Конъюгат аминоадамантана и тетрагидрогаммакарболина блокирует накопление мутантного белка α‑синуклеина A53T в клеточной модели протеинопатии

Аннотация

Патологическая агрегация белка α‑синуклеина является ключевым звеном в развитии синуклеинопатий, таких как болезнь Паркинсона и деменция с тельцами Леви. В настоящее время не существует эффективной патогенетической терапии данных заболеваний, что определяет необходимость поиска новых лекарственных средств. В качестве одной из перспективных стратегий рассматривается использование низкомолекулярных соединений, способных ингибировать образование токсичных белковых агрегатов. Данное исследование посвящено оценке антиагрегационных свойств соединения ЕC3222x, которое представляет собой конъюгат фармакофорных фрагментов амантадина и фторированного производного тетрагидрогаммакарболина. В культуре клеток нейронального типа SH‑SY5Y была смоделирована α‑синуклеинопатия путём трансфекции плазмидным вектором, кодирующим мутантную форму белка α‑синуклеина А53Т человека. Соединение ЕС3222х в концентрации 1 мкМ снижало количество клеток с агрегатами α‑синуклеина А53Т. При этом его эффективность была сравнима с соединениями SynuClean‑D и Buntanetap, для которых доказана способность блокировать агрегацию α‑синуклеина. Детальный анализ показал, что ЕС3222х снижало уровень как диффузно распределённого в клетках α‑синуклеина, так и образование конечных продуктов агрегации фибриллярного типа и крупных агресом. При этом ЕС3222х не влияло на накопление другого склонного к агрегации белка TDP‑43 в схожей клеточной модели, что свидетельствует о его специфичности в отношении α‑синуклеина. Это позволяет рассматривать ЕС3222х в качестве потенциального средства для лечения синуклеинопатий.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

М.В. Бурак, Н.Е. Пукаева – планирование и проведение экспериментов, подготовка текста рукописи; О.А. Кухарская – обработка и анализ первичных данных, редактирование текста рукописи; В.С. Крышкова, М.Р. Наздрачева, С.А. Пухов, К.А. Раченков – планирование и проведение экспериментов; А.В. Ставровская, В.П. Фисенко, М.С. Кухарский – анализ и интерпретация результатов, подготовка текста рукописи; С.О. Бачурин – планирование исследования, анализ и интерпретация данных, подготовка и редактирование статьи.

Финансирование

Работа выполнена по гранту Министерства науки и высшего образования на проведение крупных научных проектов по приоритетным направлениям научно-технологического развития (проект № 075-15-2024-638).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Koga, S., Sekiya, H., Kondru, N., Ross, O. A., and Dickson, D. W. (2021) Neuropathology and molecular diagnosis of synucleinopathies, Mol. Neurodegener., 16, 83, https://doi.org/10.1186/s13024-021-00501-z.

2. Trojanowski, J. Q., Jakes, R., and Goedert, M. (1997) Alpha-synuclein in Lewy bodies, Nature, 388, 839-840, https://doi.org/10.1038/42166.

3. Uéda, K., Fukushima, H., Masliah, E., Xia, Y., Iwai, A., Yoshimoto, M., Otero, D. A., Kondo, J., Ihara, Y., and Saitoh, T. (1993) Molecular cloning of cDNA encoding an unrecognized component of amyloid in Alzheimer’s disease, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 11282-11286, https://doi.org/10.1073/pnas.90.23.11282.

4. Burré, J., Sharma, M., and Südhof, T. C. (2018) Cell biology and pathophysiology of α-synuclein, Cold Spring Harb. Perspect. Med., 8, a024091, https://doi.org/10.1101/cshperspect.a024091.

5. Sulzer, D., and Edwards, R. H. (2019) The physiological role of α-synuclein and its relationship to Parkinson’s disease, J. Neurochem., 150, 475-486, https://doi.org/10.1111/jnc.14810.

6. Srinivasan, E., Chandrasekhar, G., Chandrasekar, P., Anbarasu, K., Vickram, A. S., Karunakaran, R., Rajasekaran, R., and Srikumar, P. S. (2021) Alpha-synuclein aggregation in Parkinson’s disease, Front. Med., 8, 736978, https://doi.org/10.3389/fmed.2021.736978.

