Review Jurnal Biomolekuler Tahun 2015

Review jurnal Biomolekuler 2015

Skrining fenotipik sebagai target penyakit

neurodegeneratif

Minhua Zhang1, Guangrui Luo2, Yanjiao Zhou1, Shaohui

Wang2, and Zhong Zhong2

Abstrak

Penyakit neurodegeneratif mempengaruhi jutaan orang di seluruh dunia, dan insiden tersebut

meningkat sesuai dengan usia penduduk. Modifikasi terapi penyakit untuk mencegah atau

memperlambat perkembangan penyakit masih kurang, membuat kebutuhan medis untuk

menangani penyakit neurodegenerative mempunyai skala yang belum terpenuhi semakin

tinggi. Penemuan obat berbasis modifikasi target agen penyakit telah berlangsung selama

bertahun-tahun, tanpa banyak keberhasilan karena pemahaman yang tidak lengkap dari

mekanisme molekuler yang mendasari neurodegenerasi. Skrining fenotip, dimulai dengan

fenotipe penyakit yang relevan dengan skrining untuk senyawa yang mengubah hasil jalur

biologis dari kegiatan di target spesifik tertentu, dengan pendekatan alternatif untuk

menemukan molekul kecil atau target yang memodulasi karakteristik kunci dari

neurodegenerasi. Skrining fenotipik yang berfokus pada perbaikan racun penyakit tertentu,

perlindungan neuron dari degenerasi, atau pengenalan neurodegenerasi bisa berpotensi untuk

menemukan agen terapi untuk penyakit neurodegenerative. Dalam ulasan ini, kita akan

merangkum kemajuan skrining senyawa menggunakan strategi berbasis fenotipik untuk

daerah ini, dengan pertimbangan yang unik untuk model penyakit, tes, dan penyaringan

metodologi. Kami akan lebih memberikan perspektif tentang cara terbaik untuk

menggunakan skrining fenotip untuk mengembangkan obat terbaik untuk penyakit

neurodegenerative.

Kata kunci : penyakit neurodegeneratif, skrining fenotipe, konsiderasi teknik


Penyakit neurodegeneratif (ND) terdiri dari kumpulan kondisi dengan hilangnya

progresif fungsi dan kumpulan struktur neuron di otak, sumsum tulang belakang, atau sistem

saraf perifer, menimbulkan berbagai macam gejala klinis tergantung pada populasi neuron

yang terkena dampak .1,2 Etiologi neurodegeneration cukup heterogen. Timbulnya penyakit

bisa karena keturunan (Mendel inhercent 3), sporadis, atau gabungan keduanya.4,5 NDS yang

paling umum adalah penyakit Alzheimer (AD) dan penyakit Parkinson (PD), yang

mempengaruhi jutaan orang di seluruh dunia. Perawatan yang tersedia untuk beberapa NDS,

dengan mayoritas dari mereka mengendalikan hanya gejala penyakit. Terapi kontrol gejala ini

biasanya bekerja dengan baik pada fase awal penyakit ini namun secara bertahap kehilangan

efektivitas ketika penyakit berlangsung dengan kerugian yang signifikan dari neuron

(misalnya, donepezil mengontrol demensia hanya selama waktu singkat pada pasien AD 6)

atau bahkan menghasilkan Efek samping klinis yang signifikan (misalnya, levodopa

menyebabkan fluktuasi motorik dan diskinesia di moderat untuk maju PD patients7).

