Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Obrana proti buněčnému „polibku smrti“

Inhibitory proteazomu
Publikováno: Vesmír 86, 383, 2007/6

Význam některých objevů je zjevný hned, význam jiných jsme schopni pochopit až za čas, s přibývajícími vědomostmi a nadhledem. Vědci, kteří při výzkumu mechanizmů štěpení bílkovin v buňce objevili buněčný „polibek smrti“ (ubikvitin-proteazomový systém), čekali na uznání svého objevu několik desítek let. Jejich úsilí však bylo korunováno udělením Nobelovy ceny (viz Z. Storchová: O buněčném odpadu, Vesmír 84, 73, 2005/2) a objevem léku, který snad pomůže zachraňovat lidské životy.

Výzkum degradace bílkovin pokročil zejména v průběhu osmdesátých a devadesátých let minulého století, kdy byl postupně objevován mechanizmus spolupráce ubikvitinu a proteazomu (viz obrázek) – nejvýznamnější způsob štěpení bílkovin v buňce. 1) Dnes již víme, že odbourávání bílkovin v proteazomu neprobíhá divoce, ale je regulováno. V devadesátých letech byly objeveny první látky, které likvidaci bílkovin v proteazomu brzdí. A protože již bylo známo, že objevený systém reguluje zásadní pochody týkající se dělení buněk, jejich zániku a opravy buněčné DNA, začalo se pomýšlet na využití látek zastavujících likvidaci bílkovin – inhibitorů proteazomu – v léčbě. Dnes jich známe řadu a dělíme je do pěti skupin, které se liší strukturou, silou a také výlučností působení na proteazom – některé z nich zastavují činnost i dalších systémů štěpících bílkoviny v buňce (viz rámeček „Inhibitory proteazomu“ 1 ).

Lék proti nádorům Jediný inhibitor proteazomu, který se stal léčivem, je zatím bortezomib. 2) Léčí se jím mnohočetný myelom, což je zhoubné nádorové onemocnění způsobené transformací B-lymfocytů, jejich překotným množením a nahromaděním nádorových buněk. Nemoc je provázena bolestmi v kostech, nebo dokonce zlomeninami narušené kostní tkáně, útlumem krvetvorby a četnými infekcemi. Mnohočetný myelom sice zatím vyléčit nelze, ale do bortezomibu jsou vkládány naděje. První výsledky klinických studií byly tak optimistické, že FDA (federální instituce USA, která kontroluje zdravotní bezpečnost potravin a léčiv) kontaktovala farmaceutickou společnost vyvíjející přípravek a navrhla jí, že zkrátí registrační řízení, aby se lék dostal dřív k pacientům. V pokročilých stadiích nemoci má tento lék dobré výsledky a předepisuje se pacientům, u nichž ostatní léčba selhala. Probíhají i studie, které hodnotí vliv tohoto léku na časná stadia mnohočetného myelomu, testuje se také jeho účinek v kombinaci s jinými léky a možnost použít jej v léčbě dalších nádorových onemocnění.

Inhibice proteazomu je jednou z moderních léčebných metod nádorových onemocnění, které ovlivňují nitrobuněčné pochody odpovědné za růst nádoru, vznik metastáz a tvorbu cév vyživujících nádor. Řada bílkovin v buňce, jež se na těchto procesech nějakým způsobem podílejí, bývá označkována ubikvitinem a rozštěpena v proteazomu. Jestliže tomu dokážeme zabránit, můžeme ze zvrhlé zhoubné buňky opět udělat buňku slušnou, která neotravuje život svým sousedům. Nebo ji lze dohnat k sebevraždě (vlivem některých podnětů se postupně sama stráví, provede apoptózu). Původně se předpokládalo, že zastavení činnosti proteazomu bude výrazně ovlivňovat všechny buňky, a proto bude mít velké nežádoucí účinky. Kupodivu však jsou k tomuto zásahu vnímavější zhoubné buňky. 3) Tento efekt umožňuje použít tak velké koncentrace inhibitoru, aby potlačily nádorové bujení a ještě neničily buňky zdravé. Mezi nejvýznamnější mechanizmy protinádorového účinku inhibitorů proteazomu patří inhibice nukleárního faktoru kappa B, ovlivnění buněčného cyklu a aktivace proteinu p53, který může spustit odumírání buňky nesoucí známky zhoubného bujení (viz rámeček „Obrana proti nádorovému bujení“ 2 ).

