Готовый перевод THERAPEUTICS DEVELOPMENT FOR TRIPLET REPEAT EXPANSION DISEASES (Full article) / Разработка лечения болезней экспансии триплетных повторов (статья целиком): Polyglutamine expansion diseases

Болезни экспансии полиглутаминовых повторов.

~

Данное семейство заболеваний характеризуется экспансией кодирующих CAG-повторов, приводящей к образованию удлиннённых полиглутаминовых трактов в соответствующих белках.

Несмотря на то, что удлиннённый полиглутаминовый тракт сам по себе может быть токсичным, он находится в составе полноразмерного белка, вызывающего характерную селективную потерю нейронов.

Это может происходить из-за специфических взаимодействий, опосредованных фланками повторного региона.

Исследования трансгенных животных подтвердили механизм приобретения токсичности, приводящий к нейрональной дисфункции и смерти, хотя последние данные указывают на то, что утрата нормальной функции белка может также играть роль в патогенезе заболевания.

Хотя нормальные функции и патологические эффекты белков, содержащих экспансию, не до конца известны, судя по всему, есть общие направления, которые можно использовать при разработке лекарств.

~

Неправильная укладка белка и его агрегация.

Агрегация патологического белка - это особенность, характерная для полиглутаминовых болезней.

Исследования расщеплением показали, что удлиннённый полиглутаминовый тракт придаёт мутантным белкам новую трёхмерную конформацию.

Вероятно, что неправильно уложенные белки приобретают токсичность в результате аберрантных белковых взаимодействий.

Мутантные белки, возможно, направляются на деградацию, т.к. они как на клеточных моделях, так и в тканях пациентов часто конъюгируются с убиквитином.

Когда способность клетки перерабатывать мутантные белки исчерпывается, эти белки кластеризуются в нерастворимые белковые агрегаты.

Ингибирование протеасомы повышает агрегацию, тогда как гиперэкспрессия специфических шаперонов, помогающих фолдингу белков, уменьшает формирование агрегатов и токсичность.

В соответствии с данными наблюдениями, активация ответа на тепловой шок, вызываемая препаратом гелданамицин, снижает формирование агрегатов на клеточных моделях.

~

К другим соединениям, снижающим полиглутаминовую агрегацию и токсичность, относятся бензотиазолы и Конго красный.

Когда Конго красный был введён мыши R6/2 в рамках модели болезни Хантингтона, существенно уменьшились различные проявления фенотипа болезни, включая белковую агрегацию.

В рамках скринингового исследования было найдено другое соединение, предотвращающее белковую агрегацию - трегалоза.

У мыши с болезнью Хантингтона, которой давали трегалозу, имелись гораздо меньшие включения в коре и полосатом теле головного мозга и наблюдалось улучшение поведения.

~

Было также показано, что биологические агенты ингибируют агрегацию, связываясь с предполагаемыми сайтами взаимодействия.

Антитела к полипролиновому участку мутантного белка хантингтина блокируют агрегацию и клеточную гибель на клеточной модели.

Аналогичным образом, бивалентный хантингнин-связывающий белок подавляет агрегацию и полиглутаминовую токсичность на модели болезни Хантингтона дрозофилы.

~

Токсичность полиглутаминового тракта может быть усилена путём его сшивания с трансглутаминазой.

Лечение болезни Хантингтона у мыши цистеамином, конкурентным ингибитором трансглутаминазы, уменьшает тяжесть заболевания и увеличивает выживаемость.

Однако, в результате лечения включения гистологически не изменились, что указывает на то, что цистеамин, возможно, действовует не путём ингибирования трансглутаминазы, а, скорее, действует путём апрегуляции экспрессии шаперонов или ингибирования каспаз.

Последние генетические данные подтверждают, что влияние трансглутаминазы на полиглутаминовую токсичность не зависит от формирования агрегатов, что указывает на перспективность трансглутаминазы как мишени для лечения.

В целом, ингибирование агрегации было приемлемой мишенью для скрининга, давшего в результате несколько многообещающих соединений, достойных дальнейшего изучения.

~

Активация каспазы и апоптоз.

Есть данные об апоптозе (который связан с активацией каспазы) при различных нейродегенеративных заболеваниях, как in vivo, так и in vitro.

Некоторые белки с полиглутаминовой экспансией являются субстратами для расщепления каспазой.

Поскольку укорочение полиглутамин-содержащих белков, как правило, увеличивает клеточную токсичность, то блокирование активности каспазы может уменьшить токсичность как путём уменьшения расщепления полиглутамина, так и путём блокирования апоптоза.

