Läkemedelseffekter på α-synuklein aggregering - betydelse för Parkinsons sjukdom

Transkript

1 Fakulteten för hälso- och livsvetenskap Examensarbete Läkemedelseffekter på α-synuklein aggregering - betydelse för Parkinsons sjukdom

2 i Författare: Emina Nuhovic Ämne:Farmaci Nivå:Grundnivå

3 Läkemedelseffekter på α-synuklein aggregering - betydelse för Parkinsons sjukdom Emina Nuhovic Examensarbete i Farmaci 15hp Filosofie Kandidatexamen Handledare: Biträdande lektor, Thomas Näsström 45007, Hus Vita, Kalmar Linnéuniversitetet, institutionen för kemi och biokemi Examinator: Universitetslektor, Kristina Magnusson 43056, Hus Vita, Kalmar Linnéuniversitetet, institutionen för kemi och biokemi Examensarbetet ingår i farmaceutprogrammet Sammanfattning Parkinsons sjukdom (PD) är ett tillstånd som ger en försvårad och försämrad livskvalité. I dagsläget finns det endast symtomatiska läkemedel men ingen bot med vilken sjukdomen upphör eller som bromsar förloppet. Pågående forskningsarbete utgår bland annat från att ta fram nya läkemedel men även också undersöka om redan befintliga läkemedel går att använda som behandling av PD. Många av de redan befintliga läkemedlen som testas är de som har förmågan att påverka proteinet α-synuklein (α-syn) och dess aggregering, som visats vara en central orsak till uppkomsten av PD. I föreliggande litteraturstudie undersöktes på vilket sätt en del läkemedel vars indikation är PD och även andra sjukdomstillstånd såsom astma, påverkar (ex. påskyndar eller inhiberar) in-vitro aggregering av α-syn. Därutöver genomfördes en detaljerad analys av de utvalda läkemedlen och deras effekt på α-syn aggregering utifrån deras kemiska egenskaper med avseende på löslighet (hydrofila, lipofila, amfifila) och inbindning till α-syn. Här kunde det visas att aggregering av α-syn inhiberades av alla utvalda läkemedel förutom dexametason, som istället påskyndade aggregeringskinetiken för proteinet. Dessutom uppvisade fasudil, ceftriaxon, dopamin, entakapon och tolkapon inbindning till delar av (hydrofila, hydrofoba eller amfifila) vilka delade samma fysikalkemiska egenskaper som α-syn. Därtill uppvisade utvalda läkemedel med till viss del plana strukturer (ex. aromatiska ringar) direkt inbindning till α-syn, vilka också rapporterats ha en något högre grad av transport över blod-hjärnbarriären, dock måste dessa fynd mer noggrant undersökas. Sammanfattningsvis visade alla utvalda läkemedel förutom dexametason anti-aggregeringsegenskaper (hämmande) mot α-syn genom att antingen indirekt eller direkt binda till proteinet och därmed hindra proteinet från att börja binda till sig själv. Mer studier måste genomföras för att studera effekten av läkemedelsexponering på α-syn för att identifiera viktiga segment av proteinet som kan utgöra läkemedelsmål för inhibering av α-syn aggregering. ii

4 Nyckelord Parkinsons sjukdom, α-synuklein, metformin, ceftriaxone, rifampicin, lovastatin, latrepiridin, fasudil, nilotinib, entakapon, tolkapon, clenbuterol, salbutamol, dopamin, dopaminokrom, zonisamid, talipexol, pramipexol, selegilin, mannitol, dexametason. Abstract Parkinson's disease (PD) is a condition that leads to an aggravated and worsened quality of life. At present, there are only symptomatic drugs for PD but no cure that eradicate the disease nor halter the disease progression have been found. Current research is being carried out to develop new drugs, but efforts also investigate whether existing drugs can be used as treatment for PD. Many of the already existing drugs being tested are those that have the ability to interact with a protein called α-synuclein (α-syn), that has been implicated to be a major player for onset of PD. In the present literature study, it was investigated in what way some drugs, whose indication is PD but also other diseases such as asthma, affect (i.e. propagate or inhibit) the in-vitro aggregation kinetics of α- syn. Additionally, a detailed analysis of the investigated drugs and their effect on the aggregation pathway was made to characterize common chemical features of the selected drugs based upon choice of solvents and binding to α-syn. Here, it could be shown that aggregation of α-syn is inhibited upon exposure to all selected drugs except dexametason which instead propagated aggregation of α-syn. In addition, fasudil, ceftriaxone, dopamine, entacapone and tolcapone was found to bind to parts (hydrophilic, hydrophobic or amphiphilic) of α-syn similar to their solubility features. Moreover, the selected drugs that were found to bind to α-syn seemed to exhibit planar in structure (i.e. aromatic rings) and also be associated to pass the blood-brain barrier to a greater extent, however these findings need to be more thoroughly investigated. In summary, all drugs but dexametason were shown to inhibit aggregation of α-syn invitro by either indirectly or directly affecting the aggregation of the protein. Further investigations need to be carried out to study the effect of drug exposure on α-syn aggregation in order to propose key segments of α-syn that can act as drug targets for inhibition of protein aggregation. iii

5 iv

6 Förkortningar Parkinsons sjukdom: PD Parkinsons sjukdoms demens: PDD Lewyneuriter: LN Lewykroppar: LK Substantia nigra: SN Dopamin: DA α-synuklein: α-syn Lewykropps-sjukdom: DLBD Lewykroppsdemens: LBD Multipel systematrofi: MSA Katekol-O-metyltransferas: COMT Monoaminoxidas B: MAO-B 3-metoxityramin: 3MT 3,4-dihydroxifenylacetylsyra: DOPAC Cerebrospinalvätska: CFS Icke-amyloid beta-komponent: NAC Endoplasmatiskt nätverk: ER Autofagi-lysosom vägen: ALP Ubiqvitin-proteasom-systemet: UPS AMP-aktiverat proteinkinas: AMPK 3-hydroxi-3-metylglutaryl-co-enzym A: HMG-CoA 27-hydroxikolesterol: 27-OHC Blodhjärnbarriären: BBB β2-adrenoreceptor: β2ar Dopaminokrom: DAC Zonisamid: ZNS Apoptotisk proteasaktiverande faktor-1: Apaf-1 Selegilin: Sel Glukokortikoidreceptor: GR Pergolid: Per Bromokriptin: Bro Trihexyfenidyl: Tri v

