01Čo je to
PE-22-28 je sedemaminokyselinový peptid zo série analógov spadínu. Celá línia vychádza z proteínu sortilín, známeho aj ako neurotenzínový receptor 3: pri jeho dozrievaní odštiepi enzým furín 44-aminokyselinový propeptid označovaný PE, ktorý sa uvoľňuje na plazmatickej membráne a dá sa zistiť v ľudskom sére. Zo sekvencie tohto propeptidu bol navrhnutý 17-aminokyselinový spadín a z rozkladných produktov spadínu v krvi potom tento kratší peptid.
Peptid sa skúma ako antidepresívum nového typu: namiesto monoaminových transportérov blokuje draslíkový kanál TREK-1 z rodiny kanálov s dvoma pórovými doménami. Myši bez génu pre TREK-1 majú fenotyp odolný voči depresii, ktorý napodobňuje účinok antidepresívnej liečby, a práve preto sa blokáda tohto kanála stala terčom. Ide o výskumnú látku skúmanú v bunkových líniách s ľudským kanálom TREK-1, v kultúrach myších kôrových neurónov a v behaviorálnych modeloch u myší kmeňa C57Bl/6J.
02Mechanizmus účinku
Pri meraniach technikou patch-clamp na bunkovej línii HEK s ľudským kanálom TREK-1 blokuje peptid prúd aktivovaný arachidónovou kyselinou s IC50 0,10 nM, jeho alanínový analóg s 0,12 nM a biotinylovaný analóg s 1,2 nM, kým spadín má IC50 40 nM. Skrátenie peptidu teda zvýšilo afinitu k cieľu viac než tristonásobne. Úpravy na N-konci alebo C-konci aktivitu na kanáli zachovali alebo zrušili bez toho, aby zmenili afinitu.
Selektivita zostala pritom zachovaná. V koncentrácii 100 nM nezmenil peptid prúdy kanálov TREK-2, TRAAK, TRESK ani TASK-1 v transfekovaných bunkách HEK a ani v koncentrácii 10 µM neovplyvnil prúd IKr kanála hERG, ktorý v srdci zodpovedá za repolarizáciu.
Blokáda TREK-1 mení excitabilitu neurónov a spúšťa plastické pochody. Pri spadíne, ktorý pôsobí na ten istý kanál, sa v bunkových a zvieracích pokusoch zvýšil membránový potenciál neurónov, aktivovali sa dráhy MAPK a PI3K, stúpla expresia postsynaptického proteínu PSD-95 a synapsínu a po vnútrožilovom podaní myšiam stúpla v hipokampe mRNA aj proteín BDNF; v mozgu myší sa tiež zvýšila frekvencia výbojov serotonínových neurónov dorzálneho rafeálneho jadra. Pri samotnom PE-22-28 zvýšila koncentrácia 0,1 µM v kultúre myších kôrových neurónov hladinu PSD-95 postupne až do 36 hodín a štvordňové podávanie 3–4 µg/kg denne zvýšilo u myší počet novovznikajúcich buniek v hipokampe.
03Účinky
V teste núteného plávania skrátila jedna dávka 3–4 µg/kg intraperitoneálne u myší čas nehybnosti na 91,8 ± 6,1 sekundy oproti 161,7 ± 6,5 sekundy pri fyziologickom roztoku, pričom spadín dosahoval porovnateľný účinok v dávke 100 µg/kg. Rovnaký účinok mali analógy aj po štvordňovom podávaní, či už v dávke 3 µg/kg intraperitoneálne alebo 1 mg/kg sondou do žalúdka, a v teste naučenej bezmocnosti skrátilo štvordňové podávanie 3 µg/kg latencie úniku u myší.
V chemicky vyvolanom modeli depresie, v ktorom myši dostávali sedem týždňov kortikosterón, skrátilo štvordňové podávanie peptidu v dávke 3 µg/kg latenciu príjmu potravy v novom prostredí na 153,2 ± 5,4 sekundy oproti 226,1 ± 35,0 sekundy u kontrol; spadín v dávke 100 µg/kg dosiahol 129,2 ± 15,3 sekundy. Tento test odráža okrem depresívneho správania aj neurogenézu.
