2017. december 13. szerda
Luca, Otília
Biotechnológia, molekuláris biológia és élettan az mRNS.hu-n

Az info@mrns.hu-ra küldhet linket vagy valamilyen anyagot, amit szeretne, ha hírként bemutatnánk.


Korábbi híreink  |   Keresés:

Kiválasztott hír:
Megosztás: Add az iWiW-hez Add a Facebook-hoz Add a Twitter-hez Add a Google Reader-hez Add a Startlaphoz
Helikáz-gátlószerek terápiás felhasználása - 2013-10-15 21:04:31 Hozzászólás írása Hozzászólások száma 0 hozzászólás 
Helikáz-gátlószerek terápiás felhasználása

A helikázok olyan ATP hidrolizáló fehérjék, amelyek az így felszabaduló energiát nukleinsav-duplexek szálszétválasztására használják. A helikáz többnyire az egyik nukleinsav-sínen haladva szeparálja a két szálat (DNS-DNS, RNS-RNS, DNS-RNS), amire sok sejtfolyamatban van szükség: ilyenek például a DNS-másolás, RNS-átírás, és a DNS-hibajavító mechanizmusok.
DNS-hibajavító útvonalakból több, egymással párhuzamos is ismert. Kisebb hibákat a kivágó mechanizmusok javítanak: a báziskivágó (Base Excision Repair), a nukleotidkivágó (Nucleotide Excision Repair), és az „össze nem illő párok javítása” (MisMatch Repair) útvonalak. Ezek a mechanizmusok kisebb-nagyobb DNS-darabokat vágnak ki a meghibásodott DNS-szálból, majd a másik szálat templátul használva visszapótolják őket.


A nem-homológ végösszekapcsolási javításra (Non-Homologous End Joining) és a homológ rekombinációs (HR) útvonalra már inkább az igen komoly hibát jelentő duplaszálú DNS törésnél van szükség. Az NHEJ útvonalban a fehérjék úgy kötik össze a törött DNS-végeket, hogy ezáltal az eredetitől eltérő, meghibásodott kombinációk jöhetnek létre. Ezzel szemben a HR a homológ kromoszómát használja templátként a duplaszálú DNS hibák javítására, lehetővé téve akár a hibamentes javítást is. A DNS-hibajavítási útvonalakban szükség van a két szál szétválasztására, azaz helikázokra, de hogyan lehetséges ennek kihasználása a terápiában?

A rákterápiák irányulhatnak a DNS károsítására, de egyrészt ez károsíthatja az egészséges sejteket, másrészt a rákos sejtek gyakran rendelkeznek olyan mutációkkal (felfokozott DNS hibajavítással) melyek által rezisztenssé válhatnak a kemo- vagy sugárterápiára. Szintén lehetségesek a DNS-hibajavító mechanizmusokat leállító kezelések, de ebben az esetben maga a terápia is okozhat újonnan kialakuló rákos elváltozásokat. A kutatók a genetikából kölcsönvett kifejezéssel mesterséges letalitásnak nevezik (synthetic lethality) a stratégiát, mely a kettő kombinációja úgy, hogy főként a tumorsejtekre korlátozódjon a hatás. Ilyenkor a tumorban létrejött mutáció és az alkalmazott gyógyszer kombinált hatása vezet a tumor sejt pusztulásához. Az első, ezt a megközelítést alkalmazó munkák Helleday és Ashworth laboratóriumában születettek. A PARP1 (poli-(ADP)-ribóz polimeráz), egyszálú DNS-törés javításában szerepet játszó fehérje gátlása mesterséges letalitáshoz vezetett homológ rekombinációs hibajavítás-hiányos sejtekben, melyekben a BRCA1 és BRCA2 (BReast CAncer) gének voltak meghibásodva. Feltételezhető, hogy az egyszálú DNS-törést javító útvonal meghibásodása miatt a DNS megkettőződéskor összeomolhatnak a replikációs villák, ami potenciálisan toxikus duplaszálú DNS-törések feldúsulásához vezethet. Tehát az ilyen töréseket hibamentesen javító homológ rekombinációs útvonal hiányában a PARP inhibitorok toxikusak, míg normális sejtek számára nem mérgezőek. Ilyen PARP inhibitorok klinikai tesztjei jelenleg is folyamatban vannak.  Kimutatták továbbá, hogy más, homológ rekombinációs javításban szerepet játszó fehérjék hibái is érzékenyítik a sejteket a PARP inhibitorokra. Ez az jelenti, hogy a tumor genetikájának ismerete lehetővé teheti, hogy a hibással párhuzamos DNS-hibajavító útvonalakat gátolva, vagy megfelelő DNS-károsító ágensekkel kezelve hatékony terápiát lehessen alkalmazni. Potenciális célpontok lehetnek a BER, NHEJ, HR útvonalak fehérjéi. Aggarwal és Brosh tanulmánya feltételezi, hogy a HR hibajavítás fehérjéi kitüntetett (erős) jelöltek lehetnek, mivel a sejtosztódás közbeni hibák javításakor nagy szerepük van.

