D-енантіомерні пептиди можуть представляти новий терапевтичний шлях у

Amandine Hippolyte 1 * та Laurence Vernis 2 **

пептиди

1 M1 Біологія охорони здоров'я, Університет Парижа-Сакла, 91405 Орсе, Франція
2 Інститут Кюрі, Дослідницький університет PSL, CNRS UMR3348, Університет Париж-Юг, Університет Париж-Сакла, 91400 Орсе, Франція

На четвертому курсі в рамках навчального модуля "Фізіопатологія сигналізації", запропонованого Університетом Парижу-Суд, студенти магістра в галузі "Біологія та здоров'я" Університету Париж-Сакла повинні зіткнутися з вченим-письменником. Вони відібрали 15 останніх наукових статей у галузі клітинної сигналізації, що представляють оригінальні результати за допомогою різних експериментальних підходів на теми, починаючи від взаємозв'язку хазяїн-патоген і закінчуючи терапевтичними нововведеннями, включаючи печінкову сигналізацію та метаболізм. Після підготовчої роботи, проведеної з викладацькою групою, студенти, організовані в парах, потім склали під керівництвом дослідників Новину, в якій висвітлювались основні результати та оригінальність вивченої статті. Вони дуже цінували це посвячення у написанні наукових статей, і, як ви прочитаєте, вони з ентузіазмом ставляться до цієї роботи! Дві з цих новин опубліковані в цьому номері, інші будуть у наступних випусках.

Виховна команда

Карім Беніхуд (професор, Університет Париж-Суд)

Софі Дюпре (викладач, Університет Париж-Суд)

Борис Жульєн (викладач, Університет Париж-Суд)

Філіп Робін (викладач, Університет Париж-Південний)

Hervé Le Stunff (професор, Університет Париж-Суд) [email protected]

Серіал координує Софі Сіберіл.

Токсична сигналізація та роль D-енантіомерних пептидів

Хвороба Альцгеймера (БА) - це нейродегенеративне захворювання, що спричинює прогресуючу та незворотну втрату когнітивних функцій людини (пам’яті, мови, міркувань тощо). На клітинному рівні він характеризується утворенням бета-амілоїдних пептидних агрегатів у розчинних олігомерах або нерозчинних фібрилах та наявністю нейрофібрилярних клубків білка Тау.

Схематичне зображення токсичної сигналізації, індукованої взаємодією між олігомером А-бета та PrP в клітині. У лівій частині малюнка, за відсутності лікування, взаємодія олігомеру A-beta1-42 з прионним білком PrP призводить до токсичної сигналізації в клітині. Активація Fyn-кінази активованим mGluR5 (метаботропний рецептор глутамату типу 5) призводить до 1- гіперфосфорилювання білка Тау, що призводить до утворення клубків Тау, характерних для хвороби Альцгеймера, і сенсибілізація синапсів до індукованої глютаматом екситотоксичності, що призводить до пошкодження нейронів і 2- фосфорилювання рецептора NMDA (НЕ-метил-D-аспартат), який потім ділокалізується з мембрани нейрона, втрачаючи свою сигнальну здатність та свою роль у пам'яті та синаптичній пластичності. Праворуч на малюнку пептид RD2D3 взаємодіє з олігомером A-beta1-42. Ця взаємодія порушує зв'язування PrP - A-beta1-42 і допомагає запобігти токсичній передачі сигналів.

Існує припущення, що D-енантіомерні пептиди можуть елімінувати А-бета-олігомери [6–11]. Ці пептиди більш стійкі до деградації, ніж природні пептиди в конфігурації L, і тому мають більш тривалий період напіввиведення, що робить їх особливо придатними для терапевтичного використання.

Пептид RD2D3 - це лінійний гетеродимер, який був створений комбінацією наскрізних сполук D3 та RD2 [11]. D3, який є основною сполукою серед D-енантіомерних пептидів, дозволяє перетворювати токсичні А-бета-види в нетоксичні види шляхом утворення великих скупчень А-бета-пептидів, які вже не мають властивостей класичних А-бета-структур (фібрили, кулясті частинки) [6, 9]. Його введення спричиняє зменшення кількості амілоїдних бляшок [6] та поліпшення когніції [9] на моделі миші з АД. RD2 є похідним D3, що демонструє покращену здатність взаємодіяти з А-бета-олігомером.

Дослідження, проведене Надін С.Розенер та її співробітниками, мало на меті проаналізувати здатність D-енантіомерних пептидів інгібувати взаємодію між олігомерами A-бета та PrP та терапевтичний ефект цих пептидів. Для цього детально охарактеризовано взаємодію між олігомером A-beta1-42 (42-амінокислотний A-beta олігомер, характеристики AD) та білком PrP, після чого тестували пептид RD2D3 на його здатність перешкоджати цій взаємодії та зменшувати нейрональну дегенерацію при AD [12].

