NUB1: zwiększanie usuwania w celu zmniejszenia mutantnej huntingtyny

Choroba Huntingtona jest spowodowana gromadzeniem się toksycznej mutantnej huntingtyny (mHTT). Oznacza to, że zmniejszenie poziomów mHTT poprzez zwiększenie jej rozkładu mogłoby być terapeutycznie korzystne. Palacino i współpracownicy zidentyfikowali możliwego kandydata do tej roli: negatywny regulator białka podobnego do ubikwityny 1, lepiej znanego jako NUB1.

Dotarcie do sedna sprawy NUB

Każdy ma dwie kopie genu huntingtyny (przepisu na białko huntingtyny, jeśli wolisz). Pacjenci z chorobą Huntingtona (HD) mają jednak jedną bardzo długą kopię genu huntingtyny, spowodowaną mutacją lub błędem w kodzie genetycznym. Oznacza to, że oprócz normalnej wersji białka huntingtyny, pacjenci z HD produkują również jego złego bliźniaka, mutantną huntingtynę (mHTT). mHTT jest znacznie dłuższa i nie działa prawidłowo, więc gromadzi się w komórkach i może uszkadzać neurony, powodując ich śmierć. Ta śmierć neuronów prowadzi do objawów obserwowanych w HD.

Ponieważ HD jest spowodowana przez mHTT, wielu naukowców skupiło się na znalezieniu sposobów zmniejszenia jej poziomów w mózgu pacjentów z HD.

Jednym ze sposobów na to jest 'wyciszenie’ produkcji mHTT, co poprawiło objawy HD w mysich modelach choroby. Biorąc pod uwagę ten wczesny sukces, zespół naukowców pod kierownictwem Jamesa Palacino z Novartis Institutes for BioMedical Research Inc. w Massachusetts postanowił pójść nieco inną drogą. Poszukiwali oni innych białek obecnych w naszych mózgach, które normalnie odpowiadają za zmniejszanie poziomu huntingtyny, na przykład poprzez umożliwienie jej rozkładu po wykorzystaniu. Wyniki ich badań zostały przedstawione w czołowym czasopiśmie naukowym Nature Neuroscience na początku tego roku.

Zespół rozpoczął swoje poszukiwania od Drosophila melanogaster, powszechnie używanego modelu muszki owocowej. Komórki muszki owocowej normalnie nie produkują mHTT, więc najpierw musiały zostać zmodyfikowane genetycznie, aby produkowały małą wersję toksycznego białka mHTT. Gdy już mieli muszki owocowe produkujące mHTT, poszukiwali innych genów, które mogłyby zmienić jego poziomy. Znaleźli około 300 kandydatów, skupiając się na tych genach, które mają odpowiednik u ludzi. Po przetestowaniu w komórkach skóry pacjentów z HD (hodowanych w naczyniu), odkryli, że jedno z tych białek kandydujących konsekwentnie zmieniało poziomy naturalnie występującego, pełnej długości ludzkiego mHTT. To białko nazywa się 'negatywny regulator białka podobnego do ubikwityny 1′, czyli NUB1, co łatwiej wymówić!

Czy zmiana ilości mHTT może wpływać na objawy HD?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy ponownie zwrócili się do modelu HD na muszkach owocowych. Wyjątkowo długa wersja mHTT, którą produkują te muszki, powoduje uszkodzenia 'maszynerii motorycznej’ w ich mózgach, zakłócając ich zdolność wspinania się w sposób podobny do zmian w ruchu obserwowanych u pacjentów z HD. Odkryli, że zwiększenie produkcji NUB1 poprawiło zdolność wspinania się muszek owocowych wytwarzających mHTT i zmniejszyło kurczenie się i utratę komórek. Z drugiej strony, zmniejszenie ilości białka NUB1 spowodowało jeszcze większe zakłócenie zdolności wspinania się tych muszek.

Te wyniki pokazują, że NUB1 normalnie odgrywa ważną rolę w rozkładzie białka huntingtyny w mózgu i że usuwanie mHTT może poprawić objawy HD w modelu muszki owocowej.

Więc jak NUB1 działa, żeby zmniejszyć ilość mHTT?

Palacino i jego współpracownicy uważają, że NUB1 fizycznie łączy się z mHTT, czyniąc je dostępnym dla proteasomu, molekularnej maszyny sprzątającej, którą można porównać do Pac-Mana natury. Pożera on mHTT, rozkładając je na małe fragmenty i zmniejszając ilość mHTT w komórkach, tym samym zmniejszając jego toksyczne efekty. Proteasom działa tylko na mHTT, które jest oznaczone małym łańcuchem białek zwanym ubikwityną – i tu wkracza NUB1. Gdy NUB1 i mHTT są fizycznie połączone, są rozpoznawane przez kompleks zwany 'kompleksem ubikwityny ligazy E3 CUL3′, który odpowiada za dodawanie 'łańcucha ubikwityny’ kierującego mHTT do rozkładu przez proteasom.

Nowy cel do celowania

NUB1 to małe białko i nie są znane leki, które by je celowały. Jednak mówi się, że jego poziomy są zwiększane przez interferon-beta, lek zatwierdzony przez FDA używany do leczenia stwardnienia rozsianego. Palacino i współpracownicy byli w stanie pokazać, że interferon-beta zwiększał NUB1, co następnie zmniejszało mHTT i toksyczność, którą powodowała w komórkach pacjentów z HD hodowanych w naczyniu.

To wprowadza interferon-beta jako nowe możliwe leczenie HD. Jak to prawda dla wszystkich badań podstawowych, jednak jest dużo pracy do zrobienia, zanim ta terapia może być rozważana do prób na ludziach. Odkryto, że zwiększona produkcja NUB1 zmniejsza nie tylko mHTT, ale także funkcjonalne białko huntingtyny produkowane przez normalny gen.

Naukowcy uważają, że utrata do około 75% normalnej huntingtyny jest dobrze tolerowana, więc zmniejszenie zarówno huntingtyny, jak i mHTT może być bardziej korzystne niż brak zmniejszenia w ogóle. Jednak ponieważ normalna huntingtyna jest nadal ważna dla normalnej funkcji komórki, metoda zmniejszania samej mHTT poprzez działanie NUB1 musi być rozważona i zbadana.

Ponadto praca przedstawiona w tym artykule jest we wczesnych stadiach, a Palacino i współpracownicy skupili się dotychczas tylko na komórkach HD i muszach owocowych. Komórki i muszki owocowe są dość różne od rzeczywistych ludzi, więc ważnym następnym krokiem byłoby zbadanie efektów NUB1 i jej zwiększonej produkcji poprzez interferon-β w ssakich modelach HD, takich jak gryzonie.

Więc nadal są przeszkody do pokonania, zanim użycie NUB1 może być rozważane u ludzi… ale obserwuj tę przestrzeń dla aktualizacji na temat tego potencjalnego celu terapeutycznego.

Ten artykuł był drugim miejscem w konkursie HDBuzz Prize for Young Science Writers 2013. Gratulacje dla Lakshini Mendis z Auckland University za jej sukces.

Dowiedz się więcej

• Oryginalny manuskrypt od Lu, Palacino i współpracowników (pełny artykuł wymaga płatności lub subskrypcji)