Po štvordňovom podávaní 3–4 µg/kg denne stúpol u myší počet buniek značených bromdeoxyuridínom v hipokampe (1736 ± 126 pri skúmanom peptide, 2110 ± 132 pri jeho alanínovom analógu a 1809 ± 267 pri biotinylovanom analógu na celý hipokampus) a v kultúrach myších kôrových neurónov stúpla hladina PSD-95, teda markera zrelých synapsií. Nové bunky teda dozrievajú na neuróny s funkčnými synapsiami.
Trvanie účinku sa skrátením peptidu výrazne predĺžilo. Pri jednorazovom podaní 32 µg/kg mal alanínový analóg polčas účinku v teste núteného plávania u myší 23 hodín a biotinylovaný analóg v dávke 40 µg/kg 21 hodín, kým spadín v dávke 100 µg/kg 6 hodín. Autori to pripisujú väčšej stabilite kratšej sekvencie v sére.
04Dávkovanie
Pre tento peptid neexistuje registrované dávkovanie ani ľudská štúdia. Uvedené dávky pochádzajú zo zvieracích pokusov u myší a sú vztiahnuté na telesnú hmotnosť; prepočet na človeka sa z nich nerobí.
Jednotky
- µg
- mikrogram; 1 000 µg = 1 mg
- µg/kg, mg/kg
- na kilogram telesnej hmotnosti zvieraťa v štúdii
Skúmané dávky
Myši kmeňa C57Bl/6J, testy núteného plávania, naučenej bezmocnosti a príjmu potravy v novom prostredí
antidepresívny účinok a neurogenéza
3–4 µg/kg denne
- Podanie
- intraperitoneálne
- Trvanie
- jedna dávka alebo 4 dni
Pri podaní sondou do žalúdka bola u myší účinná dávka 1 mg/kg a pri meraní trvania účinku jednorazová dávka 32 µg/kg.
Zdroj Djillani a kol. 2017 ↗
Prehľad dávok z registrácií, klinickej praxe a štúdií; pri každej je uvedený zdroj. Slúži na vzdelávanie, nie ako individuálny protokol.
05Riziká a súvislosti
U ľudí sa tento analóg zatiaľ neskúmal; publikované údaje pochádzajú z buniek s ľudským kanálom TREK-1 a z behaviorálnych modelov u myší kmeňa C57Bl/6J.
Bezpečnostný profil vychádza z cielených pokusov na terčových kanáloch a z prác s rodičovským peptidom spadínom. Delécia génu TREK-1 u myší zvyšuje citlivosť na bolesť, na záchvaty a na ischémiu, preto sa práve tieto oblasti testovali: v koncentrácii 100 nM nezmenil peptid prúdy kanálov TREK-2, TRAAK, TRESK ani TASK-1 a ani v koncentrácii 10 µM neovplyvnil prúd IKr kanála hERG, ktorého blokáda pri antidepresívach spôsobuje komorové arytmie.
Rodičovský spadín prešiel v tých istých laboratóriách širším testovaním u myší: neovplyvnil citlivosť na bolesť, priebeh kainátom vyvolaných záchvatov, veľkosť infarktu po fokálnej ischémii, glykémiu, systolický tlak ani srdcovú frekvenciu, neblokoval prúdy IKr a IKs a po trojtýždňovom podávaní zostal antidepresívne účinný. Tieto výsledky sa týkajú spadínu; pre samotný skrátený analóg je zodpovedajúci rozsah testov zatiaľ užší.
