DOI: 10.18413/2658-6533-2022-8-4-0-6

Патологические состояния, ассоциированные с белком тау: механизмы развития и возможные биологические мишени для фармакологической коррекции тау-протеинопатии (обзор)

Елена Валерьевна Кузубова
Александра Игоревна Радченко
Владимир Михайлович Покровский
Евгений Александрович Патраханов
Алина Александровна Новикова
Юлия Владимировна Степенко
Алексей Васильевич Дейкин

Актуальность: Патологический процесс, связанный с патогенной агрегацией тау, получил название таупатии и этот же термин часто используют для обозначения группы нейродегенеративных заболеваний, важным патогенетическим компонентом которых является агрегация тау. Нарушение в экспрессии гена МАРТ приводит к изменениям физико-химических свойства белка. Современные стратегии поиска терапевтических агентов для модуляции тау-протеинопатии, нацелены на создание лекарственных средств, подавляющих образование патогенных форм белка и его агрегацию, но при этом не нарушающих метаболизм нормального внутриклеточного тау и его функцию в стабилизации микротрубочек. Цель исследования:Рассмотреть возможные биологические мишени патологических состояний, ассоциированных с белком тау и обозначить пути фармакологической коррекции тау-протеинопатии. Материалы и методы:Был проведен анализ литературных источников по основным механизмам развития патологических состояний, ассоциированных с белком тау и возможным биологическим мишеням для фармакологической коррекции тау-протеинопатии, опубликованных за последние 10 лет. Результаты:Современные стратегии поиска терапевтических агентов для модуляции тау-протеинопатии, в том числе болезни Альцгеймера, нацелены на создание лекарственных средств, подавляющих образование патогенных форм тау и его агрегацию, но при этом не нарушающих метаболизм нормального внутриклеточного белка тау и его функцию в стабилизации микротрубочек. В связи с этим существенно активизировались работы по поиску терапевтических агентов, способных корректировать тау-протеинопатию. Заключение:Можно выделить несколько подходов к лечению и предотвращению развития тау-протеинопатий. Стабилизация структуры микротрубочек, снижение активности полноразмерного и гиперфосфорилированного тау, регуляция патологического фосфорилирования тау, предотвращение агрегации белка, ингибирование аномальной агрегации, предотвращение олигомеризации, препятствие накоплению внутри клетки, специфическое ингибирование пуринорецептора P2RX7, регуляция AMPA-рецепторов, блокировка проникновения внутрь клеток и передача патогенного белка

Ключевые слова: таупатия, тау-протеинопатии, белок тау, патогенез, болезнь Альцгеймера, агрегация белка, фармакологическая коррекция, биологические мишени.

Количество просмотров: 782 (смотреть статистику)

Количество скачиваний: 1409

Полный текст (HTML)Полный текст (PDF)К списку статей

Информация для цитирования:

Кузубова ЕВ, Радченко АИ, Покровский ВМ, и др. Патологические состояния, ассоциированные с белком тау: механизмы развития и возможные биологические мишени для фармакологической коррекции тау-протеинопатии (обзор). Научные результаты биомедицинских исследований. 2022;8(4):474-797. [Kuzubova EV, Radchenko AI, Pokrovsky VM, et al. Pathological conditions associated with tau protein: mechanisms of development and possible biological targets for pharmacological correction of tau proteinopathy (review). Research Results in Biomedicine. 2022;8(4):474-494. Russian].DOI: 10.18413/2658-6533-2022-8-4-0-6

Комментарии
Список литературы

Пока никто не оставил комментариев к этой публикации.
Вы можете быть первым.