7 Innehållsförteckning 1. Inledning Symtom Mental påverkan Patofysiologi Ärftlighet & riskfaktorer vid PD Fel! Bokmärket är inte definierat. 1.5 Diagnos Behandling L-dopa COMT- och MAO-B inhibitorer Dopaminagonister Djup hjärnstimulering Brist på kunskap Utvecklingen av nya behandlingsstrategier α-synuklein Strukturen hos α-syn Felveckning och aggregering av α-syn α-synuklein oligomerer α-synuklein fibriller Funktionen av α-syn Toxicitet hos α-syn 7 2. Syfte 8 3. Metod Intressekonflikter för utvalda studier 8 4. Resultat Metformin Ceftriaxone Rifampicin Lovastatin Latrepiridin (Dimebon) Fasudil Nilotinib Entakapon & Tolkapon Clenbuterol & Salbutamol Dopamin Zonisamid Talipexol & Pramipexol Selegilin Mannitol Dexametason Diskussion Slutsats 16 Referenser 16 vi

8 vii

9 1. Inledning Parkinsons sjukdom (PD) är en kronisk neurologisk sjukdom som drabbar såväl män som kvinnor, dock män i en aning högre utsträckning (1,2). Det beräknas att det är mellan individer i Sverige som lever med PD och att cirka 1% av alla svenskar över 65 års ålder lider av sjukdomen (3). 1.1 Symtom För en individ med tidig PD upplevs darrningar som avtar då man använder händerna (ex. då man plockar upp en bok), men som återkommer i vila. Dock upplever inte alla patienter darrningar och det är inte något som är nödvändigt för att kunna ställa en diagnos. Långsamhet, alltså bradykinesi, å andra sidan är det dominerande symtomet för PD. Ytterligare dominerande symtom är stelhet och i senare stadier av PD även svårigheter med att gå. Det finns även andra symtom som medföljer dessa dominerande symtom såsom förstoppning, dregling, humörsvängningar, depression, REM-sömn störningar och anosmi (4). Det finns både motoriska och icke-motoriska symtom av PD. Av de ovan nämnda är de motoriska symtomen darrningar, bradykinesi och stelhet medan resten är icke-motoriska symtom. De icke-motoriska symtomen kan delas in i olika kategorier såsom störningar av autonom funktion, sömnstörningar, sensoriska symtom samt kognitiva och psykiatriska störningar (4). Parkinsons sjukdoms demens (PDD) är en komplikation som uppkommer på lång sikt hos individer med PD, med en förekomst på 75-90% hos dem som haft sjukdomen i 10 år eller längre än så. De stora kognitiva förmågorna som påverkas vid PDD är följande; uppmärksamhet, minne, visuell uppfattningsförmåga samt verkställande förmågor såsom planering och problemlösning. Varför PDD uppkommer i de flesta fallen efter minst 10 år (5) beror på att PD sprider sig med tiden i hjärnan. PD sprider sig från hjärnstammen och sedan via mellanhjärnan vidare till neocortex (6) där bland annat minnen finns "befästa" (7). I en studie (6) har forskare studerat framfarten av PD:s neuropatologi i hjärnan. Orsaken bakom att forskare vill studera detta är att en förutsättning för postmortem diagnos av både de presymptomatiska och symptomatiska faserna av den patologiska processen som ligger bakom PD, är spår efter specifika inklusionskroppar. Dessa inklusionskropparna utvecklas till trådliknande lewyneuriter (LN) i cellulära processer, och i form av globulära lewykroppar (LK) i neuronal perikarya. I studien har det redovisats bland annat hur steg 1 6 i utvecklingen av PD ökar i grad med ökad spridning av sjukdomen i hjärnan. I grova drag sprider sig neuropatologin i steg 1 i den förlängda märgen, i steg 2 till pontine tegmentum, i steg 3 till mellanhjärnan, i steg 4 till framhjärnan och mesocortex samt slutligen i steg 5 och 6 till neocortex (6). Intressant nog har en studie med stamcellstransplantation visat hur α-syn patologin flyttas från en sjuk del av hjärnan in till friskt transplantat vilket tyder på att sjukdomen smittas vidare i hjärnan, och det via prionliknande mekanismer (8). 1.2 Mental påverkan En individ med PD kan känna som att denne tas över av dels sjukdomen som ständigt försvagar en, och dels av anhöriga som behöver ta över ens sysslor. Känslan att tas över och känslan av att inte kunna utföra sysslor själv kan bli väldigt frustrerande för den drabbade som samtidigt ser och känner frustration hos de anhöriga som tar hand om 1

10 en. Det är alltså inte bara individen med PD som påverkas. Diagnosen kommer som ett tungt slag även för anhöriga som även de kommer att påverkas av den långvariga sjukdomen. Anhöriga får exempelvis gradvis ta över en del uppgifter som individen med PD tog hand om tidigare. Det kan även kännas som att den anhöriges liv blir "okänt" då denne inte vet vad som väntar, och detta kan vara en skrämmande känsla. Den anhörige som finns som stöd för familjemedlemmen med PD kan dessutom bli frustrerad över att denne ständigt behöver vaka över den drabbade (9). 1.3 Patofysiologi Den främsta patologiska orsaken till PD är den progressiva förlusten av dopaminerga neuroner i Substantia nigra (SN) och närvaron av LK i återstående neuroner i denna region (10). SN är en struktur i hjärnan där det finns dopaminerga neuroner. Dopamin (DA) spelar en viktig roll i en rad olika grundläggande beteenden inklusive frivillig rörelse, belöningsinlärning och motvilja (11). De motoriska symtomen hos individer med PD framkommer då de har fått en förlust av cirka 60-70% av de dopaminerga neuronerna i SN. Lewykroppar såväl som LN, som är proteinhaltiga inklusioner, används för postmortem diagnosen av PD. Lewykroppar består till stor del av förutom ubikvitin, även proteinet α-synuklein (α-syn). Det finns dock undergrupper av patienter med PD som inte uppvisar någon α-syn patologi (10). Vidare finns LK bestående av α-syn även i andra sjukdomar kända som synukleinopatier. Dessa, förutom PD, innefattar diffus Lewykropps-sjukdom (DLBD), Lewykroppsdemens (LBD) och multipel systematrofi (MSA). Individer med PD är inte alla likadana och PD har olika kliniska och även patologiska utvärderingar. Det är därför viktigt att den patologiska analysen av både det perifera och det centrala nervsystemet hos individer med PD associeras med bland annat klinisk data för att skapa en mer fullständig bild av denna komplexa sjukdom (10). 1.4 Ärftlighet & riskfaktorer vid PD Även om majoriteten av fallen med PD är sporadiska är det nu klart att genetiska faktorer bidrar till patogenesen av PD (12). Genen SNCA, som är den gen som kodar för α-syn, är en gen som ligger bakom autosomal dominant PD (13). Orsaken till detta är bland annat A30P (där alanin i position 30 byts ut mot prolin), E46K (där glutaminsyra i position 46 byts ut mot lysin), och A53T (där alanin i position 53 byts ut mot treonin) som är mutationer i SNCA som alla leder till en ökad fosforylering av α- syn (14). Den ökade fosforyleringen leder i sin tur till ökad aggregering av α-syn och på så sätt även ökad risk för PD. Vidare leder mutationer som orsakar duplikationer av genen SNCA till tidigt dominant nedärvd PD, alltså före 65 års ålder (13). Faktorerna som påverkar aggregeringen av α-syn är många (15). Några av dessa är lågt ph (16), organiska lösningsmedel (17), heparin och andra glukosaminoglukaner (18), kolesterol och dess metaboliter (19), färgämnen (20,21), bekämpningsmedel (22,23) och polyaminer (24,25). Även metalljoner kan bidra till aggregeringen av α-syn (26). I en studie som gjordes i en stat i USA med data om antalet individer med PD som hade dött, fann man signifikant fler dödsfall hos personer med PD i de stater där man exponerades för tungmetaller som kom från koppar, järn- och pappersindustrier, jämfört med i stater utan sådana industrier (27). I en annan studie har det vidare rapporterats att det finns förhöjda nivåer av aluminiumjoner och järn i hjärnan hos individer med PD (28). 2