Akibatnya, fokus penemuan obat untuk ND telah bergeser ke identifikasi molekul penyakit-

memodifikasi yang menunda atau menghentikan perkembangan penyakit dan menawarkan

manfaat klinis yang berkepanjangan atau berkelanjutan untuk pasien.8,9 yang Selama dekade

terakhir, menargetkan berbasis skrining dan skrining fenotipik telah secara luas digunakan

untuk penemuan obat 10. Mulai tahun 1980-an, kemajuan dalam biologi molekuler dan

genomik diperbolehkan dengan pertimbangan lebih efisien dari target gen yang terlibat dalam

penyakit dan memicu munculnya obat berdasarkan penemuan pendekatan pada target 13

Dalam skrining berdasarkan target, sasaran identifikasi dan validasi melalui ekspresi,

penargetan gen, dan studi model penyakit pada hewan yang digunakan untuk membangun

hipotesis bahwa modulasi aktivitas target proteinnya yang spesifik akan memiliki efek terapi

yang menguntungkan. Skrining kumpulan kimia molekul kecil ini kemudian digunakan untuk

mengidentifikasi senyawa yang mengikat / berinteraksi dengan afinitas tinggi dan spesifisitas

untuk target.14 Kunci dari skrining ini digunakan sebagai titik awal untuk sasaran kedua

validasi farmakologi dan mengawali penemuan / optimasi.

Skrining kompleks Fenotipik tantangan ini dengan memulai dengan fenotipe penyakit

mengendalikan untuk menyaring gelombang yang mengubah hasil jalur biologis daripada

aktivitas pada target tertentu dan menawarkan pendekatan pelengkap untuk menemukan

senyawa atau target yang memodulasi kunci fenotip neurodegenerasi. Kekuatan dari

pendekatan fenotipik adalah bahwa tes tidak memerlukan pemahaman penuh dari mekanisme


molekuler penyakit, dan aktivitas dalam tes tersebut dapat diterjemahkan lebih langsung ke

dampak terapi dibandingkan tes berbasis sasaran. Oleh karena itu, dengan skrining fenotipik,

ada harapan untuk menemukan target terapi baru, biologi penyakit baru , dan, pada saat yang

sama, obat-obatan untuk ND.

Skrining fenotip dengan pengambilan yang lebih tinggi telah dikembangkan

menggunakan seluler, Organotypic, atau model hewan kecil (misalnya, Caenorhabditis

elegans, Drosophila, dan Zebrafish). Skrining ini memberikan kesempatan untuk

mengidentifikasi molekul yang dapat memodulasi jalur biologis mengendalikan

perkembangan penyakit pada ND. Dalam ulasan ini, kita akan fokus pada meninjau Skrining

fenotipe terbaru yang fenomenal, yang sebagian besar digunakan model selular

neurodegenerasi. Aspek pada kumpulan senyawa pemilihan tersebut teknologi skrining saat

ini, dan strategi tindak lanjut setelah skrining fenotipik primer akan dibahas.

Skrining terhadap Fenotipe berdasarkan Rekapitulasi Patologi Kunci tes NDS

Fenotipik yang dirancang berdasarkan fenotipe penyakit-yang relevan. Di ND, fenotip

driver disfungsi progresif atau kematian neuron, yang akhirnya menyebabkan gejala pada

pasien. Misalnya, PD ditandai dengan degenerasi progresif neuron dopaminergik di

substansia nigra.1 Hilangnya dopaminergik neuron hasil di dopaminergik stimulasi berkurang

di striatum, yang akhirnya menyebabkan disfungsi motorik. Oleh karena itu, agen yang

memperbaiki degenerasi neuron secara aktif mencari untuk memodifikasi perkembangan

penyakit dan memberikan manfaat klinis.


Gambar 1. Tiga strategi skrining fenotipik obat untuk penyakit neurodegenerative.

Pendekatan pertama terutama berfokus pada menghilangkan atau mengurangi tingkat beracun

spesies (patologis agregat, stres oksidatif, dll) yang dapat menyebabkan neurodegeneration.

Kedua pendekatan pelindung saraf secara tidak langsung memodulasi tingkat racun.

Sebaliknya, mereka berusaha untuk melindungi neuron disfungsional terhadap efek merusak

dari racun yang ada. Viabilitas sel atau survival adalah titik akhir utama untuk skrining saraf.

