Fluorescencyjne markery do śledzenia proteaz

Obecnie w badaniach nad poszukiwaniem leków na choroby cywilizacyjne istotną rolę odgrywają proteazy. U ludzi stanowią one grupę około 700 enzymów i pełnią ważną rolę w kontroli licznych ścieżek metabolicznych. Zachwianie równowagi ich działania prowadzi do stanów patologicznych takich jak nowotwory, choroby neurodegeneracyjne, cukrzyca czy podatność na infekcje wirusowe i bakteryjne.

W jednym z kluczowych systemów obronnych organizmu uczestniczą neutrofile, które zawierają cztery proteazy serynowe z grupy endoproteaz – neutrofilową elastazę, proteinazę 3, katepsynę G oraz NSP4. Ostatnie badania dowodzą, iż komórki te mogą być zaangażowane w proces obrony przed patogenami – dzięki niedawno odkrytemu mechanizmowi zewnątrzkomórkowych pułapek neutrofilowych – a także w proces nowotworzenia i przerzutowania. Niestety, nie do końca znane są szlaki regulujące aktywność tych proteaz. Przede wszystkim nie jest wyjaśnione, kiedy i w jakich sytuacjach enzymy te są aktywowane, a także czy w ogóle w przypadku niektórych chorób są wydzielane z neutrofili. Nie istnieją także narzędzia, które mogłyby być wykorzystane do zbadania tego procesu. Markery chemiczne (z ang. Activity Based Probes) w ostatnich latach są jednym z podstawowych narzędzi badawczych służących do monitorowania zmian zachodzących w komórkach czy nawet całych organizmach. Struktura markera jest zbliżona do struktury klasycznego inhibitora kowalencyjnego z tą różnicą, że w markerze dodatkowo występuje grupa, za pomocą której można prowadzić detekcję. Może to być przykładowo biotyna, grupy oznakowane izotopami czy fluoroforami.

Ludzkie neutrofile, w których wybarwiono aktywne proteazy serynowe przy użyciu selektywnych markerów chemicznych (kolor niebieski), natomiast DNA wybarwiono na zielono. Źródło: dr inż. Paulina Kasperkiewicz

Mimo ogromnego postępu badań w ostatnich latach, nadal jednym z największych wyzwań przy projektowaniu markerów chemicznych jest ich specyficzność wobec jednego enzymu. Jest to szczególnie ważne, gdy enzym ten znajduje się w obecności innych, natomiast pełni zupełnie inną funkcję.

W projekcie realizowanym w konkursie HARMONIA NCN planujemy wykorzystanie kombinatorycznych bibliotek substratów fluorogenicznych, zawierających naturalne oraz nienaturalne aminokwasy do selekcji specyficznych sekwencji dla ludzkich neutrofilowych proteaz serynowych. Następnie chcielibyśmy wykorzystać te sekwencje do otrzymania specyficznych markerów dla każdej z tych proteaz, po to aby równolegle przeprowadzić analizę aktywności enzymów w neutrofilach.

Opracowanie specyficznych markerów dla każdej z neutrofilowych proteaz serynowych będzie miało fundamentalne znaczenie dla zrozumienia problematyki tworzenia takich układów działających niezależnie w tym samym miejscu i czasie. Badania te nie były wcześniej prowadzone, a stworzenie takich narzędzi może się przyczynić do zrozumienia funkcji proteaz w rozwoju chorób cywilizacyjnych. Projekt ma interdyscyplinarny charakter z zakresu chemii oraz biologii i jest prowadzony we współpracy z grupą prof. Guya S. Salvesena z Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute (Kalifornia, USA). W badaniach uczestniczy też dr inż. Paulina Kasperkiewicz z Wydziału Chemicznego PWr.

prof. dr hab. Marcin Drąg

Absolwent Wydziału Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego. Od 1999 r. związany z Wydziałem Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. W latach 2005-2008 przebywał na stażu w grupie prof. G.S. Salvesena w The Burnham Institute for Medical Research (Kalifornia, USA). Po powrocie rozpoczął samodzielne badania w zakresie chemii biologicznej z wykorzystaniem chemii kombinatorycznej przy użyciu nienaturalnych aminokwasów w badaniu enzymów proteolitycznych. W 2016 r. uzyskał tytuł profesora. Kierownik grantów FNP, KBN, NCBiR, a obecnie projektów OPUS oraz HARMONIA NCN.

Data publikacji: 31.03.2017