GPR17 Yποδοχείς - Μελλοντική Θεραπεία για Ασθένειες του ΚΝΣ Ζωή Νικολουδάκη Επιλεγόμενο μάθημα: Μοριακές Ασθένειες Υπεύθυνη Καθηγήτρια: Κα Φράγκου Μ.

Εκφραση του GPR17 Ο υποδοχέας GPR17 εκφράζεται σε συγκεκριμένα υποσύνολα αργά πολλαπλασιαζόμενων, διακλαδιζόμενων, πρόδρομων ολιγοδενδροκυττάρων (NG2+ OPCs). Η έκφρασή του μειώνεται σταδιακά, όταν μετατρέπονται σε ώριμα ολιγοδεντροκύτταρα.

Πρόδρομα Ολιγοδενδροκύτταρα (OPCs) Αποτελούν μία υποκατηγορία των νευρογλοιακών κυττάρων του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος. Είναι πρόδρομα των ολιγοδενδροκυττάρων αλλά μπορούν να διαφοροποιηθούν και σε νευρώνες και αστροκύτταρα. http://petryniaklab.com/wp-content/uploads/2012/02/OLIG_Lineage_small.jpg

Πρόδρομα Ολιγοδενδροκύτταρα (OPCs) Tα διαφοροποιημένα ολιγοδενδροκύτταρα υποστηρίζουν τους νευράξονες και παρέχουν ηλεκτρική μόνωση με την μορφή έλυτρου μυελίνης. Ετσι επιτρέπουν ταχύτερο πολλαπλασιασμό και υψηλή πιστότητα μετάδοσης σημάτων, χωρις να χρειάζεται οι νευράξονες να αυξήσουν την διάμετρό τους. Η απώλεια OPCs και η σχετική έλλειψη διαφοροποιημένων ολιγοδενδροκυττάρων συνδέεται με απώλεια μυελίνωσης και την επακόλουθη βλάβη των νευρολογικών λειτουργιών.

Γιατί Τόσο Ενδιαφέρον για τα OPCs; Σκοπός Φαρμακοβιομηχανίας: Αναγνώριση των ρυθμιστών που παρεμποδίζουν τις διαδικασίες της μυελίνωσης και επαναμυελίνωσης. Με αποτέλεσμα την ανάπτυξη θεραπευτικών στόχων για την αποκατάσταση της μυελίνης, σε απομυελινωτικές ασθένειες του ΚΝΣ.

Νευρώνες Νευρώνας είναι το δομικό μέρος και η λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος. Κάθε νευρώνας αποτελείται από ένα κυτταρικό σώμα και από μία ή περισσότερες αποφυάδες. Αυτές ονομάζονται δενδρίτες όταν συλλέγουν σήματα που στέλνονται στο κύτταρο, και άξονας όταν μεταδίδει ώσεις από το κυτταρικό σώμα.

Μυελίνη Η μυελίνη είναι η λιποειδής ουσία που περιβάλλει το νευράξονα. Βελτιώνει την αποδοτικότητα με την οποία άγονται τα δυναμικά ενέργειας στους νευράξονες. Οι νευράξονες εγκλείονται κυριολεκτικά στη μυελίνη, η οποία αποτελείται από ομόκεντρες περιελίξεις των μεμβρανών των νευρογλοιακών κυττάρων.

Μυελίνωση και Επαναμυελίνωση Μυελίνωση: Η φυσιολογική διαδικασία κατά την οποία συμβαίνει μυελίνωση των νευραξόνων των νευρικών κυττάρων, κυρίως στα πρώιμα αναπτυξιακά στάδια. Επαναμυελίνωση: Συμβαίνει όταν η προϋπάρχουσα μυελίνη σε κάποιον άξονα έχει καταστραφεί, και νέα μυελίνη εμφανίζεται στον άξονα αυτό.

Απομυελινωτικές Ασθένειες Είναι ασθένειες του νευρικού συστήματος στις οποίες το έλυτρο μυελίνης των νευραξόνων καταστρέφεται. Έτσι, παρεμποδίζεται η μεταβίβαση των σημάτων στα νεύρα που προσβάλλονται. Ως αποτέλεσμα, η παρεμπόδηση αυτή, προκαλεί απώλεια αισθητικότητας, κίνησης, νόησης, ή άλλων λειτουργιών που εξαρτώνται από τα νεύρα που προσβάλλονται.

