Малая молекула продлила жизнь мышам с БАС

При нейродегенеративных заболеваниях нейроны гибнут из-за накопления неправильно свернутых белков. Одним из таких белков является TDP-43, ассоциированный с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). Аутосомно-доминантные мутации в гене, кодирующем TDP-43 (TARDBP), были выявлены при наследственной и спорадической формах заболевания. При патологических состояниях TDP-43 перемещается из ядра в цитоплазму, где и накапливается.

TDP-43 содержит сигнал ядерной локализации (NLS), N-концевой домен, два мотива, распознающих РНК (RRM1 и RRM2) и C-концевой глицин-обогащенный домен низкой сложности (LCD), который обеспечивает основную функцию белка в сплайсинге, транспорте и трансляции матричной РНК. Многие исследователи рассматривали TDP-43 в качестве терапевтической мишени, но лишь немногие препараты дошли до клинических испытаний. Есть необходимость в поиске новой безопасной и доступной терапии. Этим вопросом занялись исследователи из США.

Большая часть мутаций, ассоциированных с заболеваниями, находится в LCD. Однако конкретный мотив, отвечающий за нейротоксичность TDP-43, не был идентифицирован. Аминокислотные остатки 320–340 консервативны у разных видов (консервативная область, CR). Чтобы проверить, не влияет ли этот мотив на клеточную гибель, опосредованную TDP-43, исследователи оверэкспрессировали полноразмерный TDP-43 и TDP-43 без CR (ΔCR), слитые с GFP, в нейронах. Ранее было показано, что оверэкспрессия TDP-43 приводит к гибели клеток. Однако делеция CR позволяла нейронам выжить.

Инактивация NLS способствовала накоплению белка в цитоплазме и повышала токсичность накопления белка для нейронов. Эту дополнительную токсичность можно нивелировать делецией CR.

Последовательности TDP-43 и TDP-43ΔNLS вводили мышам под специфичным для нейронов промотором с помощью вирусного вектора. В течение двух месяцев у мышей, получивших TDP-43, не было зафиксировано отклонений, а у получивших TDP-43ΔNLS были выявлены явные признаки двигательных нарушений, включая сжимание задних конечностей, волочение лап и спорадический паралич. Симптомы проявлялись уже через 4 недели после инъекции. У этих же мышей отмечалась потеря двигательных нейронов спинного мозга и атрофия скелетных мышц. Делеция CR смягчала симптомы у мышей.

Исследователи проанализировали библиотеку малых молекул, чтобы выявить, какие молекулы могли бы взаимодействовать с CR белка TDP-43 человека. Они отобрали восемь кандидатов — XL20–XL27. В результате скрининга in vitro выбрали XL20, который тормозил агрегацию TDP-43 LCD в низких концентрациях. Эти вещества не влияли на РНК-сплайсинг, опосредованный TDP-43. Молекула XL20 также повышала термическую стабильность белка дикого типа TDP-43 в клеточном лизате, но не мутантных белков TDP-43ΔCR или TDP-43W334A.

Безопасность XL20 и фармакокинетику оценили на мышах. Одна из пяти мышей, получивших высокую дозу препарата, погибла. Остальные мыши выжили, хотя высокая доза способствовала замедлению набора веса и подавляла аппетит. Патологий органов отмечено не было.

Концентрация XL20 достигала пика в плазме, позвоночнике и спинномозговой жидкости через 15 мин, в мозге — через 30 мин. В центральной нервной системе у XL20 относительно короткий период полураспада.

У мышей с конститутивной частичной делецией ΔCR сначала отмечали поведенческие аномалии, которые нормализовались у взрослых мышей. У них TDP-43 не агрегировал, а нейроны не гибли. Дополнительно у таких мышей было ниже нейровоспаление.

Гемизиготных мышей TDP-43 p.Ala315Thr часто используют как модель нейродегенерации. Таким мышам начинали давать XL20 в возрасте 45 дней (после появления симптомов). В результате лечения смягчались двигательные симптомы, так что их движения напоминали мышей дикого типа. Также нормализовалась походка, а продолжительность жизни выросла. Эффективность XL20 подтвердили на двигательных нейронах человека с TDP-43 p.Gln331Lys в гетерозиготе.

Также авторы показали, что в TDP-43ΔNLS клетках белок перемещается в митохондрии, нарушая их работу. А делеция CR препятствует такому перемещению.

Таким образом, авторы продемонстрировали возможность таргетирования CR белка TDP-43 при терапии нейродегенерации. При этом основная функция белка сохраняется. Также они предложили кандидатный препарат — малую молекулу XL20.

Крупные нейроны при БАС погибают первыми из-за перегрузки защитных систем деградации