Projekti / Programi
Preprečevanje rezistence tumorskih celic na antiproteazno terapijo z inhibitorji katepsina X.
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.01 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
Tehnologija rekombinantne DNA |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B000 |
Biomedicinske vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.04 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Medicinska biotehnologija |
katepsin, inhibitor, rak, terapija, tumorska rezistenca, invazija, migracija, signaliziranje
Raziskovalci (24)
Organizacije (3)
Povzetek
Napredovanje malignih bolezni je povezano s prekomernim delovanjem proteoliznih encimov. Ti so udeleženi v vrsti procesov, ki omogočajo rast tumorjev, njihovo ožiljanje, migracijo in invazijo tumorskih celic in tvorbo metastaz. Med ključne proteolizne encime, povezane z malignimi procesi, sodijo cisteinski katepsini, ki se v normalnih celicah nahajajo predvsem v endosomih in lizosomih in so odgovorni za znotrajcelični katabolizem proteinov. V tumorskih celicah pa se katepsini prenesejo na celične membrane ali izločajo iz celic ter vstopajo v tumorsko proteolizno kaskado. Kot najpomembnejši tumorski promotor se je izkazal katepsin B, ki v lizosomih deluje predvsem kot eksopeptidaza in je udeležen v normalnem proteinskem katabolizmu in avtofagiji, v tumorskem okolju pa katepsin B močno poveča endopeptidazno aktivnost, ki je odgovorna za razgradnjo zunajceličnega matriksa. Do te spremembe pride zaradi konformacijskega preklopa, ki je posledica fleksibilne strukturne enote, imenovane zaporna zanka, ki regulira vstop proteinskih substratov v aktivno mesto. Katepsin B je nadizražen v praktično vseh vrstah tumorjev, inhibicija njegovega izražanja ali pa endopeptidazne proteolizne aktivnosti pa se kaže v bistveno zmanjšani tumorski rasti in metastaziranju. V zadnjem času je bila razvita vrsta specifičnih inhibitorjev katepsina B, ki so postali kandidati za klinična testiranja. Žal se je izkazalo, da se s časom učinkovitost teh inhibitorjev zmanjša, saj tumorske celice razvijejo rezistenco napram terapiji, usmerjeni proti katepsinu B. Ugotovili smo, da je glavni dejavnik te rezistence katepsinu B podoben katepsin X. Tudi ta encim deluje kot karboksipeptidaza, v tumorjih pa ne razvije endopeptidazne aktivnosti in ne razgrajuje zunajceličnega matriksa, pospešuje pa tumorsko migracijo in invazijo z alternativnimi mehanizmi, predvsem preko regulacije integrinskih receptorjev in tumorskega supresorja profilina 1. Njegovo povečano izražanje in aktivnost sta torej povezani z obnovljeno sposobnostjo tumorskih celic da migrirajo in invadirajo, čeprav to pot brez razgradnje zunajceličnega matriksa.
Naša hipoteza je da lahko inhibitorji katepsina X bistveno zmanjšajo rezistenco tumorskih celic na antiproteazno terapijo, usmerjeno protu delovanju katepsina B. V ta namen nameravamo pripraviti inhibitorje katepsina X, ki bodo i) majhne molekule z reverzibilno in tesno vezavo, ii) selektivni za katepsin X, iii) vodotopni in netoksični za sesalčje celice. Nove spojine bodo pripravljene s pomočjo strukturno podprtega načrtovanja zdravil, pri čemer bomo uporabili virtualno rešetanje knjižnic spojin, encimsko kinetiko in usmerjeno sintezo. Strukture z najboljšim prileganjem aktivnemu mestu katepsina X bodo sintetizirane, očiščene in okarakterizirane. Pripravili bomo tudi formulacije, ki bodo primerne za njihovo nadaljnje testiranje in vitro in in vivo. Spojine bomo testirali v in vitro modelih tumorske adhezije, migracije, invazije in angiogeneze, ki bodo posnemali patološke procese napredovanja raka, ki smo jih predhodno razvili v naših laboratorijih. Izbrane inhibitorje katepsina X bomo testirali in vivo na mišjih modelih tumorske rasti in metastaziranja, ki so bili razviti v naših laboratorijih za testiranje učinkovitosti inhibitorjev katepsina B in drugih cisteinskih proteaz. Tako bomo uporabili C57Bl/6 miši in LPB-1 tumorske celice v modelu mišjega fibrosarkoma in FVB/N miši in njihovo transgeno linijo FVB/PyMT v modelu raka dojk. Določili bomo tudi signalne poti, ki privedejo do aktivacije izražanja katepsina X ob pojavu tumorske rezistence in opredelili nove tarče, katerih regulacija bi lahko dodatno izboljšala antiproteazno terapijo pri pacientih z rakom.
