Review jurnal Biomolekuler 2015
Skrining fenotipik sebagai target penyakit neurodegeneratif Minhua Minhua Zh Zhang ang1, 1, Guangr Guangrui ui Luo2, Luo2, Yanjiao njiao Zh Zhou1 ou1,, Shaohu Shaohuii 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 memperlamba memperlambatt perkembanga perkembangan n penyakit penyakit masih kurang, membuat membuat kebutuhan kebutuhan medis untuk menangani menangani penyakit penyakit neurodegen neurodegenerative erative mempunyai 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 mene menemu muka kan n mole moleku kull keci kecill atau atau targ target et yang ang memo memodu dula lasi si kara karakt kter eris isti tik k kunc kuncii dari dari neurodegenerasi. Skrining fenotipik yang berfokus pada perbaikan racun penyakit tertentu, perlindungan neuron dari degenerasi, atau pengenalan neurodegenerasi bisa berpotensi untuk menemu menemukan kan agen agen terapi terapi untuk untuk penya penyakit kit neurod neurodege egener nerativ ative. e. Dalam Dalam ulasan ulasan ini, ini, kita kita akan akan merangkum merangkum kemajuan kemajuan skrining skrining senyawa senyawa menggunak menggunakan an strategi strategi berbasis berbasis fenotipik fenotipik untuk daerah ini, dengan dengan pertimbang pertimbangan an yang unik untuk untuk model model penyakit, penyakit, tes, dan penyaringan penyaringan meto metodo dolo logi gi.. ami ami akan akan lebi lebih h memb memberi erika kan n persp perspek ekti tiff
tent tentan ang g cara cara terb terbai aik k untu untuk k
meng menggu guna naka kan n skri skrini ning ng feno fenoti tip p untu untuk k meng mengem emba bang ngka kan n obat obat terb terbai aik k untu untuk k peny penyak akit it neurodegenerative. Kata kuni ! penyakit neurodegeneratif, skrining fenotipe, konsiderasi teknik
Review jurnal Biomolekuler 2015 Penyakit neurodegeneratif !"D# 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 .$,% &tiologi neurodegeneration cukup heterogen. 'imbulnya penyakit bisa karena keturunan !Mendel inhercent (#, sporadis, atau gabungan keduanya.),* "DS yang paling umum adalah penyakit +lheimer !+D# dan penyakit Parkinson !PD#, yang mempengaruhi jutaan orang di seluruh dunia. Perawatan yang tersedia untuk beberapa "DS, dengan mayoritas dari mereka mengendalikan hanya gejala penyakit. 'erapi 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, donepeil mengontrol demensia hanya selama waktu singkat pada pasien +D # atau bahkan menghasilkan &fek samping klinis yang signifikan !misalnya, levodopa menyebabkan fluktuasi motorik dan diskinesia di moderat untuk maju PD patients#. +kibatnya, fokus penemuan obat untuk "D telah bergeser ke identifikasi molekul penyakitmemodifikasi yang menunda atau menghentikan perkembangan penyakit dan menawarkan manfaat klinis yang berkepanjangan atau berkelanjutan untuk pasien. /,0 yang Selama dekade terakhir, menargetkan berbasis skrining dan skrining fenotipik telah secara luas digunakan untuk penemuan obat
$1
. Mulai tahun $0/1-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
$(
Dalam skrining berdasarkan target, sasaran identifikasi dan validasi melalui ekspresi, penargetan gen, dan studi model penyakit pada hewan yang digunakan untuk membangun hipotesis bahwa modulasi aktivitas target proteinnya yang spesifik akan memiliki efek terapi yang menguntungkan. Skrining kumpulan kimia molekul kecil ini kemudian digunakan untuk mengidentifikasi senyawa yang mengikat 2 berinteraksi dengan afinitas tinggi dan spesifisitas untuk target.$) unci dari skrining ini digunakan sebagai titik awal untuk sasaran kedua validasi farmakologi dan mengawali penemuan 2 optimasi. Skrining kompleks 3enotipik 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. ekuatan dari pendekatan fenotipik adalah bahwa tes tidak memerlukan pemahaman penuh dari mekanisme molekuler penyakit, dan aktivitas dalam tes tersebut dapat diterjemahkan lebih langsung ke
Review jurnal Biomolekuler 2015 dampak terapi dibandingkan tes berbasis sasaran. 4leh karena itu, dengan skrining fenotipik, ada harapan untuk menemukan target terapi baru, biologi penyakit baru , dan, pada saat yang sama, obat-obatan untuk "D. Skrining fenotip dengan pengambilan yang lebih tinggi telah dikembangkan menggunakan seluler, 4rganotypic, atau model hewan kecil !misalnya, 5aenorhabditis elegans, Drosophila, dan 6ebrafish#. Skrining ini memberikan kesempatan untuk mengidentifikasi
molekul
yang
dapat
memodulasi
jalur
biologis
mengendalikan
perkembangan penyakit pada "D. Dalam ulasan ini, kita akan fokus pada meninjau Skrining fenotipe terbaru yang fenomenal,
yang sebagian besar digunakan model
selular
neurodegenerasi. +spek pada kumpulan senyawa pemilihan tersebut teknologi skrining saat ini, dan strategi tindak lanjut setelah skrining fenotipik primer akan dibahas.