Характеристика взаємодії олігомеру A-beta1-42 - PrP

Для цього дослідження використовували чотири конструкції людського рекомбінантного прионного білка (huPrP): повний білок huPrP (23-230), усічений білок huPrP (23-144), що має лише N-кінцеву частину, та усічені білки huPrP. (90 -230) та huPrP (121-230), втративши деякі залишки N-кінцевої частини. Дослідники використовували різні методи для характеристики комплексів між олігомером A-beta1-42 та різними формами huPrP: вони спочатку застосували градієнтну хроматографію щільності (DGC), щоб розділити кілька фракцій відповідно до їх молекулярної маси. Виділені фракції аналізували на гелі для електрофорезу (SDS-PAGE) з метою оцінки їх чистоти. Вони також провели аналіз методом ВЕРХ (високоефективна рідинна хроматографія) у зворотній фазі, що дозволяє, зокрема, визначити кількість молекул, присутніх у кожній фракції.

Взаємодія між олігомером A-beta1-42 та прионним білком huPrP. A. RD2D3 конкурує з huPrP за зв'язування з А-бета-олігомером в пробірці. У кожному олігомері A-beta1-42, що містить 23 A-бета-мономери, співвідношення A-beta-мономер/PrP змінюється від 4: 1 до 14: 1 у присутності RD2D3, що може зменшити токсичну передачу сигналів у природніх умовах. B. Залишки PrP [huPrP (23-230)], що беруть участь у взаємодії з А-бета-олігомером. Основні ділянки взаємодії з А-бета розташовані на N-кінці, за залишками 23-27 та 95-110.

Пептид RD2D3 конкурує з прионним білком за взаємодію з олігомером A-beta1-42

Потім ті самі експерименти проводили, додаючи пептид RD2D3, щоб перевірити вплив цього пептиду на взаємодію А-бета - PrP. Додавання пептиду RD2D3 збільшує співвідношення А-бета/PrP, продемонстроване раніше, з 4: 1 до 14: 1; Тому 14 A-бета-мономерів потрібно зв’язувати 1 прионний білок у присутності пептиду RD2D3. Цей експеримент показує, що останній насичує місця взаємодії на олігомерах A-beta1-42 і таким чином конкурує з huPrP за взаємодію з A-beta (Малюнок 2А). Слід зазначити, що порядок введення різних пептидів має значення. Дійсно, додавання RD2D3 після huPrP не змінює співвідношення (яке залишається 4: 1), тому прионні білки PrP залишаються приєднаними до А-бета навіть у присутності RD2D3. Таким чином, пептид RD2D3 не дестабілізує вже існуючу взаємодію PrP-олігомеру A-beta1-42.

Застосування пептиду RD2D3 як частина терапевтичної стратегії хвороби Альцгеймера

Отже, пептид RD2D3 є гарним кандидатом для спроби інгібувати токсичну передачу сигналів, пов’язаних з олігомерами A-beta1-42, як частину стратегії профілактики AD. (Фігура 1). Раніше було показано, що цей пептид RD2D3 зупиняє клітинну токсичність, індуковану олігомером A-beta1-42 на клітинах PC-12 в пробірці [11] та для поліпшення когнітивних показників у мишей з АД в тестах для навчання в басейні Морріса [13]. Тому використання пептиду RD2D3 може представляти стратегію запобігання прогресуванню AD шляхом обмеження нових взаємодій між олігомером A-beta1-42 та прионними білками. Тепер ці результати залишаються підтвердженими новими дослідженнями. у природніх умовах, що дозволить нам спостерігати, чи ці самі механізми втручання в токсичну сигналізацію, індуковану А-бета-олігомерами, дозволяють поліпшити симптоми АД. ◊

Посилання, що цікавлять

Автори заявляють, що не мають ніякого інтересу стосовно даних, опублікованих у цій статті.

