Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Elastaza neutrofilowa – historyczny enzym proteolityczny polskiej nauki
Elastaza neutrofilowa – historyczny enzym proteolityczny polskiej nauki
Zespół naukowców pod kierownictwem dr. Marcina Drąga z Politechniki Wrocławskiej (PW) stworzył nową metodę pozwalającą na dokładniejsze profilowanie enzymów proteolitycznych. Na pierwszy enzym zbadany technologią HyCoSuL wybrano ludzką elastazę neutrofilową. Nie był to jednak wybór przypadkowy.

Ludzka elastaza neutrofilowa (NE) jest proteazą serynową - posiada w swoim centrum aktywnym serynę. Wydzielają ją neutrofile poprzez uwolnienie tzw. ziarnistości azurofilnych ze swego wnętrza. Do sekrecji tego enzymu przez granulocyty obojętnochłonne dochodzi podczas stanu zapalnego, a funkcją tej proteazy jest degradacja okolicznych tkanek gospodarza i niszczenie drobnoustrojów w rodzaju bakterii. W przypadku przedłużenia tego procesu rozkładu końcowy efekt może być bardzo szkodliwy dla zdrowia ludzkiego organizmu. Badacze z PW zainteresowali się jednak działaniem NE głównie z innego powodu. Od pewnego czasu znane są badania, które potwierdzają jej rolę w procesie nowotworzenia. W szczególności ludzka elastaza zaangażowana jest w rozwój nowotworu płuc.

Choć NE należy do jednej z najczęściej badanych rodzin proteaz i odznacza się bardzo szeroką specyficznością substratową, to badanie jej aktywności wyłącznie z użyciem substratów skonstruowanych z naturalnych aminokwasów nie przynosiło oczekiwanych rezultatów. Mając to na uwadze, naukowcy z dolnośląskiej uczelni technicznej dołożyli wszelkich starań, by stworzyć bardzo efektywny i selektywny substrat dla elastazy, a następnie podjęli się zadania przekształcenia go do silnie wiążącego się z nią markera chemicznego, dającego możliwość obrazowania aktywności NE w warunkach mikroskopowych.

Wytworzenie peptydowego substratu fluorogenicznego dla NE przebiegało na bazie tetrapeptydowej sekwencji aminokwasów Ala-Ala-Pro-Va, której obecność powoduje pobudzenie centrum aktywnego tego enzymu. Zespół polskich naukowców wzmocnił ten szkielet dołożeniem 102 nienaturalnych aminokwasów, które umożliwiły przebadanie „kieszeni” elastazy neutrofilowej, oznakowanych w jej strukturze jako S1-S4. W rezultacie powstał sztuczny substrat który jest kilka tysięcy razy lepiej rozpoznawany przez enzym niż inne dostępne w sprzedaży cząsteczki. Ponadto w przeciwieństwie do poprzedniego substratu, który jak dotąd uchodził za najlepszy pod względem powinowactwa z NE, produkt polskich badaczy można przerobić na marker chemiczny.   

Użyteczność markera, a jednocześnie całej technologii HyCoSuL, uczeni z Politechniki Wrocławskiej potwierdzili badaniami biologicznymi. Polegały one na zobrazowaniu aktywności elastazy w procesie tworzenia się tzw. neutrofilowych pułapek zewnątrzkomórkowych (ang. NETs, Neutrophil Extracellular Traps). Pułapki te są włóknami zbudowanymi w przeważającej części z nici DNA wydzielanych z neutrofili, a ich zadaniem jest wyłapywanie groźnych dla życia patogenów. Mają więc na celu unieszkodliwienie czynnika chorobotwórczego przy jednoczesnym zminimalizowaniu ryzyka uszkodzenia komórek układu odpornościowego, należących do gospodarza. Ten wyjątkowy sposób zabijania bakterii przez neutrofile odkryli w 2004 niemieccy naukowcy z Instytutu Biologii Infekcyjnej Maxa Plancka. Teraz przedstawiciele polskiego świata nauki posłużyli się tym odkryciem, aby przedstawić skuteczność swego produktu powstałego na drodze inżynierii biologicznej. Co więcej, stworzyli jak najlepsze warunki do przejrzystości swego eksperymentu poprzez wykluczenie z reakcji proteinazy-3, która ma bardzo zbliżony profil specyficzności substratowej do NE w odniesieniu do aminokwasów naturalnych. Przy zastosowaniu aminokwasów nienaturalnych udało im się znacząco zwiększyć różnicę w rozpoznawaniu substratów i markerów inhibitorowych przez oba enzymy, a tym samym stworzyć bardziej specyficzny marker dla elastazy neutrofilowej.

Dalsza praca dr. Marcina Drąga i jego współpracowników zmierza w kierunku przebadania innych grup enzymów proteolitycznych synchronicznie z aktualizacją biblioteki HyCoSuL. Niezależnie od wyników ich następnych badań pracownicy naukowi Politechniki Wrocławskiej zapewnili już poczesne miejsce w historii nauki ludzkiej elastazie neutrofilowej.     

 

Źródła

Źródła:

1. Moore PJ., Staehelin LA (1988). "Immunogold localization of the cell wall matrix polysaccharides rhamnogalacturonan-I and xyloglucan during cell expansion and cytokinesis in Trifolium pratense L. - Implications for secretory pathways". Planta 174 (4): 433-445.

2. Brinkmann, Volker; Ulrike Reichard, Christian Goosmann, Beatrix Fauler, Yvonne Uhlemann, David S. Weiss, Yvette Weinrauch, Arturo Zychlinsky (2004-03-05). "Neutrophil Extracellular Traps Kill Bacteria". Science (AAAS) 303 (5663): 1532–1535.

3. Moroy G., Alix AJ, Sapi J, Hornebeck W, Bourguet E. „Neutrophil elastase as a target in lung cancer.” Anticancer Agents Med Chem. 2012 Jul;12(6):565-79.

4. Kasperkiewicz P., Poręba M., Snipas SJ., Parker H., Winterbourn CC., Salvesen GS., Drąg M. (2014). “Design of ultrasensitive probes for human neutrophil elastase through hybrid combinatorial substrate library profiling”. PNAS February 3, 2014.

 

KOMENTARZE
news

<Styczeń 2020>

pnwtśrczptsbnd
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
29
31
1
2
Newsletter