7. Lv, Z., Krasnoslobodtsev, A. V., Zhang, Y., Ysselstein, D., Rochet, J. C., Blanchard, S. C., and Lyubchenko, Y. L. (2015) Direct detection of α-synuclein dimerization dynamics: single-molecule fluorescence analysis, Biophys. J., 108, 2038-2047, https://doi.org/10.1016/j.bpj.2015.03.010.

8. Ohgita, T., Namba, N., Kono, H., Shimanouchi, T., and Saito, H. (2022) Mechanisms of enhanced aggregation and fibril formation of Parkinson’s disease-related variants of α-synuclein, Sci. Rep., 12, 6770, https://doi.org/10.1038/s41598-022-10789-6.

9. Conway, K. A., Harper, J. D., and Lansbury, P. T. (1998) Accelerated in vitro fibril formation by a mutant alpha-synuclein linked to early-onset Parkinson disease, Nat. Med., 4, 1318-1320, https://doi.org/10.1038/3311.

10. Polymeropoulos, M. H., Lavedan, C., Leroy, E., Ide, S. E., Dehejia, A., Dutra, A., Pike, B., Root, H., Rubenstein, J., Boyer, R., Stenroos, E. S., Chandrasekharappa, S., Athanassiadou, A., Papapetropoulos, T., Johnson, W. G., Lazzarini, A. M., Duvoisin, R. C., Di Iorio, G., Golbe, L. I., and Nussbaum, R. L. (1997) Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with Parkinson’s disease, Science, 276, 2045-2047, https://doi.org/10.1126/science.276.5321.2045.

11. Shusharina, N., Yukhnenko, D., Botman, S., Sapunov, V., Savinov, V., Kamyshov, G., Sayapin, D., and Voznyuk, I. (2023) Modern methods of diagnostics and treatment of neurodegenerative diseases and depression, Diagnostics, 13, 573, https://doi.org/10.3390/diagnostics13030573.

12. Gao, W., Jing, S., He, C., Saberi, H., Sharma, H. S., Han, F., and Chen, L. (2025) Advancements in neurodegenerative diseases: Pathogenesis and novel neurorestorative interventions, J. Neurorestoratol., 13, 100176, https://doi.org/10.1016/j.jnrt.2024.100176.

13. Kuo, G., Kumbhar, R., Blair, W., Dawson, V. L., Dawson, T. M., and Mao, X. (2025) Emerging targets of α-synuclein spreading in α-synucleinopathies: a review of mechanistic pathways and interventions, Mol. Neurodegener., 20, 10, https://doi.org/10.1186/s13024-025-00797-1.

14. Yang, K., Lv, Z., Zhao, W., Lai, G., Zheng, C., Qi, F., Zhao, C., Hu, K., Chen, X., Fu, F., Li, J., Xie, G., Wang, H., Wu, X., and Zheng, W. (2024) The potential of natural products to inhibit abnormal aggregation of α-synuclein in the treatment of Parkinson’s disease, Front. Pharmacol., 15, 1468850, https://doi.org/10.3389/fphar.2024.1468850.

15. Ahanger, I. A., and Dar, T. A. (2024) Small molecule modulators of alpha-synuclein aggregation and toxicity: pioneering an emerging arsenal against Parkinson’s disease, Ageing Res. Rev., 101, 102538, https://doi.org/10.1016/j.arr.2024.102538.

16. Sharma, N., and Nehru, B. (2018) Curcumin affords neuroprotection and inhibits α-synuclein aggregation in lipopolysaccharide-induced Parkinson’s disease model, Inflammopharmacology, 26, 349-360, https://doi.org/10.1007/s10787-017-0402-8.

17. Andrich, K., and Bieschke, J. (2015) The effect of (-)-Epigallo-catechin-(3)-gallate on amyloidogenic proteins suggests a common mechanism, Adv. Exp. Med. Biol., 863, 139-161, https://doi.org/10.1007/978-3-319-18365-7_7.

18. Ghanem, S. S., Fayed, H. S., Zhu, Q., Lu, J. H., Vaikath, N. N., Ponraj, J., Mansour, S., and El-Agnaf, O. M. A. (2021) Natural alkaloid compounds as inhibitors for alpha-synuclein seeded fibril formation and toxicity, Molecules, 26, 3736, https://doi.org/10.3390/molecules26123736.

