Un farmaco sviluppato dai ricercatori di Salk ha già dimostrato di rallentare l’invecchiamento delle cellule cerebrali ed ha invertito con successo la perdita di memoria in un modello murino con malattia ereditaria di Alzheimer .
La nuova ricerca, pubblicata online nel luglio 2020 sulla rivista Redox Biology , ha anche rivelato che il farmaco, CMS121, funziona modificando il modo in cui le cellule cerebrali metabolizzano le molecole grasse note come lipidi.
“Questo è stato un test più rigoroso di come questo composto avrebbe funzionato in un ambiente terapeutico rispetto ai nostri precedenti studi su di esso”, afferma Pamela Maher, una scienziata dello staff senior nel laboratorio del professor David Schubert di Salk e l’autore senior del nuovo documento .
“Sulla base del successo di questo studio, ora stiamo iniziando a perseguire studi clinici.”
Negli ultimi decenni, Maher ha studiato una sostanza chimica chiamata fisetina, presente nella frutta e verdura, che può migliorare la memoria e persino prevenire la malattia simile all’Alzheimer nei topi.
Più recentemente, il team ha sintetizzato diverse varianti di fisetina e ha scoperto che una, chiamata CMS121, era particolarmente efficace nel migliorare la memoria degli animali e nel rallentare la degenerazione delle cellule cerebrali.
Nel nuovo studio, Maher e colleghi hanno testato l’effetto del CMS121 sui topi che sviluppano l’equivalente della malattia di Alzheimer.
Il team di Maher ha fornito un sottoinsieme delle dosi giornaliere di topi di CMS121 a partire da 9 mesi, l’equivalente della mezza età nelle persone e dopo che i topi hanno già iniziato a mostrare problemi di apprendimento e memoria.
I tempi del trattamento del laboratorio sono simili a come un paziente che visita il medico per problemi cognitivi potrebbe essere trattato, dicono i ricercatori.
Dopo tre mesi con CMS121, a 12 mesi di età, i topi – sia trattati che non trattati – hanno ricevuto una batteria di test di memoria e di comportamento.
In entrambi i tipi di test, i topi con malattia simil-Alzheimer che avevano ricevuto il farmaco si sono comportati altrettanto bene degli animali sani di controllo, mentre i topi non trattati con la malattia hanno ottenuto risultati più scarsi.
Per comprendere meglio l’impatto del CMS121, il team ha confrontato i livelli di diverse molecole all’interno del cervello dei tre gruppi di topi.
Hanno scoperto che quando si trattava di livelli di lipidi – molecole grasse che svolgono ruoli chiave nelle cellule di tutto il corpo – i topi con la malattia presentavano diverse differenze rispetto sia ai topi sani sia a quelli trattati con CMS121.
In particolare, i ricercatori hanno individuato le differenze in qualcosa noto come perossidazione lipidica, la degradazione dei lipidi che produce molecole di radicali liberi che possono causare danni alle cellule.
I topi con malattia simil-Alzheimer avevano livelli più elevati di perossidazione lipidica rispetto ai topi sani o quelli trattati con CMS121.
“Ciò non solo ha confermato che la perossidazione lipidica è alterata nell’Alzheimer, ma che questo farmaco sta effettivamente normalizzando quei cambiamenti”, afferma Salze, collega postdottorato Gamze Ates, primo autore del nuovo documento.
I ricercatori hanno continuato a dimostrare che il CMS121 ha abbassato i livelli di una molecola che produce lipidi chiamata sintesi di acidi grassi (FASN), che a sua volta ha abbassato i livelli di perossidazione lipidica.
Quando il gruppo ha analizzato i livelli di FASN nei campioni di cervello di pazienti umani che erano morti di Alzheimer, hanno scoperto che i pazienti avevano quantità più elevate di proteina FASN rispetto ai controlli di età simile che erano cognitivamente sani, il che suggerisce che FASN potrebbe essere un bersaglio farmacologico per il trattamento Il morbo di Alzheimer.
Mentre il gruppo sta portando avanti studi clinici, sperano che altri ricercatori esplorino ulteriori composti che possono trattare l’Alzheimer prendendo di mira la FASN e la perossidazione lipidica.
“In questo momento c’è stata una grande lotta sul campo per trovare obiettivi da raggiungere”, afferma Maher. “Quindi, identificare un nuovo obiettivo in modo imparziale come questo è davvero emozionante e apre molte porte.”
Altri ricercatori coinvolti nello studio sono stati Joshua Goldberg e Antonio Currais di Salk.
