review jurnal biomolekuler tahun 2015
Post on 29-Jan-2016
41 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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
Review jurnal Biomolekuler 2015
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
Review jurnal Biomolekuler 2015
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.
Review jurnal Biomolekuler 2015
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.
Review jurnal Biomolekuler 2015
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
Review jurnal Biomolekuler 2015
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
Review jurnal Biomolekuler 2015
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.
Review jurnal Biomolekuler 2015
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
Review jurnal Biomolekuler 2015
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
Review jurnal Biomolekuler 2015
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.
top related