A homológ rekombinációs hibajavítási útvonalban játszanak szerepet a RecQ helikázok is. Ám ezen helikázok esetében különlegesen nehéz a szelektív gátlás, mert emberben öt tagja van a családnak:  RecQ1, BLM, WRN, RecQ4, RecQ5. RecQ inhibitor-szűréssel sikerült olyan inhibitort találni, amely gátolj a WRN-t, de a RecQ1-t, E. coli RecQ-t és DnaB-t (szintén bakteriális helikáz) nem befolyásolja. Ez a vegyület DNS-töréseket, apoptózist, replikációs villa megtorpanást és az S-fázis késését okozza. Rendelkezésre állnak olyan elemzések is, melyek WRN, BLM és RecQ1 helikázokra szűrtek. Ezekből a vizsgálatokból volt kiszűrhető egy szelektív BLM inhibitor, mely nincs hatással a RecQ1-re, és csak nagyobb koncentrációban gátolja a WRN-t.

Mivel a helikázoknak nem csak a DNS-hibajavításban, hanem a DNS-szintézisben is szerepük van, lehetséges egyes kórokozók, baktériumok, vírusok helikázainak szelektív gátlása a humán helikázok befolyásolása nélkül, így hatékony antivirális, antibakteriális készítményeket állíthatunk elő. Szintén lehetséges stratégia azon sejtbéli helikázok gátlása, melyeket a vírusok használnak fel saját replikációjukhoz.

A Herpes Simplex Vírus (HSV)  helikáz komplex inhibitorainak felfedezése után megindultak a próbálkozások a vírusterápiák felé helikázuk gátlása által. A Boehringer Ingelheimnél 10 évvel ezelőtt fedezték fel az UL5/8/52 komplexet (ami a DNS-szintézisért felelős a herpesz vírusban) célzó fenilaminotiazol származék kismolekulát, amikor helikáz-katalizált DNS-szétválasztásra szűrtek. Ezek a vegyületek a primáz-katalizált RNS-szintézist és a helikázok ATPáz aktivitását gátolják DNS jelenlétében, de annak hiányában nem befolyásolják az aktivitást. A Bayernél túlélési tesztben találtak bizonyos tiazolamid származékokat, melyek az UL5/52 ATPáz aktivitását gátolták DNS jelenlétében. A vegyület csökkenti a herpesz tüneteit és meggátolja a visszaesést, de gyakoriak a rezisztenciához vezető mutációk a HSV vírusban. Az első klinikumban is sikeres molekula egy feniloxadiazol-tartalmú vegyület volt, mely az UL5/8/52 ATPáz aktivitását, a primer-szintézist, és a DNS-szálszétválasztást gátolja. Bizonyos timidin kináz inhibitor gátló gyógyszerekre rezisztens HSV vonlak is érzékenyek rá, ezenkívül ritkább a rezisztens vírusok kialakulása.

A legkézenfekvőbb inhibitorai a helikázoknak azon ATP-hidrolízis-gátlószerek lehetnek, melyek nukleotid-analógokat és -származékokat tartalmaznak. Ilyen gátlószereket sikerült találni például a HPV6 E1, DDX3 humán helikáz (az inhibitor meggátolta a HIV-1 sejtbeli replikációját) valamint az SV40 vírus Large Tumor Antigen esetében. Kémiai szerkezetüket tekintve ezek az inhibitorok bifenilek, trifenilek, biszfenolok, stb.

További lehetséges megoldás a gátlásra a helikázok nukleinsav-szálszétválasztásának akadályozása. Ez előnyösebb lehetőség, mint az ATPáz gátlószerek fejlesztése, mivel a helikázok ATP-kötő zsebe, és az azt körülvevő motordomének igencsak konzerváltak, így az erre tervezett gyógyszerek nem lesznek szelektívek. Azonban az ATP-hidrolízist nem, csak a széttekerést gátló szerek gyakran a nukleinsavhoz kötnek a fehérje helyett. Ilyenek az etídium-bromid, az aktinomicin-D, a DAPI (4’.6’-diamidino-2-fenilindol) stb. Ezen DNS-kötő helikáz inhibitorok fejlesztése azért is kihívásokkal teli, mivel kevés az olyan nagy áteresztőképességű technika, mely a kismolekula-DNS kölcsönhatást detektálja. Általában a DNS fluoreszcens interkalátorának fluoreszcencia csökkenését detektálják, de ez nem mutat ki minden DNS-kötést. Azonban sok helikáz aktivitása szekvencia-, vagy másodlagos szerkezet-specifikus: ilyen a G-kvadruplexeken, vagy a Holliday-kapcsolódásokon végzett működés. Ezáltal lehetségessé válik, hogy az ilyen specifikus szerkezeteket utánzó kismolekulák helikázokat gátoljanak. Például porfirinek hasonlítanak a G-kvadruplexekre és gátolják a RecQ helikázt, a bizmut porfirin pedig a SARS helikázt.

