Новый тип нейропротекторов, направленный на NMDA-рецепторы, уменьшает повреждения мозга при инсульте

Рецепторы N-метил-D-аспартата (NMDAR) участвуют в развитии мозга и в сохранении нейропластичности во взрослом организме. Однако они же опосредуют гибель нейронов при повреждениях мозга, в том числе при болезни Альцгеймера и инсульте. До сих пор механизм токсического сигналинга NMDAR был не до конца ясен, а попытки его блокировки приводили к нарушению нормальной функции рецепторов. Ученые из Гейдельбергского университета не только описали механизм цитотоксического действия NMDAR, но и разработали нейропротекторные малые молекулы, способные блокировать его с сохранением нормальной работы рецепторов.

Ученые предположили, что цитотоксическое действие NMDAR связано с их взаимодействием с другими белками. Изучив литературные данные, они сосредоточились на белке TRPM4, относящемся к группе ионных каналов с транзиторным рецепторным потенциалом. Ученые показали, что нокдаун TRPM4 с помощью специфичных малых РНК, образующих шпильки, существенно снижает цитотоксичность NMDAR в первичной культуре нейронов гиппокампа мыши. Далее с помощью коиммунопреципитации ученые подтвердили связывание NMDAR c TRPM4.

Авторы работы предположили, что цитотоксичность NMDAR можно снизить, нарушив взаимодействие NMDAR-TRPM4. Они синтезировали пептид, воспроизводящий участок TRPM4 длиной 57 аминокислот, который успешно блокировал связывание NMDAR с TRPM4 на конкурентной основе. Пептид получил название TwinF.

Ученые проверили действие TwinF на мышах с индуцированным инсультом. Мышам вводили аденоассоциированный вирусный вектор, несущий кассету для экспрессии TwinF, либо пустой вектор в кору головного мозга за три недели до инсульта и через семь дней после инсульта оценивали состояние мозга. У мышей, получивших вектор с TwinF, уровень повреждений мозговой ткани был значительно меньше.

Так как введение векторов, обеспечивающих экспрессию TwinF, непосредственно в мозг нельзя применять для лечения людей, ученые предположили, что блокирование взаимодействия NMDAR-TRPM4 можно осуществить с помощью малых молекул, связывающихся с доменом TwinF эндогенного TRPM4 и пригодных для перорального приема или внутривенных инъекций. Они провели виртуальный скрининг и отобрали две наиболее перспективные молекулы (авторы называют их соединение 8 и соединение 19).

В ходе дальнейших экспериментов in vitro на культуре нейронов было показано, что обе молекулы ингибируют формирование комплекса NMDAR с TRPM4 в дозозависимой манере, при этом уровень экспрессии белков не изменялся. Оба соединения также снижали интенсивность гибели нейронов, опосредованной NMDAR. Ни одно из соединений не нарушало нормальной функциональности NMDAR, однако высокие концентрации соединения 19 снижали функциональность TRPM4. Для соединения 8 не наблюдалось никакого сопутствующего токсического действия, в то время как соединение 19 в высоких концентрациях вызывало деградацию нейронов. Далее для исследования нейропротективных свойств in vivo использовалось только соединение 8. Было показано, что интраперитонеальная инъекция молекулы 8 уменьшает степень повреждения мозга мышей с индуцированным инсультом.

Существует предположение, что токсическое или благоприятное действие NMDAR на нейроны зависит от синаптической или внесинаптической локализации рецептора. Анализ протеомных баз данных показал, что TRPM4 отсутствует в синапсах, следовательно, цитотоксическое взаимодействие NMDAR-TRPM4 может быть только внесинаптическим. Результаты работы дают основу для разработки терапии нейродегенеративных заболеваний, нацеленной на NMDAR-сигналинг.