SK-129 patrí medzi najzaujímavejšie experimentálne prístupy posledných rokov. Na výskume alfa-synukleínu sa podieľajú aj vedci z Neuroimunologického ústavu SAV.
Lewyho telieska (na 3D ilustrácii v podobe malých červených guľôčok) predstavujú patologické proteínové zhluky, ktorých vznik a šírenie sa vedci snažia zastaviť ešte pred rozsiahlym poškodením mozgu. Už v roku 1912 ich objavil nemecký neurológ Friedrich Heinrich Lewy. Zdroj: iStock.com/Lars Neumann
Parkinsonova choroba sa často spája predovšetkým s trasením rúk. V skutočnosti ide o oveľa komplexnejšie ochorenie. Už roky pred objavením prvých motorických príznakov sa môžu objaviť poruchy čuchu, zápcha, úzkosti alebo porucha správania počas REM spánku. To naznačuje, že patologické zmeny sa v organizme začínajú dávno pred tým, ako si ich pacient všimne.
V centre pozornosti neurovedcov dnes stojí jedna nenápadná bielkovina, a to alfa-synukleín (α-syn). Za normálnych okolností sa podieľa na fungovaní synaptických vezikúl a pomáha nervovým bunkám pri uvoľňovaní neurotransmiterov v synapsiách. Ak však zmení svoj priestorový tvar, začne sa správať úplne inak. Vytvára malé toxické zhluky, ktoré sa môžu šíriť medzi neurónmi a postupne poškodzovať celé nervové okruhy.
Práve preto sa súčasný výskum nesústredí iba na nedostatok dopamínu a pokles dopaminergnej signalizácie. Vedci sa čoraz častejšie snažia zasiahnuť samotný začiatok patologického procesu, teda okamih, keď sa alfa-synukleín začne skladať nesprávnym spôsobom a vytvárať abnormálne oligoméry a vláknité agregáty. Nová molekula SK-129 patrí medzi najzaujímavejšie pokusy posledných rokov o takzvanú chorobu modifikujúcu liečbu, teda terapiu, ktorá by mohla ovplyvniť priebeh ochorenia, nielen jeho príznaky.
Najnebezpečnejší nepriateľ nemusí byť ten najväčší
Alfa-synukleín sa nachádza v tzv. Lewyho telieskach, charakteristických patologických útvaroch pozorovaných pri Parkinsonovej chorobe a ďalších synukleinopatiách. Dôležitý je však jeden detail: veľké viditeľné agregáty nemusia byť jediným problémom. Výskum z posledných rokov upozorňuje aj na rozpustné oligomérne formy alfa-synukleínu, ktoré sú menšie, dynamickejšie a podľa experimentálnych dôkazov môžu byť pre neuróny výrazne škodlivé. Ľahšie totiž prenikajú medzi bunkami a dokážu spúšťať ďalšie zhlukovanie alfa-synukleínu, podobne ako padajúce domino.
Mechanizmus pripomína priónové šírenie. Nesprávne poskladaná molekula dokáže prinútiť ďalšie molekuly rovnakého proteínu, aby prijali patologický tvar. Nejde síce o klasický prión v zmysle Creutzfeldtovej-Jakobovej choroby (CJD), no princíp nasadzovania šablóny je prekvapivo podobný.
Táto predstava mení pohľad na to, ako by mala fungovať budúca liečba. Nestačilo by iba zmierniť trasenie, svalovú stuhnutosť či poruchy pohybu. Cieľom by bolo zasiahnuť mechanizmus, ktorý vedie k poškodeniu nervových buniek, napríklad obmedziť vznik patologického alfa-synukleínu, zabrániť jeho šíreniu alebo odstrániť jeho škodlivé formy. Podobné prístupy sú vo fáze výskumu, keďže súčasná liečba Parkinsonovej choroby síce dokáže zmierniť príznaky, no samotný proces neurodegenerácie zatiaľ spoľahlivo zastaviť nevie.
