RING-Bait разбирает агрегаты тау-белка и улучшает двигательную функцию у мышей с таупатией

Эффективного лечения болезни Альцгеймера пока не существует. Сотрудники лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета Великобритании (MRC) вместе с коллегами из Института исследований деменции Великобритании в Кембриджском университете разработали два новых терапевтических вмешательства, нацеленных на таупатии. Они не только предотвращают образование внутриклеточных агрегатов тау-белка — ключевого фактора развития болезни Альцгеймера, но и разбирают существующие агрегаты.

Группа Лео Джеймса в MRC давно исследует противовирусный белок TRIM21 — E3 убиквитинлигазу, то есть фермент, присоединяющий убиквитиновую метку к белкам, которые должны быть деградированы в протеасомах. Домен RING этого белка взаимодействует с повторяющимися структурами в вирусных капсидах и прикрепляет к ним убиквитин. Идея исследователей была в том, чтобы заставить RING помечать тау-агрегаты. До сих пор вмешательства, нацеленные на тау, не имели успеха. Моноклональные антитела с трудом проникают в мозг, и им сложно связатьлся с мишенью, которая находится внутри клетки. Кроме того, тау-агрегаты варьируют по размерам от небольших «семян» до длинных нерастворимых нитей, что также затрудняет нацеливание.

Исследователи разработали RING-нанотело — компактное, примерно в десять раз меньше обычного антитела человека, антитело против тау-агрегатов, к которому присоединен домен RING. Как в культуре клеток, так и на мышиной модели эта конструкция способствовала разборке агрегатов тау с минимальным воздействием на мономерный белок. Для доставки в клетки использовали вектор на основе аденоассоциированного вируса (AAV). Результаты этой работы недавно были опубликованы в Science.

Конструкцию, описанную в новой статье в Cell, назвали RING-Bait: домен RING присоединили непосредственно к С-концу тау-белка. Когда химерный белок оказывается в составе агрегата, RING активируется и вызывает его деградацию. В конструкции использовали 0N4R тау-белок с мутацией P301S, вызывающей раннюю семейную деменцию и ускоряющую рост фибрилл. Примечательно, что тау-белок, несущий RING, должен быть структурно совместим с клеточными тау-белками; если в них есть мутация, белок дикого типа менее эффективен.

Сначала RING-Bait протестировали в культуре клеток HEK293 с такой же мутацией в гене тау-белка и на нейронах. В клетки клеток HEK ген химерного белка доставляли с помощью лентивирусного вектора, в нейроны — с помощью AAV-вектора. Конструкция не только предотвращала образование новых агрегатов, но и удаляла уже существующие.

Авторы продемонстрировали, что терапия действует и на агрегаты, которые образуются при другом заболевании, для которого характерно накопление тау-белка, — прогрессирующем супрануклеарном парезе взора.

Затем терапию испытали на мышиной модели таупатии Tg2541 — у этих мышей та же мутация P301S в гене тау-белка. Патология тау у них развивается преимущественно в спинном мозге, стволе мозга и лобной коре, к шести месяцам двигательные симптомы отчетливо выражены. В этом случае конструкцию доставляли с помощью AAV вирусного вектора, способного проникать в мозг; вектор вводили внутривенно.

После лечения у мышей уменьшилось количество агрегатов в мозгу, походка стала более уверенной и быстрой, животные лучше использовали задние лапы. Это проверили на созданной авторами платформе MouseWalker, которая осуществляет видеотрекинг шагов мыши (см. фото). В контроле была инактивирующая мутация в домене RING, и улучшения не наблюдалось.

В целом конструкция удаляет около 90% олигомеризованного тау в клетках HEK и более 60% в мозге мышей. Авторы предположили, что тау с прикрепленным RING может действовать итеративно — если протеасома, разрушая крупные агрегаты, генерирует новые семена тау, конструкция встраивается и в них, чтобы затем перенаправить на деградацию.

Таким образом, агрегаты тау-белка могут быть уничтожены с помощью внутренних механизмов самой клетки. Подобный подход можно применить и к другим белкам, образующим агрегаты при нейродегенеративных заболеваниях, в том числе когда трехмерная структура патогенных агрегатов детально не изучена, но известна последовательность белка. К тому же при этом не нужно получать специфическое антитело.

Смоделирован пептид, который заставляет клетку убивать коронавирус