مهار آنزیم بتا-سکرتاز (BACE-1) به عنوان یک رویکرد درمانی مهم در آلزایمر
کشف آنزیم بتا-سکرتاز در سال ۱۹۹۹ میلادی، مسیر جدیدی را در مقابله با بیماری آلزایمر آشکار نمود. همانطور که در بخش قبلی اشاره گردید این آنزیم نخستین عمل پروتئولیزی را در مسیر آمیلوئیدوژنیک بر روی پروتئین پیشساز آمیلوئید انجام میدهد. مشکلات عمده موجود در توسعه ترکیبات مهارکننده آنزیم بتا-سکرتاز را میتوان در موارد زیر خلاصه نمود:
- امکان عبور از سد خونی-مغزی
- احتمال ایجاد مقاومت دارویی از طریق برهمکنش با p-گلیکوپروتئینها
- جایگاه فعال حجیم در آنزیم بتا-سکرتاز و مشکل در طراحی مهارکنندههای فعال غیرپپتیدی
از زمان کشف BACE-1، این آنزیم به عنوان یک هدف درمانی بسیار مهم توجه محققین علوم دارویی را به سمت خود جلب نموده است. بر خلاف موشهایی که در آنها ژن بیان کننده پروتئین پرسنیلین غیر فعال شده بود، موشهای فاقد ژن بیان کنندهBACE-1 شکلی خاصی از نظر سلامتی نداشته و علاوه بر توانایی تولید مثل، اختلالات فیزیکی و رفتاری از خود نشان ندادند. گزارشات دیگر حاکی از آن است که تنها عوارض جانبی مشاهده شده عبارت بودند از کاهش ضخامت غلاف میلی به دلیل عدم پردازش و هیدرولیز نورگولین (سوبسترای غشایی پروتئینی BACE-1) به همراه بروز نوعی حالت اسکیزوفرنی در رفتار. زمینه بروز فنوتیپهای شبه اسکیزوفرنی و تشنجی به نقش مهم BACE-1 در مسیر پردازش NRG1-erbB4 و عملکرد کانال های سدیم وابسته به ولتاژ مربوط است. نکته ای که باید به آن توجه شود این است که دامنه مهارشوندگی BACE-1 مورد نیاز برای رفع آلزایمر محدود است و در این حال امکان کاهش سطح Aβ بدون ایجاد عوارض جانبی غیراختصاصی ممکن خواهد بود.
تحقیقات انجام شده در مورد آنزیم γ-سکرتاز نشان دادهاند که شرایط متفاوتی برای این آنزیم وجود دارد و تمامی موشهای فاقد ژنهای کدکننده اجزای کمپلکس γ-سکرتاز (presenilin-1, nicastrin و APH-1)، دارای نقائص رشد بوده و در مراحل ابتدایی جنینی از بین می روند زیرا آنزیم γ-سکرتاز در پردازش مولکولی به نام Notch نقش دارد که این مولکول خود در تعیین سرنوشت سلول در دوران جنینی دخالت دارد.
به طور کلی عوامل زیر، BACE-1 را به عنوان یک هدف درمانی ارزشمند و بسیار مهم در درمان بیماری آلزایمر مطرح نموده است:
- عدم مشاهده عوارض زیستی مهم در موشهای فاقد ژن BACE-1
- توقف تولید پروتئینهای آمیلوئید-بتا در موشهای فاقد ژن BACE-1
- نقش مقدم و تعیین کننده BACE-1 در مسیر آمیلوئیدوژنیک پروتئولیتیک APP که مهار آن باعث کاهش و یا توقف مستقیم تولید پروتئینهای Aβ خواهد گردید.
- مهار احتمالی همولوگ BACE-1 یعنی BACE-2، چندان حائز اهمیت نبوده و موشهای فاقد ژن کدکننده BACE-2، از سلامتی کامل برخوردار بودهاند. البته موشهایی که فاقد هر دو ژن کدکننده BACE-1 و BACE-2 میباشند، احتمال مرگ و میر بالاتری دارند.
آنزیم بتا-سکرتاز
کشف آنزیم بتا-سکرتاز
در سال ۱۹۹۲، کشف پروتئین پیشساز جهش یافته (APPSWE) که در اسیدهای آمینه توالی ۶۷۰ و ۶۷۱ با نوع غیر جهش یافته تفاوت داشت (Lys670 → Asn; Met671 → Leu) مسیر جدیدی را در ارتباط با بیماری آلزایمر ایجاد نمود. با توجه به اینکه جهش مشاهده شده در توالی هایی از پروتئین پیش ساز آمیلوئید مشاهده شده بود که منطبق بر سایت هدف آنزیم بتا-سکرتاز بودند، محققین به وجود ارتباط احتمالی بین نوع جهش یافته APP و بروز آلزایمر اتوزومی غالب پی بردند. فرضیه مطرح این بود که نوع APP جهش یافته نسبت به نوع APP جهش نیافته تمایل بیشتری به آنزیم بتا-سکرتاز دارد. در جریان تحقیقات انجام شده این فرضیه به اثبات رسید و در واقع نشان داده شد که فرآیند پروتئولیز بر روی APP جهش یافته ۱۰ برابر سریعتر از APP جهش نیافته رخ میدهد. تحقیقات گسترده بعدی منجر به کشف پروتئین بتا-سکرتاز در سال ۱۹۹۹ گردید. پروتئاز کشف شده در ابتدا memapsin-2 و یا Asp-2نام گرفت ولی در سالهای بعدی تحت اختصار، BACE-1 نامیده شد. پس از کشف BACE-1، آنزیم همولوگ آن یعنی BACE-2 شناسایی گردید. ژن کدکننده این پروتئین، Asp-1 نامیده شد. مشابهت ساختاری ۶۴% بین BACE-2 و BACE-1 گزارش شده است. BACE-2نیز عمل پروتئازی را بر روی APP انجام می دهد ولی در این حالت سایت عمل متفاوت بوده و هیدرولیز بین اسیدهای آمینه توالی ۱۹ و ۲۰ انجام می شود که منجر به تشکیل پلاکهای آمیلوئید-بتا نمیگردد. مشخص گردیده است که BACE-1 mRNA به میزان بالایی در مغز پستانداران بیان میگردد و BACE-1 همولوگ اصلی موجود در سلولهای عصبی و مسئول تشکیل پلاکهای Aβ در مغز می باشد.