Mikroskopické snímky štruktúry substantia nigra v strednom mozgu, ktorá je pri Parkinsonovej chorobe najviac zasiahnutá. Horný ľavý panel zobrazuje anatomické usporiadanie tejto oblasti mozgu (A = substantia nigra, B = dopaminergné neuróny, C = susedné mozgové tkanivo, D = nervové dráhy). Ostatné panely využívajú imunohistochemické farbenie na alfa-synukleín (hnedé sfarbenie), ktoré odhaľuje Lewyho telieska (šípky) a Lewyho neurity – patologické nahromadenia tejto bielkoviny v nervových bunkách a ich výbežkoch. Zdroj: Wikimedia Commons
Jedným z problémov vývoja liekov proti alfa-synukleínu je, že nejde o škodlivý proteín, ktorý by bolo možné jednoducho odstrániť. Za normálnych okolností plní fyziologické funkcie v nervových bunkách. Farmakológovia sa preto snažia zasiahnuť predovšetkým patologické konformácie, teda formy, do ktorých sa proteín nesprávne poskladá a ktoré majú sklon vytvárať ďalšie agregáty.
Čoraz väčšia pozornosť smeruje k jeho oligomérom. Ide o zoskupenia niekoľkých molekúl alfa-synukleínu, ktoré vznikajú ešte pred veľkými fibrilami. Výskum, publikovaný v roku 2024, ukázal, že vznik týchto oligomérov môže prebiehať aj takzvanou sekundárnou nukleáciou na povrchu už vytvorených fibríl. To je dôležité, pretože existujúci agregát tak môže slúžiť ako akási výrobná plocha pre ďalšie patologické formy proteínu.
Ani tu však nie je príbeh úplne uzavretý. Novšie neuropatologické štúdie ukázali, že rozpustné oligomérne formy alfa-synukleínu možno nájsť pomerne široko aj v prípadoch Parkinsonovej choroby spojenej s mutáciami LRRK2, dokonca aj v prípadoch, kde sa klasické Lewyho telieska nezachovali v typickej podobe. Naznačuje to, že patologické pôsobenie alfa-synukleínu môže byť širšie než iba tvorba veľkých inklúzií.
Súčasne treba brzdiť príliš jednoduché tvrdenie, že oligoméry sú príčinou Parkinsonovej choroby. Experimentálne údaje ich dávajú do úzkej súvislosti s poškodením neurónov, ale presná úloha jednotlivých foriem alfa-synukleínu v ľudskom mozgu zostáva predmetom výskumu. Aj preto je dôležité rozlišovať medzi tým, čo vieme z bunkových a zo zvieracích modelov, a tým, čo bolo potvrdené u pacientov.
Alfa-synukleín je za normálnych okolností súčasťou fungovania nervových buniek. Pri patologických zmenách však môže meniť svoju štruktúru a vytvárať oligoméry či fibrily. Práve patologické formy proteínu sa stali jedným z hlavných cieľov súčasného výskumu Parkinsonovej choroby. Na obrázku je znázornená štruktúra α-syn s najdôležitejšími oblasťami. Zdroj: Wikimedia Commons
Molekula ako výstuž
Nová stratégia vychádza z pomerne elegantného chemického nápadu. Výskumníci z University of Denver a ďalších pracovísk využili tzv. foldamer – syntetickú molekulu, ktorá sa dokáže poskladať do presne definovanej trojrozmernej štruktúry. Na rozdiel od prirodzených bielkovín však nemusí byť zostavená z klasických aminokyselín. Chemici jej môžu navrhnúť tvar, veľkosť aj povrchové vlastnosti podľa toho, na akú molekulu sa má viazať.
Názov foldamer vznikol z anglického fold, čo znamená skladať. Podstatou je vytvoriť umelý oligomér, ktorý sa nespráva ako voľne sa krútiaci reťazec, ale zaujíma predvídateľnú priestorovú konfiguráciu. Takáto architektúra je výhodná pri molekulárnom rozpoznávaní. Chemik môže na jednom umelom skelete rozmiestniť skupiny tak, aby zodpovedali miestam na povrchu cieľového proteínu.
V prípade Parkinsonovej choroby vedci využili foldamer označený SK-129. Ide o molekulu založenú na oligochinolínovej kostre. Jej vlastnosti sa skúmali už v práci z roku 2022, publikovanej v Nature, ktorá kombinovala biochemické merania, NMR spektroskopiu a bunkové experimenty. Výsledky naznačili, že SK-129 sa viaže na N-terminálnu časť alfa-synukleínu a podporuje jeho α-helikálnu konformáciu, čím sťažuje prechod proteínu do agregujúcich β-štruktúr.
