Tiskane izdaje
Skupina raziskovalcev z univerze Northwestern v Chicagu je pod vodstvom slovenskega znanstvenika prof. dr. Dimitrija Krainca, predstojnika tamkajšnje klinike za nevrologijo in centra za redke nevrološke bolezni, ugotovila, kako in zakaj oksidacijska kaskada v možganski temni snovi, substanci nigri, odgovorni za nadzor nad gibanjem, poškoduje nevrone ter vpliva na razvoj in napredovanje parkinsonove bolezni.
Njihov raziskovalni dosežek je zelo pomemben za bolnike, saj bi zdravniki z zgodnejšimi ukrepi lahko prekinili ta na novo odkriti kaskadni začarani krog in izboljšali delovanje nevronov. Raziskava je objavljena v najnovejši številki revije Science.
Prof. dr. Dimitri Krainc. Foto: osebni arhiv D. K.
Parkinsonova bolezen je drugo najbolj pogosto nevrodegenerativo obolenje. Pred dvesto leti jo je odkril angleški zdravnik James Parkinson. Po ocenah v svetu trpi zaradi te bolezni 10 milijonov ljudi, v ZDA milijon, pri nas pa 7000. Najpogostejši znaki so tresenje rok, motnje pri hoji, gibanju, govorjenju, spanju, pa tudi občutenju vonja in okusa. Obstaja še več kot 40 nemotoričnih simptomov, ki se stopnjujejo. Pri napredovali obliki pa se lahko pojavi zelo neprijetno »zamrznjenje« ali »izklop«, ki bolniku povsem onemogoči gibanje.
Kje poteka odmiranje nevronov
Bolezen nastane zaradi odmiranja nevronov, ki vsebujejo dopamin. Ta proces se dogaja v tako imenovani substanci nigri, temni snovi v delu možganov, ki je ključen za hoteno gibanje. Med staranjem se količina dopamina sicer naravno postopoma zmanjšuje, pri bolnikih s parkinsonovo boleznijo pa se to dogaja bistveno hitreje in močneje. Velikega primanjkljaja preostale celice ne zmorejo nadomeščati. Najpogosteje obolevajo ljudje po 60. letu, v redkejših primerih, povezanih s posebno gensko mutacijo, pa tudi bistveno mlajši in pri teh bolezen lahko napreduje hitreje.
»Razumevanje tega, kako in zakaj dopaminergični nevroni pri parkinsonovi bolezni odmirajo, je zato pomemben korak k odgovoru na vprašanje, katere celične poti in molekularne tarče bi bile primerne za zdravljenje,« pojasnjuje prof. Dimitri Krainc, ki je z uporabo nevronov obolelih skupaj s sodelavci razvozlal toksično kaskado mitohondrijske in lizosomalne disfunkcije.
»Ta nastane kot posledica nakopičenega oksidiranega dopamina in beljakovine alfasinuklein. Ugotovili smo, da kopičenje oksidiranega dopamina zmanjšuje aktivnost lizosomalne glukocerebrozidaze (Gcase). Zmanjšanje te oslabi lizosomalno funkcijo in pripomore k degeneraciji nevronov. Oksidirani dopamin pa prav tako poškoduje nevronove mitohondrije s tem, da poveča mitohondrijski oksidativni stres. Posledica slabše delujočih mitohondrijev je, da je oksidativnega dopamina še več, in tako se ustvarja začarani krog,« razlaga prof. Krainc.
Živalski modeli niso natančen posnetek človeških
K razvoju in napredovanju parkinsonove bolezni torej vodita dve poti, mitohondrijska in lizosomalna. Zanimivo pa je, kako so znanstveniki prišli do vseh teh pomembnih odkritij.
Po ustaljeni praksi najrazličnejše predklinične raziskave potekajo na celičnih linijah in živalskih modelih, pogosto na miših. In prav pri tem so raziskovalci naleteli na presenečenje: toksično kaskado z znanimi škodljivimi posledicami so opazili samo pri humanih, ne pa tudi mišjih dopaminergičnih nevronih, zaznamovanih s parkinsonovo boleznijo.