Ketiga pendekatan regenerasi memperkenalkan neurogenesis dewasa untuk neuron baru

untuk menggantikan neuron mati tua dalam kondisi rusak. Regenerasi aksonal dan

myelinisasi ulang juga dimasukkan sebagai pendekatan regeneratif.

Skrining fenotipe yang digunakan dengan cara :

1. Pendekatan pertama, dengan fokus pada penghapusan racun atau toksin pengurangan

(Gbr. 1), bertujuan untuk menghilangkan racun atau tekanan yang menyebabkan

neurodegenerasi. Asumsinya adalah bahwa dengan mengurangi tingkat racun / stres dalam

sel atau lingkungan, Rons neutrofil yang terkena akan dapat memulihkan diri dan

mendapatkan kembali fungsi, sedangkan neuron tidak terpengaruh akan tetap utuh. Oleh

karena itu, pengurangan tingkat toksin akan menjadi titik akhir utama untuk basis skrining

fenotipe.

2. Pendekatan kedua pelindung saraf, dirancang untuk mencari molekul atau mekanisme

yang secara langsung melindungi neuron terhadap penyakit yang relevan. Ketersediaan sel

akan menjadi titik akhir utama untuk skrining ini. Pendekatan ini bekerja hanya pada tahap

di mana disfungsi neuron masih bisa diselamatkan. Jadi, kuncinya adalah untuk

menerapkan pendekatan ini pada awal penyakit sebelum kerusakan saraf menjadi

ireversibel.

3. Pendekatan ketiga melengkapi pelindung saraf, berfokus pada regenerasi (yaitu,

mengenalkan neurogenesis dewasa untuk neuron fungsional baru yang akan dimasukkan

ke dalam area dan mengkompensasi hilangnya neuron tua). Perpanjangan strategi tersebut

akan mencari regenerasi proses saraf seperti akson dengan sinapsis fungsional yang baru

terbentuk. Jelas, tiga strategi tersebut saling terhubung satu sama lain, dan molekul / target

yang mempengaruhi beberapa mekanisme akan menarik khusus untuk menawarkan

intervensi komprehensif lebih menyeluruh terhadap neurodegeneration.


PROSES MENGHILANGKAN RACUN / TOKSIN

Berdasarkan toksisitas tersebut, tes fenotipik telah dirancang dan skrining kimia telah

dilakukan untuk senyawa yang dapat mengurangi tingkat racun (Tabel 1). Genetika manusia

telah memberikan wawasan yang signifikan dalam etiologi penyakit pemahaman, terutama di

kumpulan NDS.

Memahami mekanisme sporadis NDS jauh lebih rumit, karena tidak ada faktor

genetik yang dominan berkontribusi terhadap timbulnya penyakit. Dengan mempelajari

jaringan yang terkena dari pasien, keunggulan patologis untuk beberapa NDS sporadis telah

diidentifikasi.

Menariknya, sebuah studi SAR sekitar senyawa ini disarankan fitur struktural tertentu

untuk menjaga khasiat. Efek dari senyawa ini akan dievaluasi lebih lanjut dalam neuron

dopaminergik primer dan di model hewan untuk PD. Selain keunggulan patologis, stres

intraseluler juga telah diusulkan untuk menyebabkan disfungsi neuronal. Stres oksidatif

adalah salah satu beban metabolik neuron dengan akson yang panjang dan cepat rilis

pemancar saraf. Stres oksidatif yang berlebihan mengganggu protein, DNA, lipid, dan

organel intraseluler, yang akhirnya mengarah ke sel mati.36 Dalam ND, kerusakan oksidatif

seperti teroksidasi sisi nukleotida dan protein teroksidasi telah diamati dalam neuron mati

sebagai acara awal proses dari tion.37 neurodegeneratif untuk mengidentifikasi senyawa

dengan sifat antioksidan, skrining fenotipik mengukur tingkat stres oksidatif intraseluler.