06Ako zapadá do celku
Peptid patrí do rodiny látok odvodených zo sortilínového propeptidu: propeptid PE má 44 aminokyselín, spadín 17 a tento analóg sedem, pričom afinita ku kanálu TREK-1 s každým skrátením stúpla. Prehľad tejto línie upozorňuje, že kanál TREK-1 blokuje aj fluoxetín, teda klinicky používané antidepresívum, a že rozdiel medzi oboma prístupmi je v rýchlosti: spadín a jeho analógy pôsobia v zvieracích testoch po štyroch dňoch, kým pri klasických antidepresívach sa účinok dostavuje po troch až štyroch týždňoch.
Prehľad o sortilíne dopĺňa, že samotný propeptid aj rozpustná forma sortilínu sa dajú merať v ľudskom sére a ich hladiny sa pri veľkej depresívnej poruche menia, takže tá istá molekulová dráha slúži aj ako zdroj biomarkerov.
Štúdie a zdroje
- Shortened Spadin Analogs Display Better TREK-1 Inhibition, In Vivo Stability and Antidepressant Activity. ↗Design of PE 22-28 from spadin's serum degradation products and its characterisation: TREK-1 IC50 0.10 nM (G/A analogue 0.12 nM, biotinylated 1.2 nM, spadin 40 nM) on hTREK-1/HEK cells, no effect on TREK-2, TRAAK, TRESK, TASK-1 at 100 nM or on hERG IKr at 10 µM, forced swim (91.8 ± 6.1 s versus 161.7 ± 6.5 s saline after 3–4 µg/kg i.p.), learned helplessness, corticosterone model with novelty suppressed feeding (153.2 ± 5.4 s versus 226.1 ± 35.0 s), activity after gavage at 1 mg/kg, hippocampal BrdU-positive cells after 4 days, PSD-95 in cortical neurons at 0.1 µM and an action half-time of 23 h at 32 µg/kg; numbers read in the PMC full text.
- Spadin, a sortilin-derived peptide, targeting rodent TREK-1 channels: a new concept in the antidepressant drug design. ↗First description of spadin: specific binding to TREK-1 with 10 nM affinity, block of the channel in COS-7 cells, cultured hippocampal neurons and CA3 neurons in slices, higher firing rate of serotonin neurons in the dorsal raphe nucleus of mice, resistance to depression in five behavioural tests as in TREK-1 deficient mice, and hippocampal CREB phosphorylation and neurogenesis after a 4-day intravenous treatment.
- Spadin as a new antidepressant: absence of TREK-1-related side effects. ↗Mice given spadin: no interference with pain sensitivity, kainate-induced seizures or infarct size after focal ischaemia, no inhibition of TREK-2, TRAAK, TASK and TRESK currents, no cardiac dysfunction and no block of IKr and IKs, unchanged systolic pressure, cardiac pulse and glycaemia, and sustained antidepressant activity after a three-week treatment.
- In vitro and in vivo regulation of synaptogenesis by the novel antidepressant spadin. ↗Primary mouse neurons and mice injected intravenously with spadin: higher neuronal membrane potential, time- and concentration-dependent activation of the MAPK and PI3K pathways, protection against staurosporine-induced apoptosis, higher PSD-95 and synapsin expression with more mature spines in cortical neurons, and higher hippocampal BDNF mRNA and protein in vivo.
- Fighting against depression with TREK-1 blockers: Past and future. A focus on spadin. ↗Review of TREK-1 blockers in depression: spadin's four-day onset against three to four weeks for fluoxetine, its in vivo stability below 7 h, the retro-inverso, cyclization and shortening strategies that produced analogues with higher TREK-1 potency and longer bioavailability, and fluoxetine as a clinically used TREK-1 inhibitor.
- The Involvement of Sortilin/NTSR3 in Depression as the Progenitor of Spadin and Its Role in the Membrane Expression of TREK-1. ↗Review of sortilin biology: maturation by furin releasing the 44-amino-acid propeptide PE, the physical interaction of sortilin with the TREK-1 channel, the block of channel activation by PE and spadin, and the detection of soluble sortilin and the sortilin-derived propeptide in human serum with levels altered in major depressive disorder.