Mögliche Einstiegspunkte für die Huntington-Krankheit drug discovery

Die Huntington-Krankheit (HD) ist eine der vier wichtigsten neurodegenerativen Krankheiten wurden die meisten ausgiebig studiert. Die klinischen Symptome sind unkontrollierte tanzen-die Nachahmung von Verhalten (chorea), sowie die kognitive Schwäche und psychiatrische Auffälligkeiten. Da die biochemische Aktivität des mutierten huntingtin-proteins (mHTT), die Ursachen der Krankheit ist uncharacterized, die herkömmlichen drug-discovery-Ansatz, der auf Sie berufen-Hemmer blockieren die Wirkung der pathogenen Proteine, ist nicht zutreffend.

Kürzlich, Forscher an der Shanghaier Fudan-Universität, einschließlich der Profs. Boxun Lu (School of Life Sciences), Yiyan Fei (Schule für informatik und Ingenieurwissenschaften), und Yu Ding (School of Life Sciences), gebildet von einem multidisziplinären team zu arbeiten, um auf dieses problem. Mit gemeinsamen Anstrengungen, die Sie gearbeitet haben eine innovative Methode des drug discovery: mit dem autophagosome-tethering-verbindungen (ATTEC) zu degradieren pathogenen Proteine und Behandlung der Krankheit. Das team führte eine elegant gestaltete screening mit einem small-molecule microarray-und front-Kante optische Technologien und identifizieren konnte, vier kleine Molekül-verbindungen, die spezifisch reduziert das protein, das bewirkt, dass die Huntington-Krankheit.

Am 31 Oktober, wurde die Studie online veröffentlicht unter dem Titel „Allel-selektive Senkung des Mutierten HTT-Protein von HTT-LC3-Linker-Verbindungen“ in der Natur.

„Kleines Molekül Kleber“ hilft autophagosomes „verschlingen“ das Krankheit-verursachende protein

Da der konventionelle Ansatz ist jedoch für mHTT, das team kam mit einer grundlegend neuen Idee, die zu degradieren mHTT durch die Nutzung von autophagie, einem intrazellulären protein-degradation. Während die autophagie, der Schlüssel protein LC3 ist lipidated und erweitert, um die form eines Doppel-Membran-Struktur, die dann verschlingt Proteine, Lipide, Organellen und andere Abbau von Ladungen und bildet eine vollständige autophagosome. Die autophagosomes sind dann fusioniert mit Lysosomen und das material verschlungen darin abgebaut.

Allerdings, wenn verstärkt nicht-spezifisch, autophagie degradiert alle Proteine verschlungen in autophagosomes, einschließlich der normalen Wildtyp-huntingtin-protein, das spielt eine Rolle bei der neuroprotektion. Das wäre eventuell kontraproduktiv.

Zum identifizieren von verbindungen, die nur abbauen mHTT, aber nicht Wildtyp-HTT, das team stellte sich eine „kleine Molekül Kleber“ funktioniert wie ein „autophagosome tethering-Verbindung“ (ATTEC), das könnte tether-LC3 und mHTT zusammen, so dass mHTT ist verschlungen in autophagosomes für den Abbau. Mittlerweile, die ATTEC keine Interaktion mit dem Wildtyp-HTT-protein, so dass es unberührt. Durch ein screening, Validierung und vorläufige Suche nach strukturell ähnlichen verbindungen, das team identifiziert vier verbindungen mit den gewünschten Eigenschaften.