Selain itu, faktor ekstrinsik juga berkontribusi terhadap kematian neuronal. Dalam

kondisi sakit, peradangan saraf dikarakterisasikan dengan aktivasi sel glia, limfosit perifer

infil- trasi, dan peningkatan kadar sitokin proinflamasi memainkan peran merugikan pada

neurons.

Pelindung saraf

Ketika pasien dari NDS gejala klinis nyata, ada sudah akumulasi kronis racun dalam

sistem saraf, dan sejumlah besar neuron sudah mulai merosot. Pada tahap ini, penghapusan

racun mungkin tidak cukup atau terlalu terlambat untuk memperbaiki situasi. Dengan

demikian, pelindung saraf kontribusi lain strategi penting untuk melestarikan neuron

fungsional yang tersisa dengan cara mal maxi dan perkembangan penyakit lambat. Untuk


menetapkan assay untuk skrining neuroproteksi, salah satu harus rekapitulasi patologi kunci

dalam ND.

Dalam satu studi, tikus neuron granul cerebellar digunakan untuk skrining senyawa

yang mendorong pertumbuhan out-neurite dengan adanya penghambatan substrat mielin .

Empat hits dari kumpulan senyawa yang baru disintesis adalah identifikasi yang mencegah

efek penghambatan myelin. Salah satu hits kemudian dikonfirmasi dalam berbagai tes

perkembangan neurite (jenis berbagai neuron, dengan berbagai agen inhibitor) dan

menunjukkan keberhasilan dalam tes in vivo dengan sensorik neuron kolom dorsal.

Selain itu, faktor neurotropik adalah molekul pelindung untuk mendukung

kelangsungan hidup neuron, dan faktor neurotropik depri- elevasi dianggap sebagai salah satu

mekanisme yang mendasari untuk neurodegenerasi demikian, molekul kecil dengan aktivitas

trophin seperti neuro akan menjadi agen saraf yang baik untuk ND . Satu skrining fenotipik

sukses seperti itu dibentuk menggunakan neuron dopaminergik otak tengah primer. Senyawa

quinoline diturunkan disaring untuk hits mendukung para kelangsungan hidup neuron

terhadap degenerasi spontan.

Sebagai tes berbasis sel mungkin tidak cukup untuk mewakili semua aspek penyakit,

ex vivo dan pada model binatang vivo telah dicoba untuk skrining, meskipun dengan sangat

terbatas dan kapasitas.

Regenerasi

Regenerasi adalah cara untuk memperbaiki jaringan saraf yang rusak adalah tujuan

inspirasi untuk pengobatan ND. Dua pendekatan utama untuk regenerasi telah dipelajari.

Pendekatan pertama berfokus pada transplantasi sel induk ke otak untuk memperbaiki

jaringan saraf yang rusak, 53,54 sedangkan yang kedua menekankan mempromosikan

neurogenesis (yaitu, entiation berbeda- sel saraf penduduk induk dalam relung sel induk saraf

dewasa) menjadi neuron baru, yang mungkin bermigrasi ke situs saraf berdasarkan

pendekatan yang terakhir telah dirancang dan diterapkan untuk skrining kimia. Selain genesis

neuro, remyelination adalah pendekatan penting untuk mengenalkan regenerasi saraf.

Selain mengenalkan neurogenesis, meningkatkan remyelisasi akson demyelisasi

merupakan pendekatan lain untuk regenerasi saraf, terutama untuk beberapa NDS dengan


patologi demielinasi. Oligodendrocytes bertanggung jawab untuk mielinisasi akson, dan

karena itu mengenlkan diferensiasi sel progenitor oligodendrocyte ke oligodendrocytes

dewasa fungsional yang berpotensi dapat meningkatkan remyelination akson dalam kondisi

sakit.

