Μια νέα επιστημονική ανακάλυψη ενδέχεται να ρίξει φως σε έναν από τους πιο περίπλοκους μηχανισμούς της νόσου Αλτσχάιμερ, ανοίγοντας τον δρόμο για την ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών που θα μπορούσαν να περιορίσουν την εξάπλωση των παθολογικών πρωτεϊνών στον εγκέφαλο.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwestern και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα διαπίστωσαν ότι τα μόρια του νερού μπορεί να διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο η πρωτεΐνη tau (ταυ) αλλάζει δομή, σχηματίζει παθολογικά συσσωματώματα και συμβάλλει στην εξάπλωση των βλαβών που συνδέονται με τη νόσο.
Τα ευρήματα, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), προσφέρουν νέες πληροφορίες για τη διαδικασία που οδηγεί στον σχηματισμό των χαρακτηριστικών ινιδίων της πρωτεΐνης tau.
Αλτσχάιμερ: Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο
Στον εγκέφαλο των ανθρώπων που πάσχουν από Αλτσχάιμερ, αλλά και από ορισμένες άλλες μορφές άνοιας, δύο πρωτεΐνες παρουσιάζουν παθολογικές μεταβολές: η βήτα-αμυλοειδής πρωτεΐνη και η πρωτεΐνη tau.
Παρότι οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι αυτές οι πρωτεΐνες σχετίζονται με τη νόσο, δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως εάν οι ανωμαλίες τους αποτελούν την αρχική αιτία της νευροεκφυλιστικής διαδικασίας ή συνέπειά της.
Στην περίπτωση της tau, η πρωτεΐνη αρχίζει να αναδιπλώνεται λανθασμένα, αποκτώντας μια μη φυσιολογική τρισδιάστατη δομή.
Διαβάστε Επίσης
Στη συνέχεια, οι αλλοιωμένες πρωτεΐνες ενώνονται μεταξύ τους, δημιουργώντας νηματοειδείς σχηματισμούς που ονομάζονται ινίδια.
Τα συσσωματώματα αυτά αναπτύσσονται μέσα στα εγκεφαλικά κύτταρα και τελικά μπορούν να οδηγήσουν στον θάνατό τους.
Ένα από τα σημαντικότερα ερωτήματα της επιστημονικής κοινότητας είναι πώς η παθολογική αυτή διαδικασία μεταδίδεται από το ένα σημείο του εγκεφάλου στο άλλο.
Ο απροσδόκητος ρόλος του νερού
Η νέα μελέτη υποδεικνύει ότι το νερό συμμετέχει ενεργά στον μηχανισμό με τον οποίο οι πρωτεΐνες tau συνδέονται μεταξύ τους.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι ορισμένες μεταλλάξεις καθιστούν την πρωτεΐνη πιο ευάλωτη στη λανθασμένη αναδίπλωση.
Παράλληλα, εντόπισαν μια συγκεκριμένη περιοχή στην επιφάνειά της, ένα είδος «θερμού σημείου» (hotspot), που επιτρέπει στις πρωτεΐνες να συνδέονται μεταξύ τους.
Η περιοχή αυτή είναι υδρόφοβη, δηλαδή απωθεί το νερό, αλλά εξακολουθεί να περιβάλλεται από μόρια νερού που σχηματίζουν ένα προστατευτικό κάλυμμα.
Όταν το νερό απομακρύνεται από το συγκεκριμένο σημείο, οι πρωτεΐνες μπορούν να ενωθούν και να σχηματίσουν τα άκαμπτα ινίδια που συνδέονται με την παθολογία της νόσου.
«Υπάρχει ένα συγκεκριμένο σημείο και το νερό δεν μπορεί να το καλύψει πλήρως, επειδή το σημείο αυτό δεν έχει συγγένεια με το νερό», εξηγεί η φυσικοχημικός Σόνγκι Χαν από το Πανεπιστήμιο Northwestern.
«Ωστόσο, αυτό το τμήμα εξακολουθεί να χρειάζεται προστασία, επειδή διαφορετικά η πρωτεΐνη καθιζάνει και δεν είναι πλέον διαθέσιμη».
Όπως διευκρινίζει:
«Αυτό που τείνει να κάνει το νερό είναι να σχηματίζει ένα σταθεροποιητικό κάλυμμα γύρω του και, ουσιαστικά, αυτά τα καλύμματα νερού έλκονται μεταξύ τους».
Για να διερευνήσουν τον μηχανισμό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα πειραματικό μοντέλο μεταλλαγμένης tau, αποτελούμενο από ένα τμήμα 19 αμινοξέων.
Συνδύασαν εργαστηριακά πειράματα με υπολογιστικές προσομοιώσεις, προκειμένου να κατανοήσουν πώς οι πρωτεΐνες μετατρέπονται από εύκαμπτες και χωρίς σταθερό σχήμα δομές σε άκαμπτους, οργανωμένους σχηματισμούς.
Η διαδικασία φαίνεται να πραγματοποιείται σε διαδοχικά στάδια.
Αρχικά, οι πρωτεΐνες προσεγγίζουν η μία την άλλη μέσω της περιοχής που καλύπτεται από νερό. Στη συνέχεια, η απομάκρυνση των μορίων νερού συνοδεύεται από απελευθέρωση ενέργειας, η οποία διευκολύνει την προσθήκη νέων πρωτεϊνών tau στο αναπτυσσόμενο ινίδιο.
