هرس دقیق با PROTACها: هدف‌گیری انتخابی هانتینگتین سمی

در طبیعت، جانداران غالب به خاطر تصاحب منابع طبیعی یک منطقه شناخته می‌شوند. برای مثال، درختی که با گذشت زمان بلند می‌شود در معرض مقدار زیادی نور خورشید قرار می‌گیرد. اما اگر نهالی کنار آن درخت بلند کاشته شود، به همان اندازه به خورشید دسترسی نخواهد داشت و ممکن است زنده نماند. در سلول‌ها، پروتئین‌های بدتاخورده می‌توانند با هم برهم‌کنش کنند و توده‌های چسبنده‌ای بسازند که به آن‌ها «تجمع» هم گفته می‌شود و می‌توانند مثل یک موجود غالب عمل کنند. در بیماری‌هایی مانند بیماری هانتینگتون (HD)، این توده‌ها می‌توانند انرژی و منابع سلول را مصرف کنند، باعث استرس پروتئینی شوند و در نهایت به مرگ سلولی کمک کنند.

در یک مطالعهٔ اخیر، دانشمندان مادهٔ شیمیایی‌ای ساختند که توده‌های هانتینگتین HTT گسترش‌یافته را در سلول‌ها و مدل‌های موشی HD تجزیه می‌کند. این ماده توده‌های HTT را پیدا می‌کند و آن‌ها را برای شکسته شدن یا تجزیه شدن هدف می‌گیرد. هرس کردنِ فقط توده‌های HTT گسترش‌یافته و باقی گذاشتنِ HTT سالم، در نهایت می‌تواند سلامت سلول را بهبود دهد. بیایید دقیق‌تر ببینیم این مطالعه چه یافته است.

انتخاب به نفع نهال

در HD، یک توالی تکراری از کدِ حروف ژنتیکی C-A-G باعث ساخته شدنِ شکل گسترش‌یافته‌ای از پروتئین HTT می‌شود. HTT گسترش‌یافته بیش از حد بلند است و نسبت به شکل معمول HTT کمی متفاوت تا می‌خورد. شکل جدید HTT می‌تواند به تشکیل توده‌های HTT منجر شود؛ توده‌هایی که گمان می‌رود استرس پروتئینی را افزایش دهند و این می‌تواند به مرگ سلولی بینجامد. یک ایده این است که از شر این توده‌های سمی HTT خلاص شویم، اما این کار مجموعه‌ای از چالش‌های خودش را دارد.

افراد مبتلا به HD هم HTT معمولی و هم HTT گسترش‌یافته تولید می‌کنند. چون HTT معمولی نقش‌های مهمی در سلامت و عملکرد سلول دارد، حفظ بخشی از آن ممکن است مهم باشد. تصور کنید جنگلبانی می‌خواهد به یک نهال ویژه نور بیشتری برسد، پس یک مادهٔ علف‌کش می‌پاشد که همهٔ گیاهان منطقه را از بین می‌برد. این ماده درخت بلند را حذف می‌کند، اما احتمالاً نهال هم زنده نمی‌ماند. در عوض، جنگلبان باید راهی پیدا کند که درخت بلند را بدون آسیب رساندن به نهال حذف کند. به همین شکل، دانشمندان در حال بررسی درمان‌هایی هستند که بر از بین بردن پروتئین HTT گسترش‌یافته تمرکز دارند، در حالی که شکل سالم و معمول HTT را حفظ می‌کنند.

هدف‌گیری درخت بلند

چطور HTT گسترش‌یافته را هدف بگیریم اما HTT معمولی را نه؟ در مطالعه‌ای از آزمایشگاه جن-تسه هوانگ در تایوان، پژوهشگران ترکیبی به نام PROTAC 2’ (تلفظ: پرو-تَک تو پرایم) طراحی کردند که در مدل‌های آزمایشگاهی HD دقیقاً همین کار را انجام می‌دهد. PROTAC 2’ توده‌های HTT گسترش‌یافته را که شکلی متمایز از HTT معمولی دارند پیدا می‌کند و به آن‌ها می‌چسبد.

آزمایشگاه هوانگ PROTAC 2’ را طوری طراحی کرد که نه‌تنها HTT گسترش‌یافته را شناسایی کند، بلکه آن را به دستگاه دفع زبالهٔ سلول هم بیاورد تا تجزیه‌اش کند. انگار جنگلبان هنگام جست‌وجوی درخت، مواد علف‌کش را هم همراه خودش داشته باشد. این خیلی کارآمدتر از این است که درخت را پیدا کنید، برگردید مواد را بیاورید و امیدوار باشید یادتان بماند کجا پیدایش کرده‌اید. چون PROTAC 2’ هم به توده‌های HTT گسترش‌یافته می‌چسبد و هم به دستگاه دفع زبالهٔ موجودِ سلول، توده‌ها راحت‌تر شکسته و دفع می‌شوند.

پاکسازی توده‌های سمی HTT گسترش‌یافته در سلول‌ها

HTT گسترش‌یافته می‌تواند در شکل‌های مختلفی وجود داشته باشد. پژوهشگران گاهی این شکل‌ها را بر اساس توانایی حل شدنشان در مایعات مختلف، یا بر اساس رفتاری که هنگام برچسب‌گذاری با «تگ‌های» شیمیایی رنگارنگ نشان می‌دهند، تعریف می‌کنند. توده‌های HTT گسترش‌یافته که به‌راحتی حل نمی‌شوند یا خیلی فشرده کنار هم قرار گرفته‌اند، اغلب «نامحلول» نامیده می‌شوند. پروتئین HTT گسترش‌یافته همچنین می‌تواند به شکل «محلول» هم وجود داشته باشد. شواهدی وجود دارد که شکل نامحلولِ HTT گسترش‌یافته ممکن است سمی‌تر باشد.