11 Man har även visat att bindningen av koppar till α-syn bidrar till aggregeringen av proteinet. Och precis som bindning av koppar till α-syn i cellen resulterar i aggregering, resulterar reduktionen av koppar cellulärt i en drastisk minskning av aggregatbildningen. Koppar binder till α-syn via tre domäner. Den första av dessa är N- terminalen (vid residues 1-9), vilken är nödvändig för bildning av aggregat. Den andra är histidin vid position 50. Och den tredje är C-terminalen (vid residues ) som är nödvändig för bland annat aggregeringen av α-syn. Aggregat och oligomerer som formats som svar på att koppar har bundit, förstörs vid borttagande av antingen N- eller C-terminalen av α-syn. Muterat α-syn som saknar de föreslagna metallbindningsställena har visat förändrad respons på koppar vad gäller aggregering. Dessa resultat tyder på att den potentiella patologiska rollen av α-syn aggregat är beroende av dess kapacitet att binda till koppar (29) 1.5 Diagnos Diagnosen av PD ställs i tre olika steg. Det första steget i diagnostiseringen förutsätter att patienten har bradykinesi samt antingen muskelstelhet, skakningar i vila eller postural instabilitet. Det andra steget går ut på att utesluta symtom som kan vara en indikation för andra tillstånd än PD, såsom parkinsonism som har dess egna neuropatologiska förändringar. I steg tre säkerställs det att patienten har minst tre kriterier för PD, såsom ensidig symtom-påverkan, ihållande asymmetri av kliniska symptom, god respons av behandling med levodopa och induktion av dyskinesier på grund av dopaminerg behandling (4). Därutöver tas prover från ryggmärgsvätskan (s.k. likvor) för att utesluta andra neurodegenerativa tillstånd såsom Alzheimers sjukdom tillsammans med avbildning av hjärnan som hjälper ansvariga läkare att hitta sjukliga förändringar i drabbade hjärnområden vid Parkinsons sjukdom. 1.6 Behandling Vid behandling av PD bör hänsyn tas till när sjukdomen började och dess varaktighet samt patientens ålder, sociala status och situation. Även de valda behandlingarnas effektivitet och biverkningseffekt vid kort- och långsiktig behandling bör tas hänsyn till. Behandlingen bör vara riktad mot motorisk funktion, autonom funktion, kognitiv och kommunikativ förmåga och psykiatriska symtom. Den bör även minska eller förebygga funktionsnedsättning och behovet av stöd. Behandlingen för PD inkluderar farmakoterapi, djup hjärnstimulering och stödjande terapi. Den stödjande terapin består av exempelvis fysioterapi, talterapi och dietära åtgärder. Idag är de tillgängliga behandlingarna av symtomatisk art. Ingen behandling finns för närvarande som fördröjer progressionen av PD eller förhindrar dess manifestation (30) L-dopa Den första symtomatiska och mest effektiva behandlingen för bristen av dopamin är L- dopa tillsammans med en dekarboxylas inhibitor (30). Anledningen till att man gör detta är för att DA, som inte kan passera blod-hjärnbarriären, ska omvandlas till DA från L- dopa först inne i hjärnan. Denna inhibitor ser till att omvandlingen till DA inte sker systemiskt och på så sätt undviks biverkningar i form av illamående och kräkningar (31). L-dopa fördröjer alltså inte utvecklingen av sjukdomen och den symtomatiska effekten är dosberoende. Behandlingen med L-dopa är rekommenderad till alla stadier av sjukdomen. Effektiviteten av L-dopa samt dess kortvariga biverkningar gör den till den mest effektiva behandlingen, vilket ses i skillnaden av följsamhet mellan L-dopa och andra PD behandlingar (30). L-dopa har en kort halveringstid, vilket medför att effekten avtar mellan tablettintag. Detta påverkar i sin tur individen med PD på så sätt att symtomen uppvisas i högre grad vid avtagande effekt, till skillnad från när L-dopa 3

12 har som mest effekt då symtomen minskar. Detta kallas för on-off fenomenet, där on beskriver det, med andra ord, gynnsamma tillståndet och där off beskriver det ogynnsamma tillståndet (32). Intrajejunal infusionsterapi med L-dopa används för PD i avancerat stadium med tydliga motoriska symtom. Denna sorts terapi möjliggör en kontinuerlig frisättning av L-dopa vilket ger en jämn plasmakoncentration av läkemedlet (30) COMT- och MAO-B inhibitorer Effekten av L-dopa kan förlängas genom att enzymerna katekol-o-metyltransferas (COMT) och monoaminoxidas B (MAO-B) inhiberas. Dopamin metaboliseras nämligen i gliaceller av COMT till 3-metoxityramin (3MT) och av MAO-B till 3,4- dihydroxifenylacetylsyra (DOPAC). Inhiberas dessa enzym med läkemedel som fungerar som COMT- eller MAO-B inhibitorer, ökar alltså koncentrationen av DA i den synaptiska klyftan, vilket är gynnsamt vid PD (30) Dopaminagonister På postsynaptiska neuron finns receptorer till var DA binder. Dopaminagonister binder till dessa receptorer och stimulerar dem likt DA. Tidig behandling med dopaminagonister minskar motoriska komplikationer under sjukdomsförloppet men även mängden exogent L-dopa. Dopaminagonister kan användas i olika stadier av PD, dock bör försiktighet vidtas då de används i de avancerade stadierna av PD. Detta, på grund av att sannolikheten för kognitiv försämring och utvecklandet av demens då ökar. Hos patienter som redan har en kognitiv försämring kan dopaminagonister inducera hallucinationer eller förvärra redan befintliga hallucinationer. I sådana fall ska därför dopaminagonister inte användas, eller gradvis sättas ut vid redan befintlig användning (30). Alla dopaminagonister verkar även på perifera dopaminreceptorer och kan därför inducera fler och mer allvarliga biverkningar än L-dopa. Vissa dopaminagonister fördröjer start av motoriska komplikationer då de används innan en L-dopa behandling påbörjas. Dock förloras den effekten med tiden (30) Djup hjärnstimulering Stimulering av den ventralt mellanliggande kärnan av talamus, bilaterala subtalamuskärnor samt av globus pallidus har utvecklats för att behandla de motoriska symtomen vid PD. Speciellt efter förekomsten av motoriska symtom och för tremor i vila som är resistenta mot farmakoterapeutisk behandling. Även om djup hjärnstimulering är effektiv i behandlingen av de motoriska symtomen, har det hittills inte visats ha någon skyddande effekt mot den progressiva försämringen av sjukdomen (30) Brist på kunskap För all väsentlig litteratur om terapeutiska studier av motoriska symtom och motoriska komplikationer, finns det inte lika många kontrollerade studier som behandlar ickemotoriska symptom. Behandlingen av icke-motoriska symtom är således ett område med fler oförutsedda behov för individer med PD samt för deras familjer (30), om man jämför med behandlingen av motoriska symtom. 1.7 Utvecklingen av nya behandlingsstrategier 4

