Princeton Fast-Tracks Jalur Baru untuk Mengobati Alzheimer

Teknik volume tinggi yang efisien untuk menguji perawatan obat potensial untuk penyakit Alzheimer menemukan senyawa organik yang memulihkan fungsi motorik dan umur panjang lalat buah dengan penyakit ini, menurut penelitian baru yang dapat membantu mempercepat pencarian obat Alzheimer yang efektif. melacak.

Peneliti Universitas Princeton melaporkan dalam Journal of Biological Chemistry bahwa mereka menemukan senyawa organik yang mencegah pembentukan gumpalan protein, atau agregat, yang ditemukan pada sel otak manusia yang menderita penyakit Alzheimer. Para peneliti menyadari potensi senyawa tersebut melalui throughput tinggi — artinya banyak bahan dapat diperiksa sekaligus — proses penyaringan yang dikembangkan di Princeton yang menguji kemampuan 65.000 senyawa molekuler untuk menghambat agregasi protein.

Ketika diberikan pada lalat buah yang dibiakkan untuk menunjukkan gejala mirip Alzheimer, senyawa tersebut – yang oleh para peneliti disebut D737 – memulihkan kemampuan memanjat dan meningkatkan umur lalat beberapa hari dibandingkan dengan lalat yang tidak menerima senyawa tersebut, para peneliti melaporkan.

Senyawa tersebut bekerja dengan menghentikan akumulasi peptida yang dikenal sebagai amiloid beta 42 (Aβ42), yang mengganggu fungsi sel, ditemukan dalam jumlah tinggi pada plak Alzheimer, dan diduga memicu kerusakan saraf khas penyakit tersebut. Lalat buah direkayasa secara genetik di University of Cambridge agar Aβ42 manusia terkumpul di neuron mereka. Seperti pada manusia, akumulasi ini menyebabkan hilangnya ingatan dan mobilitas, disorientasi, dan kematian dini.

Peneliti senior Michael Hecht, seorang profesor kimia Princeton, mengatakan temuan ini menunjukkan metode penyaringan yang cepat dan efisien yang dapat membantu dalam mencari pertahanan obat melawan Alzheimer. Saat ini, katanya, proliferasi penyakit pada populasi yang menua telah melampaui keberhasilan upaya untuk mengembangkan pengobatannya.

“Seiring bertambahnya usia populasi, Alzheimer adalah penyakit besar,” kata Hecht. “Ada obat untuk mengendalikan gejala, tapi tidak ada yang mengobati penyakit itu sendiri. Salah satu pendekatannya adalah dengan mengontrol agregasi peptida seperti yang telah kita lakukan, tetapi senyawa yang diuji sejauh ini sering gagal.

“Teknik kami akan memungkinkan para ilmuwan untuk membuat sistem genetik buatan, memeriksanya dengan layar throughput tinggi dan menemukan apakah itu berfungsi,” kata Hecht. “Dari situ mereka bisa mendapatkan hasil terbaik dan mengujinya di model lain.”

Selain itu, senyawa efektif seperti D737 dapat mengungkapkan informasi tentang struktur Aβ42 yang dapat digunakan untuk merumuskan pengobatan lain, kata penulis utama Angela Fortner McKoy, seorang peneliti postdoctoral di Rutgers University yang menerima gelar Ph.D. dalam kimia dari Princeton pada tahun 2011. Fortner McKoy dan Hecht bekerja dengan penulis kedua Jermont Chen, yang meraih gelar Ph.D. dalam bidang kimia dari Princeton pada tahun 2008, dan Trudi Schüpbach, Profesor Biologi Henry Fairfield Osborn.

Para peneliti Princeton menggunakan proses penyaringan yang dikembangkan di laboratorium Hecht untuk secara khusus mengidentifikasi agregasi Aβ42. Pertama kali dilaporkan dalam jurnal ACS Chemical Biology pada tahun 2006, teknik ini bergantung pada perpaduan protein fluoresen Aβ42 dan hijau – yang bersinar di bawah sinar ultraviolet dan ditemukan pada hewan seperti ubur-ubur – yang diekspresikan dalam bakteri E. coli. Protein fluoresen tidak bersinar saat Aβ42 mampu beragregasi. Namun, ketika senyawa seperti D737 menghambat penggumpalan peptida, bakteri E. coli tampak berwarna hijau cerah. Efisiensi sistem penyaringan berasal dari kesederhanaan relatif untuk mencapai dan bekerja dengan E. coli, bakteri laboratorium standar, kata Hecht.

Untuk penelitian saat ini, Hecht dan rekan penulisnya memeriksa 65.000 senyawa organik yang dipilih secara acak yang diperoleh Chen dari Broad Institute of the Massachusetts Institute of Technology dan Harvard University. Teknik tersebut mengungkapkan 269 senyawa yang menghentikan penumpukan agregat Aβ42. Dari jumlah tersebut, Fortner McKoy memilih delapan yang paling tersedia untuk pengujian lebih lanjut. Fortner McKoy menemukan bahwa D737 paling baik mencegah akumulasi Aβ42 dan mengurangi kematian dalam kultur sel. Selain itu, para peneliti menemukan bahwa senyawa tersebut mengurangi produksi dan akumulasi spesies oksigen reaktif, yang merusak sel.

