Midkine ir amiloidas: smegenų vystymosi baltymas stebėtinai slopina Aβ surinkimą ir apnašų formavimąsi

Milžiniškuose Alzheimerio smegenų proteominiuose kataloguose nuolat pasirodo vienas nepakankamai įvertintas veikėjas: midkine (MDK). Šio baltymo kiekis ligos pradžioje yra žymiai padidėjęs ir glaudžiai koreliuoja su amiloidu-β (Aβ), tačiau jo vaidmuo patologijoje ilgą laiką liko paslaptimi. „St. Jude“ komanda ir partneriai perėjo prie „molekulės prie gyvūno modelio“ ir parodė, kad MDK silpnina Aβ fibrilų surinkimą ir veikia amiloidinių plokštelių susidarymą. Iš esmės tai yra natūralus Aβ „antitrombocitinis“ preparatas, kurio kiekis pačios smegenyse padidėja sergant šia liga.

Tyrimo kontekstas

Šiuo metu Alzheimerio liga gydoma pagal „anti-amiloidinę paradigmą“: antikūnai prieš amiloidą-β (Aβ) pašalina plokšteles ir vidutiniškai sulėtina kognityvinį nuosmukį ankstyvosiose stadijose. 2023 m. FDA patvirtino lekademabą, 2024 m. – donanemabą; tuo pačiu metu vyksta diskusijos apie naudos ir rizikos pusiausvyrą (ARIA – edema/kraujavimas), prieinamumą ir kainą, kaip matyti iš EMA/NICE sprendimų ir diskusijų klinikinėje spaudoje. Terapinis vaizdas gerėja, tačiau išlieka „siauras“: reikalingi papildomi taikiniai ir metodai, kurie ne tik pašalintų jau susiformavusias plokšteles, bet ir neleistų patiems Aβ agregatams atsirasti ir augti.

Vienas iš perspektyvių būdų – pasikliauti endogeniniais smegenų antitrombocitiniais mechanizmais. Aprašyta, kad žmonės turi savo baltymus, „chaperonus“, kurie in vitro ir modeliuose gali trukdyti ankstyvosioms Aβ surinkimo stadijoms: klasterinas, apolipoproteinas E, transtiretinas, BRICHOS domenas ir kt. Vaizdas dviprasmiškas: kai kurie baltymai fiziologinėmis koncentracijomis atitolina fibrilogenezės pradžią, o kiti tam tikrose situacijose, priešingai, gali skatinti fibriliaciją arba „sėklų“ gaudymą ląstelėse – todėl domimasi tais endogeniniais moderatoriais, kurių vaidmuo Aβ yra stabilus ir atkuriamas.

Atsižvelgiant į tai, dėmesys buvo atkreiptas į midkine (MDK) – hepariną surišantį augimo faktorių, žinomą dėl savo vaidmens nervų sistemos vystymesi, regeneracijoje ir uždegime. Alzheimerio ligos proteominėse smegenų dalyse MDK nuolat padidėja jau ankstyvosiose stadijose ir koreliuoja su Aβ, tačiau ilgą laiką nebuvo aišku, ar tai tiesiog „problemos žymuo“, ar aktyvus proceso dalyvis. Midkine biologija rodo abi galimybes: tai streso sukeltas baltymas, kuris kinta su įvairiais pažeidimais tiek centrinėje nervų sistemoje, tiek periferijoje, sąveikaudamas su keliomis receptorių sistemomis.

Naujas straipsnis žurnale „Nature Structural & Molecular Biology“ užpildo šią „žinių spragą“, pereidamas nuo stebėjimo prie mechanistinio: jame parodoma, kad MDK fiziškai jungiasi prie Aβ ir slopina fibrillogenezę daugiakampiu metodų rinkiniu (ThT, CD, EM, NMR), o 5xFAD modelyje Mdk išjungimas padidina amiloido kiekį ir mikroglijos aktyvaciją. Kitaip tariant, pačios smegenys, atrodo, sukuria „natūralų antitrombocitinį preparatą“, o jo praradimas pablogina patologiją – tezė, kuri daro MDK patrauklia ašimi tiek rizikos / progresavimo biožymenims, tiek terapiniams mimetikams, galintiems palaikyti endogeninę gynybą kartu su antikūnais.