Finanziamento: il lavoro è stato supportato da sovvenzioni della Shiley Foundation, del National Institutes of Health, della Edward N. & Della Thome Memorial Foundation e del Centro di ricerca sulla malattia di Alzheimer di Shiley-Marcos presso l’Università della California di San Diego.
Geroprotettori: composti che rallentano l’invecchiamento
Forse la più grande sfida alla medicina moderna è prevenire o ritardare le malattie dell’invecchiamento. Il più recalcitrante di questi è AD. Un approccio alle terapie AD è quello di identificare i candidati che rallentano l’invecchiamento e prolungano la durata della vita negli organismi modello.
Questi composti sono chiamati geroprotettori ed è stato affermato che la loro capacità di prolungare la durata della vita negli organismi modello può tradursi in una durata della vita più sana nell’uomo.
L’ipotesi è che ritardando gli aspetti biologici dell’invecchiamento ci sarà un ritardo simultaneo nelle malattie croniche associate all’invecchiamento perché condividono lo stesso fattore di rischio fisiologico, il processo di invecchiamento stesso.
Ad oggi, ci sono circa 200 composti che prolungano la durata media o massima della vita in lieviti, mosche e / o vermi [1]. L’analisi di questi composti sottolinea l’importanza centrale di diverse vie molecolari chiave nell’estensione della vita e nell’invecchiamento in buona salute, tra cui la chinasi attivata dall’AMP (chinasi AMP) e il bersaglio meccanico delle vie della rapamicina (mTOR) [2,3].
Poiché le vie AMP chinasi e mTOR esistono in tutte le cellule, ma sono coinvolte da una varietà di meccanismi, non è attualmente chiaro se i geroprotettori prolunghino la durata della vita rallentando l’invecchiamento in tutti i tessuti allo stesso modo o se diversi geroprotettori proteggano tessuti specifici riducendo così la mortalità complessiva.
Nei pochi casi in cui sono stati identificati gli obiettivi dei geroprotettori, sono stati espressi in modo specifico per i tessuti [4].
Queste osservazioni suggeriscono che usando i giusti criteri di selezione, si potrebbero identificare i geroprotettori che superano la barriera emato-encefalica e proteggono il cervello oltre a influenzare i percorsi di invecchiamento che sono condivisi con altri tessuti.
Definiamo questi GNP composti e descriviamo qui la serie di saggi di screening fenotipici che sono stati usati per identificare questi composti.
Una nuova piattaforma di screening identifica i PNL
Se l’obiettivo è promuovere l’invecchiamento cerebrale più sano e la funzione neurale a lungo termine, quali sono i criteri che possono essere utilizzati per identificare i candidati funzionali ai farmaci del PNL?
In primo luogo, un PNL dovrebbe proteggere da molteplici tossicità cerebrali che sono note per aumentare con l’età. Esempi di tossicità cerebrale associata all’età comprendono riduzione del metabolismo energetico, proteotossicità, infiammazione e danno ossidativo.
In secondo luogo, i PNL non dovrebbero essere specifici della malattia ma dovrebbero mostrare effetti benefici in più malattie neurodegenerative e in altre condizioni legate all’età. Pertanto, i PNL dovrebbero avere efficacia terapeutica negli animali che muoiono a causa della multimorbidità legata all’età.
Terzo, non è sufficiente mostrare semplicemente un effetto sulla durata della vita, perché un nuovo candidato al farmaco GNP dovrà possedere una proprietà modificante la malattia per ottenere l’approvazione della FDA per gli studi clinici.
Infine, un PNL deve avere la capacità di ridurre, o almeno di rallentare, i cambiamenti fisiologici e molecolari associati all’età anche se il trattamento è iniziato in animali anziani o nelle fasi sintomatiche della malattia.
Mentre la maggior parte degli studi pubblicati su geroprotector ha iniziato il trattamento in giovani adulti [1], un PNL dovrebbe funzionare idealmente quando somministrato a soggetti più anziani.
Qui, delineamo una plausibile pipeline di scoperta di farmaci per l’identificazione e la caratterizzazione dei candidati al farmaco GNP utilizzando saggi di coltura cellulare che ricapitolano più tossicità cerebrali associate all’età.
La pipeline si basa su un gruppo di saggi di screening fenotipico descritti in [5] ed elencati nella Tabella 1. È importante sottolineare che tutti i saggi riflettono condizioni più robuste nel cervello invecchiato e malato rispetto ai controlli corrispondenti all’età.
