モノメリックタウとα-シヌクレイン凝集のデュアルターゲット。神経変性疾患に対する新たなマルチターゲット治療法の開発

Dual Targeting of Monomeric Tau and α-Synuclein Aggregation: A New Multitarget Therapeutic Strategy for Neurodegeneration.

• Moustafa T Gabr
• Francesca Peccati

抄録

神経変性疾患の多面的な性質に対処するためには、効率的なマルチターゲット治療戦略の開発が重要である。最も一般的な神経変性疾患であるパーキンソン病（PD）とアルツハイマー病（AD）は、それぞれレビー小体（LB）と神経原線維タングル（NFT）と呼ばれる誤って折り畳まれたタンパク質の集合体が蓄積しているという共通の特徴を持っています。LBとNFTの前駆体であるタウタンパク質とα-シヌクレイン(α-syn)は、両者とモデルにおいて相乗的な凝集と神経毒性を示すことが示されている。ここでは、神経疾患のマルチターゲット治療薬開発のための効率的なプラットフォームとして、単量体のタウとα-シンの凝集のデュアルターゲティングを初めて検証した。細胞蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）を用いたタウ結合性化合物のハイスループットスクリーニングと、α-syn凝集を阻害する能力を持つ化合物の追加スクリーニングを行った結果、MG-2119がリード化合物として同定されました。MG-2119の単量体タウへの高い結合親和性は、細胞内FRETアッセイ、等温滴定熱量測定(ITC)、表面プラズモン共鳴(SPR)及びマイクロスケール熱泳動(MSH)を用いて検証された。さらに、MG-2119は、チオフラビンT（ThT）アッセイや動的光散乱（DLS）測定によって明らかになったように、α-synの凝集を抑制した。興味深いことに、MG-2119はSH-SY5Y神経芽腫細胞において、用量依存的にタウとα-シンの複合体による細胞毒性を抑制することができた。シングルターゲットのタウおよびα-syn凝集阻害剤では、より顕著な細胞救済効果は認められなかったが、本研究で説明したマルチターゲットアプローチの優位性が示された。MG-2119の満足な薬物動態と低毒性は、神経疾患の治療薬開発のための将来の最適化につながるものと期待されます。

Development of efficient multitargeted therapeutic strategies is crucial in facing the multifaceted nature of neurodegenerative diseases. Parkinson's disease (PD) and Alzheimer's disease (AD), the two most common neurodegenerative disorders, share a common hallmark of accumulation of misfolded protein aggregates which are Lewy bodies (LBs) and neurofibrillary tangles (NFTs), respectively. Tau protein and α-synuclein (α-syn), the precursors of LBs and NFTs, have demonstrated synergistic aggregation and neurotoxicity in both and models. Herein, we validate for the first time dual targeting of monomeric tau and α-syn aggregation as an efficient platform for development of multitarget therapeutics for neurological disorders. Cellular fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based high-throughput screening for tau-binding compounds, followed by additional screening of the hits for their ability to impede α-syn aggregation identified MG-2119 as a potential lead. The high binding affinity of MG-2119 to monomeric tau was verified using cellular FRET assay, isothermal titration calorimetry (ITC), surface plasmon resonance (SPR), and microscale thermophoresis (MSH). Moreover, MG-2119 inhibited α-syn aggregation as revealed by thioflavin T (ThT) assay and dynamic light scattering (DLS) measurements. Interestingly, MG-2119 was capable of rescuing combined tau and α-syn-induced cytotoxicity in SH-SY5Y neuroblastoma cells in a dose-dependent manner. Less pronounced cell-rescuing effects were observed for single-targeted tau and α-syn aggregation inhibitors showcasing the superiority of the multitargeted approach described in this study. The satisfactory pharmacokinetic profile and low toxicity of MG-2119 hold promise for future optimization to develop potential therapeutics for neurological disorders.