Molecular pharmacology of synthetic microneurotrophins
Authors: Ζώτα Ιωάννα 
Published: May 2024

Η νόσος Αλτσχάιμερ (NA) είναι μια καταστροφική νευροεκφυλιστική διαταραχή, η οποία πλήττει σήμερα περισσότερα από 50 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως. Κλινικά, η νόσος χαρακτηρίζεται από σοβαρή απώλεια μνήμης και γνωστική εξασθένιση που έχει ως αποτέλεσμα οι ασθενείς να αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην εκτέλεση απλών καθημερινών εργασιών. Παθολογικά, τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της νόσου περιλαμβάνουν την εναπόθεση πλακών αμυλοειδούς-β εξωκυτταρικά και την παρουσία υπερφωσφορυλιωμένων νευροϊνιδιακών δεσμών tau ενδοκυτταρικά. Πρόσφατες μελέτες υποδεικνύουν ότι η καταστροφή της μυελίνης αποτελεί κρίσιμο πρώιμο συμβάν στη Νόσο του Αλτζχάιμερ και δρα ως επιδεινωτικός παράγοντας στην εξέλιξή της. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι ασαφές εάν η απώλεια μυελίνης οφείλεται στο γεγονός ότι τα ολιγοδενδροκύτταρα γίνονται πιο ευπαθή ή στην μειωμένη ικανότητα επιδιόρθωσης τους ή και σε άλλα τοξικά περιβαλλοντικά ερεθίσματα. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε χωρικά και χρονικά η καταστροφή της μυελίνης καθώς και του πληθυσμού των πρόδρομων ολιγοδενδροκυτάρων (OPCs) στον εγκέφαλο επίμυων 5xFAD (ζωϊκό μοντέλο της ΝΑ). Φάνηκε ότι η μείωση των επιπέδων μυελίνωσης ξεκινά στους 6 μήνες στην περιοχή της οδοντωτής έλικας του ιπποκάμπου στον εγκέφαλο των επίμυων 5xFAD, ενώ στους δώδεκα μήνες η μείωση αυτή γίνεται εμφανής σε όλες τις περιοχές του ιπποκάμπου. Εξαιρετικά ενδιαφέρον εύρημα της παρούσας μελέτης αποτέλεσε η παρατήρηση της μείωσης του αριθμού των πρόδρομων ολιγοδενδροκυττάρων στην οδοντωτή έλικα του ιπποκάμπου στον εγκέφαλο των επίμυων 5xFAD έξι μηνών γεγονός που συνάδει με την ταυτόχρονη αύξηση των πλακών αμυλοειδούς στη συγκεκριμένη υποπεριοχή του εγκεφάλου των ζωών αυτών. Στους δώδεκα μήνες ζωής των ζώων 5xFAD η μείωση του πληθυσμού των OPCs εξαπλώθηκε σε όλες τις υποπεριοχές του ιπποκάμπου, ενώ παράλληλα παρουσιαστηκε αυξημένη συσσώρευση των πλακών αμυλοειδούς. Συνολικά, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι ο η οδοντωτή έλικα του ιπποκάμπου (DG) είναι η περιοχή που επηρεάζεται περισσότερο όσον αφορά τα επίπεδα αμυλοειδούς, τη μείωση των OPC και της μυελίνης υποδηλώνοντας μια σύνδεση μεταξύ της μειωμένης ποσότητας των OPC και του υψηλού φορτίου αμυλοειδούς-β. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε in vivo ανάλυση έκφρασης των υποδοχέων νευροτροφινών στα OPCs στις τρεις περιοχές του ιπποκάμπου τόσο αγρίου τύπου όσο και επίμυων 5xFAD έξι μηνών για τον εντοπισμό νέων στόχων που θα μπορούσαν να αυξήσουν τη μυελίνωση των νευρικών αξόνων. Οι νευροτροφίνες είναι μια οικογένεια εκκρινόμενων πρωτεϊνών, με τον Nerve Growth Factor (NGF) και τον Brain Derived Neurotrophin Factor (BDNF) ως τα πιο γνωστά μέλη της οικογένειας. Ρυθμίζουν την ανάπτυξη και επιβίωση των νευρώνων, επηρεάζοντας επίσης τη νευρωνική και συναπτική λειτουργία στον ενήλικο εγκέφαλο μέσω ειδικών υποδοχέων, όπως ο TrkA για τον NGF και ο TrkB για τον BDNF. Επιπλέον, όλες οι νευροτροφίνες ενεργοποιούν τον παν-νευροτροφινικό υποδοχέα p75, αν και με χαμηλότερη συγγένεια. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι τα επίπεδα επεξεργασίας και έκφρασης των νευροτροφινών απορρυθμίζονται στη ΝΑ και αυτό έχει θεωρηθεί ότι συμβάλλει σημαντικά στην παθολογία της νόσου. Η φυσική νευροτροφίνη BDNF (Brain-derived neurotrophic factor) είναι γνωστό ότι δρα εκλεκτικά μέσω του υποδοχέα TrkB προωθώντας την επαναμυελίνωση των αξόνων, τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση των OPCs. Στην παρούσα μελέτη δείχτηκε ότι η νευροτροφίνη BDNF εμποδίζει τον θάνατο των OPCs και προάγει τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίησή τους κατόπιν έκθεσής τους στην τοξική μορφή του Αμυλοειδούς-β (Amyloid-β) 1-42 in vitro. Ωστόσο, οι φυσικές νευροτροφίνες χαρακτηρίζονται από σύντομο χρόνο ημιζωής, αδυναμία προσπέλασης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και χαμηλό φαρμακοκινητικό προφίλ. Στο πλαίσιο αυτό, το εργαστήριο μας εντόπισε σε προηγούμενες μελέτες τα μόρια BNN27 και BNN20, δύο μικρά μόρια παράγωγα της DHEA που αλληλεπιδρούν με τους υποδοχείς TrkA, TrkB και p75, παρουσιάζοντας ομοιότητες με ορισμένες ενέργειες του NGF ή του BDNF, όπως η προστασία συγκεκριμένων νευρωνικών πληθυσμών από την απόπτωση. Η παρούσα μελέτη ανέδειξε την ικανότητα του BNN27 να προωθεί τον πολλαπλασιασμό των OPCs καθώς και τη διαφοροποίηση των νευρικών βλαστικών κυττάρων (NSCs) σε OPCs σε φυσιολογικές και σε νευροεκφυλιστικές συνθήκες in vitro. Τέτοια μόρια παρουσιάζουν μεγάλες δυνατότητες ως θεραπευτικοί παράγοντες κατά των νευροεκφυλιστικών ασθενειών, καθώς μπορούν να μιμηθούν επιλεκτικά μόνο συγκεκριμένες, ευεργετικές νευροτροφικές δράσεις, αποφεύγοντας τις ανεπιθύμητες παρενέργειες. Σε μεγάλο μέρος της παρούσας διατριβής εστιάσαμε στην ανάπτυξη νέων συνθετικών αναλόγων του BDNF λόγω του γνωστού κρίσιμου ρόλου του στην διαδικασία της επαναμυελίνωση των νευρικών αξόνων και στην νευρική πλαστικότητα. Αρχικά ελέξγαμε τις ιδιότητες 40 νεοσυντιθέμενων μικρομοριακών ενώσεων. Κάποιες από τις νέες αυτές ενώσεις παρουσίασαν αντιαποπτωτική δράση σε συνθήκες στρες μέσω της εκλεκτικής ενεργοποίησης του TrkB υποδοχέα. Περαιτέρω μελέτη των πιο αποτελεσματικών μορίων ανέδειξε την ικανότητά ενός απο αυτά, του TC509, να προωθεί την διαφοροποίηση των νευρικών βλαστικών κυττάρων σε πρόδρομα ολιγοδενδροκύτταρα τόσο παρουσία όσο και απουσία αμυλοειδούς. Η μικρονευροτροφίνη ΤC509 φάνηκε να προωθεί επίσης την ωρίμαση των πρόδρομων ολιγοδενδροκυττάρων σε ανώριμα ολιγοδενδροκύτταρα είτε υπο φυσιολογικές είτε υπο νευροεκφυλιστικές συνθήκες. Επιπρόσθετα, η χορήγηση του μορίου TC509 σε πρόδρομα ολιγοδενδροκύτταρα παρουσία αμυλοειδούς κατάφερε να τα προστατέψει από το θάνατο. Η αντιαποπτωτική δράση του μορίου αυτού επαληθεύτηκε και από την ικανότητά του να σώσει ανθρώπινα νευρικά βλαστικά κύτταρα από το θάνατο κάτω από νευροεκφυλιστικές συνθήκες. Συνεπώς, από την μελέτη αυτή αναδείχθηκε μια νέα ένωση, η μικρονευροτροφίνη TC509, που φάνηκε να έχει αντι-αποπτωτική δράση και να προωθεί την διαφοροποίηση και την ωρίμανση των OPCs σε ώριμα ολιγοδενδροκύτταρα δρώντας εκλεκτικά μέσω του υποδοχέα TrkB. Συμπερασματικά, η παρούσα διατριβή χαρακτηρίζει χωρικά και χρονικά την καταστροφή της μυελίνης και την απώλεια πρόδρομων ολιγοδενδροκυττάρων στον εγκέφαλο σε συνθήκες Αλτχάιμερ in vivo, υπογραμμίζει τον προστατευτικό ρόλο της νευροτροφίνης BDNF υπό συνθήκες νευροεκφύλισης in vitro και προτείνει μια νεοσυντιθέμενη μικρομοριακή ένωση, την TC509, που προωθεί την επιβίωση και την επαναμυελίνωση των νευρικών κυττάρων ως μια νεα συμπληρωματική θεραπευτική προσέγγιση της νόσου Αλτχάιμερ αλλά και ως πιθανή θεραπευτική προσέγγιση σε πληθώρα απομυελινωτικών διαταραχών.