Projekti / Programi
Inhibitorji cisteinskih karboksipeptidaz kot regulatorji avtoimunskih in nevrodegenerativnih procesov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.01 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
Tehnologija rekombinantne DNA |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.07 |
Naravoslovne vede |
Druge naravoslovne vede |
katepsin X, gama-enolaza, LFA-1, integrin, proteazni inhibitor, luskavica, nevrodegenerativne bolezni
Raziskovalci (29)
Organizacije (4)
Povzetek
Predlagamo, da inhibitorji cisteinske karboksipeptidaze katepsina X zavirajo avtoimune in nevrodegenerativne procese zaradi specifične vloge, ki jo ima ta karboksipeptidaza pri regulaciji integrinskega receptorja LFA-1 in g-enolaze. Katepsin X je lizosomska cisteinska proteaza, ki se nahaja predvsem v imunskih in nevronskih celicah. Naša raziskovalna skupina je pred kratkim ugotovila da katepsin X regulira aktivnost limfocitnega funkcijsko pridruženega antigena 1 (LFA-1), poglavitnega beta-2 integrinskega receptorja v limfocitih T, ki je odgovoren za T celično signalizacijo, spremembe citoskeleta, migracijo, izraščanje celičnih podaljškov, kot so uropodi in nanocevke in tvorbo imunološke sinapse. Prekomerna aktivnost LFA-1 vodi do nastanka avtoimunih bolezni, kot je na primer luskavica. Ker je uspešnost zdravljenja teh bolezni z obstoječimi zdravili zelo omejena, predstavlja LFA-1 pomembno in obetavno terapevtsko tarčo za razvoj novih zdravil. Do sedaj je bilo razvitih kar nekaj zdravil, ki omejujejo delovanje LFA-1, vendar se niso izkazala kot primerna za zdravljenje avtoimunih bolezni, saj ne zagotavljajo zadostne selektivnosti napram tistim funkcijam LFA-1, ki so povezane s patološkimi procesi. Splošna inhibicija LFA-1 aktivnosti lahko povzroči resne stranske učinke, ki se pri bolnikih odražajo kot hude infekcije, ki povzročijo njihovo smrt, kar je bilo ugotovljeno pri zdravilu efalizumab (Raptiva, Genentech), prvemu res učinkovitemu zdravilu za luskavico, ki pa je bilo pred kratkim umaknjeno s trga. Naši rezultati kažejo, da katepsin X omogoča bolj fino regulacijo aktivnosti LFA-1 s stopenjsko razgradnjo citoplazemskega konca beta verige LFA-1, dela molekule, ki določa stopnjo aktivnosti LFA-1. Na ta način spreminja afiniteto LFA-1 do nekaterih njenih ligandov, njegova inhibicija pa ne inaktivira popolnoma LFA-1 aktivnosti, kot je primer pri efalizumabu. To se lahko odrazi v bistveno manjših stranskih učinkih. V nevronskih celicah je tarča delovanja katepsina X g-enolaza, glikolitični encim, ki ima pomembno vlogo pri proliferaciji nevronskih celic in nevritogenezi. Aktivni katepsin X z razgradnjo C konca g-enolaze onemogoči njeno nevrotrofično aktivnost, saj s tem prepreči vezavo na prenašalni protein g1 sintrofin in njen prenos do plazemske membrane, kar je ključna stopnja v delovanju g-enolaze v nevronskih celicah. Dokazali smo, da inhibitorji katepsina X preprečijo razgradnjo g-enolaze in povečajo proliferacijo in nevritogenezo nevronskih celic, kar je lahko zelo pomembno za zdravljenje ali preprečevanje nevrodegenerativnih bolezni. V okviru projekta bomo z različnimi metodami pridobili in izbrali inhibitorje katepsina X, ki zagotavljajo specifičnost delovanja in majhno citotoksičnost. Z uporabo dostavnih sistemov, kot so biorazgradljivi polimerni nanodelci, bomo zagotovili njihovo kontrolirano sproščanje in selektivno delovanje v tarčnih celicah. Razvili bomo in vitro modele proliferajočih keratinocitov in limfocitov T ter nevronskih celic, ki bodo ponazarjali patologijo luskavice in nevrodegeneratinih bolezni, na katerih bomo preučevali delovanje izbranih inhibitorjev in dostavnih sistemov. Najbolj obetavne protikatepsinske spojine in formulacije bomo testirali tudi in vivo na živalskih modelih in ovrednotili njihovo farmakološko delovanje.