Tan R, Lam AJ, Tan T, et al. Microtubules gate tau condensation to spatially regulate microtubule functions. Nature Cell Biology. 2019;21:1078-1085. DOI: https://doi.org/10.1038/s41556-019-0375-5
Wang Y, Mandelkow E. Tau in physiology and pathology. Nature reviews neuroscience. 2016;17(1):22. DOI: https://doi.org/10.1038/nrn.2015.1.
Peters OM, Connor-Robson N, Sokolov VB, et al. Chronic administration of dimebon ameliorates pathology in TauP301S transgenic mice. Journal of Alzheimer's disease. 2013;33(4):1041-1049. DOI: https://doi.org/10.3233/JAD-2012-121732.
Dvela-Levitt M, Kost-Alimova M, Emani M, et al. Small Molecule Targets TMED9 and Promotes Lysosomal Degradation to Reverse Proteinopathy. Cell. 2019;178:521-535. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.07.002
Franzmeier N, Rubinski A, Neitzel J, et al. Functional connectivity associated with tau levels in ageing, Alzheimer's, and small vessel disease. Brain. 2019;142(4):1093-1107. DOI: https://doi.org/10.1093/brain/awz026
Forrest SL, Kril JJ, Halliday GM. Cellular and regional vulnerability in frontotemporal tauopathies. Acta Neuropathologica. 2019;138(5):705-727. DOI: https://doi.org/10.1007/s00401-019-02035-7
Spires-Jones TL, Attems J, Thal DR. Interactions of pathological proteins in neurodegenerative diseases. Acta Neuropathologica. 2017;134(2):187-205. Doi: https://doi.org/10.1007/s00401‐017‐1709‐7
Falcon B, Zhang W, Murzin AG, et al. Structures of filaments from Pick's disease reveal a novel tau protein fold. Nature. 2018;561(7721):137-140. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586‐018‐0454‐y
Falcon B, Zivanov J, Zhang W, et al. Novel tau filament fold in chronic traumatic encephalopathy encloses hydrophobic molecules. Nature. 2019;568(7752):420-423. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586‐019‐1026‐5
Martin L, Latypova X, Terro F. Post-translational modifications of tau protein: implications for Alzheimer's disease. Neurochemistry International. 2011;58(4):458-471. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuint.2010.12.023
Behrendt A, Bichmann M, Ercan-Herbst E, et al. Asparagine endopeptidase cleaves tau at N167 after uptake into microglia. Neurobiology of Disease. 2019;130:104518. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nbd.2019.104518.
Medina M. An Overview on the Clinical Development of Tau-Based Therapeutics. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(4):1160. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19041160
Wu JW, Herman M, Liu L, et al. Small misfolded Tau species are internalized via bulk endocytosis and anterogradely and retrogradely transported in neurons. Journal of Biological Chemistry. 2013;288(3):1856-1870. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M112.394528
Goedert M, Eisenberg DS, Crowther RA. Propagation of Tau Aggregates and Neurodegeneration. Annual Review of Neuroscience, 2017;40:189-210. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-072116-031153
Vogel JW, Iturria-Medina Y, Strandberg OT, et al. Spread of pathological tau proteins through communicating neurons in human Alzheimer's disease. Nature Communications. 2020;11:2612. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467‐020‐15701‐2
Ayers JI, Giasson BI, Borchelt DR. Prion-like Spreading in Tauopathies. Biological Psychiatry. 2018;83(4):337-346.DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2017.04.003
Clavaguera F, Akatsu H, Fraser G, et al. Brain homogenates from human tauopathies induce tau inclusions in mouse brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013;110:9535-9540. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1301175110
Iba M, Guo JL, McBride JD, Zhang B, Trojanowski JQ, Lee VM. Synthetic tau fibrils mediate transmission of neurofibrillary tangles in a transgenic mouse model of Alzheimer's-like tauopathy. International Journal of Developmental Neuroscience. 2013;33(3):1024-1037.DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2642-12.2013
Polanco JC, Scicluna BJ, Hill AF, et al. Extracellular vesicles isolated from the brains of rTg4510 mice seed tau protein aggregation in a threshold‐dependent manner. Journal of Biological Chemistry. 2016;291:12445-12466. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M115.709485
Evans LD, Wassmer T, Fraser G, et al. Extracellular Monomeric and Aggregated Tau Efficiently Enter Human Neurons through Overlapping but Distinct Pathways. Cell Reports. 2018;22(13):3612-3624. DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.03.021