Para peneliti kemudian menguji senyawa tersebut pada lalat buah yang sehat tanpa akumulasi Aβ42, serta pada lalat dengan gen Aβ42 bentuk manusia biasa dan lalat dengan gen mutan – yang ditemukan pada beberapa manusia dengan Alzheimer – yang menyebabkan penumpukan ekstra peptida. Untuk masing-masing dari ketiga jenis lalat ini, satu kelompok lalat tidak menerima D737 sementara kelompok lain diberi senyawa dengan konsentrasi 2, 20 atau 200 mikromolar.

Pada lalat dengan penumpukan Aβ42 reguler dan dipercepat, mereka yang menerima D737 hidup rata-rata empat hingga enam hari lebih lama daripada lalat yang diubah serupa yang tidak diberi makan senyawa tersebut. Lalat buah sehat yang menerima D737 tidak menunjukkan perubahan umur, menunjukkan bahwa senyawa tersebut tidak beracun pada lalat buah, kata Hecht. Untuk menguji mobilitas, para peneliti memasukkan 20 lalat dari kedua kelompok yang diubah secara genetik ke dasar botol dan mencatat berapa banyak yang naik ke atas. Setelah 38 hari, hanya 6 persen lalat yang tidak diobati dengan akumulasi Aβ42 normal yang dapat naik, dibandingkan dengan sebanyak 34 persen lalat yang menerima D737. Pada lalat dengan gen mutan Aβ42, semua lalat yang tidak diobati kehilangan mobilitasnya setelah 27 hari. Namun, dari mereka yang diberi senyawa, 50 hingga 78 persen – tergantung dosisnya – masih bisa naik setelah periode waktu yang sama.

Damian Crowther, pemimpin kelompok di Departemen Genetika di Cambridge yang menciptakan dan memasok lalat yang digunakan dalam penelitian Princeton tetapi tidak memiliki peran aktif dalam pekerjaan tersebut, mengatakan bahwa D737 menunjukkan kemampuan penting untuk menekan lalat buah dengan fungsi neurologis dan fisik yang sama. dan defisit mental terlihat pada manusia dengan Alzheimer.

“Tidak umum melihat efek yang begitu kuat pada model lalat. Dari senyawa yang diuji lab saya, yang telah melalui pemeriksaan in vitro yang ketat, kami melihat efek sebagus ini hanya dalam 5 hingga 10 persen,” kata Crowther. “Untuk menemukan bahwa senyawa yang diberikan secara oral mampu menunjukkan efek menguntungkan pada kedua fenotip lalat ini menunjukkan bahwa obat tersebut dapat mengakses neuron dan, sekali di dalam otak, mungkin mengendalikan agregasi peptida beta amiloid.”

Crowther mengatakan penelitian Princeton lebih lanjut mendukung pendekatan membatasi penumpukan Aβ42 dan varian terkait dari peptida beta amyloid untuk mengobati Alzheimer. Pada tahap tengah akumulasi, variasi peptida bisa sangat beracun bagi neuron dan membunuhnya, katanya. Tetapi karya Hecht dan rekan penulisnya membantu menunjukkan bahwa memblokir agregasi amiloid-beta bisa aman dan manjur.

“Selalu ada kekhawatiran saat mencari agen pemblokir agregasi bahwa proses agregasi dapat terganggu pada titik yang salah,” kata Crowther.

“Pekerjaan lebih lanjut harus mencoba mengkarakterisasi dalam sistem in vivo persis di mana senyawa ini menghentikan atau memodifikasi proses agregasi,” katanya. “Untuk efek menguntungkan kita tidak perlu sepenuhnya memblokir agregasi — memang, pembentukan amiloid adalah proses termodinamika yang tak terelakkan. Bisa jadi senyawa tersebut hanya memodulasi proses agregasi sehingga zat antara yang paling beracun menjadi lebih sedikit.

Meskipun keberhasilan senyawa pada lalat belum tentu diterjemahkan ke manusia, kata Fortner McKoy, keefektifannya menggambarkan bahwa kandidat pengobatan yang bermanfaat dapat ditemukan dengan metode skrining Princeton.

“Ini menghambat agregasi peptida dengan cukup efektif sehingga kami dapat melihat peningkatan pada lalat,” kata Fortner McKoy. “Secara umum, senyawa seperti ini akan dikembangkan lebih lanjut dan akan dilakukan perubahan untuk menguji kemanjurannya pada manusia. Tetapi hasil lalat menunjukkan bahwa senyawa ini layak diuji dalam model lain.”