13 Nya och experimentella föreningar består av substanser av vilka verkningsmekanism och läkemedelsmål är välkänd, exempelvis nya COMT inhibitorer. Samt även av substanser som har ett nytt läkemedelsmål, vilket således medför en ny verkningsmekanism för vilka liknande substanser inte är godkända, eller som är det men endast i begränsad utsträckning. De består också av substanser som är godkända för andra indikationer men som nu testas för effekt och säkerhet vid behandling av motoriska- och icke-motoriska symptom av PD via en icke-dopaminerg verkningsmekanism (30). Baserat på denna snabbt ökande kunskap har forskare och läkemedelsindustrier långsamt men stadigt ändrat fokus från klassiska läkemedelsmål såsom receptorer eller enzym. Istället har nyare forskning börjat fokusera på den grundläggande biologin och metabolism av α-syn och besläktade protein (30). Liknande ansträngningar bör, som för närvarande görs för läkemedelsutveckling, göras inom fältet för sökandet efter nya ändpunkter och parametrar som är känsliga för behandling och som återspeglar progressionen av PD-patologin både inuti och utanför hjärnan. Till exempel ökar bevisen ständigt för att α-syn patologin förekommer i olika delar av mag-tarmsystemet, submandibulära körtlar och till och med i (huvudsakligen autonoma) fibrer i huden hos individer med PD (30). Det finns även studier som utreder ifall α-syn kan användas som en biomarkör för PD, då proteinet med nya metoder kan mätas i cerebrospinalvätska (CFS) och i plasma (33). Det är viktigt att i tidigt skede kunna detektera sjukdomliga förändringar i hjärnan och därav blir biomarkörer i plasma och CFS viktiga verktyg i sammanhanget. Enligt en studie (30) har alla försök för sjukdomsmodifiering av PD misslyckats i fas 3. Trots ett intensivt forskningsfokus på sjukdomsmodifierande behandlingar är de traditionella farmakoterapeutiska koncepten fortfarande viktiga. Eftersom symtomatisk behandling av motoriska och icke-motoriska symtom med dopaminerga och ickedopaminerga substanser är långt ifrån optimal, särskilt i avancerade stadier av PD (30). Dock finns det framtida behandlingar, och en av dem som i nuläge utreds är stamcellstransplantationer. Det är en behandling med stamceller för återbildande av nervceller för att motverka nervcellsförlusten som uppkommer vid PD (8). Vidare genomförs nu intensiva ansträngningar för att ta fram LK-reducerande behandlingar i form av immunoterapier. Dessa behandlingsstrategier bygger på framtagandet av antikroppar på forskningslaboratorium vilka specifikt känner igen sjukliga former av α- syn (lösliga oligomerer/protofibriller och även större olösliga aggregat) och därefter föra tillbaka dessa till PD-patienter för att effektivt bistå immunförsvaret att rensa bort aggregerat α-syn. Preliminära resultat från olika forskningslaboratorium runt om i världen tyder på att mängden aggregerat material i hjärnvävnad (t.ex. LK) reduceras i jämförelse mot kontroller men ofta är nervcellsförlusten svårare att stoppa, vilket visar på komplexiteten att bota denna sjukdom (30). 1.8 α-synuklein α-synuklein anses vara en betydande molekyl vid neuronal död orsakad av PD. Dessutom har bevisen för att α-syn är involverad i spridningen och ökningen av den neurodegenerativa progressionen av PD blivit fler (30) Strukturen hos α-syn 5

14 α-syn är ett intracellulärt protein som består av 140 aminosyror och uttrycks i stor omfattning av neuron. Proteinet är den största beståndsdelen i LK och LN. α-synuklein spelar en central roll i en del neurodegenerativa sjukdomar såsom PD (34). α-synuklein (figur 1) är produkten av genen SNCA som ligger i position 21 i den långa armen av kromosom 4. Den primära aminosyrasekvensen hos α-syn kan delas in i tre huvuddomäner: (i) den amfifila N-terminala domänen (aminosyrorna 1-60 ), som innehåller en upprepad konsensussekvens och som är benägen att bilda en α-spiral; (ii) den centrala domänen (aminosyrorna 61-95), benämnd som den icke-amyloida betakomponenten (NAC), vilken är mycket hydrofob och deltar i aggregering av α-syn då den befinner sig i betaflak-struktur; och (iii) den C-terminala domänen (aminosyrorna ), som har många negativa laddningar och prolinresidues, vilket bidrar till flexibilitet hos proteinet (34). De negativa laddningarna i den C-terminala domänen stabiliserar proteinet på så sätt att det bidrar till att proteinet inte aggregerar (35). Figur 1. Schematisk figur över α-syn och dess tre huvuddomäner: N-terminalen (orange), C-terminalen (grön) och NAC-regionen (lila) (författarens egna figur). α-synuklein är ett oordnat protein som alltså saknar en unik och väldefinierad struktur, dock med undantag för en partiell α-helix-struktur i N-terminalen. Just denna region på proteinet har tillskrivits dess membranbindande förmåga. Vidare har fosforylerat α-syn i position S129 förknippats med aggregeringen av α-syn. Oxidativ stress ökar halten av fosforylerat α-syn och bildandet av aggregat (34) Felveckning och aggregering av α-syn I α-syn finns det bland annat hydrofoba och elektrostatiska interaktioner. Interaktionerna uppstår mellan C-terminalen och NAC-regionen, samt mellan N- terminalen och NAC regionen. Dessa interaktioner verkar förhindra aggregering. Dock kan mutationer, förändringar i miljöförhållanden och/eller post-translationella modifikationer störa den inneboende kompaktheten hos α-syn, vilket inducerar felveckning och aggregering. Aggregationsprocessen av α-syn kan delas in i 3 steg: (i) fördröjningsfasen, när monomerer omarrangeras för att bilda aggregeringskärnor; (ii) förlängningsfasen, när fibriller växer exponentiellt. Oligomerer omvandlas till protofibriller som bildar mogna fibriller. iii) Den stationära fasen, när bristen på monomerer leder till en minskning av tillväxthastigheten av aggregaten. Aggregationsbenägenheten ökar på grund av vissa mutationer och minskar till följd av andra (34) α-synuklein oligomerer Rollen hos α-syn oligomerer som mellansteg i aggregeringsprocessen är något som studeras intensivt. Identifieringen och uttrycket av α-syn varianter som är benägna att oligomerisera, men inte bilda fibriller, tyder på att sådana former kan vara de mest toxiska formerna av α-syn (34). Något som leder till en ökad oligomerisation är A30P mutationer (14). Det är dock viktigt att inte förbise det faktum att andra former, förutom oligomerer, kan ligga bakom toxiciteten (34) α-synuklein fibriller 6

