Nov korak do boljšega razumevanja bolezni ALS?

Ana Bajc Česnik je razvila model za preverjanje hipotez, povezanih z mehanizmi, ki so v ozadju bolezni motoričnih nevronov.

Objavljeno
11. november 2016 17.59
Dragica Bošnjak
Dragica Bošnjak
Nevroznanstveniki so že razkrili, da nastanku večine nevrodegenerativnih bolezni, kakršni sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, botrujejo skupki napačno zvitih beljakovin, ki postopno okvarjajo celice živčnega sistema. Ni pa še popolnoma jasno, kako se te bolezni širijo po živčnem sistemu.

Ana Bajc Česnik, mlada raziskovalka v laboratoriju prof. dr. Borisa Roglja na Odseku za biotehnologijo na Institutu Jožef Stefan (IJS) v Ljubljani, je eno leto v ZDA raziskovala te procese pri amiotrofični lateralni sklerozi (ALS), hudi in neozdravljivi bolezni motoričnih nevronov.

Sogovornica, študentka tretjega letnika doktorskega programa Biomedicina, smer nevroznanost na Medicinski fakulteti v Ljubljani, se je udeležila raziskovalne izmenjave v ZDA v laboratoriju Dona W. Clevelanda v San Diegu na Ludwig Institute for Cancer Research, ki je del kampusa UCSD, Univerze Kalifornija. V omenjenem laboratoriju je sodelovala v skupini, ki proučuje mehanizme nastanka in napredovanja ALS ter išče možne poti zdravljenja. Razvila je raziskovalni model, ki bo znanstvenikom omogočal preverjanje različnih hipotez, povezanih z molekularnimi mehanizmi, ki so v ozadju ALS.

Ana Bajc Česnik, ki se ukvarja s raziskovanjem širjenja patologije ALS po živčnem sistemu pri mentorju prof. Roglju na IJS v Ljubljani, zvezi s tem pojasnjuje, da se simptomi te bolezni ponavadi najprej pojavijo v določenem lokaliziranem delu in potem širijo po telesu. Vendar še ni jasen ne mehanizem širjenja simptomov in tudi ne, ali se patologija v resnici širi. Morda je širjenje samo navidezno in gre le za različno občutljive nevrone, ki umirajo drug za drugim ter tako ustvarjajo vtis širjenja patologije.

Iztirjenje beljakovine TDP-43

»Danes vemo, da je večina nevrodegenerativnih bolezni proteinopatij, kar pomeni, da nevroni umirajo zaradi nalaganja skupkov določenih proteinov v citoplazmi ali predelu zunaj celice. Pri ALS je najpomembnejši protein, ki se nalaga v citoplazemskih skupkih prizadetih nevronov in celic glije, TDP-43. Ta je v zdravih celicah večinoma v jedru, kjer sodeluje v številnih korakih procesa priprave molekul informacijskih RNA, s katerih se nato prevedejo vsi proteini v celici. Raven TDP-43 in njegova lokalizacija sta ključna za normalno delovanje celice. Za uspešno opravljanje vseh svojih nalog ta protein vsebuje več različnih domen in ena izmed njih je tudi z glicinom bogata regija na karboksilnem koncu, o kateri domnevamo, da pomembno prispeva k bolezenskemu nalaganju v citoplazemske skupke,« pojasnjuje raziskovalka Ana Bajc Česnik.

»Zaradi določenih 'dogodkov' v celici, kot sta, na primer, dolgotrajen oksidacijski stres ali napake v odstranjevanju odvečnih proteinov, se nekateri proteini začenjajo kopičiti na napačnih mestih in zavzamejo nepravilno obliko v prostoru. Tak protein ima drugačne lastnosti kot pravilno zvit protein in ni sposoben opravljati svojih funkcij. Zaradi napačnega zvitja je pogosto tudi lepljiv in nase veže še druge, za celico pomembne, proteine. Tako nastajajo veliki skupki, ki se lahko naprej lomijo in omogočajo nastanek novih 'zasevkov' za nadaljnje rekrutiranje normalnih proteinov.«

Napačno zvitje beljakovin

Ana Bajc Česnik razlaga, da se v zadnjem času vse bolj uveljavlja prepričanje, da se nevrodegenerativne patologije širijo po živčnem sistemu s prenašanjem informacije o napačnem zvitju beljakovin med celicami živčnega sistema. »Semena« nepravilno zvitih beljakovin se menda prenesejo iz prizadete celice v zdravo, tam povzročila nadaljnje napačno zvijanje normalnih beljakovin ter s tem ustvarijo nastavek novih kopičenj. Da je tak princip širjenja patologije mogoč, so že dokazali za nekatere nevrodegenerativne bolezni, kot sta Alzheimerjeva bolezen, kjer je najpomembnejša beljakovina v citoplazemskih skupkih tau, in Parkinsonova bolezen, kjer gre za skupke beljakovine alfa-sinukleina. Za bolezen ALS pa jim kljub trudu številnih raziskovalnih skupin po svetu tega principa širjenja patologije še ni uspelo dokazati.