Список літератури

  1. Уолш Д.М., Клюбін I, Фадєєва СП та ін. Амілоїд-β-олігомери: їх продукція, токсичність та терапевтичне інгібування. Biochem Soc Trans 2002; 30: 552–7. [PubMed] [Google Scholar]
  2. Уолш Д.М., Клюбін I, Фадєєва СП та ін. Олігомери, що секретуються природним шляхом, амілоїд-β-білка потужно пригнічують довготривалу потенціювання гіпокампа in vivo. Природа 2002; 416: 535–9. [Google Scholar]
  3. Um JW, Nygaard HB, Heiss JK та ін. Амілоїд-β-олігомер Альцгеймера, зв’язаний з постсинаптичним прионним білком, активує Fyn до непарних нейронів. Nat Neurosci 2012; 15: 1227–35. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  4. Um J, Kaufman A, Kostylev M, et al. Метаботропний рецептор глутамату 5 є основним рецептором олігомеру Альцгеймера Aβ, зв’язаного з клітинним прионним білком. Нейрон 2013; 79: 887–902. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Ларсон М, Шерман М.А., Амар Ф. та ін. Комплекс PrPc -Fyn поєднує олігомерний Aβ людини з патологічними змінами Тау при хворобі Альцгеймера. J Neurosci 2012; 32: 16857–71. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  6. Brener O, Dunkelmann T, Gremer L, et al. Аналіз QIAD для оцінки ефективності сполуки для елімінації токсичних олігомерів Aβ. Sci Rep 2015; 5: 13222. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Van Groen T, Wiesehan K, Funke SA. Зменшення навантаження амілоїдного нальоту на хворобу Альцгеймера у трансгенних мишей за допомогою D3, денантіомерного пептиду, ідентифікованого за допомогою дзеркального відображення фагового дисплея. ChemMedChem 2008; 3: 1848–52. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  8. Візехан К., Будер К., Лінке Р.П. та ін. Вибір пептидів D-амінокислот, які зв'язуються з амілоїдним пептидом Aβ1-42 хвороби Альцгеймера за допомогою дзеркального відображення фагового відображення. ChemMedChem 2003; 4: 748–53. [Google Scholar]
  9. Funke SA, Van Groen T, Kadish I, et al. Пероральне лікування D-енантіомерним пептидом D3 покращує патологію та поведінку трансгенних мишей хвороби Альцгеймера. ACS Chem Neurosci 2010; 1: 639–48. [PubMed] [Google Scholar]
  10. Leithold LHE, Jiang N, Post J, et al. Фармакокінетичні властивості нового D-пептиду, розробленого для терапевтичної активності щодо токсичних β-амілоїдних олігомерів. Pharm Res 2016; 33: 328–36. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  11. Kutzsche J, Schemmert S, Tusche M, et al. Широкомасштабне дослідження перорального лікування з чотирма найбільш перспективними похідними D3 для лікування хвороби Альцгеймера. Молекули 2017; 22: 1693. [Google Scholar]
  12. Rösener NS, Gremer L, Reinartz E та ін. D-енантіомерний пептид перешкоджає гетероасоціації амілоїд-β-олігомерів та прионного білка. J Biol Chem 2018; 293: 15748–764. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  13. Кавіні І.А., Мунте К.Є., Ерлах М.Б. та ін. Інгібування агрегації амілоїду Абета високим тиском або специфічними d-енантіомерними пептидами. Chem Commun 2018; 54: 3294–7. [CrossRef] [Google Scholar]

Список малюнків

Схематичне зображення токсичної сигналізації, індукованої взаємодією між олігомером А-бета та PrP в клітині. У лівій частині малюнка, за відсутності лікування, взаємодія олігомеру A-beta1-42 з прионним білком PrP призводить до токсичної сигналізації в клітині. Активація Fyn-кінази активованим mGluR5 (метаботропний рецептор глутамату типу 5) призводить до 1- гіперфосфорилювання білка Тау, що призводить до утворення клубків Тау, характерних для хвороби Альцгеймера, і сенсибілізація синапсів до індукованої глютаматом екситотоксичності, що призводить до пошкодження нейронів і 2- фосфорилювання рецептора NMDA (НЕ-метил-D-аспартат), який потім ділокалізується з мембрани нейрона, втрачаючи свою сигнальну здатність та свою роль у пам'яті та синаптичній пластичності. Праворуч на малюнку пептид RD2D3 взаємодіє з олігомером A-beta1-42. Ця взаємодія порушує зв'язування PrP - A-beta1-42 і допомагає запобігти токсичній передачі сигналів.

Взаємодія між олігомером A-beta1-42 та прионним білком huPrP. A. RD2D3 конкурує з huPrP за зв'язування з А-бета-олігомером в пробірці. У кожному олігомері A-beta1-42, що містить 23 A-бета-мономери, співвідношення A-beta-мономер/PrP змінюється від 4: 1 до 14: 1 у присутності RD2D3, що може зменшити токсичну передачу сигналів у природніх умовах. B. Залишки PrP [huPrP (23-230)], що беруть участь у взаємодії з А-бета-олігомером. Основні ділянки взаємодії з А-бета розташовані на N-кінці, за залишками 23-27 та 95-110.

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.