Απομυελινωτικές Ασθένειες Αίτια: Γενετικά Μολυσματικοί Παράγοντες Αυτοάνοσες Αντιδράσεις Έκθεση σε Χημικούς Παράγοντες Άγνωστους Λόγους Παραδείγματα: Πολλαπλή Σκλήρωση Νευροπάθειες Κεντρική Γεφυρική Μυελινόλυση Μυελοπάθειες (Νωτιαία Φθίση) Λευκοεγκεφαλοπάθειες Λευκοδυστροφίες

Ωρίμανση Ολιγοδενδροκυττάρων Στάδια Διαφοροποίησης H διαφοροποίηση των ολιγοδενδροκυττάρων ακολουθεί ένα κλιμακωτό μορφολογικό μετασχηματισμό.

Mοριακοί Δείκτες Κατά την διαφοροποίηση των κυττάρων αλλάζουν και οι πρωτείνες που εκφράζουν. Έτσι, σε έναν πληθυσμό κυττάρων, που δεν ξέρουμε σε ποιό στάδιο διαφοροποίησης βρίσκονται, ελέγχουμε τις πρωτείνες που εκφράζονται. Επομένως, με αυτές τις πρωτείνες, που ονομάζονται μοριακοί δείκτες, εντοπίζουμε το στάδιο.

Πιθανός Μηχανισμός Αναστολής Πειραματική Παρατήρηση: Στα τρωκτικά, τα OPCs αρχικά σχηματίζονται σε εμβρυικό στάδιο αλλά δεν διαφοροποιούνται σε μυελινωτικά μέχρι τα περιγεννητικά στάδια. Συμπεραίνουμε, ότι η παραγωγή της μυελίνης είναι μία ιδιαίτερα συντονισμένη διαδικασία. Πως πετυχαίνεται η ρύθμιση; Εξωκυττάρια σήματα και ενδοκυτταρικοί χρονοδιακόπτες ρυθμίζουν την ωρίμανση των OPCs. Παραδείγματα: Αναστολείς διαφοροποίησης, όπως οι ID2, ID4 Αναστολείς κυτταρικού κύκλου, όπως p21, p27 και p57 Μονοπάτια σηματοδότησης υποδοχέων, όπως GPR17 (G-protein coupled receptor 17)

Ρόλος GPR17 Πιθανός ρόλος του GPR17 είναι αρνητικός ρυθμιστής της ωρίμανσης των ολιγοδενδροκυττάρων in vivo και in vitro. In vitro πειράματα προσπαθούν να αναγνωρίσουν το σηματοδοτικό μονοπάτι του υποδοχέα στα OPCs. In vivo πειράματα έδειξαν: Οι GPR17 είναι downregulated σε ώριμα ολιγοδενδροκύτταρα. Οι GPR17 είναι upregulated σε απομυελινωτικές ασθένειες του ΚΝΣ Σε διαγονιδιακά ποντίκια, με υπερέκφραση του GPR17, παρατηρήθηκε ότι αναστέλλει την μυελίνωση στο ΚΝΣ και την ωρίμανση των ολιγοδενδροκυττάρων. εδω

Σηματοδοτικό Μονοπάτι του GPR17 Θεωρώντας ότι ο GPR17 είναι Gi υποδοχέας, αναστέλλει τον σχηματισμό cAMP. Για επιβεβαίωση προχώρησαν στο παρακάτω πείραμα: ΟPCs υπέστησαν επεξεργασία με Forskoline. Είναι ένα μόριο που είναι γνωστό ότι αυξάνει τα επίπεδα της cAMP (Κυκλικής Μονοφωσφορικής Αδενοσίνης), αλληλεπιδρώντας με την αδενυλική κυκλάση. Στη συνέχεια, επωάστηκαν με γνωστούς αγωνιστές του GPR17: νουκλεοτίδια ουρακίλης και κυστεινυλικά λευκοτριένια Ypestisan epeksergasia

Σηματοδοτικό Μονοπάτι του GPR17 Η μείωση των επιπέδων της cAMP στο κυτταρικό περιβάλλον, μετά την προσθήκη των αγωνιστών των GPR17, έδειξε ότι είναι Gi υποδοχείς.

