Neuroznanstvenici s Medicinskog fakulteta Katoličkog sveučilišta u Rimu i Zaklade Sveučilišne bolnice Agostino Gemelli IRCCS genetski su modificirali protein LIMK1, molekulu koja je od ranije poznata po svojoj bioaktivnosti u mozgu, gdje posjeduje jednu od ključnih uloga u neurofiziologiji procesa koji nam omogućavaju formiranje memorije (pamćenja). U protein LIMK1 su metodama genetske modifikacije dodali „molekularni prekidač“, dio molekule koji se aktivira primjenom lijeka rapamicin (sirolimus), od ranije poznatog po nekolicini blagotvornih učinaka protiv starenja moždanih neurona.

Istraživanje financijski podupiru talijansko Ministarstvo obrazovanja i Ministarstvo zdravstva, te Američka zaklada za Alzheimerovu bolest, a polučilo je rezultate za koje se smatra kako imaju velik potencijal primjene na poboljšanju našeg razumijevanja funkcije pamćenja i olakšavanju pronalaženja inovativnih rješenja za neuropsihijatrijske bolesti poput Alzheimerove i drugih oblika demencije. Studiju je koordinirao Claudio Grassi, redoviti profesor fiziologije i direktor Odjela za neuroznanost.

Uloga LIMK1 u memorijskim procesima

Ciljna molekula u istraživanju, protein LIMK1, igra ključnu ulogu u određivanju strukturnih promjena u neuronima, točnije u formiranju tzv. dendritičnih bodlji, dijelova živčane stanice koji poboljšavaju prijenos informacija u neuronskim mrežama i ključne su u procesima učenja i pamćenja.

Prof. Claudio Grassi, glavni koordinator studije, objašnjava: „Pamćenje je složen proces tijekom kojega u specifičnim područjima mozga kao što je hipokampus, neuralna struktura koja ima ključnu ulogu u formiranju pamćenja, opažamo modifikacije, promjene u sinapsama, vezama između neurona.“

Taj fenomen, poznat kao sinaptička plastičnost, uključuje promjene u strukturi i funkciji sinapsi koje se događaju kada se neuronski krug aktivira, na primjer neuralnim podražajima iz naših osjetila. Podražaji koji dolaze iz osjetila ili drugih regija živčanog sustava aktiviraju složene neuronske putove i stvaranje neurotransmitera, proteinskih molekula koje na mjestima sinaptičkih dodira prenose signale između neurona.

Osim proteina namijenjenih izravnom prijenosu signala na sinapsama, postoji i velik broj „pomagačkih proteina“ koji pojačavaju, modificiraju, olakšavaju ili na druge načine reguliraju formiranje samih sinapsi, njihovu aktivaciju, oblik i uzajamne veze. Neki od neurotransmiterski pomagačkih proteina su posebno značajni u neurofiziološkim procesima povezanim s pamćenjem, točnije rečeno – njihova smanjena ekspresija (slabija aktivacija njihovih „genskih prekidača“) ili izmjene (modifikacije) u njihovoj građi povezane su s promjenama u kognitivnim funkcijama.

Kako je jedan od „neurotransmiterskih pomagača“ upravo navedeni LIMK1, cilj istraživanja bio je regulirati aktivnost toga proteina, jer igra ključnu ulogu u formiranju i sazrijevanju dendritičnih bodlji između neurona. Kontrolirati aktivnost LIMK1 pomoću primjene lijeka znači biti u mogućnosti modificirati sinaptičku plastičnost, a posljedično tome i fiziološke procese koji o njoj ovise.

Kemogenetska strategija: novi pristup poboljšanju pamćenja

Ključ ove inovativne 'kemogenetske' strategije, koja kombinira genetiku i neurokemiju, jeste primjena rapamicina, imunosupresivnog lijeka poznatog i pod nazvom sirolimus, za kojega se od ranije zna da u pretkliničkim modelima (na staničnim linijama i laboratorijskim pokusnim životinjama) posjeduje blagotvorne učinke na mozak. Naime, kod laboratorijskih životinja kod kojih postoji kognitivni pad povezan sa starenjem (pojava koja je pandan staračkoj demenciji kod ljudi), korištenje genske terapije za modificiranje proteina LIMK1 i njegovo aktiviranje rapamicinom rezultiralo je značajnim poboljšanjem pamćenja.

Istraživači su pomoću tehnika genskog inženjeringa modificirali sekvencu proteina LIMK1 umetanjem molekularnog prekidača, dijela molekule koji nakon spajanja s rapamicinom aktivira funkcionalnost cijele molekule LIMK1. Suprotno tome, ukoliko LIMK1 nije „uključen“ spajanjem s rapamicinom, ostat će neaktiviran, pa neće izvršavati svoju ulogu neurotransmiterskog pomagača, a broj i aktivnost dendritičkih bodlji i sinapsi ostat će zanemarivo maleni.

Znanstvenike je ugodno iznenadila i jedna pozitivna nuspojava djelovanja ramapicina na neurone – aktivacija LIMK1 i posljedično povećanje broja i aktivnosti dendritičkih sinapsi uzrokovala je ne samo poboljšanje pamćenja i kognitivnih funkcija, nego i produljenje životnog vijeka laboratorijskih životinja koje su bile podvrgnute toj genskoj modifikaciji, što je pojava koja je i ranije opažena kod ispitivanja uporabe rapamicina kao imunosupresivnog lijeka.

LIMK1/rapamicin: prototip terapije neurodegenerativnih bolesti

Ukratko, genska modifikacija neurotransmiterski-pomagačkih molekula s ugradnjom „molekularnog prekidača“ kojega se može po želji aktivirati primjenom neke molekule, inovativna je metoda koja u dosadašnjim laboratorijskim ispitivanjima pokazuje dvostruke beneficije: poboljšanje pamćenja i produljenje životnog vijeka.

Osim što omogućuje manipuliranje procesima sinaptičke plastičnosti i pamćenja, pa bi mogla posužiti kao terapijska metoda u fiziološkim i patološkim stanjima vezanim uz propadanje neurona, demenciju i gubitak pamćenja, ta metoda utire put za razvoj drugih novih proteina modificiranih genetskim inženjeringom, koji bi mogli revolucionirati istraživačke i terapijske postupke u području humane neurologije.

Sljedeći korak u proučavanju modificiranog LIMK1 i njegove interakcije s rapamicinom bit će provjera učinkovitosti ovog tretmana na eksperimentalnim modelima neurodegenerativnih bolesti kod kojih postoji deficit pamćenja, kao što je Alzheimerova bolest. Te daljnje studije i pažljivo praćenje učinaka i nuspojava bit će važni koraci prema kliničkim fazama ispitivanja u kojima bi se potom provjeravala i potvrdila djelotvornost i sigurnost upotrebe ove tehnologije kod ljudi.

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova i objavljivanja ilustracija u tiskanom izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih grafika i primijenjenog dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}