Predstava sa dá zjednodušiť na molekulárnu výstuž. SK-129 sa naviaže na vybrané miesta alfa-synukleínu a pomáha udržať jeho štruktúru v podobe, ktorá je menej náchylná na samovoľné zlepovanie s ďalšími molekulami. Chemici teda nevytvárajú nástroj, ktorý by jednoducho „rozstrihol“ proteín, ale skôr sa pokúšajú ovplyvniť jeho tvar a tým celý proces agregácie.
Foldamery sú syntetické molekuly navrhnuté tak, aby zaujali presne definovaný priestorový tvar. Práve táto vlastnosť im umožňuje rozpoznávať konkrétne oblasti na povrchu patologických proteínov. Zdroj: Wikimedia Commons
Prečo práve foldamer?
V laboratórnych experimentoch mal SK-129 pozoruhodnú vlastnosť. Podľa aktuálnej práce sa preferenčne viazal na neurotoxické oligoméry alfa-synukleínu. Jeho väzbová afinita k týmto oligomérom bola približne šesťnásobne vyššia než k fyziologickému monoméru. Nameraná disociačná konštanta pre oligoméry bola Kd = 221 ± 29 nanomólov. Čím nižšia je hodnota Kd, tým pevnejšia je väzba medzi molekulami.
Takéto selektívne správanie je z hľadiska liečiva zásadné. Hypotetický liek, ktorý by úplne bez rozdielu zachytával všetok alfa-synukleín, by mohol zasahovať aj do jeho normálnych funkcií. SK-129 sa, naopak, snaží rozpoznávať predovšetkým konformácie spojené s patologickým zhlukovaním. Samotný výsledok však ešte neznamená, že takáto selektivita bude fungovať rovnako aj v ľudskom mozgu, kde je prostredie neporovnateľne zložitejšie.
Práve v tejto fáze sa štúdia odlišuje od mnohých predchádzajúcich experimentov. Autori nehodnotili SK-129 iba v skúmavke. Postupne ho testovali v biochemických systémoch, bunkách, v hlístovom modeli Caenorhabditis elegans, v neurónoch odvodených z ľudských indukovaných pluripotentných buniek a napokon aj v myšom modeli Parkinsonovej choroby.
Rozhodujúca bola ešte jedna vlastnosť: SK-129 dokázal prekonať hematoencefalickú bariéru. Tá za normálnych okolností chráni mozog pred veľkou časťou molekúl cirkulujúcich v krvi. Pre liečivá namierené proti neurodegeneratívnym ochoreniam je jej prekonanie jednou z najväčších farmakologických prekážok. V štúdii bola prítomnosť SK-129 potvrdená aj v mozgovom tkanive po intravenóznom podaní myšiam.
Fibrily alfa-synukleínu vznikajú postupným zoskupovaním menších proteínových agregátov. Ich priestorová štruktúra sa dnes skúma pomocou kryoelektrónovej mikroskopie s takmer atómovým rozlíšením, čo pomáha vedcom navrhovať molekuly schopné zasiahnuť patologický proces už v jeho začiatkoch. Zdroj: MELO, A. L. V. et al. High-Resolution Cryo-EM Structure Determination of α-Synuclein – A Prototypical Amyloid Fibril, 2024.
Od skúmavky po neuróny
V bunkových experimentoch sa ukázalo, že SK-129 dokázal obmedziť tvorbu alfa-synukleínových inklúzií. V jednej zo starších experimentálnych sérií vzrástlo prežívanie buniek po vystavení agregovanému alfa-synukleínu z približne 68 na 94 percent, keď bol v systéme prítomný SK-129. Ide však o laboratórny bunkový model, nie o meranie účinku na pacientoch.
Ďalší experiment využil C. elegans, ktorý nesie ľudský alfa-synukleín v dopaminergných neurónoch. SK-129 v ňom znižoval stratu zdravých neurónov, oxidačný stres a problémy s pohybom. Zaujímavé bolo aj podanie po tom, ako sa patologické zmeny už začali rozvíjať. Nie je teda presné hovoriť iba o prevencii, pretože vedci sledovali aj určitý terapeutický účinok po vzniku počiatočného poškodenia.
