Projeto racional e síntese de um novo BODIPY

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 5257 (2022) Citar este artigo

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Numerosos estudos mostraram uma forte correlação entre o número de emaranhados neurofibrilares da proteína tau e a progressão da doença de Alzheimer, tornando a detecção quantitativa de tau muito promissora do ponto de vista clínico. No entanto, a falta de sondas fluorescentes altamente confiáveis ​​para imagens seletivas de emaranhados neurofibrilares tau é um grande desafio devido ao compartilhamento de motivos de folhas β semelhantes com fibrilas β-amilóides homólogas. No presente trabalho, descrevemos o design racional e a avaliação in silico de uma biblioteca de sondas fluorescentes de pequeno porte, consistindo de um núcleo BODIPY (aceptor de elétrons) apresentando sistemas altamente conjugados (doadores de elétrons) com um comprimento na faixa de 13 –19 Å em C3. Entre as sondas mais promissoras em termos de modo de ligação, afinidade teórica e polaridade, BT1 foi sintetizada e testada in vitro em culturas de células neuronais derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos. A sonda mostrou excelentes propriedades fotofísicas e alta seletividade, permitindo imagens in vitro de filamentos de proteína tau hiperfosforilados com ruído de fundo mínimo. Nossas descobertas oferecem uma nova visão sobre a relação estrutura-atividade dessa classe de fluoróforos seletivos de tau, abrindo caminho para aumentar a detecção de emaranhados de tau em pacientes, possivelmente por meio de varreduras espectrais da retina.

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa responsável por mais de 80% dos casos de demência senil. Apesar da presença de β-amilóide extracelular (Aβ) e agregados intracelulares de proteína tau serem uma marca registrada da patologia da DA, as evidências científicas limitadas sobre o tempo da cascata molecular que leva à neurodegeneração relacionada à DA dificultaram o desenvolvimento de estratégias de diagnóstico precoce e terapias eficazes.

Até o momento, não foram encontradas soluções que dificultem claramente a progressão da doença, melhorando assim a qualidade de vida dos pacientes e cuidadores. Além disso, a maioria dos medicamentos desenvolvidos em modelos de DA em roedores falhou na redução da carga da doença em ensaios clínicos, provavelmente devido à falta de critérios diagnósticos globalmente reconhecidos nas fases pré-sintomáticas da DA1,2. De fato, o único medicamento aprovado recentemente pelo FDA, o aducanumabe, demonstrou reduzir as placas Aβ em pessoas com doença de Alzheimer precoce, juntamente com o acúmulo evidente de placas Aβ. Além disso, o aducanumabe foi aprovado, apesar de vários efeitos colaterais, incluindo anormalidades de imagem relacionadas ao amiloide, dor de cabeça, tontura, náusea, confusão e alterações na visão.

Consequentemente, o desafio atual é o desenvolvimento de abordagens in vivo não invasivas que possam garantir a avaliação de pequenas alterações neuropatológicas ainda indetectáveis ​​em pacientes vivos. De fato, até o momento, um diagnóstico definitivo para DA pode ser feito apenas post-mortem, por análise imuno-histoquímica de amostras cerebrais3.

Assim, numerosos esforços estão agora explorando a análise do líquido cefalorraquidiano (LCR)4 e técnicas de neuroimagem diagnóstica de ponta5, para a detecção da presença de agregados de proteína Aβ e/ou tau em pacientes vivos com DA. No entanto, apesar de serem relativamente específicas e seletivas, essas abordagens apresentam várias limitações, incluindo altos custos de manejo e invasividade. Em 2018, o National Institute on Aging and Alzheimer's Association confirmou uma definição biológica de DA e estabeleceu um consenso sobre critérios de diagnóstico baseados em biosondas para pesquisa intervencionista6. Três principais biomarcadores foram identificados para a DA, a saber: (i) o peptídeo Aβ42, que é o principal componente das placas tóxicas de Aβ; (ii) as unidades acopladas de proteína tau hiperfosforilada (P-tau) e monômeros de tau total (T-tau), que são os tijolos principais dos emaranhados neurofibrilares (NFTs).

A hipótese da cascata amilóide, a hipótese Aβ, tem sido a principal explicação para a patogênese da DA por mais de 25 anos7; no entanto, com exceção do aducanumabe, todas as tentativas de desenvolver medicamentos direcionados ao Aβ para tratar a DA falharam em ensaios clínicos, sugerindo assim que o Aβ não pode ser considerado o principal fator subjacente ao desenvolvimento e progressão da DA. Deve-se considerar que a hipótese de Aβ, envolvendo β e γ secretases intracelulares, é consistente com casos familiares de DA, onde mutações patogenéticas de APP estão agrupadas perto dos locais de clivagem de secretases e estão associadas a um aumento na proporção de formação de Aβ42 . Curiosamente, pacientes com síndrome de Down com trissomia 21 exibem patologia semelhante à DA por volta dos 40 anos de idade8. Além disso, outras mutações familiares da DA, identificadas na presenilina 1/2, que é um componente da γ-secretase, estão intimamente ligadas ao processo de produção de Aβ, fornecendo uma base racional para a ideia de que a formação de fibrila amilóide Aβ pode ser responsável pelo familiar Patogênese da DA7. No entanto, embora camundongos transgênicos expressando mutações familiares de DA nesses genes apresentem acúmulo de placas Aβ, emaranhados tau intracelulares e morte neuronal não foram observados em seus cérebros9. De fato, o único modelo de camundongo com DA caracterizado pela patologia tau é um camundongo transgênico triplo expressando especificamente no gene MAPT a mutação P301L, que, em pacientes, está relacionada à demência frontotemporal familiar (camundongo 3xTg-AD)10,11. Assim, agora é aceito que o acúmulo extracelular de fibrilas Aβ não induz o acúmulo de tau; de forma consistente, os tratamentos farmacológicos baseados em anticorpos direcionados a Aβ em camundongos com DA diminuíram a deposição de Aβ no cérebro, deixando o acúmulo de tau inalterado12,13,14,15. Surpreendentemente, a detecção de acúmulo de amiloide Aβ no cérebro do paciente vivo com ferramentas de imagem recentes mostrou pacientes com DA com poucos depósitos de amiloide, enquanto pacientes idosos não dementes com uma distribuição de placas senis tão extensa quanto a de pacientes com demência16,17,18. Com base nessa evidência, a hipótese amilóide de neurodegeneração/perda neuronal e deposição de amilóide parecem ser fenômenos independentes18.