Tabella 1. – Tossicità cerebrali della vecchiaia come piattaforma di screening dei farmaci a
| saggio | sentiero | Metformina | rapamicina | La curcumina | J147 | CAD31 | fisetin | CMS121 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Celle MC65 | A b tossicità | 1,5 mM | > 10 µM | > 20 µM | 34 nM | 12 nM | 2,7 µM | 90 nM |
| Oxytosis | Lo stress ossidativo | 10 mM | > 10 µM | 6 µM | 11 nM | 20 nM | 3 µM | 200 nM |
| In vitro ischemia | Perdita di energia | > 10 mM | > 10 µ M | 100 nM | 180 nM | 47 nM | 3 µM | 7 nM |
| Attivazione microgliale | Infiammazione | 2,5 mM | 100 nM | 8 µM | > 10 µM | 10 µM | 5 µM | 1 µM |
| Ritiro del fattore trofico | Perdita del fattore di crescita | > 2 mM | > 10 µM | > 20 µM | 27 nM | 18 nM | 2,2 µM | 70 nM |
| Neuriti PC12 | Differenziazione delle cellule nervose | > 10 mM | > 10 µM | > 10 µM | > 10 µM | > 10 µM | 5 µM | 2,5 µM |
aCuminina e fisetina insieme ai loro derivati sintetici sono stati sottoposti a screening dalla più alta quantità non tossica (100 µM) fino a 10 nM nei sei saggi di screening descritti in [5]. Viene indicata la concentrazione che produce il 50% dell’effetto massimo in ciascun dosaggio (EC50). Per confronto, in questi saggi sono stati inclusi due geroprotettori ben studiati, metformina e rapamicina. I dati provengono da [2,3,5,6,8–12,17,18].
Questi includono saggi per la beta proteotossicità amiloide, protezione contro lo stress ossidativo (ossitosi), protezione contro una riduzione della sintesi di ATP ( ischemia in vitro ), attività antinfiammatoria (attivazione microgliale), protezione contro la perdita dei fattori trofici da cui dipendono le cellule nervose per la sopravvivenza (astinenza dal fattore trofico) e la capacità di indurre la differenziazione dei neuroni simpatici di tipo PC12 (cellule PC12), una proprietà di alcuni fattori trofici come il fattore di crescita nervosa (NGF). Lo screening delle librerie di prodotti naturali utilizzando questi saggi ha prodotto fisetina e curcumina come composti di piombo [5,6,12].
Noi e molti altri abbiamo studiato l’efficacia preclinica e le vie molecolari avviate da questi composti naturali in più sistemi di colture cellulari e modelli animali di neurodegenerazione, tra cui ictus, AD e demenza, morbo di Huntington e morbo di Parkinson [6,7].
La successiva chimica medicinale basata su studi di relazione struttura-attività e saggi di selezione del PNL elencati nella Tabella 1 come letture fenotipiche hanno prodotto i derivati sintetici di curcumina, CAD31 e J147 e il derivato sintetico della fisetina, CMS121 [8-12]. Questi composti sono diversi ordini di grandezza più potenti dei loro precursori naturali, eppure mantengono le attività biologiche dei composti parentali (Tabella 1).
I nuovi PNL condividono percorsi antiaging con Geroprotector
Come previsto dai saggi di selezione del PNL, J147, CAD31 e CMS121 sono efficaci in più modelli di roditori di AD. Migliorano la memoria, riducono l’infiammazione, mantengono le sinapsi e rimuovono il peptide tossico amiloide [5,9–13].
Più sorprendente è stata la scoperta che loro e i loro precursori di prodotti naturali estendono la durata della vita e / o ritardano gli aspetti fisiologici e molecolari dell’invecchiamento [9,11,13,14].
È stato identificato un numero limitato di vie molecolari associate alla riduzione del tasso di invecchiamento negli organismi modello, la maggior parte delle quali sono associate alla manipolazione sperimentale della restrizione calorica o al trattamento con metformina o rapamicina [2,3,15].
Se CMS121, J147 e CAD31 sono GNP in buona fede , i percorsi molecolari da essi modificati dovrebbero includere quelli che sono modificati da restrizione calorica, metformina e rapamicina. La Figura 1 mostra che effettivamente coinvolgono molti degli stessi percorsi.
I loro forti effetti su molti sistemi in vitro e in vivo a concentrazioni nanomolari dovrebbero dissipare chiaramente l’idea che i composti polifenolici producono composti di piombo poveri e non possono essere migliorati chimicamente mantenendo le loro attività biologiche [8-10,12].
Geroneuroprotettori (PNL) condividono percorsi molecolari con restrizione calorica e geroprotettori.
Viene mostrata la mappa di calore delle vie molecolari attivate (mostrate in rosso) o inibite (mostrate in blu) dai diversi composti. Gli spazi bianchi indicano che gli effetti non sono stati determinati, mentre le caselle tratteggiate raffigurano pubblicazioni che mostrano sia l’attivazione che l’inibizione. I dati sono compilati da [2,3,5-20].