Silnejším modelom boli ľudské neuróny odvodené z iPSC, teda bunky vytvorené z ľudských buniek a následne diferencované na neurónový typ. V týchto experimentoch sa SK-129 podával v koncentrácii 10 mikromólov každé tri dni a autori sledovali viaceré parametre spojené s dopaminergnou funkciou. Aj tu sa prejavili ochranné účinky molekuly.
Ešte zaujímavejšie boli experimenty s materiálom pochádzajúcim od pacientov. Vedci izolovali extracelulárne vezikuly z krvi pacientov s Parkinsonovou chorobou a sledovali, či alfa-synukleín v nich dokáže preniesť patologický signál do ďalších buniek. SK-129 tento proces v bunkovom modeli obmedzil. Výsledok je významný tým, že výskumníci sa už nespoliehali iba na umelo pripravený alfa-synukleín, ale pracovali aj so vzorkami obsahujúcimi patologický materiál z ľudského ochorenia.
SK-129 sa osvedčil v myšom modeli Parkinsonovej choroby
Najvýraznejšie čísla pochádzajú z experimentu na M83 myšiach, geneticky upravenom modeli, ktorý produkuje ľudský mutantný alfa-synukleín A53T. Vedci do substantia nigra osem týždňov starých myší vstrekli vopred vytvorené agregáty alfa-synukleínu pochádzajúce z postmortálnych vzoriek mozgu pacientov s Parkinsonovou chorobou. Takýmto zásahom sa vývoj patologického fenotypu urýchľuje.
Dva týždne po tomto zásahu sa zvieratá náhodne rozdelili do skupín. Jedna dostávala fyziologický roztok s pomocnou látkou, druhá SK-129 v dávke 20 mg na kilogram telesnej hmotnosti intravenózne každý druhý deň počas 21 dní, spolu desať dávok. V každej skupine bolo 12 zvierat a v experimentálnej skupine boli zastúpené obe pohlavia.
Rozdiel v tomto modeli bol výrazný. Neliečené zvieratá mali medián prežívania približne 175 dní a do veku 270 dní prežilo menej než 20 percent z nich. Myši liečené SK-129 mali podľa autorov stopercentné prežívanie až do 270. dňa a nevykazovali známky výrazného motorického poškodenia, ktoré bolo typické pre neliečenú skupinu.
Nešlo pritom iba o dlhší život. Pri vyšetreniach po šiestich a deviatich mesiacoch sa v liečenej skupine nepozorovalo výrazné ukladanie patologicky fosforylovaného alfa-synukleínu a ani p62 – proteínu spojeného s patologickými inklúziami. Rovnako sa neprejavil nárast aktivácie mikroglií, ktorá je jedným z ukazovateľov neurozápalu. Autori navyše pri histologickom vyšetrení hlavných orgánov nezistili zjavné známky systémovej toxicity.
Takéto výsledky vyzerajú na prvý pohľad takmer dramaticky. Treba však pamätať na jednu podstatnú vec: ide o experimentálny myší model s malým počtom zvierat, nie o klinickú skúšku na ľuďoch. Dávka 20 mg/kg podaná myši intravenózne sa navyše nedá jednoducho prepočítať na dávku pre človeka. Model je navrhnutý tak, aby napodobnil konkrétny mechanizmus synukleinopatie, nie aby presne reprodukoval celú ľudskú Parkinsonovu chorobu.
Necieli iba na jeden proteín
Parkinsonova choroba navyše nie je ochorením, v ktorom účinkuje iba alfa-synukleín. V niektorých prípadoch sa v patologických štruktúrach objavuje aj tau proteín, známejší najmä z Alzheimerovej choroby a z tauopatií. Vedci preto skúmali, čo sa stane, keď sa alfa-synukleín a tau proteín zhlukujú spoločne.
Alfa-synukleín a tau proteín patria medzi najdôležitejšie proteíny spájané s neurodegeneráciou. Nové experimenty naznačujú, že ich patologické zhlukovanie môže byť vzájomne prepojené. Zdroj: Zdroj: MOUSSAUD, S. et al. Alpha-synuclein and tau: teammates in neurodegeneration? In: Molecular Neurodegeneration, 2014, roč. 9, č. 43.