Kaip jie testavo: nuo mėgintuvėlių ir spektrų iki transgeninių pelių

Pirmiausia tyrėjai ištyrė cheminę reakciją: kaip rekombinantinis MDK veikia Aβ40 ir Aβ42 fibrilogenezę. Tam jie lygiagrečiai atliko fluorescencijos testus su tioflavinu T, žiediniu dichroizmu, neigiamo kontrasto elektronų mikroskopija ir BMR. Visi metodai sutapo: MDK slopina fibrilių formavimąsi ir jungiasi prie Aβ gijų, išskirtų iš žmogaus Alzheimerio ligos smegenų. Tada atėjo fiziologija: 5xFAD amiloidozės modelyje genetinis Mdk nokautas lėmė didesnį Aβ kaupimąsi, padidėjusią mikroglijos aktyvaciją ir apnašų augimą; priešingai, midkine buvimas „išlaikė“ patologiją mažesnę. Galiausiai, masių spektrometrinė proteominė analizė (pilnas ir detergentuose netirpus proteomas) patvirtino, kad nesant Mdk, pelės smegenyse auga Aβ ir susiję baltymų tinklai, taip pat mikroglijos komponentai. Visa tai kartu sudaro vaizdą apie MDK apsauginį vaidmenį nuo amiloidinės patologijos.

Ką tiksliai jie darė ir matavo?

• In vitro: Aβ40/Aβ42 + MDK → ThT fluorescencija, CD, neigiamas CEM ir BMR „atkuria“ Aβ monomerų signalus, kurie paprastai „nutildomi“ agregacijos būdu.
• MDK asociacijos su Aβ filamentais iš AD pacientų smegenų ex vivo / in situ demonstravimas.
• In vivo: Mdk nokautas esant 5xFAD → daugiau plokštelių ir mikroglijos aktyvacija; toliau - viso audinio ir „netirpios“ frakcijos, kurioje kaupiasi agregatai, proteomika.
• Atviri duomenys: BMR poslinkiai įkelti į BMRB 17795, neapdoroti proteominiai failai įkelti į PRIDE (PXD046539, PXD061103, PXD045746, PXD061104).

Svarbiausios išvados

Pagrindinis rezultatas yra tas, kad midkinas neleidžia Aβ susiburti į stabilias fibriles, o jo nebuvimas gyvose smegenyse apsunkina amiloido patologiją. Midkinas kolokalizuojasi su Aβ žmonių mėginiuose ir fiziškai sąveikauja su filamentais, o tai atitinka „natūralaus agregacijos stabdžio“ idėją. Pelėms be Mdk auga ne tik pats Aβ, bet ir jį „lydintys“ tinklo baltymai bei mikroglijos aktyvumo požymiai – tai neabejotinas patologijos uždegiminio komponento padidėjimo rodiklis.

Kodėl tai svarbu „antiamiloidinės eros“ kontekste?

Įžengėme į anti-Aβ antikūnų erą, tačiau jie toli gražu nėra „siurprizas“: vidutinis veiksmingumas, ARIA rizika ir griežti atrankos kriterijai riboja jų naudojimą. Endogeninio fibrilogenezės moderatoriaus atsiradimas atveria alternatyvų kelią: remti smegenų antitrombocitinius mechanizmus. Yra daug galimybių – nuo MDK domeno mimetikų ir stabilizuojančių junginių iki biologinių strategijų, skirtų padidinti jo aktyvumą tinkamuose skyriuose. Tačiau prieš kalbant apie terapiją, reikia atlikti griežtus saugumo ir ilgalaikio poveikio tyrimus dideliems gyvūnams ir žmonėms.