Skrining terhadap "enotipe berdasarkan #ekapitu$asi %ato$ogi Kuni tes &'S
3enotipik yang dirancang berdasarkan fenotipe penyakit-yang relevan. Di "D, fenotip driver disfungsi progresif atau kematian neuron, yang akhirnya menyebabkan gejala pada pasien. Misalnya, PD ditandai dengan degenerasi progresif neuron dopaminergik di substansia nigra.$ 7ilangnya dopaminergik neuron hasil di dopaminergik stimulasi berkurang di striatum, yang akhirnya menyebabkan disfungsi motorik. 4leh karena itu, agen yang memperbaiki degenerasi neuron secara aktif mencari untuk memodifikasi perkembangan penyakit dan memberikan manfaat klinis.
8ambar $. 'iga 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.
Review jurnal Biomolekuler 2015 edua pendekatan pelindung saraf secara tidak langsung memodulasi tingkat racun. Sebaliknya, mereka berusaha untuk melindungi neuron disfungsional terhadap efek merusak dari racun yang ada. 9iabilitas sel atau survival adalah titik akhir utama untuk skrining saraf. etiga pendekatan regenerasi memperkenalkan neurogenesis dewasa untuk neuron baru untuk menggantikan neuron mati tua dalam kondisi rusak. :egenerasi aksonal dan myelinisasi ulang juga dimasukkan sebagai pendekatan regeneratif. Skrining fenotipe yang digunakan dengan ara !
$. Pendekatan pertama, dengan fokus pada penghapusan racun atau toksin pengurangan !8br. $#,
bertujuan
untuk
menghilangkan
racun
atau
tekanan
yang
menyebabkan
neurodegenerasi. +sumsinya adalah bahwa dengan mengurangi tingkat racun 2 stres dalam sel atau lingkungan, :ons neutrofil yang terkena akan dapat memulihkan diri dan mendapatkan kembali fungsi, sedangkan neuron tidak terpengaruh akan tetap utuh. 4leh karena itu, pengurangan tingkat toksin akan menjadi titik akhir utama untuk basis skrining fenotipe. %. Pendekatan kedua pelindung saraf, dirancang untuk mencari molekul atau mekanisme yang secara langsung melindungi neuron terhadap penyakit yang relevan. etersediaan sel akan menjadi titik akhir utama untuk skrining ini. Pendekatan ini bekerja hanya pada tahap di mana disfungsi neuron
masih bisa diselamatkan. ;adi, kuncinya adalah untuk
menerapkan pendekatan ini pada awal penyakit sebelum kerusakan saraf menjadi ireversibel. (. 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. ;elas, tiga strategi tersebut saling terhubung satu sama lain, dan molekul 2 target yang mempengaruhi beberapa mekanisme akan menarik khusus untuk menawarkan intervensi komprehensif lebih menyeluruh terhadap neurodegeneration.