Συσχέτηση έκφρασης GPR17 σε αναπτυσσόμενα τρωκτικά με την πρωτείνη MBP H Βασική Πρωτείνη της Μυελίνης (MBP) βοηθά στην διατήρηση της δομής της μυελίνης όταν αυτή τυλίγεται γύρω από τους νευράξονες. ΄Οταν εμφανίζεται η ΜΒΡ, σημαίνει ότι αρχίζει η ωρίμανση των OPCs και κατ’επέκταση μειώνεται η έκφραση των GPR17.

Υπερέκφραση GPR17 σε Διαγονιδιακά Ποντίκια ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Τα οπτικά νεύρα είναι ημιδιαφανή σε σύγκριση με τα φυσιολογικά– Έλλειψη Μυελίνης Μειωμένος αριθμός νευραξόνων στο ΚΝΣ. OP: Οπτικό Νεύρο CC: Μεσολόβιο SC: Νωτιαίος Μυελός

Υπερέκφραση GPR17 σε Διαγονιδιακά Ποντίκια Σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο: Οπτικό Νεύρο Μεσολόβιο Νωτιαίος Μυελός Έλυτρα Μυελίνης Συμπέρασμα: Η υπερέκφραση των GPR17 αναστέλλει την ωρίμανση των OPCs.

Αντίστροφο Πείραμα Σε διαγονιδιακά ποντίκια που δεν εκφράζεται το GPR17 παρατηρήθηκε ότι η μυελίνωση πραγματοποιήθηκε ταχύτατα. Η εικόνα είναι απο ποντίκια 3 ημερών. Φυσιολογικά, δεν θα περιμέναμε υψηλό βαθμό μυελίνωσης. Όμως, παρατηρούμε ότι όταν δεν εκφράζεται ο GPR17 υποδοχέας, η μυελίνωση αρχίζει από τα πρώτα στάδια.

Τα πιο διαδεδομένα μοντέλα σήμερα στην έρευνα για μελέτη φαρμάκων που έχουν σαν αποτέλεσμα μυελίνωση και επαναμυελίνωση είναι τα εξής: Πειραματική Αυτοάνοση Εγκεφαλομυελίτιδα: Ένα από τα πιο διαδεδομένα ζωικά μοντέλα. Είναι φλεγμονώδης απομυελωτική ασθένεια στο ΚΝΣ. Αποτελεί το 1ο στάδιο στα περισσότερα Trials. Cuprizone Model: Είναι ένα τοξικό πειραματικό μοντέλο. Η απομυελίνωση που προκαλείται στα ζώα, χρησιμοποιείται για την μελέτη της πολλαπλής σκλήρυνσης και αλλών σχετικών βλαβών. Χαρακτηρίζεται από εκφυλισμό των ολιγοδενδροκυττάρων και όχι από απευθείας βλάβη της μυελίνης. Gliotoxin model: Για αυτό το μοντέλο, προσβάλλουν καλλιέργειες κυττάρων από τομές εγκεφάλου με τοξίνες που προκαλλούν απομυελίνωση.

Συμπέρασμα Αυτά τα δεδομένα υποστηρίζουν ότι ο GPR17 είναι αρνητικός ρυθμιστής της μυελίνωσης του ΚΝΣ. Η αναγνώριση και η ταυτοποίηση μοριακών αναστολέων μπορεί να παρέχει θεραπευτικούς στόχους για την ενίσχυση της επαναμυελίνωσης και την θεραπεία των απομυελινοτικών ασθενειών.

Βιβλιογραφία Franke Heike et al, “Changes of the GPR17 receptor, a new target for neurorepair, in neurons and glial cells in patients with traumatic brain injury”, Springer 2013 Harden Kendall, “Enigmatic GPCR Finds a Stimulating Drug”, Science Signaling 2013 Hennen Stephanie et al, “Decoding Signaling and Function of the Orphan G Protein-Coupled Receptor GPR17 with a Small-Molecule Agonist”, Science Signaling 2013 Martins Sofia et al, “Towards the miniaturization of GPCR-based live-cell screening assays”, Cell 2012

THANK YOU!!