Nejen proti nádorům
Mezi klíčové proteiny regulované štěpením v proteazomu patří také proteiny zapojené v regulaci zánětlivých procesů. Zastavení degradační činnosti proteazomu tedy může být nástrojem pro léčbu onemocnění spojených s rozvojem zánětu. Příznivým mechanizmem je v tomto případě vypnutí aktivity nukleárního faktoru kappa B, který při zánětu spouští genovou expresi cytokinů, enzymů, přilnavých molekul (majících na svědomí zanesení cévního řečiště) a dalších látek. Mezi onemocnění, v jejichž léčbě by vypnutí nebo usměrnění činnosti proteazomu mohlo být výhodné, patří cévní mozková příhoda, infarkt myokardu, revmatoidní artritida, lupénka a virové infekce. Tato onemocnění bývají totiž provázena zánětem, který zhoršuje projevy nemoci a komplikuje léčbu.

Další možnost použití inhibitorů proteazomu je léčba negativní proteinové bilance, která je průvodním jevem řady patologických stavů (nádorových onemocnění, chronických onemocnění ledvin, hladovění, popálenin ad.). V těle takového pacienta je více bílkovin odbouráváno než vytvářeno, což dříve nebo později přivodí závažný nedostatek bílkovin a celkovou ochablost organizmu. Krátký čas sice může být negativní proteinová bilance v obraně proti onemocnění užitečná, neboť vzroste nabídka aminokyselin využitelných pro reakce imunitního systému, opravu poškozených tkání a zisk energie v postižených tkáních. Déletrvající ztráty bílkovin však vedou k narušení imunity, což se projeví sklonem k infekci, zhoršeným hojením ran a selháváním jednotlivých orgánů. Výrazně se zhorší prognóza onemocnění. Například u více než 20 % onkologických nemocných je bezprostřední příčinou smrti právě úbytek bílkovin a výsledné oslabení organizmu. Četné studie ukazují, že tato negativní proteinová bilance je pravděpodobně způsobena právě zvýšeným odbouráváním bílkovin prostřednictvím proteazomového systému spouštěného ubikvitinovými „značkami“. Zmíněné inhibitory mohou ztrátám bílkovin zabránit, jak dokládají výsledky z naší i jiných laboratoří. 4) Tak jako tableta ibuprofenu spolknutá pro léčbu zánětu zároveň tlumí i bolest, mohl by inhibitor proteazomu podaný pro léčbu nádoru zároveň vyrovnávat proteinovou bilanci.

Vyhlídky hospodaření s buněčnými popelnicemi
Vzhledem k tomu, že je systém ubikvitinu a proteazomu nedílně zapojen do regulace nitrobuněčných procesů, existuje pro inhibitory proteazomu teoreticky mnoho dalších využití. Uvažuje se například o možnosti léčby vysokého krevního tlaku, ale také malárie. Na druhou stranu právě rozsáhlé působení těchto inhibitorů představuje hlavní nevýhodu. Z. Storchová ukončila svůj článek o ubikvitinu a proteazomu obecnou poučkou: „Chceš-li přežít, řádně se starej o veškerý odpad.“ Inhibitor proteazomu buňce její hospodaření s bílkovinným odpadem pořádně zkomplikuje. Zabrání totiž štěpení všech substrátů proteazomu, tedy i těch bílkovin, jejichž odstranění je pro buňku v dané chvíli výhodné. Bude záležet na tom, zda prospěch v podobě léčebného účinku převáží nad neduhy z přetékajících buněčných popelnic. Pravděpodobně se dočkáme registrace dalších inhibitorů proteazomu, avšak vývoj bude směřovat spíše k hledání cílených zásahů, které by ovlivnily štěpení konkrétních proteinů a co nejvíce ušetřily ty ostatní.

Literatura

Hershko A., Ciechanover A., Varshavsky A.: Basic Medical Research Award. The ubiquitin system, Nat. Med. 6, 1073–1081, 2000

Poznámky

1) Ze struktur způsobujících buněčnou degradaci bílkovin jsou nejdéle známy lyzozomy; dnes známe i další – kalpainy a kaspázy (viz P. Mlejnek, Vesmír 83, 468, 2004/8).
2) V květnu roku 2003 jej pro léčbu schválila federální americká organizace Food and Drug Administration (FDA) k léčbě mnohočetného myelomu, o rok později byl registrován i naším Státním ústavem pro kontrolu léčiv (SÚKL).
3) V jednom experimentu byla například nutná 340krát vyšší koncentrace inhibitoru k vyvolání apoptózy ve zdravých buňkách než v buňkách nádorových.
4) Viz Kadlčíková J., Holeček M., Šafránek R., Tilšer I., Kessler B. M.: The effects of proteasome inhibitors MG132, ZL3VS, and AdaAhx3L3VS on protein metabolism in septic rats, Int. J. Exp. Pathol. 85, 365–371, 2004/6.