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave v okviru predlaganega projekta se vključujejo v sodobne znanstvene trende na področju poznavanja delovanja proteoliznih encimov in procesov imunskega odziva. Dosedanje raziskave, ki jih je opravila naša raziskovalna skupina na področju regulacije integrinskih receptorjev v levkocitnih celicah, so odprle novo področje raziskav in v svetu vzbudile veliko zanimanje, saj so bile že dosedaj velikokrat citirane v najuglednejših revijah, kar nekaj raziskovalnih skupin pa nadaljuje z delom na tem področju. Poznavanje mehanizmov regulacije integrinskih receptorjev omogoča poznavanje bistva delovanja imunskih celic in lahko razloži pojave, ki vodijo do nastanka avtoimune bolezni, kot je luskavica. Naše raziskave nam bodo omogočile poznavanje vloge katepsina X v imunskih procesih, to pa je ključno, če želimo to proteazo uporabiti kot tarčo za razvoj novih zdravil. Samo selektivna inhibicija posamezne proteaze, ki je dejansko udeležena v kvarnem patološkem procesu, lahko prinese uspeh pri zdravljenju, uporaba splošnih proteaznih inhibitorjev se je v mnogih primerih izkazala kot neprimerna, saj povzroča vrsto stranskih učinkov. Kot neprimerena se je izkazala tudi uporaba učinkovin, ki popolnoma blokirajo delovanje integrinskih receptorjev v vseh imunskih celicah, nekatera od teh zdravil so morali celo umakniti iz klinične rabe.. Kot izvirni prispevek k znanosti tako označujemo tudi pojasnitev delovanja katepsina X in njegove tarče ?-enolaze ter posledično njuni vlogi v procesih nevrodegeneracije kot tudi pojasnitev pomena inhibicije katepsina X in s tem potenciranega delovanja ?-enolaze. Poznavanje mehanizmov propada nevronskih celic in pa molekulskih tarč, katerih regulacija lahko te procese ustavi ali omili, lahko vodi do novih učinkovitih zdravil, ki so na področju nevrodegenerativnih bolezni še kako zaželjena. Uporaba polimernih dostavnih sistemov pa lahko delovanje novih zdravil še bolj omeji le na celice, ki so dejansko udeležene v patoloških procesih. Projektna skupina bo pri svojem raziskovalnem delu uporabljala najsodobnejše znanstvene tehnike in metodologije, ki jih je že vpeljala v raziskovalno prakso, njena povezanost z vrhunskimi raziskovalci v Sloveniji in mednarodnem prostoru pa zagotavlja pretok znanja in uspešno izvedbo projekta.
Pomen za razvoj Slovenije
V času sodobnega načina življenja je skrb za zdravje in preventiva bistvenega pomena, ki omogoča tudi visok socio-ekonomski razvoj posameznika, naroda in družbe, zato je vsakršen korak, ki pripomore k povečanju celokupnega statusa zdravja, v razvitem in razvijajočem svetu izjemno pomemben. Še posebej so pomembna novo znanje in nova zdravila pri boleznih, kjer do sedaj učinkovitega zdravljenja še ne poznamo, kot je to primer pri avtoimunih in nevrodegenerativnih boleznih. Zelo pomemben je doprinos predlaganega projekta za vse stopnje univerzitetnega izobraževanja, saj je omogočil študentom pridobiti nova znanja, v izvedbo projekta so bila vključena diplomska in doktorska dela na področju farmacevtske biokemije in biotehnologije. To je omogočila velika vpetost članov projektne skupine v pedagoške procese na Univerzi v Ljubljani in na Podiplomski šoli Jožefa Stefana, in kot gostujočih profesorjev na tujih univerzah. Novo vrhunsko znanje je povečalo sodelovanje s tujimi raziskovalnimi skupinami, povečalo na ta način njegovo izmenjavo in pa možnosti za pridobitev novih evropskih in drugih sredstev za izvajanje naših raziskav.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
