Η νόσος Πάρκινσον είναι μια προοδευτική νευροεκφυλιστική διαταραχή του κεντρικού νευρικού συστήματος, τα ακριβή αίτια της οποίας παραμένουν ακόμη ασαφή. Η νόσος αφορά ένα εκατομμύριο ανθρώπους στην Ευρώπη, ενώ αναμένεται έως το 2030 ο αριθμός αυτός να διπλασιαστεί, καθιστώντας επιτακτική την ανάγκη για έρευνα στο πεδίο. Μια πρόσφατη διεθνής έρευνα κινείται στην κατεύθυνση αυτή, αποκαλύπτοντας τον ρόλο του μηχανισμού της επιδιόρθωσης βλαβών στο DNA, στην παθογένεση της νόσου Πάρκινσον. Στην έρευνα συμμετείχαν ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ, του Ινστιτούτου Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας (ΙΜΒΒ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) ΙΜΒΒ-ΙΤΕ και του Πανεπιστημίου του Όσλο. Ο Δρ. Κωνσταντίνος Παληκαράς, ερευνητής στο Εργαστήριο Πειραματικής Φυσιολογίας και Επίκουρος Καθηγητής της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ, μιλά στο Πρίσμα για τα αποτελέσματα της έρευνας, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Cell Reports.
Μιλήστε μας για τον μηχανισμό που μελετήσατε και τον ρόλο του στη νόσο του Πάρκινσον.
Τα νευρικά κύτταρα, όπως οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες, αντιμετωπίζουν υψηλά επίπεδα παραγωγής ενεργών ριζών και παράγωγων οξυγόνου λόγω της έντονης μεταβολικής τους δραστηριότητας, καθώς και της χαμηλής αντιοξειδωτικής τους ικανότητας. Το έντονο οξειδωτικό στρες, που είναι αποτέλεσμα της συσσώρευσης ενεργών ρίζων και παραγώγων οξυγόνου, προκαλεί βλάβες σε διάφορα κυτταρικά οργανίδια και μακρομορία, συμπεριλαμβανομένου του DNA. Το μοριακό μονοπάτι της επιδιορθωτικής εκτομής βάσεων (BER: Base excision repair) αποτελεί τον κύριο μηχανισμό για την αποκατάσταση βλαβών του DNA από το οξειδωτικό στρες και προστατεύει τους νευρώνες από τις κυτταροτοξικές ή μεταλλαξιογόνες δράσεις τους.
Η παθοφυσιολογία της νόσου Πάρκινσον οφείλεται κυρίως στη δυσλειτουργία ή την απώλεια μιας συγκεκριμένης ομάδας νευρώνων, οι οποίοι βρίσκονται στην περιοχή της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας του μεσεγκεφάλου (substantia nigra pars compacta) και παράγουν τον νευροδιαβιβαστή της ντοπαμίνης (ντομπαμινεργικοί νευρώνες). Η ντοπαμίνη είναι ένα χημικό προϊόν του εγκεφάλου και είναι απαραίτητη τόσο για τη έλεγχο της σωματικής κινητικότητας όσο και της ψυχοδιανοητικής κατάστασης του ατόμου. Επομένως, η έλλειψη της ντοπαμίνης είναι ο κύριος παράγοντας εμφάνισης και εξέλιξης της νόσου Πάρκινσον.
Πειράματα γενετικής σάρωσης αποκάλυψαν ότι η απενεργοποίηση γονιδίων που εμπλέκονται στη ρύθμιση του μοριακού μηχανισμού της επιδιορθωτικής εκτομής βάσεων καταστέλλει τον εκφυλισμό των ντοπαμινεργικών νευρώνων. Έτσι, λοιπόν, οδηγηθήκαμε στην υπόθεση ότι η απορρύθμιση του συγκεκριμένου μοριακού μονοπατιού κατά τη γήρανση μπορεί να αποτελεί κύριο ρυθμιστή της εμφάνισης και εξέλιξης της νόσου Πάρκινσον.
