Αποκαλύπτοντας το ρόλο των ιόντων Cu(II) στη νόσο Αlzheimer στοχεύοντας στην υπερφωσφορυλίωση της tau-πρωτεΐνης
Authors: Κυριάκου Δήμητρα 
Published: November 2024

Η νόσος Alzheimer (Alzheimer Disease, AD) είναι μια χρόνια νευροεκφυλιστική διαταραχή και η πιο κοινή αιτία άνοιας. Η αποσύνδεση της tau πρωτεΐνης από τους μικροσωληνίσκους — ένα απαραίτητο συστατικό του νευρωνικού κυτταροσκελετού — λόγω της υπερφωσφορυλίωσης της, οδηγεί στη συσσώρευση της μέσα στους νευρώνες, σχηματίζοντας εναποθέσεις γνωστές ως νευροϊνώδη συσσωματώματα (Νeurofibrillary Τangles, NFTs). Το παραπάνω εύρημα είναι ένα από τα χαρακτηριστικά της νόσου Alzheimer, που οδηγεί στη σταδιακή εκφύλιση και θάνατο των νευρώνων. Ο ρόλος των μεταλλικών ιόντων, και ιδιαίτερα του βιολογικά σημαντικού ιόντος Cu(II), του οποίου η ομοιόσταση διαταράσσεται στη νόσο Alzheimer, δεν έχει πλήρως διευκρινιστεί. Παρά τον κρίσιμο ρόλο της tau πρωτεΐνης στο νευροεκφυλισμό, παραμένει ασαφές εάν ο Cu(II) μεσολαβεί στο σχηματισμό των NFTs. Πρόσφατες έρευνες δείχνουν ότι ο Cu(II) μπορεί να αλληλεπιδράσει αποτελεσματικά με ένα κατάλοιπο ιστιδίνης (ιμιδαζολικός δακτύλιος) και με ένα αμιδικό άτομο αζώτου του πεπτιδίου. Ωστόσο, σε αντίθεση με το καλά μελετημένο σύστημα Cu(II)-Aβ, οι θερμοδυναμικές (ποτενσιομετρικές) μελέτες για τον προσδιορισμό της σταθεράς σχηματισμού Cu(II)-πεπτιδικών μοντέλων της tau πρωτεΐνης είναι ελάχιστες, ενώ απουσιάζουν πλήρως σχετικές μελέτες με φωσφορυλιωμένα μοντέλα. Ο προσδιορισμός αυτών των σταθερών, που αντικατοπτρίζουν τη δεσμευτική ισχύ του πεπτιδίου, είναι σημαντικός για την κατανόηση της κατανομής του Cu(II) μεταξύ των διαφόρων βιολογικών διεργασιών. Για να συνεισφέρουμε σε αυτό το πεδίο, πραγματοποιήθηκε σύνθεση φωσφορυλιωμένων (Ser) και μη φωσφορυλιωμένων πεπτιδικών μοντέλων επιλέγοντας διαφορετικές περιοχές της tau πρωτεΐνης (R4, C-τελικό άκρο) και χρήση ποτενσιομετρικών και φασματοσκοπικών (UV-Vis, CD, EPR και NMR) τεχνικών για τη μελέτη της αλληλεπίδρασής τους με τα ιόντα Cu(II). Η πορεία συμπλοκοποίησης είναι η αναμενόμενη για πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη σε ενδιάμεσες θέσεις στην αλληλουχία τους. Το άτομο αζώτου του ιμιδαζολικού δακτυλίου της ιστιδίνης αποτελεί πρωταρχική θέση ένταξης, ακολουθούμενο από τη διαδοχική αποπρωτονίωση και ένταξη αμιδικών (πεπτιδικών) ατόμων δοτών. Σε κάποιες περιπτώσεις ανιχνεύθηκαν και αξονικού τύπου αλληλεπιδράσεις με συμμετοχή κάρβοξυ - ατόμων δοτών (Asp, Glu). Η παρουσία της φωσφορικής ομάδας αλλά και αμινοξικών καταλοίπων όπως Asp, Glu έχει ως αποτέλεσμα την διαφοροποίηση της δεσμευτικής ισχύος των πεπτιδίων έναντι του ιόντος Cu(II) σε συνάρτηση και με την τιμή pH των διαλυμάτων. Στην περίπτωση του R4P, παρατηρείται η ένταξη της φωσφορικής ομάδας της Ser στο ισημερινό επίπεδο του ιόντος Cu(II) (pH~6.2). Η σύγκριση της δεσμευτικής ικανότητας του Cu(II) έναντι των δύο πεπτιδίων (R4-R4P) ανέδειξε το φωσφορυλιωμένο R4P νικητή του ανταγωνισμού, με τη μέγιστη διαφορά να εντοπίζεται σε τιμή pH 6.2. Αυτό πρακτικά θα μπορούσε να οδηγήσει σε μειωμένη ενζυμική δραστικότητα μιας φωσφατάσης καθώς η τελευταία πιθανότατα δεν μπορεί να αναγνωρίζει την διαμορφωτικά τροποποιημένη λόγω ένταξης του Cu(II) φωσφορική ομάδα και κατ’ επέκταση την περιοχή δέσμευσης του μεταλλοϊόντος. Ως αποτέλεσμα αναμένεται η αύξηση του επιπέδου φωσφορυλίωσης της tau (υπερφωσφορυλίωση). Από την άλλη, η αυξημένη δεσμευτική ικανότητα του Cu(II) στο C-τελικό άκρο της tau σε σχέση με την R4 περιοχή, μπορεί να ευνοήσει τη συσσωμάτωση και να αναστείλει τη φωσφορυλίωση της Ser396 λόγω διαμορφωτικών αλλαγών. Τα παραπάνω αποτελέσματα αναμένεται να ρίξουν φως στην αλληλεπίδραση μεταξύ του Cu(II) και της tau πρωτεΐνης, συμβάλλοντας στην κατανόηση των μηχανισμών που εμπλέκουν το ιόν Cu(II) και την tau στη νόσο Alzheimer.