Мутация в сайте расщепления белка хантингтина каспазой-3 снижает расщепление этого белка и цитотоксичность in vitro.

Более того, скрещивание болеющей Хантингтоном мыши с трансгенной мышью, которая несёт доминантно-негативную каспазу-1, даёт двойных гетерозиготных трансгенных потомков со сниженным расщеплением эндогенного хантингтина и сниженным прогрессированием заболевания.

У мышей с болезнью Хантингтона прогрессирование заболевания было также замедлено ингибитором каспазы zVAD-fmk, производной синтетического тетрапептида.

Совсем недавно было обнаружено, что антибиотик миноциклин предотвращает активацию каспазы 1 и каспазы 3 в течение развития болезни Хантингтона у мышей и уменьшает её симптомы.

На самом деле, миноциклин может быть просто нейропротектором, а не только ингибитором активации каспазы.

Небольшое клиническое исследование продемонстрировало пользу для пациентов в болезнью Хантингтона, тем самым подчёркивая необходимость дальнейших серьёзных двойных слепых, плацебо-контролируемых исследований.

~

Тауродезоксихолевая кислота (TUDCA) - это гидрофильная желчная кислота с ярко выраженными антиоксидантной, митохондриостабилизирующей и анти-апоптозной активностями.

Лечение страдающей болезнью Хантингтона трансгенной мыши тауродезоксихолевой кислотой уменьшило атрофию и апоптоз стриатума и скорректировало поведенческую недостаточность.

Поскольку манифестация болезни может произойти до начала потери клеток, то, вероятно, что апоптоз происходит в более позднем периоде болезни как следствие накопившихся токсических эффектов.

Однако, каспазы могут служить в качестве катализаторов апоптоза, расщепляя полиглутамин-содержащие белки на токсичные фрагменты, которые далее, в свою очередь, усиливают активацию каспаз, развивая таким образом токсический каскад.

Дальнейшие исследования должны улучшить наше понимание патогенетического механизма и позволить идентифицировать оптимальные мишени для лекарственной терапии.

~

Эксайтотоксичность и нейротрансмиссия.

Было предположено, что эксайтотоксичность играет роль в развитии нейродегенеративных заболеваний.

С помощью инъекций аналогов возбуждающих аминокислот в головной мозг грызунов были воспроизведены гистологические и поведенческие дефекты, ассоциированные с болезнью Хантингтона.

Мутантный хантингтин увеличивает чувствительность нейронов к агонистам рецеторов.

В сочетании с повышением чувствительности, нейроны в результате действия мутантного хантингтина на везикулярные белки, экзоцитоз и эндоцитоз, могут также подвергнуться воздействию повышенного уровня нейромедиаторов.

В головном мозге мыши в пресимптоматическом периоде болезни Хантингтона к тому же наблюдается изменённое количество рецепторов к нейромедиаторам.

Тогда не удивительно, что различные соединения были исследованы на их способность изменять проявления болезни посредством блокады или активации рецепторов.

~

Некоторые исследования были направлены на ингибирование глутаматного и N-метил-d-аспартатного (NMDA) рецепторов для предотвращения эксайтотоксичности при болезни Хантингтона.

Клинические испытания антагониста NMDA-рецептора амантадина на пациентах с болезнью Хантингтона выявили только минимальное улучшение симптоматики.

Испытания других NMDA антагонистов, включая кетамин и баклофен, также имели слабый успех.

Использованный в других исследованиях ингибитор высвобождения глутамата ламотригин уменьшает патологические движения (хорея) у пациентов с болезнью Хантингтона, но не действует на прогрессирование заболевания в целом.

Лекарство рилузол, которое ингибирует высвобождение глутамата и может регулировать пути сигнальной трансдукции и инактивировать потенциал-зависимые натриевые каналы, тоже уменьшает хорею у пациентов с болезнью Хантингтона, но двигательную активность и общее состояние не улучшает.

~

Выявленная в данных исследованиях ограниченная клиническая польза может быть связана со сложностью физиологии, кинетики и субъединичного состава NMDA-рецепторов.

NMDA-рецептор - это тетрамер, состоящий из субъединиц NR1, NR2A–D, и иногда NR3A или B.

Субъединичный состав определяет фармакологию и кинетику рецепторно-канального комплекса.

Субъединицы по-разному экспрессированы в различных областях головного мозга; субъединица NR2B экспрессирована преимущественно в срединных шипиковых нейронах - наиболее уязвимой популяции нейронов при болезни Хантингтона.

Активность NR2B-содержащих NMDA-рецепторов in vitro усиливается мутантным хантингтином.