An dieser Stelle werden die identifizierten verbindungen haben das Potenzial tethering mHTT zu autophagosomes ohne Einfluss auf die wild-Typ HTT, aber ob Sie die Funktion in erniedrigender mHTT als erwartet ist, Bedarf weiterer überprüfung. Das team fand heraus, dass diese vier verbindungen deutlich reduziert mHTT levels in HD-Maus-Neuronen, HD-Patienten die Zellen, und HD drosophila-Modelle bei ~10 bis 100 nanomolar Konzentrationen, mit wenig Wirkung auf die Wildtyp-HTT-Ebenen. Aufregend, mindestens zwei dieser vier verbindungen sind in der Lage, die Blut-Hirn-Schranke, und eine kleine Dosis intraperitoneale Injektion deutlich verringern würde mHTT Ebenen im cortex und striatum von HD-Mäusen, ohne die Wildtyp-HTT-Ebenen. Sie auch deutlich verbessert, die mit einer Krankheit verbundenen Phänotypen, bietet einen Einstiegspunkt für die Entwicklung der mündlichen oder injizierbaren Medikamenten, die für HD.

Solche ATTECs waren sehr schwierig zu identifizieren. Nur einer von über 2000 verbindungen mit den gewünschten Eigenschaften. So, es zu finden, war ein großes Hindernis bei diesem Projekt für eine lange Zeit. Die Teilnahme der Professor Yiyan Fei der Gruppe machte dies möglich. Dr. Fei-Gruppe entwickelt eine neue high-throughput compound screening-Plattform auf Basis von small molecule microarray (SMM) und oblique-Inzidenz Reflektivität Unterschied (BA-RD) – Technologie, die schnelle, empfindliche, label-frei und in hohem Durchsatz. Es könnte identifizieren Sie die Ziel-protein-interagierenden verbindungen aus einer Bibliothek aus tausenden von kleinen Molekül-verbindungen.

Das Forscherteam gestempelt fast 4000 klein-Molekül-verbindungen auf einem chip, und hatte das Ziel-protein fließen durch den chip. Wenn eine Probe bindet an einen spezifischen Substanz immobilisiert auf dem chip, der die molekulare Schicht an der position wird verdicken, wodurch eine kleine änderung, die detektiert werden können, von einem sensiblen optischen Methode (schräg einfallendes Licht Reflexion Unterschied). Mit diesem innovativen screening-Ansatz, das team fand zwei kleine Moleküle binden konnte sowohl LC3 und mHTT Proteine, aber nicht zu wild-Typ HTT. Nach dem Studium ein panel von niedermolekularen verbindungen mit ähnlichen Strukturen, insgesamt vier ATTECs binden, LC3 und mutierten HTT identifiziert und validiert.

Autophagosome tethering-verbindungen öffnen neue Fenster für drug discovery

Die Mannschaft, die weiter erörtert die intrinsische Mechanismen, durch die diese niedermolekulare verbindungen, könnte die Unterscheidung zwischen Mutante und Wildtyp-HTT-Proteine, die waren fast identisch, außer in der Glutamin-Wiederholung (polyQ) Länge. Es stellte sich heraus, dass diese verbindungen gebunden waren, zu langen polyQ Strecken, die nur erschien, in mHTT.

Auf dieser Grundlage stellte das team fest, dass die Anwendung dieser niedermolekulare verbindungen erreichen, die weit über die potenzielle Behandlung der Huntington-Krankheit. Neun Krankheiten des Menschen sind sogenannte polyQ-Erkrankungen, denn Sie werden verursacht durch bestimmte mutierten Proteine mit übermäßig langen polyQ. Unter Ihnen, spinocerebelläre Ataxie Typ III (SCA3) ist die am häufigsten in der chinesischen Bevölkerung.

Die klinischen Symptome umfassen motion discoordination, Unfähigkeit, zu pflegen, Körperhaltung und Gleichgewicht, begleitet von möglich Exophthalmus, hyperreflexia, Gesichts-Muskelzuckungen -, sehnen-und andere Symptome. Mit SCA3 Patienten Zellen zur Verfügung gestellt von Dr. Yimin Sonne von Prof. Jian Wang ‚ s Gruppe an Huashan-Krankenhaus angegliedert, an der Fudan-Universität, das team gefunden, dass diese verbindungen könnten effektiv reduzieren das Niveau der Mutante ATXN3-protein (mit einem polyQ-Länge von 74), die Ursachen der Krankheit, ohne die Wildtyp-ATXN3 (mit einem polyQ-Länge von 27).