Puangmalai N, Bhatt N, Montalbano M, et al. Internalization mechanisms of brain-derived tau oligomers from patients with Alzheimer's disease, progressive supranuclear palsy and dementia with Lewy bodies. Cell Death and Disease. 2020;11(5):314. DOI: https://doi.org/10.1038/s41419‐020‐2503‐3
Qian W, Yin X, Hu W, et al. Activation of protein phosphatase 2B and hyperphosphorylation of Tau in Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's Disease. 2011;23(4):617-627. DOI: https://doi.org/10.3233/JAD-2010-100987
Quinn JP, Corbett NJ, Kellett KAB, et al. Tau Proteolysis in the Pathogenesis of Tauopathies: Neurotoxic Fragments and Novel Biomarkers. Journal of Alzheimer's Disease. 2018;63:13-33. DOI: https://doi.org/10.3233/JAD‐170959
Wegmann S, Nicholls S, Takeda S, et al. Formation, release, and internalization of stable tau oligomers in cells. Journal of Neurochemistry. 2016;139(6):1163-1174. DOI: https://doi.org/10.1111/jnc.13866
Merezhko M, Brunello CA, Yan X, et al. Secretion of Tau via an Unconventional Non-vesicular Mechanism. Cell Reports. 2018;25(8):2027-2035. DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.078
Mirbaha H, Holmes BB, Sanders DW, et al. Tau Trimers Are the Minimal Propagation Unit Spontaneously Internalized to Seed Intracellular Aggregation. Journal of Biological Chemistry. 2015;290(24):14893-14903. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M115.652693
Vogels T, Leuzy A, Cicognola C, et al. Propagation of Tau Pathology: Integrating Insights From Postmortem and In Vivo Studies. Biological Psychiatry. 2020;87(9):808-818. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2019.09.019
Wang Y, Balaji V, Kaniyappan S, et al. The release and trans-synaptic transmission of Tau via exosomes. Molecular Neurodegeneration. 2017;12(1):5. DOI: https://doi.org/10.1186/s13024‐016‐0143‐y
Asai H, Ikezu S, Tsunoda S, et al. Depletion of microglia and inhibition of exosome synthesis halt tau propagation. Nature Neuroscience. 2015;18(11):1584-1593. DOI: https://doi.org/10.1038/nn.4132
Di Virgilio F, Dal Ben D, Sarti AC, et al. The P2X7 Receptor in Infection and Inflammation. Immunity. 2017;47(1):15-31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2017.06.020
Gu J, Congdon EE, Sigurdsson EM. Two novel Tau antibodies targeting the 396/404 region are primarily taken up by neurons and reduce Tau protein pathology. Journal of Biological Chemistry. 2013;288(46):33081-33095. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M113.494922
Jadhav S, Avila J, Schöll M, et al. A walk through tau therapeutic strategies. Acta neuropathologica communications. 2019;7(1):22. DOI: https://doi.org/10.1186/s40478-019-0664-z
Díaz-Hernández M, Gómez-Ramos A, Rubio A, et al. Tissue-nonspecific alkaline phosphatase promotes the neurotoxicity effect of extracellular tau. Journal of Biological Chemistry. 2010;285(42):32539-32548. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M110.145003
Holmes BB, DeVos SL, Kfoury N, et al. Heparan sulfate proteoglycans mediate internalization and propagation of specific proteopathic seeds. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013;110(33):E3138-E3147. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1301440110
Rauch JN, Chen JJ, Sorum AW, et al. Tau Internalization is Regulated by 6-O Sulfation on Heparan Sulfate Proteoglycans (HSPGs). Scientific Reports. 2018;8(1):6382. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-24904-z
Ruan Z, Delpech JC, Kalavai SV, et al. P2RX7 inhibitor suppresses exosome secretion and disease phenotype in P301S tau transgenic mice. Molecular Neurodegeneration. 2020;15(1):47. DOI: https://doi.org/10.1186/s13024-020-00396-2
Congdon EE, Lin Y, Rajamohamedsait HB, et al. Affinity of Tau antibodies for solubilized pathological Tau species but not their immunogen or insoluble Tau aggregates predicts in vivo and ex vivo efficacy. Molecular Neurodegeneration. 2016;11(1):62. DOI: https://doi.org/10.1186/s13024-016-0126-z
Attar A, Ripoli C, Riccardi E, et al. Protection of primary neurons and mouse brain from Alzheimer's pathology by molecular tweezers. Brain. 2012;135(Pt 12):3735-3748. DOI: https://doi.org/10.1093/brain/aws289
Chai X, Wu S, Murray TK, et al. Passive immunization with anti-Tau antibodies in two transgenic models: reduction of Tau pathology and delay of disease progression. Journal of Biological Chemistry. 2011;286(39):34457-34467. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M111.229633
Theunis C, Crespo-Biel N, Gafner V, et al. Efficacy and safety of a liposome-based vaccine against protein Tau, assessed in tau.P301L mice that model tauopathy. PLoS ONE. 2013;8(8):e72301. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0072301.g004