Последние выводы о том, что NR2A и NR2B могут генетически определять возраст начала болезни Хантингтона, указывают на то, что использование специфичных к субъединицам NMDA антагонистов может быть плодотворным терапевтическим методом.

Однако, чтобы антагонист рецептора был клинически применим, рецептор должен нормально функционировать во время блокирования его избыточной активации.

Сложность в достижении этого баланса может объясняться побочными эффектами, обнаруженными до настоящего времени при клинических испытаниях и которые отчасти могут быть причиной провала этих испытаний.

По существу, лекарство, которое имеет низкую аффинность к рецептору и связывается только, чтобы открыть каналы, может дать желаемый эффект уменьшения эксайтотоксичности, при этом минимизируя побочные эффекты.

Лекарственное средство мемантин как раз имеет такие свойства; недавно было показано, что мемантин замедлил прогрессирование болезни Хантингтона при открытых, 2-х-годичных испытаниях.

~

Есть также данные, что рецепторы, отличные от NMDA, могут способствовать повреждению нейронов.

Вдобавок к ионотропным глутаматным рецепторам, метаботропные глутаматные рецепторы (mGluRs) могут способствовать клеточной токсичности путём неправльной активации мембранных ферментов и системы вторичных мессенджеров.

mGluR5 рецепторы экспрессируются в высокой степени в нейронах полосатого тела и вовлекаются в фосфоинозитидный гидролиз, а mGluR2 и 3 рецепторы служат для контроля отрицательной обратной связи при высвобождении глутамата.

Длительное введение мышам с пресимптоматической болезнью Хантингтона агониста mGluR2/3-рецепторов - LY379268, или антагониста mGluR5 - 2-метил-6-(фенилэтинил)-пиридина приводит к увеличению выживаемости, уменьшению гиперактивности и небольшому увеличению координации движений.

Вдобавок, блокирование аденозиновых рецепторов A2A и каннабиноидных рецепторов CB1 у грызунов с химически индуцированной болезнью Хантингтона обладает нейропротективным эффектом.

В целом, возможно, что аберрантная активация рецепторов участвует в полиглутаминовом патогенезе, и смягчение данного процесса может улучшить функционирование нейронов, выживаемость, и, в конце концов клинические исходы.

~

Оксидативный стресс и нейропротекция.

Как и в случае с возбуждающими аминокислотами, инфузия митохондриальных токсинов в головной мозг грызунов может вызвать селективную стриальную нейродегенерацию.

Это наблюдение породило гипотезу о том, что митохондриальная дисфункция играет роль в патогенезе болезни Хантингтона.

Есть некоторые данные о том, что у пациентов с болезнью Хантингтона имеется патологический энергетический метаболизм, включая сниженный метаболизм глюкозы, повышенный уровень лактата и нарушение активности митохондриального комплекса.

Дефекты в метаболизме глюкозы снижают синтез АТФ и приводят к образованию свободных радикалов и угрозе оксидативного стресса.

На животных были протестированы некоторые соединения, улучшающие функционирование митохондрий или обладающих антиоксидантной активностью.

Было обнаружено, что различные соединения, включая аскорбат, BN8245, креатин, коэнзим Q10 с ремацемидом и α-липоевой кислотой, смягчают различные аспекты фенотипа болезни Хантингтона у трансгенных мышей.

Однако, многие из этих соединений были введены лишь до проявления поведенческого дефицита, что указывает на то, что эти агенты могут быть более эффективны для предотвращения болезни, чем для регуляции проявлений болезни на более поздних стадиях.

Единственным исключением было исследование креатина, лечение которым на более поздних стадиях течения болезни принесло некоторую пользу.

В связи с безопасностью и потенциальной терапевтической ценностью креатина, были проведены одногодичные, двойные слепые, плацебо-контролируемые исследования на 41 пациенте с болезнью Хантингтона.

Функциональное, нейромышечное и когнитивное состояние после 1 года креатиновой терапии существенно не изменились, но надо учесть, что использованная дозировка была значительно ниже, чем та, которая использовалась в предыдущих исследованиях на животных.

Основанный Национальным Институтом Здоровья США проект в настоящее время тестирует различные маркёры, чтобы накопить экспериментальные клинические данные по воздействию креатина на симптоматику и прогрессирование болезни Хантингтона, чтобы помочь разработать более чувствительные и лучше поддающиеся обработке показатели для планируемой 3-й фазы испытаний.

~

В рамках одного из крупнейших до настоящего времени исследований, Huntington Study Group (HSG) провела среди пациентов, находящихся на относительно ранней стадии болезни Хантингтона, рандомизированные, плацебо-контролируемые исследования, сравнивая коэнзим Q10, ремацедин и комбинацию обоих.

