Zespoły z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej oraz amerykańskiej firmy biotechnologicznej Genentech opracowały nową strategię hamowania pyroptozy. Wykorzystują do tego pory tworzone w błonie komórkowej przez białko gasdermina D (GSDMD). Przez te otwory do wnętrza umierającej komórki przedostają się specjalnie zaprojektowane inhibitory kaspaz, które blokują dalszy przebieg procesu. Wyniki badań ukazały się 3 sierpnia w prestiżowym czasopiśmie Nature.
Pyroptoza to programowana, zapalna forma śmierci komórki. U człowieka aktywowane kaspazy prozapalne głównie 1, 4 i 5 przecinają gasderminę D. Jej fragmenty tworzą duże pory w błonie plazmatycznej. Przez nie uwalniane są cytokiny IL-1β i IL-18, które alarmują układ odpornościowy. Komórka pęcznieje i ostatecznie ulega lizie. Mechanizm ten pomaga zwalczać infekcje, ale jego nadmierna aktywacja nasila stan zapalny i uszkadza tkanki. Dzieje się to m.in. w sepsie, zespole ostrej niewydolności oddechowej czy ciężkim przebiegu COVID-19.
Badacze z Wrocławia zatrzymali śmierć komórki
Dotychczasowe inhibitory kaspaz łatwo przenikały także do zdrowych komórek, co ograniczało ich bezpieczeństwo i skuteczność w badaniach klinicznych. Zespół z PWr i Genentech zastosował podejście odwrotne. Otóż zaprojektował związki kowalencyjne o bardzo niskiej przepuszczalności przez nieuszkodzone błony. Inhibitory wnikają do komórki dopiero wtedy, gdy pojawią się pierwsze pory GSDMD. Tam blokują kaspazy, zatrzymują powstawanie kolejnych porów i ograniczają uwalnianie cytokin. Naturalne mechanizmy naprawcze błony (związane z kompleksem ESCRT) mogą wówczas usunąć istniejące uszkodzenia.
W doświadczeniach część uratowanych komórek zachowywała zdolność do wzrostu i podziałów przez co najmniej 12 dni. Inhibitor działał nawet wtedy, gdy podano go kilka godzin po rozpoczęciu pyroptozy. Oznacza to, że istnieje krótkie "okno terapeutyczne". Związki nie chroniły komórek przed apoptozą (inną formą programowanej śmierci, w której pory GSDMD nie powstają), co potwierdza, że drogę wejścia stanowią właśnie te pory. Barwniki nieprzenikające przez zdrowe błony pojawiały się wewnątrz uratowanych komórek, co dodatkowo świadczy o przejściowej permeabilizacji.
W mysim modelu szoku endotoksycznego (wywołanego lipopolisacharydem bakteryjnym) inhibitor KGR-53P wyraźnie obniżał stężenia prozapalnych cytokin IL-1β i IL-18 we krwi. KGR-53P to pochodna o lepszej skuteczności wobec kaspazy-11, pozbawiona ładunku ujemnego, który utrudniałby transport przez pory.
Zobacz również:
Metoda wykorzystuje nietypową lukę w strukturze komórkowej
Publikacja jest wynikiem wieloletniej współpracy. Chemiczną i enzymologiczną część projektu rozpoczęto w zespole dr hab. inż. Marcina Poręby, profesora uczelni z Wydziału Chemicznego PWr. Tam opracowano założenia budowy inhibitorów, przygotowano bibliotekę około stu związków i zbadano ich oddziaływanie z kaspazami (wykorzystując m.in. technologię HyCoSuL prof. Marcina Drąga). Dr inż. Katarzyna Groborz (obecnie na stażu podoktorskim w Genentech) wniosła równy wkład wraz z Melissą E. Truong; prof. Poręba i prof. Vishva M. Dixit są autorami korespondencyjnymi. W pracach uczestniczyły także doktorantki Julia Nguyen i Małgorzata Kalinka. Badania polskiego zespołu finansowało Narodowe Centrum Nauki w ramach grantu OPUS.
Rektor PWr, prof. Arkadiusz Wójs, podkreśla: "Droga od badań podstawowych finansowanych przez NCN, przez doktorat i międzynarodowy staż podoktorski młodej badaczki, po partnerską współpracę z Genentech pokazuje, jak powstaje nauka o światowym znaczeniu. Taki model chcemy wzmacniać na PWr". Autorzy zastrzegają, że KGR-3 i KGR-53P to związki badawcze wymagające dalszej optymalizacji. Nie powstał jeszcze gotowy lek. Odkryta strategia, czyli wykorzystanie porów GSDMD jako selektywnej bramy do komórek już zaangażowanych w pyroptozę, otwiera jednak nowy kierunek poszukiwań precyzyjnych terapii chorób zapalnych.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 95 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