SK-129 v laboratórnych experimentoch úplne potlačil tvorbu alfa-synukleínovo-tauových koagregátov. Autori tento účinok pozorovali v bunkových modeloch aj v myšom modeli. V prípade deväťmesačných zvierat liečených SK-129 pritom nezaznamenali patológiu spojenú s takouto kombináciou proteínov, ktorá bola prítomná v kontrolnej skupine.
To môže byť dôležité najmä pri ochoreniach zo skupiny synukleinopatií, kde sa patologické bielkoviny navzájom ovplyvňujú. Nie je však jasné, či bude kombinovaná patológia rovnako dôležitá u všetkých pacientov. Parkinsonova choroba je biologicky heterogénna a rôzne mechanizmy môžu dominovať u rôznych ľudí.
V tomto kontexte je zaujímavé aj nové slovenské výskumné zázemie. Tím z Neuroimunologického ústavu SAV spolu s klinickými pracoviskami v Bratislave a Košiciach v roku 2026 ukázal, že účinok nadmerného množstva alfa-synukleínu sa môže dramaticky meniť podľa typu bunky. V experimentoch s dvoma ľudskými bunkovými modelmi vyvolal mutant A53T cytotoxicitu, oxidačný stres a mitochondriálne poškodenie v oboch typoch buniek, zatiaľ čo bežný wild-type alfa-synukleín mal v rôznych bunkách rozdielne účinky.
Slovenská veda na stope alfa-synukleínu
Práve výsledok slovenského tímu je dôležitou pripomienkou, prečo sa výsledky z bunkových a zo zvieracích modelov nedajú automaticky preniesť na človeka. Ak môže rovnaký proteín spôsobiť odlišnú reakciu v dvoch typoch ľudských nervových buniek, potom bude aj účinok potenciálneho lieku závisieť od bunkového prostredia, dávky, genetického pozadia a štádia ochorenia.
Ďalší tohtoročný výskum z Neuroimunologického ústavu SAV sa zameriava na opačný koniec problému, čiže nie na liečbu, ale na odhalenie patologického alfa-synukleínu. Review publikovaný v časopise Molecular Neurobiology podrobne rozoberá metódu RT-QuIC, ktorá dokáže pomocou amplifikácie patologických proteínových zárodkov zachytiť patologické formy alfa-synukleínu v biologických vzorkách. Autori jej venujú pozornosť ako jednej z najpokročilejších metód molekulárnej diagnostiky synukleinopatií.
Čísla sú pozoruhodné. Metaanalýzy zhrnuté v slovenskom prehľade uvádzajú pri RT-QuIC celkovú špecificitu približne 88 až 95 percent a citlivosť oproti kontrolám okolo 95 percent. Pri samotnej Parkinsonovej chorobe sa v jednotlivých štúdiách uvádzala citlivosť približne 85 až 98 percent a špecificita 90 až 98 percent. Výsledky sa však líšia podľa typu synukleinopatie a biologickej vzorky.
Ešte zaujímavejšia je možnosť zachytiť patologický proces pred výraznými motorickými prejavmi. V jednej z kohort pacientov s idiopatickou poruchou správania v REM spánku, ktorá patrí medzi významné prodromálne stavy synukleinopatií, bola RT-QuIC pozitivita pre alfa-synukleín zaznamenaná približne u 93 percent sledovaných ľudí. Takýto biomarker by mohol byť v budúcnosti mimoriadne dôležitý aj pri vývoji liekov. Čím skôr sa identifikuje biologický proces, tým skôr možno testovať jeho ovplyvnenie.
Pozrite si
Keď sa liečba a diagnostika začnú prepájať
Predstavme si teda možný budúci scenár. Najskôr dokáže test zachytiť patologický alfa-synukleín ešte v období, keď sú klinické prejavy relatívne mierne. Následne by sa podával liek, ktorý by sa zameriaval na konkrétnu patologickú konformáciu proteínu. Takýto model by bol podstatne sofistikovanejší než dnešný prístup založený prevažne na liečbe už prejavených symptómov. Zatiaľ však ide len o perspektívu, nie o zavedený klinický postup.
