Υπολογιστική ανίχνευση αναστολέων της προβληματικής αναδίπλωσης και συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών Tau και Huntingtin που εμπλέκονται στις νευροεκφυλιστικές νόσους Alzheimer και Huntington.

Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Alzheimer η οποία προσβάλλει πάνω από 55 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως και η κληρονομική νόσος Huntington, αποτελούν πρόκληση για τη δημόσια υγεία, ιδιαίτερα καθώς το προσδόκιμο ζωής αυξάνεται. Για τη νόσο Huntington, οι εγκεκριμένες θεραπείες στοχεύουν αποκλειστικά στη συμπτωματική ανακούφιση. Για τη νόσο Alzheimer, πέρα από τη συμπτωματική αγωγή, έχουν εγκριθεί τα μονοκλωνικά αντισώματα έναντι β-αμυλοειδούς Donanemab και Lecanemab. Ωστόσο, τα φάρμακα αυτά σχετίζονται με σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες γνωστές ως Αmyloid Related Imaging Abnormalities-ARIΑ, οι οποίες περιλαμβάνουν οίδημα και πιθανή αιμορραγία στον εγκέφαλο. Καθοριστικό ρόλο στη μοριακή βάση αυτών των ασθενειών διαδραματίζουν οι πρωτεΐνες Tau και Huntingtin, οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών (Intrinsically Disordered Proteins- IDPs). Η δομική τους ετερογένεια καθιστά εξαιρετικά δύσκολη τη φαρμακευτική τους στόχευση. Με τη γήρανση, οι πρωτεΐνες αυτές τείνουν να υφίστανται προβληματική αναδίπλωση, οδηγώντας στη δημιουργία εν γένει τοξικών εναποθέσεων, που σχετίζονται με παθολογικές εκδηλώσεις και νευροεκφύλιση. Η κινητική της εναπόθεσης και για τις δυο πρωτεΐνες ακολουθεί δυο διακριτά μονοπάτια: το κλασικό μονοπάτι εναπόθεσης (deposition pathway) νουκλεοκαθοδηγούμενης ανάπτυξης και το μονοπάτι συμπύκνωσης (condensation pathway), όπου τα μονομερή συγκεντρώνονται πρώτα σε υγροσταγονίδια μέσω διαχωρισμού φάσεων υγρού-υγρού (LLPS), πριν μεταβούν σε συμπαγείς δομές και τελικά αμυλοειδείς εναποθέσεις. Συνεπώς, η ανεύρεση μικρών, διαπερατών από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, μορίων με φαρμακολογικές ιδιότητες που δρουν είτε ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο του μονομερούς πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων είτε ως αναστολείς περαιτέρω συσσωμάτωσης, συνιστά στρατηγική μεγάλης σημασίας για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η υπολογιστική ανίχνευση μικρών μορίων-προσδετών με δράση σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές/αναστολείς κινητικής αμυλοειδούς εναπόθεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς των παθολογικών παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων. Για την πρωτεΐνη Tau, στόχος ήταν η υπολογιστική εύρεση μικρών μορίων-προσδετών με δυο μηχανισμούς δράσης: σε πρώιμο στάδιο ως σταθεροποιητές στο δομικό σύνολο της μονομερούς μορφής πριν το σχηματισμό υγροσταγονιδίων και σε ώριμο στάδιο ως αναστολείς κινητικής συσσωμάτωσης ινιδίων είτε μέσω πρόσδεσης σε υπάρχοντα ινίδια της Tau είτε μέσω διάσπασης υπαρχόντων ινιδίων. Αυτή η διπλή στρατηγική αποσκοπεί τόσο στην προληπτική όσο και στη θεραπευτική προσέγγιση ακόμη και σε άτομα με εγκατεστημένη παθογένεια, αναστέλλοντας επιπλέον το μηχανισμό νευροεκφύλισης. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, ως αρχικό βήμα προσδιορίστηκε τo δομικό σύνολο με προσομοιώσεις μεταδυναμικής συζευγμένης με AlphaFold-Metainference. Για την πρωτεΐνη Tau, αξιοποιήθηκε το δομικό σύνολο της ισομορφής 2N_4R προσδιορισμένο, από τους Brotzakis et. al [1], δεδομένης της ευρείας χρήσης της συγκεκριμένης ισομορφής ως πρότυπο σε πειραματικές μελέτες. Για τον καθορισμό των δομικών συνόλων των παραλλαγών της πρωτεΐνης Huntingtin (μια φυσιολογική και δυο παθολογικές παραλλαγές), εφαρμόστηκε το συζευγμένο αυτό πρωτόκολλο για πρώτη φορά. Έπειτα, ανιχνεύθηκαν συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης στα προσδιοριζόμενα δομικά σύνολα με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου pyKVFinder, με συγκεκριμένα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά υδροφοβικότητας (hydropathy), όγκου κοιλότητας (volume) και εμβαδόν επιφάνειας κοιλότητας (area). Το δομικό σύνολο στοχεύθηκε στις συγκεκριμένες θέσεις πρόσδεσης με 10.000 τυχαία μόρια από τη βάση δεδομένων MolPort, με υπολογιστικές προσομοιώσεις μοριακής πρόσδεσης. Για την πρωτεΐνη Huntingtin ανιχνεύτηκαν υπολογιστικά, εκλεκτικά μόρια προσδέτες (ενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές και ανενεργότητα ≥50% επί των συνολικών θέσεων πρόσδεσης για τη φυσιολογική παραλλαγή) και μη εκλεκτικά μόρια (ισχυροί προσδέτες με 100% πρόσδεση επί των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης για τις παθολογικές παραλλαγές). Για την πρωτεΐνη Tau ανιχνεύτηκαν υποψήφια μόρια, τα οποία δρουν ως πολύ ισχυροί προσδέτες στο 100% των διαθέσιμων θέσεων πρόσδεσης στο δομικό σύνολο του μονομερούς και στη Cryo-EM δομή του ινιδίου PHF της tau (PDB ID:5O3L). Τα μόρια που προέκυψαν, φιλτραρίστηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου DeePred-BBB ώστε να επιλεχθούν τελικά μόνο εκείνα που διαπερνούσαν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό δεδομένης της νευροεκφυλιστικής φύσης των ασθενειών. Τα ευρήματα αυτά αναδεικνύουν τη δυνατότητα στοχευμένης υπολογιστικής ανακάλυψης φαρμακολογικά δραστικών μικρών μορίων έναντι εγγενώς μη διατεταγμένων πρωτεϊνών, μιας στρατηγικής που μέχρι πρόσφατα θεωρείτο εξαιρετικά δύσκολη εξαιτίας της δομικής ετερογένειας τους. Η ταυτοποίηση εκλεκτικών και μη εκλεκτικών μορίων για την πρωτεΐνη Huntingtin και η ανίχνευση υποψήφιων μορίων για την πρωτεΐνη Tau με διπλό μηχανισμό δράσης, καθίστανται πολλά υποσχόμενες ως νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις, που δύνανται να λειτουργήσουν τόσο σε προληπτικό όσο και σε θεραπευτικό επίπεδο με εγκατεστημένη παθογένεια. Μελλοντικά, τα μόρια που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη, θα πρέπει να υποβληθούν σε in vitro και in vivo πειράματα με στόχο την επιβεβαίωση βιολογικής δράσης.

Authors dc:creator

• ΚΛΑΔΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ
• KLADOU EVANGELIA

• Θετικές Επιστήμες
• Science

Language dc:language

Ελληνικά, Greek

Identifier

uoadl:5372142

OAI identifier oai:identifier

oai:lib.uoa.gr:uoadl:5372142