Pertimbangan teknis untuk skrining fenotipik untuk NDS

Dengan teknologi canggih, banyak model skrining dan format pengujian telah

diadopsi untuk memfasilitasi pemutaran fenotipik. Pada bagian ini, kita akan memberikan

review sistematis dari pertimbangan teknis untuk skrining fenotipik untuk neurodegeneration,

pemilihan model penyakit yang relevan, dan penerapan teknologi baru untuk readouts

spesifik neuron, di harapan meningkatkan peluang sukses di daerah ini menantang.

Pertimbangan pada Pemilihan kumpulan Senyawa

Dalam skrining dibahas di bagian sebelumnya, berbagai jenis kumpulan senyawa

yang dipilih untuk fenotipe skrining, seperti set obat dipasarkan, dijelaskan kumpulan

senyawa dengan informasi target, dan kumpulan yang mengandung turunan dari bioaktif

yang dikenal molekul. Prinsip-prinsip umum untuk pemilihan kumpulan senyawa, seperti

pengayaan senyawa dengan sifat fisikokimia yang baik dan keragaman struktur, yang

masalah dibagi antara skrining berbasis target dan skrining fenotipik. Meskipun ini, ada

pertimbangan tambahan khusus yang terkait dengan sifat unik dari skrining fenotipik.

Skrining fenotipe umumnya memiliki yang lebih rendah, terutama ketika skrining dilakukan

dengan sel primer, jaringan, atau model hewan kecil.

Pertimbangan pada Model Digunakan untuk fenotipik Screening

Memilih model yang paling relevan untuk skrining fenotipe sangat penting tapi

menantang. Sel diabadikan dapat ditingkatkan dengan mudah dan juga dapat direkayasa

secara genetik untuk membangun tes reporter. Namun, untuk penemuan obat ND, baris sel ini

mungkin tidak sepenuhnya rekapitulasi sistem regulasi spesifik neuro dan mencerminkan

kepekaan. Neuron tikus primer, yang dengan sifat yang mirip dengan neuron manusia,

dibatasi oleh jumlah hewan yang bisa membedah dari, dapat menjadi sumber yang lebih baik

dari sel untuk skrining fenotipik.


Organotipe atau model hewan kecil menyediakan cara untuk model koneksi jaringan

saraf dan situasi in vivo, terutama ketika menargetkan noncell auton- fenotipe omous.

Beberapa contoh sukses telah disediakan di bagian sebelumnya, seperti C. elegans atau

Zebrafish screens. Salah satu pendekatan skrining kuat adalah dengan menggunakan

manipulasi genetik, seperti label GFP, untuk mencetak fenotipe yang diinginkan. Namun, ada

beberapa komplikasi dengan model-model skrining, seperti species tersebut perbedaan

protein target, kesulitan menerina uji ketahanan akibat paparan konsisten senyawa dan

persiapan budaya, dan throughput uji terbatas dan metodologi analitis. Singkatnya, setiap

sistem model memiliki kekuatan dan kelemahan. Memilih model terbaik cocok untuk

skrining memerlukan pertimbangan cermat dari banyak faktor, termasuk translatability dari

fenotip, pilihan koleksi senyawa, dan format tes. Selain itu, beberapa model untuk fenotipe

diteliti dapat digunakan dalam penyaringan baik secara paralel atau sequen- esensial untuk

memperkuat kepercayaan pada validitas hit.

Metodologi Terapan di Fenotipik Skrining dan Kebutuhan Teknologi Spesifik

Metodologi telah sangat maju untuk memungkinkan surement-langkah fenotipe

selular. Pada bagian ini, kita akan membahas teknologi yang paling berlaku untuk

mempelajari fenotipe yang terkait dengan neurodegeneration, seperti probe baru

dikembangkan neon atau tag protein dan otomatis platform sel-pencitraan. Teknologi ini

berfungsi sebagai alat yang kuat untuk memantau berbagai jenis fenotipe seluler terkait

dengan patogenesis penyakit dengan cara pengambilan yang lebih tinggi.