Kaip tai gali būti naudinga jau tyrimo etape

• Biožymens ašis: MDK lygis / lokalizacija kaip stratifikacijos žymuo, rodantis greito amiloido kiekio padidėjimo riziką (kartu su PET-Aβ ir smegenų skysčio parametrais).
• Kombinuoti metodai: „minkštas“ antitrombocitinis fonas per MDK kelią + tikslinis esamo Aβ (antikūno) eliminavimas teoriškai gali užtikrinti adityvumą.
• Struktūriniai užuominos: BMR/CEM duomenys parodys MDK-Aβ sąveikos vietas mažų molekulių/peptidų dizainui.

Kaip metodai tai „mato“: šiek tiek technikos

Spektroskopinė trianguliacija yra svarbi, nes kiekvienas metodas fiksuoja skirtingą agregacijos aspektą: ThT yra jautrus fibrilų β lakštams; žiedinis dichroizmas seka konformacinius perėjimus; CEM rodo filamentų morfologiją; BMR fiksuoja monomerų signalų „išnykimą“, kai kompleksai tampa didesni. Šiuo atveju MDK sumažino ThT signalą, pakeitė CD spektrus, pakeitė CEM filamentų modelį ir grąžino Aβ BMR signalus, atitinkančius agregacijos kelio sulėtėjimą ir (arba) nukreipimą. 5xFAD smegenyse be Mdk vaizdas yra veidrodinis: daugiau Aβ ir palydovinių baltymų, taip pat mikroglijos „ant ribos“.

Svarbūs apribojimai – nepainiokite „poveikio“ su „vaistu“

Tai fundamentalus darbas: mėgintuvėlis + pelės. Jis parodo MDK vaidmenį amiloidų biologijoje, tačiau neįrodo, kad midkine kiekio didinimas yra saugus ir naudingas ilgalaikiam žmonių gydymui. MDK biologija yra plati (vystymasis, regeneracija, uždegimas), todėl sisteminės intervencijos gali turėti dviprasmiškų pasekmių; tikrasis „dozės-taikinio skyrius“ smegenyse lieka atviras klausimas. Galiausiai, 5xFAD yra galingas, bet specifinis amiloidų patologijos modelis; norint gauti klinikinę reikšmę, reikia patvirtinimo kituose modeliuose ir žmonėms.

Ką logiška daryti toliau?

• Nustatyti MDK-Aβ sąveikos domenų žemėlapį ir in vivo išbandyti mimetikus / antiagregacinius peptidus.
• Ištirti ilgalaikio MDK padidėjimo didelių gyvūnų smegenyse dozės ir atsako sąryšį bei saugumą.
• Palyginti smegenų skysčio/plazmos MDK lygius su PET-Aβ dinamika ir kognityvinėmis trajektorijomis žmonėms (išilginės kohortos).

Trumpai – trys faktai

• Midkine (MDK) yra endogeninis baltymas, kuris slopina Aβ40/Aβ42 fibrillogenezę ir yra susijęs su amiloidiniais filamentais iš Alzheimerio ligos pažeistų smegenų.
• Mdk išjungimas 5xFAD modelyje sukelia daugiau plokštelių, Aβ susijusių baltymų kaupimąsi ir mikroglijos aktyvaciją.
• Tai yra potenciali gynybos ašis, kurią galima plėtoti kaip biožymenį ir terapinę kryptį, tačiau prieš pasiekiant kliniką, dar reikia atlikti kelis bandymų etapus.

Šaltinis: Zaman M. ir kt. Midkine slopina amiloido-βfibrilių surinkimąsi ir plokštelių formavimąsi. „Nature Structural & Molecular Biology“, 2025 m. rugpjūčio 21 d. DOI: https://doi.org/10.1038/s41594-025-01657-8