Biosynthesis and genetic selection of oligopeptides with potentially therapeutic effects against Alzheimer' s disease
Authors: Μάτης Ηλίας 
Published: September 2021

Η νόσος Alzheimer αποτελεί την πλέον ολέθρια νευροεκφυλιστική νόσο και την πιο διαδεδομένη μορφή άνοιας. Μέχρις στιγμής, υποψήφιες ενώσεις για την αντιμετώπιση της νόσου δεν έχουν επιδείξει ικανότητα αναχαίτησης της προόδου της νόσου, με αποτέλεσμα την αυξημένη αναγκαιότητα εύρεσης νέων θεραπευτικών ενώσεων. Η παθογένεια της νόσου Alzheimer έχει συσχετιστεί με το αμυλοειδές-β (Αβ), ένα πεπτίδιο 37-43 αμινοξέων το οποίο εμφανίζει εγγενή τάση σχηματισμού ολιγομερών και αδιάλυτων συσσωματωμάτων με νευροτοξικές ιδιότητες. Κατά συνέπεια, η ανακάλυψη μικρομοριακών βιολογικών αναστολέων της συσσωμάτωσης του Αβ αποτελεί μία ελκυστική θεραπευτική προσέγγιση για την αντιμετώπιση της νόσου, η οποία έχει αποτελέσει βασική επιδίωξη της φαρμακευτικής βιομηχανίας.Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή περιγράφει το σχεδιασμό και ανάπτυξη ενός βακτηριακού συστήματος το οποίο δύναται να λειτουργήσει ως πλατφόρμα ανακάλυψης βιοδραστικών ενώσεων, με αποτρεπτική δράση ως προς τη συσσωμάτωση του Αβ, καθώς και τη συνεπαγόμενη νευροτοξικότητά του. Για αυτό το σκοπό, βιβλιοθήκες κυκλικών πεπτιδίων παράγονται βιοσυνθετικά σε κύτταρα E. coli ενώ παράλληλα υποβάλλονται σε διαλογή με κριτήριο την ικανότητά τους να παρεμποδίζουν τη συσσωμάτωση του Αβ, χρησιμοποιώντας μια γενετική δοκιμασία υψηλού ρυθμού απόδοσης. Η εν λόγω γενετική δοκιμασία παρέχει τη δυνατότητα εντοπισμού βιοδραστικών κυκλικών πεπτιδίων τα οποία αυξάνουν το επίπεδο φθορισμού της πρωτεϊνικής χίμαιρας του Αβ με την πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη GFP. Η παραγωγή της χίμαιρας και των βιβλιοθηκών των κυκλικών πεπτιδίων πραγματοποιούνται παράλληλα σε τροποποιημένα βακτήρια, ενώ η διαλογή των μεμονωμένων φθοριζόντων κλώνων επιτελείται με τη χρήση κυτταρομετρίας ροής.Το τροποποιημένο βακτηριακό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε, επέτρεψε τη βιοσύνθεση και τη γρήγορη διαλογή 10 εκατομμυρίων κυκλικών πεπτιδίων, καθώς και την επιλογή εκατοντάδων βιοδραστικών πεπτιδίων με εν δυνάμει ρυθμιστικό ρόλο έναντι της συσσωμάτωσης του Αβ. Από αυτά, δύο πεπτίδια που έφεραν τις αλληλουχίες cyclo-SASPT και cyclo-TAFDR και ονομάστηκαν AβC5-34 και AβC5-116 αντίστοιχα, παρήχθησαν μέσω σύνθεσης και χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της δράσης τους πάνω στη συσσωμάτωση του Αβ, μέσω βιοχημικών, βιοφυσικών και βιολογικών δοκιμασιών, in vitro. Οι δοκιμασίες αυτές φανέρωσαν ότι τα συγκεκριμένα κυκλικά πεπτίδια παρεμβάλλονται στη φυσιολογική συσσωμάτωση του Αβ, οδηγώντας στο σχηματισμό μη τυπικών συσσωματώσεων οι οποίες εμφανίζουν περιορισμένη νευροτοξικότητα. Επιπλέον, η προστατευτική δράση των ΑβC5-34 και ΑβC5-116 έναντι της συσσωμάτωσης και κυτταροτοξικότητας του Αβ αξιολογήθηκαν in vivo σε διαγονιδιακά στελέχη Caenorhabditis elegans που παράγουν Αβ. Οι δοκιμασίες αυτές έδειξαν πως τα πεπτίδια AβC5-34 και AβC5-116 παρουσιάζουν προστατευτικές ιδιότητες έναντι της συσσωμάτωσης και της κυτταροτοξικότητας του Αβ. Συνεπώς, τα πεπτίδια AβC5-34 και AβC5-116 παρουσιάζουν φαρμακολογικό ενδιαφέρον ενώ η περαιτέρω αξιολόγηση και βελτιστοποίηση τους θα μπορούσε να οδηγήσει σε ενώσεις με θεραπευτικές ιδιότητες έναντι της νόσου Alzheimer. Τέλος, ο συνδυασμός στοχευμένης μεταλλαξιγένεσης και ανάλυσης DNA νέας γενιάς, επέτρεψε την ανακάλυψη των σχέσεων δομής και δραστικότητας για τον πληθυσμό των επιλεγμένων κυκλικών πεπτιδίων, καθώς και την ταυτοποίηση διακριτών οικογενειών βιοδραστικών πεπτιδίων.