15 α-synuklein omvandlas till mycket kompakta fibriller som i stort är strukturerade i betaflak. Dock är det praktiskt taget omöjligt att definiera en unik struktur för α-syn fibriller och frågan är vilken av de olika strukturerna det är som motsvarar de typer av aggregat som finns i hjärnan hos patienter som lider av synukleinopatier (34) Funktionen av α-syn Under de senaste 20 åren har många hypotetiska funktioner tillskrivits α-syn men hittills finns det ingen konsensus kring dess funktion. En av de mest framträdande forskningslinjerna föreslår att α-syn har sin funktion vid den presynaptiska terminalen och reglerar synaptisk överföring. α-synuklein subcellulära lokalisering vid synapsen och dess samlokalisering med de synaptiska vesiklarna stödjer dess föreslagna funktion vid den presynaptiska terminalen. Proteinet kan spela flera olika roller i närvaron av de synaptiska vesiklarna såsom att modulera vesikelpoolens storlek, mobilisering och endocytos (34). Det faktum att α-syn kontinuerligt kan pendla mellan cytosoliska monomerer och membranbundna multimerer tyder på att gränslinjen mellan funktion och dysfunktion i slutändan kan bero på benägenheten och stabiliteten hos en av formerna, både i sporadiska och familjära synukleinopatier (34) Toxicitet hos α-syn α-synuklein kan vara skadlig på olika sätt och med hänsyn därtill kommer olika av de sätten att nämnas härefter. Exempelvis så orsakar ett överuttryck av α-syn i odlade celler destabilisering av mikrotubuli och följaktligen degenerering av neuron. Detta är något som kan medieras av hyperfosforylering av proteinet Tau. Dessa effekter anses vara relaterade till den direkta bindningen av α-syn till proteiner som är involverade i axonal transport, såsom tubulin, mikrotubulärt associerat protein 2 och Tau. Detta tyder således på att axonal transport kan påverkas av α-syn. Denna teori förstärks med att hjärnor hos individer med PD uppvisar reducerade nivåer av motorproteiner som är involverade i axonal transport, särskilt i de neuron som innehåller inklusioner av α-syn (34). α-synuklein oligomerer har rapporterats i det endoplasmatiska nätverket (ER) i hjärnor hos individer med PD, vilket tyder på att dessa former kan framkalla den så kallade ERstress som observeras vid synukleinopatier. Neuron som påverkats av α-syn-patologi uppvisar uppreglering av bland annat morfologiska abnormiteter hos ER som indikerar dysfunktion. Värt att nämna är även att studier har bekräftat att α-syn inhiberar transport mellan ER och golgiapparaten på ett koncentrationsberoende sätt och att närvaron av små prefibrillära α-syn aggregat i odlade celler är starkt korrelerade med fragmentering av golgiapparaten samt att de även är kopplade till störningar av intracellulära transportvägar (34). Vidare påverkas de stora proteinnedbrytningssystemen, autofagi-lysosom vägen (ALP) och ubiqvitin-proteasom-systemet (UPS), i eukaryota celler av synukleinopatier. Hjärnor hos individer med PD uppvisar bland annat en reduktion av olika lysosommarkörer speciellt i neuron i SN som innehåller inklusioner av α-syn. På samma sätt är en förändrad ALP också uppenbar i hjärnor hos DLB-patienter. Lysosomal och autofagisk dysfunktion kan tolkas som en av orsakerna till α-syn aggregering och därtill hörande patologi. Bindningen av α-syn till LAMP2, som är en specifik receptor på lysosomen, kan gynna ackumulering av α-syn och störa hela homeostasen i cellen (34). 7

16 Även förändringar i UPS uppkommer vid PD och dessutom också en minskning av proteasomaktivitet och strukturella defekter hos proteasomerna. Huruvida UPS dysfunktion är en orsak till- eller en följd av neurodegeneration är fortfarande oklart, dock är en möjlighet att α-syn patologi kan främja proteasomal dysfunktion. Överuttryck av α-syn i cellulära modeller hämmar proteasomal aktivitet och åtföljs av ackumulering av inklusioner innehållande ubiqvitin, minskning av dopaminfrisättning och celldegenerering. Dessa fynd stödjer en hypotes att α-syn kan blockera UPS, vilket försämrar clearance av andra substrat, varigenom det uppstår en obalans i proteostasen. Dock behövs mer forskning för att kunna bekräfta eller ogiltigförklara hypotesen (34). Vissa former av ärftlig PD orsakas av mutationer i vissa protein som deltar i cellens skydd mot mitokondrisk stress. Därför har man spekulerat kring om det finns ett samband mellan α-syn patologi och mitokondriedysfunktion på grund av observationer som visar en ackumulering av α-syn i mitokondrier i bland annat SN i hjärnor hos individer med PD (34). För att möjliggöra utveckling av effektiva terapeutiska strategier för synukleinopatier, såsom PD, är det avgörande att vi får en djupare förståelse av sambandet mellan α-syn:s struktur, funktion och toxicitet, i kombination med utvecklingen av nya och mer exakta cell- och djurmodeller (34). Ett antal studier har redan försökt att visa hur olika läkemedel kan påverka aggregeringen av α-syn, några av dessa studier kommer att tas upp i föreliggande arbete. Detta examensarbete kommer att studera ett antal förskrivna läkemedel vid PD, samt läkemedel som används vid andra indikationer, som har visats direkt eller indirekt påverka α-syn aggregering, antingen genom att hämma eller att inducera denna. 2. Syfte Syftet med denna litteraturstudien är att utvärdera om, och på vilket sätt en del läkemedel vars indikation är PD samt en del läkemedel som ges för andra indikationer, har effekt på aggregeringen av α-syn. Frågeställningen är därav: På vilket sätt har läkemedel, vars indikation är PD samt vars indikation är annat är PD, effekt på α-syn aggregering? 3. Metod För att kunna besvara frågeställningen hämtades artiklar från PubMed. Sökord för denna litteraturstudie har varit parkinson synuclein med 2572 träffar, parkinson synuclein aggreg med 648 träffar och synuclein dopamine fibrillation med 4 träffar. Av alla dessa träffar valdes 15 artiklar som låg som grund för resultat-delen av föreliggande arbete. Begränsningarna som sattes var Free full text samt att titeln skulle innehålla ett läkemedel som påverkar α-syn aggregering på något sätt. Litteraturstudien exkluderade studier vilka testade flera läkemedel/substanser samtidigt i samma experiment i de fall resultaten som erhölls berodde på fler än en substans. 3.1 Intressekonflikter för utvalda studier Av de utvalda läkemedlen redovisade följande artiklar intressekonflikter gällande företagsintressen, föreliggande patent eller icke-akademiska konsultationsuppdrag: Arawaka S et al 2014, Zonisamide; Steele JW et al 2013, Latrepiridine; Hebron ML et al 2013, Nilotinib. 8

