματισμό ή την εξέλιξη των οργανωμένων συσσωματωμάτων του.  Ο μηχανισμός αυτός μπορεί επίσης να εξηγήσει τις μελέτες που υποδεικνύουν τη συμβολή της κλαστερίνης στην εμφάνιση των συμπτωμάτων του AD.  Ταυτόχρονα, η ανασταλτική δράση των πεπτιδίων-αναλόγων της κλαστερίνης θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες σχετικά με την αξιοποίηση αμυλοειδογόνων πεπτιδίων έναντι των αμυλοειδώσεων.