19. Lee, T. Y., Yang, W., Cha, D. S., and Han, Y. T. (2023) Synthesis of a natural quinoline alkaloid isolated from the deep-sea-derived fungus and its potential as a therapeutic for Parkinson’s disease, J. As. Nat. Prod. Res., 25, 446-455, https://doi.org/10.1080/10286020.2022.2104259.

20. Pujols, J., Peña-Díaz, S., Lázaro, D. F., Peccati, F., Pinheiro, F., González, D., Carija, A., Navarro, S., Conde-Giménez, M., García, J., Guardiola, S., Giralt, E., Salvatella, X., Sancho, J., Sodupe, M., Outeiro, T. F., Dalfó, E., and Ventura, S. (2018) Small molecule inhibits α-synuclein aggregation, disrupts amyloid fibrils, and prevents degeneration of dopaminergic neurons, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115, 10481-10486, https://doi.org/10.1073/pnas.1804198115.

21. Peña-Díaz, S., Pujols, J., Vasili, E., Pinheiro, F., Santos, J., Manglano-Artuñedo, Z., Outeiro, T. F., and Ventura, S. (2022) The small aromatic compound SynuClean-D inhibits the aggregation and seeded polymerization of multiple α-synuclein strains, J. Biol. Chem., 298, 101902, https://doi.org/10.1016/j.jbc.2022.101902.

22. Rogers, J. T., Mikkilineni, S., Cantuti-Castelvetri, I., Smith, D. H., Huang, X., Bandyopadhyay, S., Cahill, C. M., Maccecchini, M. L., Lahiri, D. K., and Greig, N. H. (2011) The alpha-synuclein 5’untranslated region targeted translation blockers: anti-alpha synuclein efficacy of cardiac glycosides and Posiphen, J. Neural Transmission, 118, 493-507, https://doi.org/10.1007/s00702-010-0513-5.

23. Olivares, D., Huang, X., Branden, L., Greig, N. H., and Rogers, J. T. (2009) Physiological and pathological role of alpha-synuclein in Parkinson’s disease through iron mediated oxidative stress; the role of a putative iron-responsive element, Int. J. Mol. Sci., 10, 1226-1260, https://doi.org/10.3390/ijms10031226.

24. Mikkilineni, S., Cantuti-Castelvetri, I., Cahill, C. M., Balliedier, A., Greig, N. H., and Rogers, J. T. (2012) The anticholinesterase phenserine and its enantiomer posiphen as 5’untranslated-region-directed translation blockers of the Parkinson’s alpha synuclein expression, Parkinsons Dis., 2012, 142372, https://doi.org/10.1155/2012/142372.

25. Yu, Q. S., Reale, M., Kamal, M. A., Holloway, H. W., Luo, W., Sambamurti, K., Ray, B., Lahiri, D. K., Rogers, J. T., and Greig, N. H. (2013) Synthesis of the Alzheimer drug Posiphen into its primary metabolic products (+)-N1-norPosiphen, (+)-N8-norPosiphen and (+)-N1, N8-bisnorPosiphen, their inhibition of amyloid precursor protein, α-Synuclein synthesis, interleukin-1β release, and cholinergic action, Anti Inflamm. Anti Allergy Agents Med. Chem., 12, 117-128, https://doi.org/10.2174/1871523011312020003.

26. Maccecchini, M. L., Chang, M. Y., Pan, C., John, V., Zetterberg, H., and Greig, N. H. (2012) Posiphen as a candidate drug to lower CSF amyloid precursor protein, amyloid-β peptide and τ levels: target engagement, tolerability and pharmacokinetics in humans, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry, 83, 894-902, https://doi.org/10.1136/jnnp-2012-302589.

27. Lahiri, D., Utsuki, T., Shaw, K., Ge, Y.-W., Sambamurti, K., Eder, P., Rogers, J., Farlow, M., Giordino, T., and Greig, N. (2002) Phenserine regulates translation of ß-amyloid precursor protein message, Mapp. Progr. Alzheimers Parkinsons Dis., 51, 211-215, https://doi.org/10.1007/978-0-306-47593-1_35.