Pemantauan fenotipe ini dalam neuron dysfunctioning akan berharga untuk

mengidentifikasi agen untuk intervensi awal neurodegenerasi. Konten skrining yang tinggi

(HCS) berbasis teknologi pencitraan telah lebih banyak digunakan untuk memonitor-saraf

tertentu perubahan, seperti panjang neurite, bercabang, atau pembentukan sinaps.

Berdasarkan hasil skrining fenotipe, beberapa strategi tindak lanjut dapat diterapkan.

Tindak lanjut Strategi untuk Fenotipik Skrining Setelah kampanye screening fenotipik

berbuah, mengembangkan hits pemilihan senyawa untuk pengujian klinis biasanya memakan

waktu dan menantang, mirip dengan yang ditemukan dalam penemuan obat berbasis sasaran.

Strategi follow up yang berbeda dapat dipertimbangkan berdasarkan hasil skrining fenotip.

Jika senyawa hit dari uji fenotipik yang obat-obatan atau aset klinis, dengan khasiat yang


menguntungkan dalam tes sekunder, aktivitas yang baik dalam in vivo penyakit-model hewan

yang relevan, file yang pro farmakokinetik diterima, dan jendela terapeutik yang cukup

diluncurkan, mereka dapat dengan cepat diuji dalam studi klinis. Upaya tersebut untuk

memposisikan FDA menyetujui obat telah Ulasan komprehensif dan tidak akan lebih rinci di

sini. Jika hits tahu sasaran penjelasan, sasaran validasi tion kemudian harus dilakukan melalui

validasi farmakologis menggunakan senyawa yang berbeda modulasi target yang sama, atau

validasi genetik dengan knock down / berlebih in vitro atau in vivo. Setelah target

dikonfirmasi dan divalidasi, penemuan obat berbasis target dapat dimulai. Sebuah contoh

yang baik untuk ini adalah skrining fenotipik pada sel-β regenerasi, model berbasis sel untuk

diabetes.

Tantangan dan Masa Depan Perspektif

Dalam ulasan ini, kami telah dijelaskan jalan bagi phenotype- berbasis penemuan

obat untuk NDS, termasuk fenotipe modeling, pemilihan kumpulan majemuk, dan tindak

lanjut.

Setiap bagian dilengkapi dengan tantangan sendiri (Gbr. 2). Kunci dari keberhasilan

sebelumnya skrining fenotipik untuk penemuan obat adalah penggunaan driver diterjemahkan

fenotipe penyakit. Meskipun jelas bahwa di antara semua NDS, disfungsi neuronal atau

kematian neuronal adalah fenotipe konsisten untuk memicu perkembangan penyakit, masih

belum jelas apa penyebab nyata untuk neurodegeneration adalah. Selain itu, adalah wajar

untuk mempertanyakan apakah model kematian neuronal seluler akut secara akurat


mencerminkan sifat progresif kronis ND. Untuk MITI- gerbang risiko yang terkait dengan

kesenjangan ini, seleksi fenotipe harus dipandu oleh wawasan dari genetika manusia,

epidemiologi, patologi, dan temuan klinis. Selain itu, untuk mengurangi risiko yang terkait

dengan tidak relevan penyakit uji tipe fenotipe tertentu, senyawa dengan beberapa

mekanisme yang prefer- dapat orang yang memodulasi hanya fenotip tunggal. Misalnya,

senyawa dengan baik penghapusan racun dan sifat proteksi neuropro- mungkin menawarkan

efek penyakit-memodifikasi baik dan berpotensi mengurangi kemungkinan positif palsu.

Setelah screening fenotip sukses, untuk lebih mengembangkan senyawa timbal, model hewan

diterjemahkan dan spidol perkembangan penyakit akan membantu untuk mengevaluasi

efikasi memodifikasi penyakit-mereka. Semakin banyak sumber daya dan upaya telah

dikhususkan untuk daerah ini untuk memfasilitasi pengembangan obat.

Review Jurnal Biomolekuler Tahun 2015

Documents

Transcript of Review Jurnal Biomolekuler Tahun 2015