Specifikke stoffer belyser Alzheimers sygdom

I den normalt fungerende hjerne findes en hårfin balance mellem stimulerende og hæmmende signaler. Forskydninger i denne balance forårsager sygdomstilstande som f.eks. Alzheimers sygdom, en demenslignende sygdom med dødeligt udfald. Hvorfor og hvordan ubalancen opstår, er stadig uafklaret, men vi ved, at forhøjede mængder af signalstoffet glutaminsyre medvirker til, at hjernecellerne gradvist henfalder og dør.

Glutaminsyre aktiverer mange forskellige receptortyper, og anses for at være hjernens vigtigste stimulerende signalstof. Billedligt talt kan glutaminsyre opfattes som en hovednøgle til alle dørene i et højhus, hvor dørene symboliserer de forskellige receptortyper.

Kemiske forbindelser, der selektivt påvirker én enkelt type af receptorerne, er uundværlige i jagten på lægemidler, som kan forebygge, helbrede eller behandle Alzheimers sygdom. Det skyldes, at sådanne stoffer kan bruges til at kortlægge de enkelte receptortypers rolle i sygdomsprocessen. Kortlægningen giver et bedre udgangspunkt for at designe lægemiddelstoffer, som specifikt påvirker netop de relevante typer af receptorer.

De receptorer, der aktiveres af glutaminsyre, inddeles i to hovedgrupper, som kaldes ionotrope og metabotrope. De ionotrope receptorer, inddeles videre i undergrupper. To af disse undergrupper kaldes AMPA-receptorer og kainsyrereceptorer, fordi de fortrinsvis aktiveres af stofferne AMPA og kainsyre.

I den neuromedicinalkemiske gruppe på Danmarks Farmaceutiske Højskole har vi i flere år arbejdet med at identificere stoffer, der selektivt aktiverer enten AMPA- eller kainsyre-receptorer; altså at finde nøgler der udelukkende åbner én enkelt dør i højhuset. Målet er dels at identificere nøgler, der kan låse dørene op, dels at finde nøgler, der passer ind i nøglehullet og plomberer det, så det er svært eller umuligt at få en virksom nøgle ind i låsen. Begge typer af stoffer er vigtige værktøj i afklaringen af de enkelte receptorers betydning i udviklingen af bl.a. Alzheimers sygdom og på længere sigt som led i udviklingen af nye og bedre lægemidler.

For 15 år siden blev stoffet APTA syntetiseret som et led i en serie af stoffer, hvor målet var at modificere AMPA's kemiske struktur og undersøge, hvordan ændringerne påvirkede stoffernes effekt. ATPA kunne i modsætning til moderstoffet AMPA trænge over blodhjernebarrieren, men var tilsyneladende væsenligt mindre potent end AMPA. Imidlertid blev ATPA betragtet som et centralt stof, fordi den faldende potens i forhold til moderstoffet tydede på, at den store kemiske gruppe, der er tilstede i ATPA, gør det svært for stoffet at passe ind i AMPA receptoren. Det gav en vigtig information om receptoren, og om hvorledes nye stoffer skulle designes.

ATPA er ligesom glutaminsyre et stof, som eksisterer i to spejlbilledformer, der er fysisk og kemisk ens, men rumligt forskellige som højre og venstre hånd. De to spejlbilledformer af APTA kaldes henholdsvis (R)-APTA og (S)-ATPA. Det viser sig ofte, at kun den ene af to spejlbilledformer har den ønskede virkning, hvorimod den anden enten er uden virkning eller forårsager uønskede bivirkninger. Man kan igen sammenligne med en nøgle; et spejlbillede af nøglen kan ikke åbne låsen i en dør.

I hjernen findes udelukkende den ene af de to spejlbilledformer af glutaminsyre, nemlig (S)-glutaminsyre. (R)-glutaminsyre har ingen påviselig virkning på de receptorer, der aktiveres af (S)-glutaminsyre.

Vi har længe været interesseret i at opnå rene spejlbilledformer af ATPA for at karakterisere de to formers individuelle egenskaber. Her har en relativt ny metode inden for højtryksvæskekromatografi (HPLC) gjort det muligt at adskille visse stoffer udfra deres rumlige egenskaber. De to spejlbilledformer af APTA blev fremstillet i et højt udbytte og med høj renhed. I hver af de to spejlbilledformer var der således mindre end 0,1 procent af den anden spejlbilledform tilstede efter adskillelsen.

Til at karakterisere de biologiske egenskaber af APTA's to spejlbilledformer har vi i tæt samarbejde med Institut for Molekylær og Strukturel Biologi ved Århus Universitet benyttet os af en metode, der gør det muligt udelukkende at teste på én receptorundertype fremfor det væld af receptorer, man finder i det normale hjernevæv. Metoden går ud på at indføre receptorerne i frøæg ved hjælp af genteknologi.

Forsøgene med henholdvis AMPA- og kainsyre-receptorer viste meget overraskende, at (S)-ATPA selektivt og meget potent aktiverer den undertype af kainsyre-receptorerne, som opbygges af byggestenen GluR5. På AMPA-receptorerne er (S)-ATPA derimod 10-100 gange mindre potent. Denne selektivitet gør (S)-ATPA til et overordentlig vigtigt værktøj i fremtidig forskning.

Den anden spejlbilledform, (R)-ATPA, viste sig derimod at være uden virkning på kainsyre-receptorerne. Derimod har stoffet en blokerende virkning på AMPA-receptorerne. (R)-ATPA passer med andre ord i receptoren, med er ikke i stand til at stimulere den.

I et andet testsystem, en såkaldt hjerneskivemodel, har vi undersøgt stoffets virkninger i levende væv; et stykke af hjernebarken fra en rotte. De receptorer, man her undersøger, er således receptorer, der eksisterer i hjernen. I modsætning til forsøg med klonede receptorer i frøæg, hvor receptorsammensætningen er kendt, testes der i dette system på ukendte receptorkombinationer.

Ved forsøgene havde (S)-ATPA som forventet en stimulerende virkning på AMPA-receptorerne, der er dobbelt så stærk som den oprindelige blanding af de to spejlbilledformer. (R)-ATPA udviser derimod ingen stimulerende virkning, men hæmmer i stedet AMPA-receptorerne, nøjagtigt som det var tilfældet i forsøgene med frøæg.

I en model med levende væv ses ikke umiddelbart den kainsyreselektivitet, som vi fandt i forsøgene med frøæggene. Det skyldes efter al sandsynlighed, at den særligt følsomme udgave af kainsyre-receptorerne kun findes i begrænset omfang i hjernebarken.

Ved at adskille de to spejlbilledeformer af ATPA, der oprindeligt blev opfattet som et stof, der stimulerede AMPAreceptorerne svagt, er vi nu i besiddelse af et stof, der selektivt og potent aktiverer en specifik undertype af kainsyrereceptorer. Vi har på denne måde ved hjælp af et velkendt stof opnået et værktøj, der forhåbentlig kan skabe ny indsigt i baggrunden for Alzheimers sygdom og samtidigt bringe os et stykke videre af den snørklede vej mod lægemidler, der virker mod den invaliderende og dødelige sygdom.