17 4. Resultat Flera studier har undersökt huruvida aggregeringen av α-syn påverkas av vissa läkemedel. Läkemedel som har visats direkt eller indirekt påverka α-syn aggregering, antingen genom att hämma eller att inducera denna via olika mekanismer. Nedan redovisas 15 läkemedel som på olika sätt påverkar aggregeringen av α-syn samt även mekanismen med vilken det gör det. I tabell I summeras läkemedlens påverkan på- och interaktion med α-syn. 4.1 Metformin Metformin är ett vattenlösligt läkemedel vars indikation är diabetes. I en studie med experiment gjorda både in vivo och in vitro, har metformin visats signifikant minska nivåerna av fosforylerat α-syn i position S129. En fosforylering i denna position har förknippats med aggregering av α-syn. Verkningsmekanismen med vilken metformin utför denna effekt går ut på att det förbättrar fosforyleringen av AMP-aktiverat proteinkinas (AMPK). Fosforyleringen av AMPK har en reglerande effekt på mtor (36) som är ett proteinkinas som reglerar proteinsyntes och celltillväxt som svar på tillväxtfaktorer, näringsämnen, energinivåer och stress (37). Effekten av AMPK resulterar i hämning av mtor-signalering vilket i sin tur kan förbättra aktiviteten av proteinfosfatas och därigenom stå för en reducering av fosforylerat α-syn i position S129 (36). Alltså har metformin en indirekt hämmande effekt på α-syn aggregering. 4.2 Ceftriaxone Läkemedlet ceftriaxone är ett vattenlösligt beta-laktam antibiotika som kan användas mot akut öroninflammation (38). Ceftriaxone kan passera BBB och har en direkt hämmande effekt på α-syn aggregering, enligt experiment gjorda in vitro, genom att det binder till α-syn och blockerar dess polymerisation. Läkemedlet har visats binda in till aminosyrasekvensen på α-syn (39). 4.3 Rifampicin Rifampicin är ett fettlösligt antibiotikum som kan användas mot tuberkulos. Enligt en studie, med experiment gjorda in vitro, inhiberar läkemedlet aggregeringen av α-syn på ett koncentrationsberoende sätt och kan även lösa upp redan formade α-syn fibriller. Det är en av de oxidativa produkterna av rifampicin, en kinonform, som är ansvarig för den mesta av inhiberingen. Dock är både rifampicin och dess nedbrytningsprodukter aktiva när det gäller upplösandet av α-syn fibriller. Det är inte helt klarlagt än hur läkemedlet binder till α-syn, däremot vet man att det binder kovalent (40). Rifampicin kan även passera BBB (41). 4.4 Lovastatin Lovastatin är ett fettlösligt kolesterolsänkande läkemedel som kan användas mot dyslipidemier. Såsom andra statiner, reducerar lovastatin kolesterolnivåerna genom inhibering av 3-hydroxi-3-metylglutaryl-co-enzym A (HMG-CoA) reduktas. Reduktaset omvandlar HMG-CoA till mevalonat, vilket är med i det hastighetsbegränsande steget i syntesen av kolesterol (42). Studier visar att kolesterol och α-syn kan interagera med varandra i funktioner relaterade till vesikulär transport (43), och att oxiderade kolesterolmetaboliter, genom experiment in vitro, har detekterats i cellmembran och är inblandade i oligomerisering och fibrillisering av α-syn i α-synukleinopatier (44,45). Vidare har en annan studie, men experiment gjorda in vitro, visat att en oxiderad 9

18 metabolit av kolesterol, 27-hydroxikolesterol (27-OHC), kan korsa blodhjärnbarriären (BBB) och öka nivåerna av α-syn (46). Det har i enighet med detta även rapporterats att oxiderade kolesterolmetaboliter som kan leda till fibrillering av α-syn, är förhöjda i α- synukleinopatier (44,45). Med dessa fynd som gjorts i olika studier som bakgrund, kan troligen lovastatin, som själv korsar BBB (47), utöva sin effekt genom att bland annat minska nivåerna av 27-OHC, antingen i periferin innan den tar sig genom BBB eller centralt när den redan har tagit sig förbi (42). En annan möjlig mekanism som kopplar lovastatin, som dessutom minskar oxidativ stress, till aggregeringen av α-syn är oxidativ stress. Oxidativ stress leder till bildandet av nitrerade radikaler såsom kväveoxid och syrgas, som kan modifiera α-syn efter att det transkriberats (48). Tyrosinresidues 39, 125 och 136 på α-syn har alla visat sig nitreras under oxidativ stress och denna nitrering har kopplats till aggregeringen av α-syn (49 52). 4.5 Latrepirdin Latrepirdin är ett fettlösligt antihistamin som kan bli ett läkemedel för Alzheimers sjukdom (godkänt i Ryssland för denna indikation) inom en snar framtid. I en studie visar man att latrepirdin stimulerar autofagi in vivo, vilket resulterar i nedbrytning av α- syn (53). Bevis tyder även på att α-syn är ett substrat av autofagi, som är en katabol väg för nedbrytning av långlivade proteiner, cellulära organeller och proteinaggregat (54). Enligt den förstnämnda studien visade man alltså att latrepirdin stimulerar nedbrytningen av α-syn, sannolikt via stimulering av autofagi. De specifika mekanismerna för latrepirdins verkan är dock inte klarlagda (53). 4.6 Fasudil Läkemedlet fasudil är en vattenlöslig Rho-kinas inhibitor som i en studie visades signifikant reducera α-syn aggregering in vitro. Fasudil kan passera BBB och mekanismen med vilken läkemedlet reducerade aggregeringen av α-syn var via en direkt bindning av fasudil till tyrosinresidues Y133 och Y136 i den C-terminala regionen av α-syn (55). C-terminalen hos α-syn är involverad i fibrillbildning samt är även tyrosinresidue Y136 kritisk för fibrillbildningen av α-syn (35). 4.7 Nilotinib Nilotinib är en fettlöslig tyrosinkinas inhibitor som används mot kronisk myeloisk leukemi. En studie har visat att administrering av nilotinib minskar Abl-aktivitet och stimulerar autofagisk clearance av α-syn in vivo vilket i sin tur minskar aggregeringen av α-syn. Abl är ett tyrosinkinas vars nivåer ökar i nigrostriatala regionen hos individer med PD. Inhiberingen av detta tyrosinkinas ökar överlevnaden av dopaminerga neuron i PD. En ökning av Abl-aktivitet kan därav via fosforylering associeras med α-synpatologin detekterad i PD och andra α-synukleinopatier (56). Enligt en annan studie är autofagin nedsatt i neurodegenerativa sjukdomar såsom PD, vilket leder till aggregering och ökning av felveckat α-syn samt en ökning av neuronal degenerering i SN (57). 4.8 Entakapon & tolkapon Entakapon och tolkapon, som båda är mestadels fettlösliga, är COMT-hämmare som används mot PD (58,59). Det finns studier som visar att fibrillbildningen av α-syn accelereras genom tillsats av redan formade aggregat in vitro (60,61), vilka verkar som frön som medför fibrillbildning och tillväxt. Med andra ord eliminerar tillsättningen av "frön lagfasen som är associerad med fibrillbildning. Verkan av fröna kan reduceras av entakapon och tolkapon. Dessa COMT-hämmare inhiberar dessutom tillväxten av α-syn fibriller. Läkemedlen kan passera BBB och verkar troligtvis via 10