Ana Bjac Česnik pravi: »Prav razvijanje te hipoteze je bil glavni cilj mojega dela v San Diegu. Delala sem z različnimi celičnimi modeli – celičnimi linijami in primarnimi kortikalnimi nevroni miši. Uspelo mi je vzpostaviti celični model, na katerem sem testirala svojo hipotezo in ki tudi sam po sebi pomeni razvoj pomembnega orodja za testiranje drugih različnih hipotez in pristopov do zdravljenja. Rezultati, ki sem jih dobila, so nekoliko drugačni od pričakovanih, saj mi je uspelo demonstrirati sam prenos agregatov med celicami, ne pa tudi rekrutiranje novih molekul proteina TDP-43 v prejemniški celici. To pa ne podpira zdaj zelo uveljavljenega prepričanja, da se patologija ALS širi na tak način. Seveda je pri tem treba upoštevati, da model, ki sem ga uporabila, ni človeško telo in da je čas, potreben za širjenje patologije, morda daljši, kot je mogoče doseči v celičnih modelih.«

Morda novo upanje za bolnike z ALS

»Potrebno bo še kar nekaj dela, da bom te rezultate ovrednotila tudi na drugih modelih in jim pripisala večjo vrednost. Toda če to, da se patologija ne širi z nepravilnim zvijanjem proteinov, v resnici drži, potem so moje ugotovitve bistvene za nadaljnje usmerjanje raziskav zdravljenja ALS.«

V zvezi s tem Ana Bajc Česnik pripoveduje, da so v laboratoriju dr. Clevelanda zelo dejavni prav v projektih, neposredno povezanih z razvojem zdravil za ALS in še nekatere nevrodegenerativne bolezni. Tako so v sodelovanju s podjetjem Ionis Pharmaceuticals razvili zdravilo za Huntingtonovo bolezen, ki gre zdaj v tretjo fazo kliničnega testiranja, ter zdravilo za genetsko različico ALS z mutacijo v genu za SOD1, ki je prav tako »na poti« v tretjo fazo preizkušanja. Zdravilo za genetsko različico ALS z mutacijo v genu C9orf72, ki je najpogostejša mutacija pri podedovani ALS, je v zgodnejših fazah razvoja, vendar so prvi rezultati zelo obetavni.

Razgradnja mutirane informacijske RNA

»Našteta zdravila temeljijo na zaviranju izražanja mutiranih proteinov, kar dosežejo z vnosom protismernega oligonukleotida v celico, ki povzroči razgradnjo mutirane informacijske RNA. Z injiciranjem protismernih oligonukleotidov v cerebrospinalno tekočino lahko dolgoročno zavirajo izražanje mutiranih proteinov in omogočijo celicam, da razgradijo že nastale skupke ter tako ustavijo napredovanje bolezni«, pojasnjuje Ana Bajc Česnik.

Dodaja, da razvijajo tudi model živčno-mišičnega stika, s katerim želijo preizkusiti vpliv malih molekul, ki se že uporabljajo za zdravljenje drugih bolezni, na ponovno širitev živčnih končičev motoričnih nevronov. Pokazali so, da za obnovitev telesnih funkcij bolnikov z ALS, ni pomembno samo ohranjanje nevronov, ampak morajo ti tudi spet oživčiti mišice.

Upajo, da bo vsaj nekaj od tisočih komponent iz knjižnice pozitivno vplivalo na ponovno vzpostavitev živčno-mišičnega stika. Ker se omenjene molekule že uporabljajo za zdravljenje drugih bolezni, bi bil postopek odobritve takega zdravila lahko precej krajši in zdravilo bolnikom hitreje na voljo.

»Znanstveni vpliv dr. Clevelanda se lahko meri v številnih temeljnih odkritjih, v publikacijah, ki so jih objavili v najboljših znanstvenih revijah, ter v velikem deležu članov laboratorija, ki so nato tudi sami zagnali vplivne laboratorije po vsem svetu. Sodelovanje z njihovimi podoktorskimi raziskovalci je bila izjemna izkušnja. Naučila sem se številnih novih tehnik, metod in postopkov ter učinkovitega spopadanja z znanstvenimi problemi,« pravi sogovornica.

Predvsem pa je bila, kot še dodaja, dragocena izkušnja to, kako z različnimi aktivnostmi spodbujajo ljudi, da se v laboratoriju počutijo dobrodošli; da sproščeno razpravljajo in drug drugemu pomagajo reševati probleme ter se naučijo pomembne znanstvene rezultate predstaviti strokovni in širši javnosti. Za pridobivanje teh veščin organizirajo številne seminarje, kjer doktorski študenti in podoktorski raziskovalci predstavljajo svoje delo, to pa so tudi primerne priložnosti za stike in sodelovanje z drugimi raziskovalci na univerzi.