Uutisia

null Masennuslääkkeet sitoutuvat aivojen kasvutekijän reseptoriin suoraan ilman serotoniinin apua

Masennuslääkkeet sitoutuvat aivojen kasvutekijän reseptoriin suoraan ilman serotoniinin apua

Selektiivisten serotoniinin takaisinoton estäjien (SSRI-lääkkeet) ja muiden perinteisten masennuslääkkeiden ajatellaan vaikuttavan siten, että ne lisäävät serotoniinin ja noradrenaliinin määrää synapseissa. Uuden nopeavaikutteisen masennuslääkkeen ketamiinin taas on ajateltu toimivan estämällä välittäjäaine glutamaatin reseptoreita.

Neurotrofiset kasvutekijät säätelevät hermoston kehitystä ja muovautuvuutta. Kaikki masennuslääkkeet lisäävät aivoperäisen neurotrofisen kasvutekijän BDNF:n määrää ja signalointia aivoissa, mutta lääkkeiden on tähän mennessä luultu vaikuttavan kasvutekijään epäsuorasti, serotoniinin tai glutamaattireseptorien välityksellä.

Cell-tiedelehdessä julkaistu uusi tutkimus kuitenkin osoittaa, että masennuslääkkeet sitoutuvat suoraan BDNF-kasvutekijän TrkB-nimiseen reseptoriin. Löydös kyseenalaistaa serotoniinin tai glutamaatin reseptorien ensisijaisen roolin masennuslääkkeiden vaikutuksissa.

Helsingin yliopiston Neurotieteen tutkimuskeskuksen ja fysiikan osaston johtama kansainvälinen tutkimus selvitti useiden eri lääkeaineryhmiin kuuluvien masennuslääkkeiden sitoutumista TrkB-reseptoriin. Kaikki tutkitut masennuslääkkeet, muun muassa SSRI-lääke fluoksetiini, trisyklinen masennuslääke imipramiini sekä ketamiini, sitoutuivat TrkB-reseptoriin.

– Tutkimuksessamme selvisi, että kaikki masennuslääkkeet lisäävät kasvutekijä BDNF:n signalointia sitoutumalla sen TrkB-reseptoriin. Tämä signalointi on välttämätöntä masennuslääkkeiden solu- ja käyttäytymisvaikutuksille tutkimissamme kokeellisissa malleissa. Masennuslääkkeiden muovautuvuutta edistävät vaikutukset eivät siis vaatineet serotoniinimäärän lisääntymistä tai glutamaattireseptorin estymistä, kuten aiemmin on luultu, kertoo tutkimuksen päätutkija, akatemiaprofessori Eero Castrén.

Masennuslääkkeet sitoutuvat kasvutekijäreseptori TrkB:n solukalvon läpäisevään osaan stabiloiden reseptorin rakenteen. Lääkkeet lisäävät aivoperäisen neurotrofisen tekijän signalointia synapsien solukalvolla. Kuva: Mykhailo Girych & Giray Enkavi

Sitoutumispaikka löydettiin molekyylimallinnuksen avulla

Masennuslääkkeiden sitoutumispaikka TrkB:n solukalvon läpäisevässä osassa löydettiin molekyylimallinnuksen avulla professori Ilpo Vattulaisen tutkimusryhmässä Helsingin yliopiston fysiikan osastolla. Biokemialliset sitoutumistutkimukset ja TrkB-reseptoriin tuotetut mutaatiot varmistivat sitoutumispaikan. Mallinnuksessa tutkijat käyttivät CSC:n laskentaresursseja.

– Simulaatiot ennustivat lääkeaineen, tässä tapauksessa fluoksetiinin, sitoutumisen TrkB-proteiinien dimeeriseen rakenteeseen tämän proteiinikompleksin solukalvon sisällä olevassa osassa, ja lääkeaineen sitoutumispaikan tässä proteiinirakenteessa. Kokeet vahvistivat nämä ennustukset. Edelleen simulaatioissa tutkittiin kattavasti kolesterolin ja tiettyjen TrkB-mutaatioiden vaikutusta lääkeaineen kykyyn vaikuttaa TrkB-proteiinin toimintaan, Ilpo Vattulainen kertoo. 

Molekyylimallinnus myös osoitti, että TrkB-reseptorin rakenne on herkkä solukalvon kolesterolipitoisuudelle. TrkB syrjäytyy niistä solukalvon osista, joissa kolesterolipitoisuus on korkea, kuten synapsien kalvoilta.

– Lääkkeiden sitoutuminen stabiloi kahden TrkB-reseptorin muodostaman dimeerin rakenteen. Se estää TrkB-reseptoreiden syrjäytymistä ja lisää niiden määrää synapsien solukalvolla, jolloin kasvutekijä BDNF:n vaikutukset tehostuvat. Lääkkeet eivät siis suoraan aktivoi TrkB:n toimintaa, vaan ne herkistävät reseptorin BDNF:n vaikutuksille, Castrén kertoo.

Masennuslääkkeiden vaikutuksiin liittyvien tulosten lisäksi tutkimus tuotti runsaasti uutta tietoa kasvutekijän reseptorin rakenteesta ja toiminnasta.

Miksi ketamiini vaikuttaa niin nopeasti?

Viime vuosina masennuksen hoidossa on yleistynyt nukutusaineena käytetty ketamiini. Tutkijat yllättyivät huomatessaan, että sekä hitaasti vaikuttavat SSRI-lääkkeet että nopeavaikutteinen ketamiini vaikuttavat sitoutumalla samaan paikkaan.

SSRI-lääkkeet sitoutuvat serotoniinin kuljettajaproteiiniin hanakammin kuin TrkB:hen, mutta ketamiinin sitoutuminen glutamaatin reseptoriin ja TrkB:hen tapahtuu samanlaisilla lääkeainepitoisuuksilla.

– Aikaisemmat tutkimustulokset osoittavat, että SSRI-hoidon aikana lääkeaineet saavuttavat vähitellen aivoissa TrkB-reseptoriin sitoutumiseen tarvittavan pitoisuuden, kun taas suoneen annosteltava ketamiini ja nenäsumutteena käytettävä esketamiini saavuttavat sitoutumiseen tarvittavat pitoisuudet nopeasti minuuteissa. Ero SSRI-lääkkeiden ja ketamiinin vaikutuksen alkamisen välillä voi johtua niiden erilaisesta kyvystä saavuttaa aivoissa TrkB-reseptoriin sitoutumiseen tarvittava pitoisuus, Castrén sanoo.
 
Artikkeli:
Casarotto P.C., Girych M., Fred S.M., Kovaleva, V., Moliner R., Enkavi G., Biojone C., Cannarozzo C., Sahu, M.P., Kaurinkoski, K., Brunello C.A., Steinzeig A., Winkel F., Patil S., Vestring S., Serchov T., Diniz C.R.A.F., Laukkanen L., Cardon I., Antila H., Rog T., Piepponen, T.P., Bramham C.R., Normann C., Lauri S.E., Saarma M., Vattulainen I., Castrén E.  Antidepressant drugs act by directly binding to TRKB neurotrophin receptors. Cell (2021). DOI: 10.1016/j.cell.2021.01.034

Lue lisää tutkimusryhmistä:
Eero Castrén: Neuroplasticity and Neurotrophic factors
Ilpo Vattulainen: Biological Physics and Soft Matter