19 interaktioner med residues i den N-terminala regionen av α-syn, speciellt i den ickeamyloida delen (62). 4.9 Clenbuterol & salbutamol De amfifila β2-adrenoreceptor (β2ar) agonisterna clenbuterol och salbutamol är läkemedel som används mot bland annat astma. I en studie reducerade behandling med β2ar agonister SNCA-uttryck i neuron och SN in vitro och in vivo. β2-adrenoreceptorn är en regulator av α-syn genen SNCA och är kopplad till transkriptionen av α-syn och risk för PD på ett ligandspecifikt sätt. β2ar agonisterna har associerats med minskad risk att utveckla PD och studien tydde på att β2ar antagonister ökar SNCA-uttryck genom H3K27-acetylering, vilket resulterade i aggregering av α-syn, mitokondriell oxidativ stress, dopaminerg neurodegeneration och ökad risk för PD. Däremot föreslogs det även i studien att β2ar agonister främjar dopaminerga neuroners hälsa genom att minska SNCA-uttryck (genom H3K27-deacetylering) och mitokondriella fria radikaler (63) Dopamin Dopamin är en amfifil neurotransmittor som används vid behandling av PD. I en in vitro studie har det visats att dopaminokrom (DAC), som är en oxiderad produkt av DA, inhiberar α-syn fibrillering genom att interagera med en specifik aminosyrasekvens i C- terminalen och det icke-amyloida beta-komponentområdet av α-syn. Dopaminokrom hämmar fibrilleringen av α-syn genom att inducera strukturella förändringar i proteinet som kan uppstå genom interaktionen av DAC med sekundärstruktursegmentet 125YEMPS129 i C-terminalen av α-syn. Dessa resultat tyder på att auto-oxidation av DA kan förhindra α-syn fibrillering i dopaminerga neuron genom den föreslagna mekanismen (64). I en annan in vitro studie visar man att DAC även löser upp redan bildade α-syn fibriller. Katekolamin-kinoner såsom DAC förväntas vara mottagliga för nukleofil attack via exempelvis imin bildningar. Den nukleofila attacken är sannolikt en av huvudreaktionerna som leder till en kovalent modifiering av α-syn via sidokedjor av lysin hos DAC under de experimentella förhållandena i studien (65). En annan mekanism av DA som en annan in vitro studie har undersökt är att DA oxiderar α-syn. Oxiderat α-syn fibrillerar inte och kan helt inhibera fibrillbildningen av icke-oxiderat α- syn (66). Fastän olika mekanismer föreslås för hur DA påverkar α-syn aggregering, är nästan alla författare ense om att DA eller dess derivat underlättar för- och påskyndar bildandet av en sorts oligomerer som inte aggregerar vidare mot stora olösliga aggregat (67 69) 4.11 Zonisamid Läkemedlet zonisamid (ZNS) är ett amfifilt läkemedel som används mot epilepsi. Zonisamid har rapporterats, i experiment gjorda in vivo, förhindra neuronal död genom avlägsnande av fria radikaler, såsom hydroxyl eller kväveoxid, och även stabilisera neuronmembran (70). I en in vivo studie (71) saktade ZNS-behandling signifikant ned takten av neurodegenerationen. Dessa resultat tyder på att ZNS kan skydda neuron från α-syn inducerad toxicitet och det gör läkemedlet genom att trycka ner aggregeringen av reaktiva syreradikaler som orsakas av mitokondriella skador. Mitokondriell dysfunktion är en av faktorerna som är involverad i patogenesen av PD (72). Det finns bevis för defekt i mitokondriellt komplex I i neuron i SN (73) och även bevis som stödjer möjligheten att mitokondriell dysfunktion kan spela en viktig roll vid celldöd (74) Talipexol & pramipexol 11

20 Talipexol och pramipexol är två vattenlösliga DA-agonister som används mot PD. I en in vitro studie inhiberade talipexol och pramipexol vid höga koncentrationer (3-10 um) α-syn aggregering som indicerades av reaktiva syreradikaler såsom H2O2, då de två läkemedlen har antioxidativa egenskaper och alltså reducerar oxidativ stress. Dessutom hindrade behandling med dessa läkemedel apoptosinducering. De kan även möjligen lösa upp redan befintliga aggregat av α-syn genom att binda till- och hindra aktivering av apoptotisk proteasaktiverande faktor-1 (Apaf-1) (75). Faktorn Apaf-1 är en viktig molekyl i olika apoptosvägar (76) Selegilin Selegilin (Sel) är en amfifil icke-kompetetiv MAO-B-hämmare som ökar nivån av DA genom inhibering av MAO-B och som används vid PD. Sel förlångsammar fibrillbildning av α-syn in vitro genom förlängning av aggregeringens fördröjningsfas. Sel binder inte specifikt till någon residue i α-syn utan utövar förslagsvis sin effekt genom att binda till ett tidigt mellanstadie i α-syn:s aggregeringsväg. Dessa effekter kan vara fördelaktiga för individer med PD, eftersom bildningen av protofibriller till fibriller skulle kunna försvaga de toxiska effekterna av protofibriller på dopaminerga neuron (77). Sel hämmar alltså fibrillering av α-syn och enligt en annan in vitro studie så löser upp läkemedlet även förformade α-syn fibriller (78) Mannitol Polyolen mannitol är ett vattenlösligt läkemedel som används som osmotisk diuretika. I en studie där studier utfördes både in vivo och in vitro fann man att mannitol även hämmar fibrillering av α-syn vid de undersökta lägre koncentrationerna (0,225 M och 0,45 M) dock inte vid den högre (0,9M). Mannitol påverkar troligtvis veckningen av α- syn genom att fungera som ett kemisk chaperon, alltså ett protein som stabiliserar ett annat proteins struktur (79) Dexametason Läkemedlet dexametason är en fettlöslig syntetisk glukokortikoid som bl.a. används vid behandling av hjärnödem (80). I en studie, med experiment gjorda in vitro, visade man att behandling med dexametason ledde till en transaktivering av α-syn på ett ligandberoende sätt genom att binda till en glukokortikoidreceptor (GR). Dexametasonbehandlingen inducerade även uttrycket av α-syn. Sammantaget visar dessa resultat att glukokortikoider, som är ett stresshormon, inducerar uttrycket av α-syn och därav kan stress förslagsvis vara en av faktorerna för PD-patogenes (81). 12