INHIBITORY PROTEAZOMU
Peptidické aldehydy – nejznámější a nejrozšířenější – jsou komerčně snadno dostupné. Jejich účinek je vratný, nejsou ale selektivní. Některé peptidické aldehydy jsou chráněny patentem pro potenciální léčbu např. nádorových onemocnění, zánětů, stavů celkové ochablosti organizmu (kachexií), neurologických poruch, řídnutí kostní tkáně aj.

Peptidické vinylsulfony byly nejdříve popsány jako inhibitory cysteinových proteáz. Jejich účinek je nevratný, tudíž se neuvažuje o jejich využití v terapii. Jsou však díky své snadné syntéze vhodné pro výzkum.

Epoxyketony byly nalezeny při vyhledávání přírodních látek potlačujících nádory u myší. Díky své specifické vazbě na proteazom jsou vysoce selektivní.

Laktacystin je přírodní produkt izolovaný původně z mikroorganizmu Streptomyces, později byla zvládnuta i jeho složitá syntéza. Ve vodném roztoku konvertuje na účinný clasto-laktacystin ß-lakton, který na rozdíl od laktacystinu prochází buněčnou membránou. Klinické hodnocení látky odvozené ze struktury laktacystinu zatím prokázalo dobrou snášenlivost u zdravých dobrovolníků.

Peptidylboronové kyseliny jsou silně účinné a jejich účinek je vratný. Jsou selektivní a metabolicky stabilní, proto se z nich vyvíjejí potenciální léčiva. Do této skupiny patří i bortezomib.

OBRANA PROTI NÁDOROVÉMU BUJENÍ

  • Zástava aktivace nukleárního faktoru kappa B. Jaderný faktor kappa B je v cytoplazmě vázán ke svému inhibičnímu proteinu. Tento inhibiční protein je po označení ubikvitinem rozštěpen v proteazomu. Uvolněný faktor kappa B se přesune do jádra a zapne geny ovlivňující u nádorových buněk vznik růstových a antiapoptotických faktorů, adhezních molekul, enzymů, látek zprostředkujících zánět, vývoj metastáz či novotvorbu cév prokrvujících nádorovou tkáň. Jestliže se podaří zabránit štěpení inhibičního proteinu, není aktivován nukleární faktor kappa B. Tím se potlačí růst nádoru a zvýší i jeho vnímavost k chemoterapii a ozařování.

  • Zpomalení buněčného cyklu. Množení buněk je kontrolováno molekulárními mechanizmy, které zajišťují přesnost a správnost replikace. Jednotlivá stadia buněčného cyklu jsou regulována cyklin-dependentními kinázami. Jejich aktivita je kontrolována mj. cykliny (proteiny s velmi krátkým poločasem degradace) a inhibitory cyklin-dependentní kinázy. Jak cykliny, tak inhibitory cyklin-dependentní kinázy jsou likvidovány v proteazomu. Inhibitory proteazomu dokážou u různých typů nádorů zastavit či zpomalit buněčný cyklus, u některých vyvolávají apoptózu.

  • Zvýšení aktivity p53. Tento potlačovatel nádorů je protein s krátkým biologickým poločasem. Funguje jako jaderný transkripční faktor (zapíná a vypíná některé geny). U více než poloviny lidských nádorů bývá gen p53 poškozen nebo mutován, u dalších je pozměněna regulace jeho aktivity. Hromadí se a aktivuje za nedostatku kyslíku, při poškození DNA nebo při aktivaci onkogenů, a pak podle situace zastavuje buněčný cyklus, spouští apoptózu, reguluje opravu DNA či diferenciaci buněk. V buňce jej regulují enzymy E3, které označují protein p53 ubikvitinem, a určují tak jeho rychlé štěpení proteazomem. Inhibitory proteazomu způsobují u některých typů nádorových buněk akumulaci a zvýšenou aktivitu p53, což vede k zastavení buněčného cyklu či apoptóze.

  • Soubory

    článek ve formátu pdf: 200706_V383-384.pdf (205 kB)

    Diskuse

    Žádné příspěvky