Хотя ни один из способов лечения существенно не изменил скорость деградации функциональных возможностей организма, среди пациентов, которые лечились коэнзимом Q10, наблюдалась тенденция к уменьшению прогрессирования заболевания.

На основе полученных результатов HSG сейчас проводит тестирование безопасности и переносимости более высоких доз коэнзима Q10.

~

Частичная польза от коэнзима Q10 может состоять в том, что он функционирует не только как антиоксидант, но и как переносчик электронов для компенсации недостаточности АТФ, происходящей при болезни Хантингтона.

В этой связи, соединения, аналогичные по структуре и функциям коэнзиму Q10, могут быть также клинически применимы, как, например, идебенон.

HSG провели одногодичные, двойные слепые, плацебо-контролируемые исследования с использованием идебенона, но при функциональной и неврологической оценке не было выявлено существенной разницы между лечимыми пациентами и контрольной группой.

Однако, это исследование проводилось на малой выборке, и доза идебенона была относительно низкой (270 мг в день).

Последние результаты нашего исследования пациентов с атаксией Фридрейха показали, что пациентом могут быть перенесены гораздо большие дозы идебенона, и это указывает на то, что как и в случае с коэнзимом Q10, лечение высокими дозами идебенона может быть достойно дальнейших исследований.

~

Нарушение регуляции транскрипции.

При некоторых полиглутаминовых заболеваниях происходят ранние изменения транскрипции.

Хотя некоторые из этих изменений могут быть ответом на нарушенный клеточный метаболизм, белки с экспансированным полиглутаминовым трактом могут напрямую взаимодействовать с транскрипционными факторами и секвестрировать их.

CREB-связывающий белок (CBP, также известный как CREBBP), p300/CBP-ассоциированный фактор (PCAF), TAFII130 (также известный как TBP-ассоциированный фактор-4 (TAF4)) и SP1 (транскрипционный фактор Sp1), как было показано, взаимодействуют с мутантными полиглутамин-содержащими белками.

Гиперэкспрессия данных транскрипционных факторов может преодолеть полиглутаминовую токсичность как in vitro, так и in vivo, что демонстрирует значимость нарушения регуляции транскрипции в патогенезе полиглутаминовых заболеваний.

~

Некоторые транскрипционные факторы, взаимодействующие с мутантным полиглутамином, обладают ацетилтрансферазной активностью.

Повышенное ацетилировнание гистонов ослабляет структуру ДНК вокруг нуклеосомы, усиливая тем самым транскрипцию, а гипоацетилирование подавляет генную активность.

Следовательно, секвестрация ядерных факторов мутантными полиглутаминовыми белками может нарушить генную экспрессию путём изменения степени ацетилирования гистонов.

Экспрессия мутантного хантингтина в клеточной культуре снижает уровень ацетилированных гистонов H3 и H4.

Поскольку степень ацетилирования гистонов контролируется гистоновыми ацетилтрансферазами и HDAC (деацетилазами), то секвестрирование и истощение ацетилтрансфераз могут быть скорректированы ингибированием HDAC.

Лечение болезни Хантингтона у дрозофилы и мыши ингибиторами HDAC привело к улучшению фенотипа заболевания, снижению клеточной дегенерации, улучшению выживаемости и двигательной активности, и всё это в сочетании с повышением ацетилирования гистонов.

Ингибирование HDAC - привлекательная терапевтическая мишень также и для других заболеваний, включая рак и гемоглобинопатию.

Ингибиторы HDAC, находящиеся на данный момент на первой и второй фазах клинических исследований, таковы: фенилацетат, фенилбутират, вальпроевая кислота, suberoyl anilide hydroxamic acid (SOHA, Вориностат/Zolinza), депсипептид и MS-275.

Применение многих из перечисленных лекарств для лечения болезней триплетных повторов может быть ограничено из-за их фармакокинетических свойств и/или побочных эффектов.

Однако, поскольку два ингибитора HDAC - вальпроевая кислота и фенилбутират натрия, в настоящее время одобрены FDA для лечения других заболеваний, и, поскольку их длительное применение малотоксично, то они являются лекарствами-кандидатами.

~

В семействе HDAC выделено 3 класса, у человека всего 17 белков данного семейства; возможно, что селективное ингибирование может более эффективно уменьшать проявления болезни, чем неселективное.

Существует несколько классов соединений, ингибирующих HDAC, а сейчас активно разрабатываются и исследуются новые селективные ингибиторы.

Активация некоторых HDAC может также уменьшать токсичность.