28. Danysz, W., Dekundy, A., Scheschonka, A., and Riederer, P. (2021) Amantadine: reappraisal of the timeless diamond-target updates and novel therapeutic potentials, J. Neural Transmiss., 128, 127-169, https://doi.org/10.1007/s00702-021-02306-2.

29. Crosby, N., Deane, K. H., and Clarke, C. E. (2003) Amantadine in Parkinson’s disease, Cochrane database System. Rev., 2003, CD003468, https://doi.org/10.1002/14651858.CD003468.

30. Скворцова В. И., Бачурин С. О., Устюгов А. А., Кухарский М. С., Дейкин А. В., Бухман В. Л., Нинкина Н. Н. (2018) Перспективы использования гамма-карболинов для разработки патогенетической терапии протеинопатий, Acta Naturae, 10, 54-57.

31. Bachurin, S. O., Ustyugov, A. A., Peters, O., Shelkovnikova, T. A., Buchman, V. L., and Ninkina, N. N. (2009) Hindering of proteinopathy-induced neurodegeneration as a new mechanism of action for neuroprotectors and cognition enhancing compounds, Dokl. Biochem. Biophys., 428, 235-238, https://doi.org/10.1134/s1607672909050032.

32. Ustyugov, A., Shevtsova, E., Ashraf, G. M., Tarasov, V. V., Bachurin, S. O., and Aliev, G. (2018) New therapeutic property of Dimebon as a neuroprotective agent, Curr. Med. Chem., 25, 5315-5326, https://doi.org/10.2174/0929867323666160804122746.

33. Ustyugov, A. A., Shelkovnikova, T. A., Kokhan, V. S., Khritankova, I. V., Peters, O., Buchman, V. L., Bachurin, S. O., and Ninkina, N. N. (2012) Dimebon reduces the levels of aggregated amyloidogenic protein forms in detergent-insoluble fractions in vivo, Bull. Exp. Biol. Med., 152, 731-733, https://doi.org/10.1007/s10517-012-1618-7.

34. Peters, O. M., Connor-Robson, N., Sokolov, V. B., Aksinenko, A. Y., Kukharsky, M. S., Bachurin, S. O., Ninkina, N., and Buchman, V. L. (2013) Chronic administration of dimebon ameliorates pathology in TauP301S transgenic mice, J. Alzheimers Dis., 33, 1041-1049, https://doi.org/10.3233/JAD-2012-121732.

35. Yamashita, M., Nonaka, T., Arai, T., Kametani, F., Buchman, V. L., Ninkina, N., Bachurin, S. O., Akiyama, H., Goedert, M., and Hasegawa, M. (2009) Methylene blue and dimebon inhibit aggregation of TDP-43 in cellular models, FEBS Lett., 583, 2419-2424, https://doi.org/10.1016/j.febslet.2009.06.042.

36. Wu, J., Li, Q., and Bezprozvanny, I. (2008) Evaluation of Dimebon in cellular model of Huntington’s disease, Mol. Neurodegener., 3, 15, https://doi.org/10.1186/1750-1326-3-15.

37. Ustyugov, A., Shevtsova, E., and Bachurin, S. (2015) Novel sites of neuroprotective action of Dimebon (Latrepirdine), Mol. Neurobiol., 52, 970-978, https://doi.org/10.1007/s12035-015-9249-4.

38. Bachurin, S. O., Makhaeva, G. F., Shevtsova, E. F., Aksinenko, A. Y., Grigoriev, V. V., Shevtsov, P. N., Goreva, T. V., Epishina, T. A., Kovaleva, N. V., Pushkareva, E. A., Boltneva, N. P., Lushchekina, S. V., Gabrelyan, A. V., Zamoyski, V. L., Dubova, L. G., Rudakova, E. V., Fisenko, V. P., Bovina, E. V., and Richardson, R. J. (2021) Conjugation of aminoadamantane and γ-carboline pharmacophores gives rise to unexpected properties of multifunctional ligands, Molecules, 26, 5527, https://doi.org/10.3390/molecules26185527.