Troquier L, Caillierez R, Burnouf S, et al. Targeting phospho-Ser422 by active Tau Immunotherapy in the THYTau22 mouse model: a suitable therapeutic approach. Current Alzheimer Research. 2012;9(4):397-405. DOI: https://doi.org/10.2174/156720512800492503
Rajamohamedsait H, Rasool S, Rajamohamedsait W, et al. Prophylactic Active Tau Immunization Leads to Sustained Reduction in Both Tau and Amyloid-β Pathologies in 3xTg Mice. Scientific Reports. 2017;7(1):17034. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-17313-1
Novak P, Schmidt R, Kontsekova E, et al. Safety and immunogenicity of the tau vaccine AADvac1 in patients with Alzheimer's disease: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1 trial. The Lancet Neurology. 2017;16(2):123-134. DOI: https://doi.org/10.1016/S1474-4422(16)30331-3
Tai C, Chang CW, Yu GQ, et al. Tau Reduction Prevents Key Features of Autism in Mouse Models. Neuron. 2020;106(3):421-437. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.01.038
Jouanne M, Rault S, Voisin-Chiret AS. Tau protein aggregation in Alzheimer's disease: An attractive target for the development of novel therapeutic agents. European Journal of Medicinal Chemistry. 2017;139:153-167. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.07.070
Wischik CM, Harrington CR, Storey JM. Tau-aggregation inhibitor therapy for Alzheimer's disease. Biochemical Pharmacology. 2014;88(4):529-539. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcp.2013.12.008
Li C, Götz J. Tau-based therapies in neurodegeneration: opportunities and challenges. Nature Reviews Drug Discovery. 2017;16(12):863-883. DOI: https://doi.org/10.1038/nrd.2017.155
Paris D, Beaulieu-Abdelahad D, Ait-Ghezala G, et al. Anatabine Attenuates Tau Phosphorylation and Oligomerization in P301S Tau Transgenic Mice. Brain Disorders & Therapy. 2014;3(3):1000126. DOI: https://doi.org/10.4172/2168-975X.1000126
Ozcelik S, Fraser G, Castets P, et al. Rapamycin attenuates the progression of tau pathology in P301S tau transgenic mice. PLoS ONE. 2013;8(5):e62459. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062459
Di J, Siddique I, Li Z, et al. The molecular tweezer CLR01 improves behavioral deficits and reduces tau pathology in P301S-tau transgenic mice. Alzheimer's Research and Therapy. 2021;13(1):6. DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-88943/v1
Richter F, Subramaniam SR, Magen I, et al. A Molecular Tweezer Ameliorates Motor Deficits in Mice Overexpressing α-Synuclein. Neurotherapeutics. 2017;14(4):1107-1119. DOI: https://doi.org/10.1007/s13311-017-0544-9
Yanamandra K, Kfoury N, Jiang H, et al. Anti-tau antibodies that block tau aggregate seeding in vitro markedly decrease pathology and improve cognition in vivo. Neuron. 2013;80(2):402-414. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.07.046
Melnyk P, Vingtdeux V, Burlet S, et al. Chloroquine and chloroquinoline derivatives as models for the design of modulators of amyloid Peptide precursor metabolism. ACS Chemical Neuroscience. 2015;6(4):559-569. DOI: https://doi.org/10.1021/cn5003013
Okuda M, Hijikuro I, Fujita Y, et al. PE859, a novel tau aggregation inhibitor, reduces aggregated tau and prevents onset and progression of neural dysfunction in vivo. PLoS ONE. 2015;10(2):e0117511. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117511
Li YP, Yang GJ, Jin L, et al. Erythropoietin attenuates Alzheimer-like memory impairments and pathological changes induced by amyloid β42 in mice. Brain Research. 2015;1618:159-167.DOI: https://doi.org/10.1016/j.brainres.2015.05.031
Skvortsova VI, Bachurin SO, Ustyugov AA, et al. Gamma-Carbolines Derivatives As Promising Agents for the Development of Pathogenic Therapy for Proteinopathy. Acta Naturae. 2018;10(4):59-62. DOI: https://doi.org/10.32607/20758251-2018-10-4-59-62
Steffen TM, Boeve BF, Petersen CM, et al. Long-term exercise training for an individual with mixed corticobasal degeneration and progressive supranuclear palsy features: 10-year case report follow-up. Physical Therapy. 2014;94(2):289-296. DOI: https://doi.org/10.2522/ptj.20130052
Palomo V, Perez DI, Roca C, et al. Subtly Modulating Glycogen Synthase Kinase 3 β: Allosteric Inhibitor Development and Their Potential for the Treatment of Chronic Diseases. Journal of Medicinal Chemistry. 2017;60(12):4983-5001. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.7b00395
Holzer M, Schade N, Opitz A, et al. Novel Protein Kinase Inhibitors Related to Tau Pathology Modulate Tau Protein-Self Interaction Using a Luciferase Complementation Assay. Molecules. 2018;23(9):2335. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules23092335