21 Tabell I. Tabell med information angående olika läkemedels löslighet, effekt på α-syn aggregering, bindning till α-syn och α-syn interaktion (författarens egna tabell). Effekt på α- syn aggr. Bindning till α-syn Läkemedel Löslighet Metformin Pérez-Revuelta BI et. al (36) Vattenlösligt Hämmar Indirekt Ceftriaxone Ruzza P et. al (39) Vattenlösligt Hämmar Direkt α-syn interaktion Binder till aminosyror inom sekven Rifampicin (oxiderad prod.) Li J et. al (40) Fettlösligt Hämmar Direkt Binder kovalent Lovostatin Andrew Koob AO et. al (41) Fettlösligt Hämmar Indirekt Latrepiridin Steele JW et. al (52) Fettlösligt Hämmar Indirekt Fasudil Tatenhorst L et. al (54) Vattenlöslig Hämmar Direkt Nilotinib Hebron ML et. al (55) Fettlösligt Hämmar Indirekt Entakapon/Tolkapon Di Giovanni S et. al (61) Mest fettlösliga Hämmar Direkt Clenbuterol/Salbuterol Mittal S et. al (62) Amfifila Hämmar Indirekt Dopamin (oxiderad prod.) Norris EH et. al (63) Amfifil Hämmar Direkt Talipexol/Pramipexol Kakimura J et. al (74) Vattenlöslig a Hämmar Indirekt Selegilin Braga CA et. al (76) Amfifil Hämmar Indirekt Dexametason Park J-M et. al (80) Fettlösligt Påskyndar Indirekt Zonisamid Arawaka S et. al (70) Amfifil Hämmar Indirekt Mannitol Shaltiel-Karyo R et. al (78) Vattenlösligt Hämmar Indirekt Binder till tyrosinresidues Y133 och Y136 i C-term. Interagerar med residues i N- term. Interagerar med en aminosyrasekvens i C-term. 5. Diskussion I föreliggande litteraturstudie undersöktes på vilket sätt en del läkemedel vars indikation är PD samt andra sjukdomstillstånd påverkar aggregeringen av proteinet α-syn. Det finns en studie (15) som fokuserar på läkemedel och substanser som hämmar α-syn aggregering. I studien nämner de sammanfattningsvis en del gemensamma strukturer som kan vara viktiga egenskaper hos molekyler för att de ska kunna hämma aggregeringen av α-syn. De nämner även att en mer detaljerad analys av bindningsställen som hämmar aggregeringen av α-syn behövs då det inte visar någon klar trend. Skillnaden mellan den nämnda studien och denna litteraturstudien är att föreliggande litteraturstudie endast fokuserar på regelrätta läkemedel, som både hämmar och propagerar α-syn aggregering och har ett läkemedelsinriktat fokus. Utifrån data som erhölls i de studierna som undersökte effekten av olika läkemedel på aggregeringen av α-syn sammanställdes tabell I. I tabellen finns information angående bland annat de olika läkemedlens löslighet. Löslighet är en fysikalisk egenskap som är av betydelse i sammanhanget dels för att molekylen ska kunna passera BBB för att nå α- syn och dels för att löslighet är viktig för var på proteinet läkemedlet binder. Vad gäller de läkemedel som påverkar α-syn indirekt ses ingen trend i huruvida vatten- eller fettlösliga de är. Detta är något som förväntas då de läkemedlen som påverkar aggregeringen av α-syn indirekt har olika läkemedelsmål och har därav även olika fysikaliska egenskaper. Däremot ses en trend hos de läkemedel som binder direkt till α- syn i avseende med vart på proteinet de binder. I C-terminalen förväntas inte fettlösliga läkemedel binda då den delen av α-syn är laddad och därav vattenlöslig. Utifrån datan i tabellen stämmer detta eftersom läkemedlen ceftriaxone, fasudil och dopamin som alla är vattenlösliga och amfifila binder till C-terminalen av α-syn. På samma sätt förväntas 13

22 amfifila läkemedel binda till den N-terminala delen då denna del av α-syn är amfifil. Och de läkemedel som binder till N-terminala delen av proteinet är entakapon och tolkapon som båda är mestadels fettlösliga och då alltså till viss del även är vattenlösliga. Vart på α-syn dessa läkemedel binder illustreras i figur 2 (82). Vidare binder rifampicin direkt till α-syn via kovalenta bindningar, dock är det inte klarlagt vart på α-syn det binder. Figur 2. Figuren illustrerar α-syn och ungefär i vilken position på proteinet läkemedlen entakapon, tolkapon, dopamin, fasudil och ceftriaxon binder. N-terminalen (grön) är i alfa-helix struktur, NACregionen (röd) befinner sig i figuren i alfa-helix struktur och C-terminalen (svart) befinner sig inte i någon bestämd struktur. De blå punkterna illustrerar de familjära mutationerna vilka alla leder till dominant nedärvd PD och Lewykroppsdemens (1xq8 NMR prediction of α-synuclein binding to lipid vesicles (82)) Utifrån strukturerna (figur 3) på läkemedlen som binder direkt till α-syn, verkar hexamerer, kväve och dubbelbundet syre vara viktiga strukturer då alla läkemedlen består av bland annat dessa. De som binder till C-terminalen (förutom den oxiderade produkten av dopamin, dopaminokrom) av α-syn har även en eller flera svavelatomer. Figur 3. Figur med strukturer på de läkemedlen som binder direkt till α-syn (författarens egna figur). Det finns olika mekanismer som leder till samma effekt, exempelvis leder metformin till en reducering av fosforylerat α-syn i position S129 via en specifik mekanism. Dock finns det säkerligen andra mekanismer som leder till samma effekt. Utifrån resultaten kan det föreslås olika mekanismer som leder till olika effekter och olika bindningsställen på α-syn som visas i tabell II, genom vilka aggregeringen av proteinet kan förhindras antingen direkt eller indirekt. Genom att utveckla nya läkemedel, eller 14