%#(S)S M)&G*+LA&GKA& #A-& . /(KS+&
Review jurnal Biomolekuler 2015 telah memberikan wawasan yang signifikan dalam etiologi penyakit pemahaman, terutama di kumpulan "DS. Memahami mekanisme sporadis "DS 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 "DS sporadis telah diidentifikasi. Menariknya, sebuah studi S+: sekitar senyawa ini disarankan fitur struktural tertentu untuk menjaga khasiat. &fek 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, D"+, lipid, dan organel intraseluler, yang akhirnya mengarah ke sel mati.( Dalam "D, kerusakan oksidatif seperti teroksidasi sisi nukleotida dan protein teroksidasi telah diamati dalam neuron mati sebagai acara awal proses dari tion.( 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.
%e$indung saraf
etika pasien dari "DS 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 ma=i dan perkembangan penyakit lambat. >ntuk menetapkan assay untuk skrining neuroproteksi, salah satu harus rekapitulasi patologi kunci dalam "D. Dalam satu studi, tikus neuron granul cerebellar digunakan untuk skrining senyawa yang mendorong pertumbuhan out-neurite dengan adanya penghambatan substrat mielin .
Review jurnal Biomolekuler 2015 &mpat 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 "D . Satu skrining fenotipik sukses seperti itu dibentuk menggunakan neuron dopaminergik otak tengah primer. Senyawa ?uinoline diturunkan disaring untuk hits mendukung para kelangsungan hidup neuron terhadap degenerasi spontan. Sebagai tes berbasis sel mungkin tidak cukup untuk mewakili semua aspek penyakit, e= vivo dan pada model binatang vivo telah dicoba untuk skrining, meskipun dengan sangat terbatas dan kapasitas.
#egenerasi
:egenerasi adalah cara untuk memperbaiki jaringan saraf yang rusak adalah tujuan inspirasi untuk pengobatan "D. Dua pendekatan utama untuk regenerasi telah dipelajari. Pendekatan pertama berfokus pada transplantasi sel induk ke otak untuk memperbaiki jaringan saraf yang rusak, *(,*) 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 "DS dengan patologi demielinasi. 4ligodendrocytes 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.
%erti0bangan teknis untuk skrining fenotipik untuk &'S
Review jurnal Biomolekuler 2015 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.
%erti0bangan pada %e0i$ihan ku0pu$an Senyaa
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.
%erti0bangan pada Mode$ 'igunakan untuk fenotipik Sreening
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. "amun, untuk penemuan obat "D, baris sel ini mungkin tidak sepenuhnya rekapitulasi sistem regulasi spesifik neuro dan mencerminkan kepekaan. "euron 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. 4rganotipe atau model hewan kecil menyediakan cara untuk model koneksi jaringan saraf dan situasi in vivo, terutama ketika menargetkan noncell auton- fenotipe omous.
Review jurnal Biomolekuler 2015 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 se?uen- esensial untuk memperkuat kepercayaan pada validitas hit.
Metodo$ogi /erapan di "enotipik Skrining dan Kebutuhan /ekno$ogi 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. 'eknologi 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. onten skrining yang tinggi !75S# berbasis teknologi pencitraan telah lebih banyak digunakan untuk memonitor-saraf tertentu perubahan, seperti panjang neurite, bercabang, atau pembentukan sinaps. paya tersebut untuk memposisikan 3D+ menyetujui obat telah >lasan komprehensif dan tidak akan lebih rinci di sini. ;ika 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 2 berlebih in vitro atau in vivo. Setelah target dikonfirmasi dan divalidasi, penemuan obat berbasis target dapat dimulai. Sebuah contoh
Review jurnal Biomolekuler 2015 yang baik untuk ini adalah skrining fenotipik pada sel-@ regenerasi, model berbasis sel untuk diabetes.
/antangan dan Masa 'epan %erspektif
Dalam ulasan ini, kami telah dijelaskan jalan bagi phenotype- berbasis penemuan obat untuk "DS, termasuk fenotipe modeling, pemilihan kumpulan majemuk, dan tindak lanjut.
Setiap bagian dilengkapi dengan tantangan sendiri !8br. %#. unci dari keberhasilan sebelumnya skrining fenotipik untuk penemuan obat adalah penggunaan driver diterjemahkan fenotipe penyakit. Meskipun jelas bahwa di antara semua "DS, 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 "D. >ntuk MA'A- 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
Review jurnal Biomolekuler 2015 efikasi memodifikasi penyakit-mereka. Semakin banyak sumber daya dan upaya telah dikhususkan untuk daerah ini untuk memfasilitasi pengembangan obat.