J147 è il derivato della curcumina meglio studiato. È efficace in oltre una dozzina di modelli di roditori di malattie neurodegenerative e miglioramento della memoria [9,10,12,13].
Il suo obiettivo meccanicistico è una subunità della sintasi ATP mitocondriale che è stata trovata anche per promuovere l’estensione della vita nei vermi [9]. Questi dati supportano fortemente la designazione di J147 come PNL. CAD31 è un derivato di J147 che ha molte delle stesse proprietà neuroprotettive e stimola anche la divisione delle cellule staminali nervose [10,11].
La fisetina è stata ampiamente studiata in entrambi i topi transgenici che esprimono geni che causano la forma familiare di AD (topi APPswe / PSdeltaE9) [16] e topi SAMP8 vecchi e in rapido invecchiamento [14].
I topi SAMP8 sono forse il miglior modello di roditore per studiare gli effetti dei farmaci sulla multimorbidità e la demenza sporadica [13,14]. CMS121 ha le stesse proprietà GNP della fisetina ma un livello di potenza molto più alto (Tabella 1).
Riferimenti
1. Moskalev A et al. (2015) Geroprotectors.org: a new, structured and curated database of current therpeutic interventions in aging and age-related disease. Aging (Albany N. Y.) 7, 616–628 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
2. Johnson SC et al. (2013) mTOR is a key regulator of ageing and age-related disease. Nature 493, 338–345 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
3. Salminen A and Kaarniranta K (2012) AMP-activated protein kinase (AMPK) controls the aging process via an integrated signaling network. Ageing Res. Rev 11, 230–241 [Abstract] [Google Scholar]
4. Petrascheck M et al. (2007) An antidepressant that extends lifespan in adult Caenorhabditis elegans. Nature 450, 553–556 [Abstract] [Google Scholar]
5. Prior M et al. (2014) Back to the future with phenotypic screening. ACS Chem. Neurosci 5, 503–513 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
6. Maher P (2015) How fisetin reduces the impact of age and disease on CNS function. Front. Biosci 7, 58–82 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
7. Ma QL et al. (2013) Curcumin suppresses soluble tau dimers and corrects molecular chaperone, synpatic and behavioral deficits in aged human tau transgenic mice. J. Biol. Chem 288, 4056–4065 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
8. Chiruta C et al. (2012) Chemical modification of the multi- target neuroprotective compound fisetin. J. Med. Chem 55, 378–389 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
9. Goldberg J et al. (2018) The mitochondrial ATP synthase is a shared drug target for aging and dementia. Aging Cell 17, 12715 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
10. Prior M et al. (2016) Selecting for neurogenic potential as an alternative for Alzheimer’s disease drug discovery. Alzheimer Dement 12, 678–686 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
11. Daughtery D et al. (2017) A novel Alzheimer’s disease drug candidate targeting inflammation and fatty acid metabolism. Alzheimers Res. Ther 9, 50. [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
12. Chen Q et al. (2011) A novel neurotrophic drug for cognitive enhancement and Alzheimer’s disease. PLoS One 6, e27865. [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
13. Currais A et al. (2015) A comprehensive multiomics approach toward understanding the relationship between aging and dementia. Aging 7, 937–955 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
14. Currais A et al. (2018) Fisetin reduces the impact of aging on behavior and physiology in the rapidly aging SAMP8 mouse. J. Gerentol. A Biol. Sci. Med. Sci 73, 299–307 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
15. Lopez-Lluch G and Navas P (2016) Calorie restriction as an intervention in aging. J. Physiol 594, 2043–2060 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
16. Currais A et al. (2014) Modulation of p25 and inflammatory pathways by fisetin maintains cognitive function in Alzheimer’s disease transgenic mice. Aging Cell 13, 379–390 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
17. Viollet B et al. (2012) Cellular and molecular mechanisms of metformin: an overview. Clin. Sci. (Lond.) 122, 253–270 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
18. Hu S et al. (2015) Clinical development of curcumin in neurodegenerative disease. Expert Rev. Neurother 15, 629–637 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
19. Pernicova I and Kornbonits M (2014) Metformin – mode of action and clinical implications for diabetes and cancer. Nat. Rev. Endocrinol 10, 143–156 [Abstract] [Google Scholar]
20. Yu Z et al. (2015) Rapamycin and calorie restriction induce metabolically distinct changes in mouse liver. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci 70, 410–420 [Europe PMC free article] [Abstract] [Google Scholar]
Source:
Salk Institute
