תקווה חדשה לטאאופתיות

מעכבי אנהידראז פחמניים מראים הבטחה בהפחתת הצטברות חלבון טאו וניוון עצבי, וסוללים את הדרך לטיפולים חדשים במחלות נוירודגנרטיביות.

לִלמוֹד: עיכוב אנהידראז פחמני משפר את רעילות הטאו באמצעות הפרשת טאו מוגברת. קרדיט תמונה: YURIMA/Shutterstock.com

במחקר שפורסם לאחרונה ב ביולוגיה כימית של הטבעמדענים מאוניברסיטת קיימברידג' השתמשו במודלים של דג זברה של טאואופתיות – קבוצה של מחלות ניווניות נוירו-דגנרטיביות המונעות על ידי הצטברות חלבון טאו – כדי לסנן למעלה מ-1,400 כימיקלים כדי למצוא טיפולים פוטנציאליים לטאאופתיות שונות.

החוקרים זיהו מעכבי פחמן אנהידראז כאפשרות מבטיחה להפחתת רעילות טאו.

רֶקַע

טאואופתיות הן קבוצה של מחלות ניווניות עצביות הנגרמות מהצטברות של חלבוני טאו בתוך תאי המוח. הם כוללים מחלות כמו ניוון קורטיקובזאלי ושיתוק על-גרעיני מתקדם.

רבות מהמחלות הללו אינן תוצאה ישירה של מוטציות בגנים ראשוניים של טאו, אלא נגרמות לרוב על ידי כמה וריאנטים גנטיים המניעים את הצטברות רעילים של חלבוני טאו.

הצטברות רעילים של חלבון טאו הנראית בפתולוגיות טאו חולקת קווי דמיון עם הפרעות נוירודגנרטיביות אחרות, כמו מחלת הנטינגטון ומחלת פרקינסון משפחתית, שבה מוטציות בגנים מקודדי חלבון ספציפיים גורמות להצטברות טאו.

באופן דומה, במחלות כמו אנצפלופתיה טראומטית כרונית ומחלת אלצהיימר, הצטברות טאו היא תופעה משנית אך תורמת באופן משמעותי לפגיעה בתאי המוח.

עם זאת, למרות השכיחות הגבוהה של מחלות ניווניות שונות הקשורות להצטברות טאו רעיל, טיפולים תרופתיים יעילים היו חסרים. יתר על כן, רבים מבדיקות התרופות הקודמות נערכו בתרביות תאים, שאינן משכפלות במלואן את המורכבות של המוח.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, החוקרים השתמשו במודלים של דג זברה של טאואופתיות שיכולים לחקות מקרוב רעילות טאו במוח ולאפשר בדיקה בתפוקה גבוהה של מגוון רחב של תרופות פוטנציאליות.

המחקר השתמש במספר שיטות כדי לחקור את התרכובות שעלולות להוריד את הצטברות הרעילים של חלבוני טאו. סקר תרכובות מקיף בוצע לראשונה באמצעות מודל של דג זברה המבטא חלבון טאו אנושי משופר עם חלבון ניאון ירוק בקולטני הפוטו בתאי מוט.

מודל זה של דג הזברה עובר ניוון עצבי מתקדם, והחוקרים השתמשו בו כדי לסנן 1,437 תרכובות שניתנו בריכוזים של 10 מיקרומולר.

מבין התרכובות הללו, 94 קטלניות לא נכללו, והחוקרים השתמשו בניתוח Western blot כדי למדוד את מידת ניוון המוט לאחר טיפול על ידי ניתוח היחס בין רודופסין לארסטין, מה שיעיד על הישרדות תאי מוט.

נבחרו התרכובות שהגדילו את ההישרדות של תאי מוט, עם יחס רודופסין לאריסטין מעל רמת החתך, ומתוכם התמקדו החוקרים בתרופות שכבר אושרו על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA). יש פחות מחמש מטרות ביולוגיות ידועות.

מבחני ריכוז-תגובה ושיטות אימות לאחר מכן הביאו לבחירה של 16 תרכובות, שנבדקו לאחר מכן על מודל דג זברה שני המבטא צורה מוטנטית של חלבון טאו בכל מערכת העצבים המרכזית שלו.

בהתבסס על תצפיותיהם, החוקרים בחנו עוד את הפעילות העצבית הפוטנציאלית של מעכבי פחמן אנהידראז באמצעות מודלים מוטנטיים של טאו ודג זברה. מודלים Murine שימשו גם כדי לחקור את ההשפעה של מעכבי פחמן אנהידאז על הצטברות חלבון טאו.

הם השתמשו גם בחוזרים קצרים פלינדרוםיים קצרים (CRISPR)/CRISPR הקשורים בחלבון 9 (Cas9) כדי למקד את הגנים המקודדים פחמן אנהידראז כדי לקבוע אם הרס של איזופורמים ספציפיים של פחמן אנהידרז יפחית גם ניוון הקשור לטאו.

תוצאות

החוקרים מצאו כי מעכבי פחמן אנהידראז יכולים להפחית את הרעילות עקב הצטברות טאו, מה שמעיד על השימוש הפוטנציאלי שלהם כסוכנים תרופתיים לטיפול בטאואופתיות.

באופן ספציפי, הם מצאו שהעיכוב של אנהידראז פחמני מקדם את פינוי חלבוני הטאו הרעילים מהנוירונים על ידי שיפור מסלול ניקוי התא של אקסוציטוזיס ליזוזומלי.

יתר על כן, נמצא כי מעכבי פחמן אנהידראז כגון מתאזולמיד, שהיא תרופת גלאוקומה מאושרת, מפחיתים ביעילות את רמות חלבוני הטאו הכוללים והמזרחנים, מפחיתים ניוון עצבי ומשפרים את ההישרדות הנוירונית.

יתרה מכך, השפעות אלו נצפו במינונים של מעכבי פחמן אנהידראז המשמשים לטיפול בבני אדם.

מחקרי נוק-אאוט של גנים באמצעות CRISPR-Cas9 מצאו כי מחיקת הגן המקודד פחמן אנהידראז מחקה את ההשפעות של מעכבי פחמן אנהידאז במודלים של טאואופתיה, אשר אימתו את הממצא כי אנהידראז פחמן היה יעד פוטנציאלי לניהול רעילות טאו.

נמצא שהעיכוב של אנהידראז פחמני גם מגביר את הפרשת חלבוני הטאו לחלל החוץ-תאי, ומוריד את הרמות התוך-תאיות של חלבוני הטאו.

יתר על כן, למרות שמסלולי הפירוק האוטופגיים והפרוטאזומליים נפוצים יותר, חלבוני הטאו הופרשו מחוץ לתא באמצעות אקסוציטוזיס ליזוזומלי. ממצא זה נתמך גם על ידי רמות הפעילות המוגברות של האנזים הליזוזומלי והעלייה בהתפלגות ההיקפית של הליזוזומים לאחר עיכוב אנהידראז פחמן.

מסקנות

בסך הכל, הממצאים הצביעו על כך שמעכבי פחמן אנהידראז, במיוחד תרופת הגלאוקומה methazolamide שאושרה על ידי ה-FDA, היו אפשרות טיפולית מבטיחה להפחתת הצטברות רעילים של חלבוני טאו.

הראיות שסופקו במחקר זה לשימוש הפוטנציאלי של מעכבי פחמן אנהידאז לטיפול בטאאופתיות עשויות להקל על שימוש מחדש של מעכבי פחמן אנהידראז קיימים ומאושרים לטיפול במחלות ניווניות הקשורות לחלבון טאו.