Με αυτόν τον τρόπο, η λανθασμένη αναδίπλωση μπορεί να συνεχίζεται, καθώς κάθε νέα πρωτεΐνη υιοθετεί την παθολογική δομή των προηγούμενων.
«Οι πρωτεΐνες πρέπει να αναδιπλωθούν λανθασμένα και να στοιβαχτούν με ακρίβεια σε ινίδια, ώστε αυτά να επιμηκύνονται, διατηρώντας και μεταδίδοντας την ίδια λανθασμένη μορφή», εξηγεί η Χαν.
«Ο μόνος τρόπος για να συνεχίζεται επ’ αόριστον αυτή η διαδικασία είναι το ίδιο σημείο της πρωτεΐνης να ευθυγραμμίζεται με το αντίστοιχο σημείο των υπόλοιπων πρωτεϊνών».
Η επιστήμονας επισημαίνει ότι ακόμη και μια μικρή απόκλιση στην ευθυγράμμιση μπορεί να σταματήσει την ανάπτυξη των ινιδίων.
«Αν υπάρχει έστω και μια ελάχιστη ασυμφωνία στην ευθυγράμμιση των μορφών tau που προστίθενται στο άκρο του ινιδίου, η δομή τελικά θα σταματήσει να αναπτύσσεται».
Ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα της έρευνας προέκυψε όταν οι επιστήμονες κάλυψαν το συγκεκριμένο «θερμό σημείο» της πρωτεΐνης με μια χημική ομάδα.
Τότε παρατήρησαν ότι τα ινίδια σταμάτησαν να μεγαλώνουν.
Η διαπίστωση αυτή δημιουργεί την προοπτική ανάπτυξης φαρμάκων που θα στοχεύουν τη συγκεκριμένη περιοχή, εμποδίζοντας τις παθολογικές πρωτεΐνες να συνδέονται μεταξύ τους.
Πρόκειται, ωστόσο, για έρευνα σε πρώιμο στάδιο και όχι για θεραπεία που έχει ήδη δοκιμαστεί σε ασθενείς.
Όταν τα εγκεφαλικά κύτταρα που περιέχουν παθολογικά ινίδια tau πεθαίνουν, τα συσσωματώματα μπορούν να απελευθερωθούν και να πυροδοτήσουν την ίδια διαδικασία σε άλλους νευρώνες.
Αυτός είναι ένας από τους μηχανισμούς που ενδέχεται να εξηγούν την εξάπλωση της παθολογίας στον εγκέφαλο.
«Από τη στιγμή που γνωρίζουμε ότι οι πρωτεΐνες tau που έχουν τάση συσσωμάτωσης διαθέτουν πάντα ένα συγκεκριμένο θερμό σημείο, το οποίο έλκεται αρχικά από το αντίστοιχο σημείο των πρωτεϊνών που έχουν ήδη σχηματίσει ινίδια, γνωρίζουμε ότι υπάρχει πάντα κάποιο τμήμα της πρωτεΐνης που μπορούμε να στοχεύσουμε για να το εξουδετερώσουμε», αναφέρει η Χαν.
Και προσθέτει:
«Αν γνωρίζουμε πού πρέπει να εμποδίσουμε τη λανθασμένη αναδίπλωση, θα μπορούσαμε να την αναστείλουμε και να αποτρέψουμε την εξάπλωσή της».
Γιατί είναι τόσο δύσκολη η μελέτη του Αλτσχάιμερ
Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης το ενδεχόμενο δημιουργίας συνθετικών ινιδίων tau, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της εξέλιξης του Αλτσχάιμερ και άλλων μορφών άνοιας.
Η ανάπτυξη τέτοιων εργαστηριακών μοντέλων θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική, καθώς η άμεση μελέτη των παθολογικών πρωτεϊνών στον εγκέφαλο ζωντανών ασθενών παρουσιάζει μεγάλες δυσκολίες.
Από την άλλη πλευρά, στους εγκεφάλους ανθρώπων που έχουν πεθάνει και έχουν δωρίσει το σώμα τους στην επιστήμη, οι βιολογικές διαδικασίες που σχετίζονται με την άνοια έχουν πλέον σταματήσει.
«Για να θεραπεύσει κανείς μια ασθένεια, πρέπει να μπορεί να την αναπαράγει», τονίζει η Χαν.
«Υπάρχει ένα πραγματικό πρόβλημα, καθώς τα ινίδια tau που μιμούνται εκείνα της νόσου δεν μπορούν να παραχθούν εύκολα με συνθετικό τρόπο. Είναι πραγματικά δύσκολο να επιχειρήσει κανείς οποιαδήποτε ανάπτυξη χρησιμοποιώντας ιστούς ανθρώπινων ασθενών».
Σύμφωνα με την ερευνήτρια, στόχος της επιστημονικής ομάδας είναι να προσφέρει μια βαθύτερη κατανόηση των βασικών μηχανισμών της νόσου.
«Προσπαθούμε να εξηγήσουμε την αρχή λειτουργίας αυτού του μηχανισμού, ώστε άλλοι επιστήμονες να μπορέσουν να βρουν λύσεις καλύτερα, ταχύτερα ή με πιο ορθολογικό τρόπο».
Η νέα μελέτη δεν αποδεικνύει ότι η κατανάλωση νερού προκαλεί ή επιδεινώνει το Αλτσχάιμερ. Εξετάζει τον ρόλο των μορίων νερού στις αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών σε μικροσκοπικό επίπεδο.