Ποια μεθοδολογία χρησιμοποιήσατε στην έρευνα;
Στην παρούσα έρευνα χρησιμοποιήσαμε ως πειραματικό σύστημα τον νηματώδη σκώληκα Caenorhabditis elegans (Εικόνα αριστερά) καθώς και δείγματα ιστού προερχόμενα από ασθενείς με Πάρκινσον. Πειράματα γενετικής σάρωσης, χρησιμοποιώντας στελέχη του νηματώδη σκώληκα που εκφράζουν την ανθρώπινη πρωτεΐνη α-συνουκλεΐνη (α-synuclein) στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες και αποτελούν μοντέλο της νόσου, αποκάλυψαν ότι απορρύθμιση των γονιδίων που ελέγχουν το μονοπάτι της επιδιορθωτικής εκτομής βάσεων οδηγεί στην προοδευτική απώλεια των νευρώνων κατά τη γήρανση (Εικόνα δεξιά). Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας πειράματα γενετικής μηχανικής και τεχνικές μικροσκοπίας φθορισμού, αποκαλύψαμε τη δράση συγκεκριμένων μορίων που συμμετέχουν στην παθοφυσιολογία της νόσου. Τέλος, πραγματοποιήσαμε ανάλυση αλληλουχίας του DNA όλων των γονιδίων (whole exome sequencing) σε εγκεφαλικά κύτταρα από υγιείς ανθρώπους και τα συγκρίναμε με αντίστοιχα από ανθρώπους που πάσχουν από Πάρκινσον. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης αποκάλυψαν αυξημένη συχνότητα μεταλλαγών σε γονίδια που ρυθμίζουν τον μηχανισμό της επιδιορθωτικής εκτομής βάσεων στα δείγματα των ασθενών με τη νόσο. Στο σύνολό τους, τα ευρήματα της μελέτης μας καταδεικνύουν την εξελικτικά συντηρημένη δράση του συγκεκριμένου μονοπατιού από τον νηματώδη ως και τον άνθρωπο.
Θεωρείτε ότι τα ευρήματα μπορούν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη θεραπευτικών παρεμβάσεων για τη νόσο του Παρκινσον και με ποιον τρόπο;
Η νόσος Πάρκινσον είναι μια χρόνια ασθένεια για την οποία όμως δεν έχει βρεθεί έως σήμερα αποτελεσματική θεραπεία. Παρ’ όλα αυτά υπάρχουν κάποιες φαρμακευτικές ουσίες η δράση των οποίων επιβραδύνει την εξέλιξη της νόσου και βελτιώνει τα συμπτώματα της. Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας είναι σε θέση να βοηθήσουν στη συγκεκριμένη κατεύθυνση. Το γεγονός ότι οι μοριακοί μηχανισμοί που ελέγχουν τη δραστηριότητα του μονοπατιού της επιδιορθωτικής εκτομής βάσεων είναι εξελικτικά συντηρημένοι από τον νηματώδη σκώληκα ως και τον άνθρωπο, υπογραμμίζει τον κεντρικό του ρόλο στην διατήρηση της κυτταρικής ομοιόστασης μεταξύ των ειδών. Τα ευρήματα αυτής της έρευνας αποκαλύπτουν την κρίσιμη συμβολή του μονοπατιού της επιδιορθωτικής εκτομής βάσεων στην παθοφυσιολογία της νόσου Πάρκινσον, και αναδεικνύουν το συγκεκριμένο μονοπάτι ως έναν πιθανό στόχο για την ανάπτυξη νέων στρατηγικών θεραπευτικών παρεμβάσεων.
Ποια είναι τα επόμενα ερευνητικά σχέδιά σας;
Τα ερευνητικά μας ενδιαφέροντα εστιάζονται στη μελέτη των μοριακών μηχανισμών που διέπουν τη λειτουργία και την παθοφυσιολογία του νευρικού συστήματος. Η έρευνα είναι μια συνεχής προσπάθεια και ένα επίπονο εγχείρημα, όμως τα αποτελέσματα της προσπάθειας αυτής αποζημιώνουν κάθε μας θυσία. Τα ευρήματα της συγκεκριμένης μελέτης είναι καθοριστικής σημασίας για την κατανόηση του φαινομένου της γήρανσης και στον άνθρωπο. Επομένως, αναμένεται να βοηθήσουν σημαντικά στην αντιμετώπιση παθολογικών καταστάσεων που συνοδεύουν τη γήρανση και χαρακτηρίζονται από την συσσώρευση βλαβών του DNA. Στο πλαίσιο αυτό έχουμε ήδη ξεκινήσει συνεργασία με φαρμακευτικές εταιρείες και εργαστήρια του εξωτερικού, προκειμένου να εντοπιστούν χημικά μόρια που θα μπορούν να δράσουν αποτρεπτικά στην απορρύθμιση των μηχανισμών επιδιόρθωσης του DNA και να προστατέψουν τους νευρώνες από τον κυτταρικό θάνατο.
Η συνεργασία των ερευνητικών ομάδων της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ, του ΙΜΒΒ και του πανεπιστημίου του Όσλο διευρύνεται για κατανόηση των μονοπατιών που ελέγχουν την εμφάνιση και εξέλιξη παθολογικών καταστάσεων, όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος Χάντινγκτον και η πλάγια μυατροφική σκλήρυνση. Τέτοιες διεθνής συνεργασίες είναι απαραίτητες καθώς ενισχύεται η εξωστρέφεια των ελληνικών πανεπιστημιακών ιδρυμάτων και ενδυναμώνεται το ερευνητικό τους έργο.
Το άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Cell Reports:
SenGupta, T., Palikaras, K., Esbensen, Y. Q., Konstantinidis, G., Galindo, F. J. N., Achanta, K., ... & Nilsen, H. (2021). Base excision repair causes age-dependent accumulation of single-stranded DNA breaks that contribute to Parkinson disease pathology. Cell Reports, 36(10), 109668.