»Eden od pomembnih izzivov pri tem je bil,« pojasnjuje sogovornik, »da v zadnjih dvajsetih, tridesetih letih predkliničnih študij pri miših ni bilo mogoče prevesti na človeške. Za to je možnih več razlogov, vendar je z leti postalo jasno, da živalski modeli parkinsonove bolezni niso natančen 'posnetek' človeških. Eno prvih območij, ki degenerira pri parkinsonovi bolezni, je substanca nigra, temna snov, ki nadzoruje hoteno gibanje. Ko začne ta propadati, imajo bolniki težave pri gibanju, vključno z upočasnjenostjo in tresenjem. Pri našem raziskovanju pa smo presenetljivo ugotovili, da pri miših temna snov v možganih ne degenerira. Odporna je proti propadanju pri različnih modelih parkinsonove bolezni, celo pri mutaciji genov, za katere je znano, da povzročajo hudo obliko te bolezni.«
Raziskovalce je zanimalo, zakaj takšna razlika med uporabljenim živalskim modelom in ljudmi, in to so raziskovali kar nekaj let. Najprej so primerjali človeške in mišje nevrone v možganski temni snovi, da bi videli, ali se vedejo enako pri genetski obliki bolezni. Eden prvih genov, ki so ga testirali, je bil DJ-1, ki povzroči zgodnji začetek parkinsonove bolezni, ko je mutiran. Da bi primerjali mišje in človeške nevrone, so nevrone odvzeli bolnikom s tem genom.
To so storili tako, da so jim z biopsijo vzeli kožne celice in jih s sodobno tehnologijo reprogramirali v pluripotentne matične celice, nato pa vzgojili za bolnika značilne – oziroma njegove lastne – dopaminergične nevrone. To jim je omogočilo, da so jih primerjali z zdravimi nevroni in jih proučevali, če bi se morda zaradi mutacije genov pojavila kakšna nepravilnost. Tako so ugotovili, da nevroni bolnika s parkinsonovo boleznijo in mutacijo DJ-1 razvijejo dramatično patološke fenotipe, vključno z mitohondrijsko disfunkcijo, oksidacijo dopamina, akumulacijo alfasinukleina in lizosomalno disfunkcijo. Razvoj teh nepravilnosti pa vodi v degeneracijo nevronov.
Mišje dopaminsko presenečenje
Ko so enako poskušali pri gensko spremenjenih miših, ki niso imele gena DJ-1, takih nepravilnosti na dopaminergičnih nevronih niso opazili. Ugotovili so, da imajo miši drugačen metabolizem dopamina in dopaminergičnih nevronov v primerjavi s človeškimi. To ugotovitev je podprla strategija, s katero so mišim dodajali dopamin ali pa več alfasinukleina v njihove dopaminergične nevrone.
Tako so se začeli mišji dopaminergični nevroni vesti enako kot človeški, torej se je povečala oksidacija dopamina in začela toksična kaskada s celično disfunkcijo, kakršno so videli pri ljudeh. Ugotovili so tudi, da oksidirani dopamin igra pomembno vlogo pri uravnavanju toksičnosti v različnih genetskih in sporadičnih oblikah parkinsonove bolezni.
Kako prekiniti toksično kaskado?
»Sklepna ugotovitev je, da povečan mitohondrijski oksidativni stres dopaminergičnih nevronov v človeški možganski temni snovi sproži od dopamina odvisno toksično kaskado. To vodi v zmanjšano delovanje lizosomalnih celic in kopičenje škodljive beljakovine alfasinuklein in s tem glavnih patoloških sprememb pri parkinsonovi bolezni. Na nevronskih celicah, pridobljenih iz kože obolelih, smo torej dokazali, da obstaja časovno odvisna toksična kaskada.
Začne se z motenim delovanjem mitohondrija, to je celični organel, odgovoren za energijo, konča pa z zmanjšanim delovanjem lizosomov, ki odstranjujejo odpadne snovi. Ker tako povečana celična oksidacija poškoduje beljakovine in celične organele, to pomeni, da bi bilo treba pri bolniku čim prej, še preden se bolezen pokaže na zunaj, preprečiti povečano oksidacijo,« pojasnjuje prof. Krainc.
S terapevtskega zornega kota bi bilo mogoče ta začarani krog nevrotoksičnosti prekiniti na različne načine. Po eni od strategij bi morda lahko bolj zgodaj posegli v toksično kaskado in jo preprečili s specifičnimi antioksidanti. Ti naj bi zmanjšali mitohondrijski oksidativni stres oziroma oksidacijo dopamina. Takšna zdravila danes še razvijajo. Po besedah prof. Krainca pa pri tem velja poudariti ugotovitev študije, da predklinična testiranja potencialnih zdravil na mišjih modelih, kar je standardna praksa, »vsekakor niso želena, ker imajo ljudje drugačno fiziologijo, kar je treba upoštevati pri testiranju zdravil«.