Yadikar H, Torres I, Aiello G, et al. Screening of tau protein kinase inhibitors in a tauopathy-relevant cell-based model of tau hyperphosphorylation and oligomerization. PLoS ONE. 2020;15(7):e0224952. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224952
Peters OM, Millership S, Shelkovnikova TA, et al. Selective pattern of motor system damage in gamma-synuclein transgenic mice mirrors the respective pathology in amyotrophic lateral sclerosis. Neurobiology of Disease. 2012;48(1):124-131. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nbd.2012.06.016
Ohia-Nwoko O, Montazari S, Lau YS, et al. Long-term treadmill exercise attenuates tau pathology in P301S tau transgenic mice. Molecular Neurodegeneration. 2014;9:54. DOI: https://doi.org/10.1186/1750-1326-9-54
Brunden KR, Zhang B, Carroll J, et al. Epothilone D improves microtubule density, axonal integrity, and cognition in a transgenic mouse model of tauopathy. Journal of Neuroscience. 2010;30(41):13861-13866. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3059-10.2010
Congdon EE, Sigurdsson EM. Tau-targeting therapies for Alzheimer disease. Nature Reviews Neurology. 2018;14(7):399-415. DOI: https://doi.org/10.1038/s41582-018-0013-z
Panza F, Imbimbo BP, Lozupone M, et al. Disease-modifying therapies for tauopathies: agents in the pipeline. Expert Review of Neurotherapeutics. 2019;19(5):397-408. DOI: https://doi.org/10.1080/14737175.2019.1606715
Henley JM, Wilkinson KA. Synaptic AMPA receptor composition in development, plasticity and disease. Nature Reviews Neurology. 2016;17(6):337-350. DOI: https://doi.org/10.1038/nrn.2016.37
Jurado S. AMPA Receptor Trafficking in Natural and Pathological Aging. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2018;10:446. DOI: https://doi.org/10.3389/fnmol.2017.00446
Fernandes D, Silva J, Sotiropoulos I, et al. P.2.046 - A novel modulator of AMPA receptors against Alzheimer's Disease pathology: the first in vivo evidence. European Neuropsychopharmacology. 2018;28(1):54-55. DOI: https://doi.org/10.1016/j.euroneuro.2017.12.085
Cevik B, Solmaz V, Yigitturk G, et al. Neuroprotective effects of erythropoietin on Alzheimer's dementia model in rats. Advances in Clinical and Experimental Medicine. 2017;26(1):23-29. DOI: https://doi.org/10.17219/acem/61044.
DeSantis ME, Leung EH, Sweeny EA, et al. Operational plasticity enables hsp104 to disaggregate diverse amyloid and nonamyloid clients. Cell. 2012;151(4):778-793. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.09.038
Shorter J. The mammalian disaggregase machinery: Hsp110 synergizes with Hsp70 and Hsp40 to catalyze protein disaggregation and reactivation in a cell-free system. PLoS ONE. 2011;6(10):e26319. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0026319
Bobkova NV, Garbuz DG, Nesterova I, et al. Therapeutic effect of exogenous hsp70 in mouse models of Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's Disease. 2014;38(2):425-435. DOI: https://doi.org/10.3233/JAD-130779
Jinwal UK, Trotter JH, Abisambra JF, et al. The Hsp90 kinase co-chaperone Cdc37 regulates tau stability and phosphorylation dynamics. Journal of Biological Chemistry. 2011;286(19):16976-16983. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M110.182493
Ambegaokar SS, Jackson GR. Functional genomic screen and network analysis reveal novel modifiers of tauopathy dissociated from tau phosphorylation. Human Molecular Genetics. 2011;20(24):4947-4977. DOI: https://doi.org/10.1093/hmg/ddr432

Все журналы

Отправить статью

Научные результаты биомедицинских исследований включен в научную базу РИНЦ (лицензионный договор № 765-12/2014 от 08.12.2014).

Журнал включен в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендуемых ВАК

Журнал индексируется следующими научными базами и платформами

Научные результаты биомедицинских исследований (ISSN 2658-6533)

The journal materials and website are licensed under Creative Commons «Attribution» 4.0 International.

Учредитель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»). Адрес: 308015, Белгородская область, г. Белгород, ул. Победы, 85.

Издатель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»). Адрес: 308015, Белгородская область, г. Белгород, ул. Победы, 85.

Редакция: главный редактор Михаил Иванович Чурносов, e-mail: RR_MedPharm@bsu.edu.ru, тел.: +7 (4722) 30-14-03.

Положение о журнале

Регистрационный номер: ЭЛ № ФС 77 - 74739 от 29.12.2018

Остались вопросы?
Можете написать нам:

✉ Контент менеджер

✉ Администратор сайта

✉ Ответственный cекретарь