در سلول‌های کشت‌شده در ظرف که با PROTAC 2’ درمان شدند، پژوهشگران سطح پایین‌تری از توده‌های نامحلولِ HTT گسترش‌یافته را یافتند، در حالی که سطح سایر شکل‌های HTT ثابت ماند. این نشان می‌دهد PROTAC 2’ به سلول‌ها کمک می‌کند از شر توده‌های HTT گسترش‌یافته خلاص شوند، بدون اینکه روی شکل‌های دیگر پروتئین اثر بگذارد—دقیقاً همان‌طور که پژوهشگران امیدوار بودند!

آزمایشگاه هوانگ همچنین به این علاقه‌مند بود که سلول‌ها به کاهش سطح توده‌های HTT گسترش‌یافته چگونه پاسخ می‌دهند. در سلول‌های درمان‌شده با PROTAC 2’، پژوهشگران افزایش بقا‌ی سلولی و شواهد کمتری از استرس یافتند. این نشان می‌دهد درمان سلول‌ها با PROTAC 2’ ممکن است به کاهش برخی از مشکلات سلولی که آن‌ها را با HD مرتبط می‌دانیم کمک کند.

کند کردن پیشرفت HD در موش‌ها

پژوهشگران همچنین PROTAC 2’ را به موش‌هایی که مدل HD هستند تزریق کردند تا ببینند آیا PROTAC 2’ می‌تواند علائم شبیه HD را کاهش دهد یا نه. این موش‌ها طوری مهندسی شده‌اند که ژن انسانی HD را با گسترشی حدود ۱۲۰ تکرار CAG حمل کنند. این باعث تشکیل توده‌های HTT گسترش‌یافته و التهاب در مغز می‌شود، و همچنین کاهش وزن پیشرونده، افت عملکرد حرکتی و طول عمر بسیار کوتاه‌تر نسبت به موش‌هایی که ژن HD را ندارند.

پیش از کار با موش‌های بیمار، پژوهشگران با تزریق این مولکول به موش‌هایی که جهش HD را نداشتند، دربارهٔ ایمنی و عملکرد PROTAC 2’ بیشتر آموختند. سپس موش‌های مدل HD را درمان کردند و دریافتند موش‌هایی که PROTAC 2’ دریافت کرده بودند، توده‌های HTT کمتری داشتند، بهبودهایی در سایر نشانگرهای مغزی و علائم نشان دادند و نسبت به موش‌های HD درمان‌نشده طول عمر بیشتری داشتند. این نشان می‌دهد درمان با PROTAC 2’ ممکن است اثرات پیشرفت HD را در این مدل بیماری به تأخیر بیندازد.

نگاهی به آینده

پژوهشگران آزمایشگاه هوانگ ترکیبی طراحی کردند که هم توده‌های HTT و هم دستگاه تجزیه را به یک مکان جذب می‌کند. مثل جنگلبانی که از نهال ارزشمند محافظت می‌کند، PROTAC 2’ توده‌ها را در سلول‌ها به‌طور مؤثر تجزیه می‌کند و در عین حال هانتینگتین معمولی را حفظ می‌کند. این کار پیشرفت علائم شبیه HD را در موش‌ها کند کرد و نویسندگان پیشنهاد می‌کنند PROTACها می‌توانند در آینده به‌عنوان یک درمان بالقوه مطرح باشند.

با اینکه توانستند پتانسیل این مولکول‌ها را در موش‌ها نشان دهند، پیش از آنکه بتوانیم به سمت به‌کارگیری این رویکرد در انسان حرکت کنیم، کارهای بسیار بیشتری لازم است. یکی از چالش‌ها این است که PROTACها از نظر اندازه در دستهٔ مولکول‌های دارومانندِ بزرگ‌تر قرار می‌گیرند و ورودشان به عمق بافت مغز می‌تواند دشوار باشد؛ مشکلی که در مغز بزرگ‌تر (انسان) جدی‌تر است. علاوه بر این، این مطالعه موش‌های معمولی و بیمار را به‌طور مستقیم با هم مقایسه نکرد—و ممکن است HD توانایی PROTAC برای ورود به بافت مغز را تغییر دهد. همچنین برای درک بهتر اینکه PROTAC 2’ چگونه بر فرایندهای دیگری که تحت تأثیر HD هستند، مثل تولید انرژی، اثر می‌گذارد، به مطالعات بزرگ‌تری نیاز است.

با این حال، تجزیهٔ توده‌های سمی پروتئینی راهبردی است که در چندین بیماری مغزی در حال بررسی است و دیدن اینکه می‌تواند در موش‌های HD اثرات مثبتی داشته باشد هیجان‌انگیز است. نویسندگان اشاره می‌کنند که رویکردهای پاکسازیِ مبتنی بر پروتئین می‌توانند بخشی از عامل سمیِ مقصر را با احتمال آسیب بلندمدت کمتر نسبت به راهبردهایی مانند ژن‌درمانی حذف کنند.

خلاصه

• PROTAC 2’ به‌طور انتخابی توده‌های HTT گسترش‌یافته را برای سطل زبالهٔ سلول هدف می‌گیرد و HTT معمولی را حفظ می‌کند
• این کار را با جذب دستگاه پاکسازیِ زباله به توده‌های سمی پروتئینی انجام می‌دهد
• در سلول‌ها، این درمان توده‌های نامحلولِ HTT گسترش‌یافته را کاهش داد و استرس را کم کرد
• در موش‌های مدل HD، PROTAC 2’ مشکلات حرکتی و سایر ویژگی‌های بیماری را کاهش داد و طول عمر را افزایش داد