Polacy opracowali superczułe markery do badania ważnych enzymów

Dr hab. Marcin Drąg (laureat programów START oraz FOCUS Fundacji na rzecz Nauki Polskiej) wraz ze swoimi doktorantami (mgr inż. Pauliną Kasperkiewicz i mgr. inż. Marcinem Porębą) opracowali nowatorską technologię badania enzymów proteolitycznych, nazwaną HyCoSuL (ang. Hybrid Combinatorial Substrate Library). Badania prowadzone były w ramach subsydium FOCUS FNP - poinformowała w wtorek Fundacja w przesłanym PAP komunikacie.

Enzymy proteolityczne (proteazy, peptydazy) to wyspecjalizowane białka, które rozkładają wiązania peptydowe. Dzięki temu potrafią „pociąć” inne białka na prostsze elementy - peptydy i aminokwasy.

Proteazy biorą udział w trawieniu oraz procesach degradacji szkodliwych białek w komórce. Ich nieprawidłowe działanie prowadzi do powstania w organizmie stanów patologicznych. Wśród następstw są na przykład choroby cywilizacyjne takie jak nowotwory, cukrzyca, nadciśnienie czy infekcje wirusowe i bakteryjne.

Badanie aktywności proteaz ma bardzo duże znaczenie zarówno w pracy naukowej, jak i leczeniu pacjentów – dlatego naukowcy starają się znaleźć jak najczulsze i możliwie specyficzne markery.

"Zanim opracujemy efektywny marker do badania tylko jednego, konkretnego enzymu, najpierw musimy poznać jego preferencje katalityczne - tzw. specyficzność substratową" - tłumaczy kierownik projektu dr hab. Marcin Drąg. Istniejące do tej pory narzędzia kompleksowego profilowania enzymów proteolitycznych opierały się na zastosowaniu jedynie naturalnych aminokwasów występujących w białkach.

Aby uzyskać lepsze efekty, wrocławski zespół dr. Drąga sięgnął po aminokwasy nienaturalne, które nie są kodowane przez DNA i w większości powstały dzięki syntezie organicznej. Powstała hybrydowa (zawierająca naturalne i nienaturalne aminokwasy) biblioteka substratów fluorogenicznych (HyCoSuL). "Dzięki temu narzędziu jesteśmy w stanie stworzyć nowe, bardziej czułe substraty i markery chemiczne dla bardzo dużej grupy enzymów proteolitycznych" – wyjaśnił dr Drąg.

Pierwszym enzymem zbadanym przy pomocy technologii HyCoSuL była ludzka elastaza neutrofilowa, która jest zaangażowana w rozwój nowotworów, a także uczestniczy w procesie zwalczania patogenów. Polskim naukowcom udało się otrzymać nowy peptydowy substrat fluorogeniczny, który jest kilka tysięcy razy lepiej rozpoznawany przez enzym niż komercyjnie dostępne cząsteczki. W kolejnym etapie, otrzymany substrat został przekształcony w marker chemiczny bardzo dobrze wiążący się z elastyną.

"Użyteczność naszego markera (oraz całej technologii) potwierdziliśmy badaniami biologicznymi, w których zobrazowaliśmy aktywność elastazy w procesie tworzenia się tzw. neutrofilowych pułapek zewnątrzkomórkowym (ang. NETs, Neutrophil Extracellular Traps). Pułapki te są włóknami zbudowanymi w przeważającej części z nici DNA wydzielanych z neutrofili, a ich zadaniem jest wyłapywanie niebezpiecznych dla życia patogenów" - tłumaczy mgr inż. Paulina Kasperkiewicz.

Badania biologiczne były prowadzone we współpracy z grupą prof. Guya Salvesena (Sanford Burnham Medical Research Institute, La Jolla, USA) oraz z grupą prof. Christine Winterbourn (University of Otago Christchurch, Nowa Zelandia).

Według autorów projektu opracowana technologia może posłużyć zarówno do znalezienia nowych, bardziej czułych i specyficznych markerów chemicznych, jak i leków przeciwdziałających zaburzeniom wywołanym przez proteazy. Wynikami badań zainteresowało się już kilka firm chemicznych i farmaceutycznych.

Obecnie naukowcy z zespołu Marcina Drąga pracują nad wykorzystaniem technologii HyCoSuL do badania innych proteaz, a wyniki tych prac zostaną opublikowane w najbliższym czasie.

Artykuł w PNAS można znaleźć pod adresem: http://www.pnas.org/content/early/2014/01/31/1318548111.abstract

(PAP)

pmw/ agt/