Nová molekulární strategie pro léčbu syndromu křehkého X

Na základě více než dvacetiletého výzkumu vědci z MITova Picowerova institutu pro učení a paměť publikovali studii popisující nový způsob léčby patologie a symptomů syndromu křehkého X, nejčastější geneticky podmíněné poruchy autistického spektra. Tým prokázal, že posílení aktivity nově objeveného typu neurotransmiterového signálu snižuje charakteristické znaky syndromu křehkého X u myších modelů této poruchy.

Nový přístup, popisovaný v časopise Cell Reports, cílí na specifickou molekulární podjednotku „NMDA“ receptorů, o které vědci zjistili, že hraje klíčovou roli v tom, jak neurony syntetizují proteiny k regulaci svých spojení, neboli „synapse“, s jinými neurony v mozkových obvodech. Vědci ukázali, že u myších modelů syndromu křehkého X zvýšení aktivity receptoru vedlo k tomu, že neurony v hipokampu (část mozku) zvyšovaly molekulární signalizaci, která potlačovala nadměrnou syntézu bílkovin, což vedlo k dalším klíčovým zlepšením.

Souvislosti výzkumu

„Jedna z věcí, která mě na této studii nejvíce uspokojuje, je, že jednotlivé části skládačky tak pěkně zapadají do toho, co předcházelo,“ říká vedoucí autor studie Mark Bear, profesor Picowerova institutu na MITově katedře neurověd. Hlavní autorkou studie je bývalá postdoktorandka Stephanie Barnes, nyní přednášející na univerzitě v Glasgow.

Bearova laboratoř studuje, jak neurony neustále upravují svá obvodová spojení, proces zvaný „synaptická plasticita“, o kterém vědci věří, že je základem schopnosti mozku přizpůsobovat se zkušenostem a vytvářet a zpracovávat vzpomínky. Tyto studie vedly ke dvěma objevům, které připravily půdu pro nově publikovaný pokrok. V roce 2011 Bearova laboratoř ukázala, že syndrom křehkého X a další porucha autistického spektra, tuberózní skleróza (Tsc), představují dva konce kontinua určitého druhu syntézy proteinů ve stejných neuronech. U syndromu křehkého X bylo příliš mnoho proteinů. U Tsc bylo příliš málo. Když členové laboratoře zkřížili myši se syndromem křehkého X a myši s Tsc, jejich potomci byli zdraví, jelikož mutace každé poruchy se navzájem v podstatě vyrušily.

V poslední době Bearova laboratoř ukázala jinou dichotomii. Z jejich vlivné práce z 90. let je již dlouho známo, že tok iontů vápníku přes NMDA receptory může vyvolat formu synaptické plasticity zvanou „dlouhodobá deprese“ (LTD). Ale v roce 2020 zjistili, že jiný způsob signalizace receptorem – ten, který nevyžaduje tok iontů – změnil syntézu proteinů v neuronu a způsobil fyzické zmenšení dendritických „trní“ struktur obsahujících synapse.

Pro Beara a Barnesové tyto studie nastolily možnost, že pokud by dokázali přesně určit, jak NMDA receptory ovlivňují syntézu proteinů, mohli by identifikovat nový mechanismus, který by mohl být terapeuticky manipulován k řešení patologie a symptomů syndromu křehkého X (a možná i tuberózní sklerózy). To by byl důležitý pokrok, který by doplnil probíhající práci Bearovy laboratoře na korekci hladin syntézy proteinů u syndromu křehkého X prostřednictvím jiného receptoru zvaného mGluR5.

Analýza receptoru

V nové studii se Bearův a Barnesův tým rozhodli použít neiontový efekt na smršťování trnů jako měřítko k rozboru toho, jak NMDAR signalizují syntézu proteinů pro synaptickou plasticitu v neuronech hipokampu. Předpokládali, že dichotomie iontových efektů na synaptickou funkci a neiontových efektů na strukturu trnů může pramenit z přítomnosti dvou různých součástí NMDA receptorů: „podjednotek“ zvaných GluN2A a GluN2B. Aby to ověřili, použili genetické manipulace k vyřazení každé z podjednotek. Když tak učinili, zjistili, že vyřazení „2A“ nebo „2B“ mohlo eliminovat LTD, ale že pouze vyřazení 2B ovlivnilo velikost trnů. Další experimenty objasnily, že 2A a 2B jsou nezbytné pro LTD, ale že smršťování trnů závisí výhradně na podjednotce 2B.

Dalším úkolem bylo zjistit, jak podjednotka 2B signalizuje smršťování trnů. Perspektivní možností byla část podjednotky zvaná „karboxyterminální doména“, neboli CTD. V novém experimentu Bear a Barnes využili myš, která byla geneticky upravena výzkumníky z univerzity v Edinburghu tak, aby CTD 2A a 2B mohly být vzájemně zaměněny. Výsledkem bylo, že když podjednotka 2B postrádala svou správnou CTD, efekt na strukturu trnů zmizel. Výsledek potvrdil, že podjednotka 2B signalizuje smršťování trnů prostřednictvím své CTD.

Dalším důsledkem nahrazení CTD podjednotky 2B bylo zvýšení hromadné syntézy proteinů, které připomínalo nálezy u syndromu křehkého X. Naopak posílení neiontové signalizace přes podjednotku 2B potlačilo hromadnou syntézu proteinů, což připomínalo Tsc.

Léčba syndromu křehkého X

Dohromady tyto nálezy naznačují, že posílení signalizace prostřednictvím podjednotky 2B by mohlo, podobně jako zavedení mutace způsobující Tsc, zachránit aspekty syndromu křehkého X.

Když vědci nahradili CTD podjednotky 2B NMDA receptoru u myších modelů syndromu křehkého X, zjistili korekci nejen nadměrné hromadné syntézy proteinů, ale také změněné synaptické plasticity a zvýšené elektrické dráždivosti, které jsou charakteristické pro toto onemocnění. Aby zjistili, zda léčba zaměřená na NMDA receptory by mohla být u syndromu křehkého X účinná, vyzkoušeli experimentální lék Glyx-13. Tento lék se váže na podjednotku 2B NMDA receptorů a posiluje signalizaci. Výzkumníci zjistili, že tato léčba může také normalizovat syntézu proteinů a snížit zvukově indukované záchvaty u myší se syndromem křehkého X.

Tým nyní předpokládá, na základě jiné předchozí studie v laboratoři, že příznivý účinek signalizace CTD podjednotky 2B u myší se syndromem křehkého X spočívá v tom, že posune rovnováhu syntézy proteinů od příliš efektivní translace krátkých messenger RNA (což vede k nadměrné hromadné syntéze proteinů) směrem k méně efektivní translaci delších messenger RNA.

Bear říká, že neví, jaké jsou vyhlídky léku Glyx-13 jako klinického léku, ale poznamenal, že existují některé léky ve vývoji, které cílí specificky na podjednotku 2B NMDA receptorů.

Kromě Beara a Barnesové jsou dalšími autory studie Aurore Thomazeau, Peter Finnie, Max Heinreich, Arnold Heynen, Noboru Komiyama, Seth Grant, Frank Menniti a Emily Osterweil.

Studii financovaly FRAXA Foundation, Picower Institute for Learning and Memory, Freedom Together Foundation a Národní instituty zdraví.