Naš pristop predstavlja izviren način preprečevanja rezistence tumorskih celic na obstoječe protitumorske učinkovine, omogoča njihovo hitrejšo translacijo v klinična testiranja in bolj učinkovito zdravljenje bolnikov z rakom.
Pomen za razvoj znanosti
Rak je drugi največji vzrok smrti v razvitem svetu. Na splošno prizadene starejšo populacijo in zaradi daljše življenjske dobe njegova pojavnost močno narašča. Danes rak ne predstavlja le zdravstvenega problema, ampak tudi veliko socialno in finančno breme za družbo. Za obvladovanje bolezni so potrebni novi pristopi, tako razvoj in vpeljava tarčnih zdravil kot terapevtskih režimov po meri posameznih pacientov. Peptidazni inhibitorji omogočajo tarčno ciljanje in povzročajo manjše stranske učinke v primerjavi s klasičnimi citostatiki. V primerjavi z drugimi skupinami tarčnih zdravil, na primer z monoklonskimi protitelesi, so peptidazni inhibitorji majhne molekule z bistveno boljšo prehodnostjo do tumorskih tkiv in celic. Inhibitorji tudi niso imunogeni in njihova proizvodnja je cenejša. Vzporedna uporaba inhibitorjev katepsinov X in B ali pa uporaba dvojnih inhibitorjev lahko izboljša učinkovitost anti-peptidazne terapije z zmanjšanjem celične rezistence. Uporaba dveh specifičnih peptidaznih inhibitorjev je varnejša od uporabe splošnih inhibitorjev, saj zadnji bolj verjetno prizadenejo proteolitsko aktivnost, ki ni povezana z malignimi procesi in na ta način povzročijo resne stranske učinke. Poleg izboljšanja anti-peptidazne terapije bodo naši rezultati vplivali tudi na druge študije odkrivanja mehanizmov tumorske rezistence. Dodali bodo tudi nov pogled na podvojeno delovanje proteolitskih encimov pri raku in na povezanost signalnih poti, ki kontrolirajo njihovo izražanje. Novo inhibitorji katepsina X bodo uporabni tudi pri študijah drugih patoloških procesov, ki so povezani s povečanim delovanjem katepsina X, kot so na primer nevrodegenerativne bolezni.
Pomen za razvoj Slovenije
V Sloveniji in EU biomedicina, farmacija in biotehnologija predstavljajo vodilne znanstvene in ekonomske prioritete. Kljub ekonomski in finančni krizi je ta industrijski sector v zadnjih letih dosegal pomembno rast, za njeno ohranitev v prihodnje pa so ključni novi proizvodi. Rezultati tega projekta bodo omogočili razvoj novih produktov in tehnologij, ki bodo ekonomsko zanimive za farmacevtske družbe, ki razvijajo protitumorska zdravila. Predstavljajo tudi osnovo za ustanovitev in zagon novih start-up družb. Rezultati bodo pomembni tudi za slovensko farmacevtsko industrijo, ki že proizvaja in trži zdravila, ki so potencialni inhibitorji katepsina B. Tako je naša industrija vodilni proizvajalec antibiotika nitroksolina, pred kratkim odkritega inhibitorja katepsina B. Ker je za to zdravilo že dokazana varna uporaba, bi bila njegova registracija za zdravljenje raka hitrejša in cenejša v primerjavi z originalnimi zdravili, še posebej če bi z dodatno uporabo inhibitorjev katepsina X zmanjšali tumorsko rezistenco. Rezultati tega projekta bodo torej dali dodano vrednost protitumorskim zdravilom, usmerjenim proti katepsinu B, pospešili njihovo registracijo in povečali ekonomski učinek. Še več, vplivali bodo na mednarodni poslovni ugled Slovenije in vključitev na svetovni farmacevtski in biotehnološki trg.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