Na ceste k nej zostáva viacero prekážok. Pri RT-QuIC sa stále rieši štandardizácia medzi laboratóriami a rozdiely podľa typu vzorky. Pri liekoch ako SK-129 zase treba potvrdiť dlhodobú bezpečnosť, optimálne dávkovanie, farmakokinetiku a účinnosť v klinických skúškach. Navyše sa ukazuje, že rôzne synukleinopatie môžu obsahovať štrukturálne odlišné „kmene“ alfa-synukleínu, ktoré nemusia reagovať na liečbu rovnako.
Dôležitou výzvou bude aj otázka, čo vlastne treba odstrániť. Lewyho teliesko nie je jednoduchá guľôčka z jedného proteínu. Moderné mikroskopické a štrukturálne metódy ukazujú, že obsahuje celý rad ďalších molekúl a bunka okolo neho mení svoje správanie. Vývoj lieku zameraného na alfa-synukleín preto predstavuje iba jeden prístup k omnoho širšiemu problému.
A práve tu sa vracia význam foldamerov. Ich výhodou je, že chemici nemusia iba hľadať prirodzenú látku, ktorá náhodou zasiahne požadovaný cieľ. Tvar umelého molekulárneho skeletu možno cielene navrhovať a meniť. V ideálnom prípade by tak bolo možné pripraviť molekulu, ktorá rozpoznáva konkrétnu patologickú konformáciu proteínu a pritom čo najmenej zasahuje jeho fyziologickú podobu.
Výskumníci hľadajú spôsoby, ako zabrániť tvorbe toxických zhlukov bielkovín v mozgu. Zdroj: Youtube/France Parkinson
Dlhá cesta výskumu
Výsledky so SK-129 sú predovšetkým dôkazom biologického konceptu. Molekula funguje v niekoľkých navzájom nezávislých experimentálnych systémoch, prekonáva hematoencefalickú bariéru a v konkrétnom myšom modeli výrazne potlačila patologické zmeny. To je viac než iba výsledok zo skúmavky. Stále však chýba odpoveď na najdôležitejšiu otázku, či dokáže rovnaký mechanizmus bezpečne a účinne meniť priebeh Parkinsonovej choroby u človeka.
Zatiaľ neexistuje klinický dôkaz, že SK-129 zlepšuje Parkinsonovu chorobu u ľudí. Výskum sa nachádza v predklinickej fáze. To znamená, že výrazné výsledky v prípade myší sú dôvodom na ďalší výskum, nie dôvodom na tvrdenie, že vznikol nový liek proti Parkinsonovej chorobe. Takáto opatrnosť je pri neurodegeneratívnych ochoreniach obzvlášť dôležitá, pretože množstvo molekúl, ktoré fungovali v zvieracích modeloch, nedokázalo neskôr preukázať účinok v klinických skúškach.
Napriek tomu je smer výskumu zaujímavý. Namiesto predstavy, že poškodený mozog treba „opraviť“ až po strate veľkého množstva neurónov, sa vedci snažia zasiahnuť do molekulárneho procesu čo najskôr. Zachytiť patologický alfa-synukleín, rozpoznať jeho nebezpečnú konformáciu a stabilizovať ho skôr, než sa začne šíriť. SK-129 je jedným z experimentov, ktoré testujú práve túto myšlienku.
Možno teda nejde o rozbíjač bielkovinových zhlukov, ako by mohlo naznačovať zjednodušené popularizačné označenie. Presnejšia predstava je ale vedecky zaujímavejšia: molekula sa snaží vstúpiť do procesu nesprávneho skladania proteínu a zmeniť jeho priebeh ešte pred tým, ako patologické štruktúry ovládnu bunku. Ak sa tento princíp podarí preniesť z laboratória do klinickej praxe, mohlo by ísť o úplne inú generáciu liečby neurodegeneratívnych ochorení.
Zdroje: Science Translational Medicine, Movement Disorders, Molecular Neurobiology, Nature (1, 2, 3), Frontiers in Pharmacology, npj Parkinson’s Disease, Acta Neuropathologica, Polymer Chemistry, Cellular and Molecular Life Sciences, Expert Reviews in Molecular Medicine, Parkinson’s Foundation, Molecular Neurodegeneration
(KAM)