39. Pukhov, S. A., Semakov, A. V., Pukaeva, N. E., Kukharskaya, O. A., Ivanova, T. V., Kryshkova, V. S., Bachurin, S. O., and Kukharsky, M. S. (2025) Artemisinin stimulates neuronal cell viability and possess a neuroprotective effect in vitro, Molecules, 30, 198, https://doi.org/10.3390/molecules30010198.

40. Пукаева Н. Е., Кухарская О. А., Иванова Т. В., Наздрачева М. Р., Бурак М. В., Попов А. А., Овчинников Р. К., Антохин А. И., Московцев А. А., Кухарский М. С. (2025) Агрегация мутантной формы белка альфа-синуклеина α-Syn A53T в клетках нейронального типа SH-SY5Y: валидация модели, Патол. Физиол. Эксп. Тер., 69, 29-41.

41. Bang, Y., Kang, B. Y., and Choi, H. J. (2014) Preconditioning stimulus of proteasome inhibitor enhances aggresome formation and autophagy in differentiated SH-SY5Y cells, Neurosci. Lett., 566, 263-268, https://doi.org/10.1016/j.neulet.2014.02.056.

42. Kim, Y. M., Jang, W. H., Quezado, M. M., Oh, Y., Chung, K. C., Junn, E., and Mouradian, M. M. (2011) Proteasome inhibition induces α-synuclein SUMOylation and aggregate formation, J. Neurol. Sci., 307, 157-161, https://doi.org/10.1016/j.jns.2011.04.015.

43. Mercado, G., Castillo, V., Vidal, R., and Hetz, C. (2015) ER proteostasis disturbances in Parkinson’s disease: novel insights, Front. Aging Neurosci., 7, 39, https://doi.org/10.3389/fnagi.2015.00039.

44. Smith, W. W., Jiang, H., Pei, Z., Tanaka, Y., Morita, H., Sawa, A., Dawson, V. L., Dawson, T. M., and Ross, C. A. (2005) Endoplasmic reticulum stress and mitochondrial cell death pathways mediate A53T mutant alpha-synuclein-induced toxicity, Hum. Mol. Genet., 14, 3801-3811, https://doi.org/10.1093/hmg/ddi396.

45. Colla, E., Coune, P., Liu, Y., Pletnikova, O., Troncoso, J. C., Iwatsubo, T., Schneider, B. L., and Lee, M. K. (2012) Endoplasmic reticulum stress is important for the manifestations of α-synucleinopathy in vivo, J. Neurosci., 32, 3306-3320, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5367-11.2012.

46. Ling, S. C., Polymenidou, M., and Cleveland, D. W. (2013) Converging mechanisms in ALS and FTD: disrupted RNA and protein homeostasis, Neuron, 79, 416-438, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.07.033.

47. Corbet, G. A., Wheeler, J. R., Parker, R., and Weskamp, K. (2021) TDP43 ribonucleoprotein granules: physiologic function to pathologic aggregates, RNA Biol., 18, 128-138, https://doi.org/10.1080/15476286.2021.1963099.

48. Prasad, A., Bharathi, V., Sivalingam, V., Girdhar, A., and Patel, B. K. (2019) Molecular mechanisms of TDP-43 misfolding and pathology in amyotrophic lateral sclerosis, Front. Mol. Neurosci., 12, 25, https://doi.org/10.3389/fnmol.2019.00025.

49. Neumann, M., Sampathu, D. M., Kwong, L. K., Truax, A. C., Micsenyi, M. C., Chou, T. T., Bruce, J., Schuck, T., Grossman, M., Clark, C. M., McCluskey, L. F., Miller, B. L., Masliah, E., Mackenzie, I. R., Feldman, H., Feiden, W., Kretzschmar, H. A., Trojanowski, J. Q., and Lee, V. M. (2006) Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis, Science, 314, 130-133, https://doi.org/10.1126/science.1134108.

50. Chadwick, S. R., and Lajoie, P. (2019) Endoplasmic reticulum stress coping mechanisms and lifespan regulation in health and diseases, Front. Cell Dev. Biol., 7, 84, https://doi.org/10.3389/fcell.2019.00084.

51. Kalia, L. V., Kalia, S. K., McLean, P. J., Lozano, A. M., and Lang, A. E. (2013) α-Synuclein oligomers and clinical implications for Parkinson disease, Ann. Neurol., 73, 155-169, https://doi.org/10.1002/ana.23746.