Az antivirális ágensek közül a benzimidazolok például az NS3 (hepatitisz C vírus helikáza) RNS-kötőhelyét foglalják el, azonban sok a nukleinsavhoz is köt, így ezek elég kevéssé specifikusak – a flavivirus NS3-tól a humán DDX3-ig gátolnak helikázokat. A benzotiazol láncok az NS3 egyszálú DNS- vagy RNS-kötését akadályozzák meg, azonban rendelkeznek három nemkívánatos tulajdonsággal is. Egyrészt kötik a nukleinsavakat, másrészt eltávolítanak, más, nem rokon fehérjéket is a DNS- illetve RNS-szálról. Harmadrészt az NS3 proteázt a helikáz domén jelenléte nélkül is gátolják. Ezen nemkívánatos hatások azonban a molekula fejlesztése során kiküszöbölhetőek.

Ez a stratégia lehetséges baktériumok esetében is. A P. aeruginosa DnaB által katalizált szálszétválasztást több triamino-triazin is lehetetlenné teszi, de ezek a gram-negatív baktériumok növekedését nem gátolják, viszont citotoxikusak a humán HeLa sejtekre. A leghatásosabb közülük gátolja azonban gram-pozitív baktériumokat, így antibiotikum-fejlesztés kiindulási alapja lehet. Hasonló eredménnyel zárult egy  2009-es tanulmány, mely nagyszámú  (több mint 180 ezer) B. anthracis DnaB és S. aureus DnaC inhibitor jelöltet tesztelt, melyek közül a legígéretesebb fejlesztéséből egy aminokumarin-származék adódott, mely bifenil részletet is tartalmaz, és mely hatásosan gátolja a gram-pozitív baktériumok növekedését.

Egyes helikázok más fehérjékkel való interakcióinak gátlása a helikázok működésének megszűnéséhez vezethet. A HPV E1 helikáz E2-höz való kötésének gátlása jó példa erre, hiszen az E2 fehérje segíti az E1 replikációs origóhoz való kötődését.

Lehetséges, hogy egy inhibitor nem képes biológiai funkcióját kifejteni, mivel nem jut be a sejtbe, vagy nem stabil. Tehát szükséges az inhibitorok nagy hatékonyságú, helikáz aktivitás alapú szűrése. Például ilyen módon találtak gátlószert a RecBCD bakteriális helikáz számára is, ami a rekombinációs DNS-javításban való szerepe révén hasznos antibakteriális célpont lehet. Kihasználták, hogy a RecBCD DNS-hez való kötődése esetén képes megakadályozni a baktérium fágok általi fertőzését. Olyan módosított fágokat használva, amelyek esetében megtörténik az amúgy gátolt RecBCD-DNS kötés, nem történik megfertőződés, hacsak a RecBCD gátolva nincsen. A valós RecBCD inhibitorok a baktériumsejtek lízisét okozták, így megfelelő jelet szolgáltattak a nagyáteresztőképességű vizsgálatokhoz.

Összefoglalóan megállapíthatjuk, hogy a helikáz inhibitorok számos potenciált rejtenek magukban a legkülönfélébb betegségek gyógyításban. A legszükségesebb eszközök pedig a további fejlesztésekhez a helikázok térbeli szerkezetének feltárása a gyógyszermolekulák illeszkedésének javításához, és az aktivitás-alapú nagy áteresztőképességű tesztek kifejlesztése.

Kocsis S. Zsuzsa
ELTE-MTA „Lendület” Motorenzimológiai Kutatócsoport
www.mk-lab.org

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/1-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.


Feldolgozott irodalom:

Shadrick WR, Ndjomou J, Kolli R, Mukherjee S, Hanson AM, Frick DN.
J Biomol Screen. 2013 Aug;18(7):761-81. doi: 10.1177/1087057113482586. Epub 2013 Mar 27.PMID: 23536547
Aggarwal M, Brosh RM Jr.
J Cell Biochem. 2009 Apr 1;106(5):758-63. doi: 10.1002/jcb.22048. Review.PMID:19173305

Kép

2013. október 15.


Cikk ajánlása » email:
Hozzászólás írása
Hozzászólás
 

Értékelések száma: 6, Cikk értéke (1-10):


Értékelje ezt a cikket! 


Hirdetés
Email cím:
Jelszó:

Regisztráció »
Elfelejtett jelszó »
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt: itt ellenőrizheti
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt:
itt ellenőrizheti
.
Oldal ajánlása (email):
Az ajánlót küldi (név):
Hirdetés