Введение
Энзим Бета-секретаза 1, также известный как бета-сайт амилоидного предшественника белка расщепляющий фермент 1, бета-сайт APP расщепляющий фермент 1 (BACE1), мембранно-ассоциированная аспартическая протеаза 2, мемапсин 2, аспартилпротеаза 2 и ASP2, – это фермент, кодируемый геном BACE1 у человека. Экспрессия BACE1 наблюдается главным образом в нейронах. BACE1 является аспартической протеазой, важной для формирования миелиновых оболочек в периферических нервных клетках: у мышей экспрессия BACE1 высока в постнатальном периоде, когда происходит миелинизация. Трансмембранный белок содержит два активных аспартатных остатка в своем внеклеточном домене и может функционировать как димер; его цитоплазматический хвост необходим для правильного созревания и эффективного внутриклеточного транспорта, но не влияет на активность. Он синтезируется в виде профермента, эндопротеолитическое удаление происходит после того, как BACE покидает эндоплазматическую сеть, в аппарате Гольджи. Кроме того, пропептид получает дополнительные сахара для увеличения молекулярной массы, а хвост подвергается пальмитоилированию. Экспрессия BACE1 подвержена влиянию воспалительного состояния: при болезни Альцгеймера цитокины снижают уровень PPAR1, ингибитора мРНК BACE1.
Beta secretase 1, also known as beta site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1, beta site APP cleaving enzyme 1 (BACE1), membrane associated aspartic protease 2, memapsin 2, aspartyl protease 2, and ASP2, is an enzyme that in humans is encoded by the BACE1 gene. Expression of BACE1 is observed mainly in neurons. BACE1 is an aspartic acid protease important in the formation of myelin sheaths in peripheral nerve cells: in mice the expression of BACE1 is high in the postnatal stages, when myelination occurs. The transmembrane protein contains two active site aspartate residues in its extracellular protein domain and may function as a dimer, its cytoplasmic tail is required for the correct maturation and an efficient intracellular trafficking, but does not affect the activity. It is produced as a pro enzyme, the endoproteolitc removal occurs after BACE leaves endoplasmic reticulum, in the Golgi apparatus. In addition the pro peptide receives additional sugars to increase the molecular mass. and the tail became a palmitoylated. The BACE1 expression is influenced by the inflammatory state: during AD the cytokines reduce the PPAR1 an inhibitor of BACE1 mRNA.
Роль в болезни Альцгеймера
BACE1 является основной бета-секретазой, ответственной за генерацию амилоидных β-пептидов в нейронах. Для образования 40- или 42-аминокислотных амилоидных β-пептидов, которые агрегируют в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, требуется два последовательных расщепления белка-предшественника амилоида (APP). Внеклеточное расщепление APP ферментом BACE1 приводит к образованию растворимого внеклеточного фрагмента и фрагмента, связанного с клеточной мембраной, который называется C99. Расщепление C99 в пределах его трансмембранного домена γ-секретазой высвобождает внутриклеточный домен APP и формирует амилоид β. Поскольку γ-секретаза расщепляет APP ближе к клеточной мембране, чем BACE1, она удаляет часть амилоидного β-пептида. Начальное расщепление APP α-секретазой, а не BACE1, предотвращает последующее образование амилоида β, формируя P3, что демонстрирует конкуренцию BACE1 и α-секретазы за процессинг APP. В отличие от APP и пресенилиновых белков, важных для γ-секретазы, известные мутации в гене, кодирующем BACE1, не вызывают раннее начало семейной болезни Альцгеймера, являющейся редкой формой этого заболевания. Однако было показано, что уровень этого фермента повышен при гораздо более распространенной спорадической болезни Альцгеймера с поздним началом. BACE2 является близким гомологом BACE1, не демонстрирующим расщепления APP in vivo. Физиологическое назначение расщепления APP и других трансмембранных белков BACE остается неизвестным: некоторые исследования показали, что BACE1 участвует в миелинизации (он коэкспрессируется с нейрегулином 1 типа III). Аналогично процессингу APP, β-субъединица VGSC является субстратом для BACE1. Однако одноаминокислотная мутация в APP снижает способность BACE1 расщеплять его с образованием бета-амилоида и уменьшает риск развития болезни Альцгеймера и других когнитивных нарушений.
Ингибиторы BACE
Препараты, блокирующие этот фермент (ингибиторы BACE), теоретически должны предотвращать накопление бета-амилоида и, согласно амилоидной гипотезе, могут помочь замедлить или остановить развитие болезни Альцгеймера.
Для болезни Альцгеймера
Несколько компаний находятся на ранних стадиях разработки и тестирования этого потенциального класса препаратов. В марте 2008 года были опубликованы результаты фазы I для кандидата CTS 21166 компании CoMentis Inc. В апреле 2012 года Merck & Co., Inc сообщила о результатах фазы I для своего кандидата верубецестата (MK 8931). Merck начала клиническое исследование фазы II/III препарата MK 8931 в декабре 2012 года, завершение которого планировалось в июле 2019 года. В феврале 2017 года Merck приостановила исследование верубецестата на поздней стадии для лечения легкой и умеренной болезни Альцгеймера после того, как независимая группа экспертов сообщила о "практически нулевых" шансах на его эффективность. Это произошло всего через три месяца после того, как Eli Lilly & Co. объявила о неудачах в разработке соланезумаба. В сентябре 2014 года AstraZeneca и Eli Lilly and Company объявили о соглашении о совместной разработке ланабецестата (AZD3293). Ключевое клиническое исследование фазы II/III ланабецестата началось в конце 2014 года, но было остановлено в 2018 году до запланированного завершения из-за неудовлетворительных результатов. Другим ингибитором BACE1, достигшим фазы II клинических испытаний, является ингибитор LY2886721 компании Eli Lilly. Данные исследования фазы I были впервые представлены на Международной конференции Ассоциации по изучению болезни Альцгеймера в 2012 году. Ежедневное применение в течение 2 недель снижало активность BACE1 на 50–75%, а уровень Aβ42 в спинномозговой жидкости – на 72% (Willis et al., 2012; Bowman Rogers and Strobel, 2013). Недавно Lilly сообщила о прекращении исследования LY2886721 фазы II из-за выявленных аномалий функции печени у 4 из 45 пациентов (Rogers, 2013). Однако эта токсичность не обязательно связана с механизмом действия ингибитора, а может быть результатом нецелевых эффектов, поскольку печень мышей с нокаутом BACE1 функционирует нормально.
Потенциальные побочные эффекты
Испытания на мышах показали, что BACE-протеазы, в частности BACE1, необходимы для нормальной функции мышечных веретен. Эти результаты позволяют предположить, что препараты, ингибирующие BACE, которые в настоящее время изучаются для лечения болезни Альцгеймера, могут вызывать значительные побочные эффекты, связанные с нарушением двигательной координации, хотя мыши с нокаутом по гену BACE1 остаются здоровыми.
Связь с плазмепсином
BACE1 обладает отдалённым родством с патогенной аспартатной протеазой плазмепсином, который является потенциальной мишенью для будущих противомалярийных лекарств.