Гиперэкспрессия Sir2 - представителя класса III семейства HDAC, увеличивает продолжительность жизни различных организмов путём, предположительно, деацетилирования транскрипционных факторов семейства FOXO, и тем самым уменьшает FOXO-опосредованный апоптоз.

Было показано, что активация гена, кодирующего Sir2, полифенолом ресвератролом частично подавляет вредные эффекты мутантного полиглутамина в культурах нервных клеток нематоды и мыши.

Поскольку в данном молекулярном механизме есть несколько других активаторов и мишеней, эта область может быть плодотворной для дальнейшего исследования.

~

Трофическая поддержка, трансплантация и селективная инактивация.

Нейротрофические факторы способствуют росту и развитию нейронов и высвобождаются при различных инсультах в качестве внутреннего механизма нейропротекции.

Вопреки предыдущим результатам, фактор роста нервов (NGF), доставленный из генетически модифицированных фибробластов грызуна (in vivo), может защитить нейроны от воздействия эксайтотоксинов.

Впоследствии химически индуцированным и трансгенным мышам с болезнью Хантингтона с помощью трансфузии, вирусных векторов и методов клеточной инженерии ввели другие нейротрофические факторы, включая цилиарный нейротрофический фактор (CNTF), глиальный нейротрофический фактор (GDNF) и нейротрофический фактор мозга (BDNF). Степень эффективности оказалась различной.

Из протестированных факторов, BDNF особенно интересен: его выработка регулируется хантингтином, а его уровень снижен в культивируемых клетках, в коре головного мозга трансгенных мышей с болезнью Хантингтона и в послесмертном поражённом болезнью Хантингтона мозге.

~

Потеря нейротрофических факторов может быть специфичной для отдельных полиглутаминовых болезней.

На клеточной модели спинально-бульбарной мышечной атрофии было показано, что мутантный андрогеновый рецептор снижает транскрипцию сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF), и что с помощью лечения VEGF'ом можно спасти от клеточной смерти моторные нейроны.

Хотя 1-я фаза клинических исследований, проведённых в том числе и на пациентах с болезнью Хантингтона, подтверждает безопасность и применимость доставки нейротрофина, выбор нейротрофина и способа его доставки нуждается в доработке.

~

Клеточная трансплантация также даёт возможность обеспечить трофическую поддержку и восстановление нервной системы, и, следовательно, может быть применена для улучшения её функционирования.

Хотя эмбриональная стриальная трансплантация на трансгенной модели болезни Хантингтона имела неоднозначные результаты, было проведено несколько клинических исследований.

Через 18 месяцев после трансплантации человеческих эмбриональных стриальных тканей, послесмертная проверка головного мозга пациента показала, что трансплантант всё ещё содержал нейроны с соответствующими связями.

Признаков воспаления или отторжения не было обнаружено, но свидетельства клинической пользы тоже не было.

В другом подобном испытании, улучшения познаватеньной и двигательной функций были выявлены у трёх из пяти пациентов; также у этих пациентов наблюдалось частичное восстановление метаболической активности, что было выявлено с помощью ПЭТ; также ПЭТ-обследование показало, что пересаженные нейроны были не только активными, но и функциональными.

Некоторые ограничения данного подхода связаны с тем количеством клеток, которые выживают при пересадке.

Пересадка стволовых клеток, в том числе клеток собственного красного костного мозга и клеток пуповины, продуцируемых в большом количестве, оказалась полезной на моделях грызунов с болезнью Хантингтона, и может далее тестироваться в клинике.

Необходимо дальнейшее исследование дифференцировки и интеграции данных клеток.

Также важно будет определить, как они "уживаются" с соседними клеточными популяциями, которые могут все еще быть дисфункциональными.

~

Поскольку патогенез полиглутаминовых заболеваний включает в себя токсичность, другим возможным лечением является инактивация больного гена.

Поддержка этого подхода происходит от исследования условной модели мыши с болезнью Хантингтона, в которой снижение экспрессии мутантного хантингтина привело к улучшению поведенческого и патологического фенотипов.

Введение антисмысловой РНК против CAG-повторов различной длины снижает уровень транскрипции на клеточной модели спинально-бульбарной мышечной атрофии млекопитающих.

Совсем недавно мышам со спиноцеребеллярной атаксией типа 1 был введён аденовирус (AAV), экспрессирующий короткие шпильки.

При приенении такой технологии при болезни Хантингтона in vivo, уменьшаются двигательные и нервные нарушения, что демонстрирует годность данного метода.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: идёт перевод

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/39546/146591

Переводчики: platon_work