W nomenklaturze medycznej enzymy rozkładające białka to enzymy proteolityczne, które znane są także pod takimi nazwami jak proteazy i peptydazy. Same w sobie są wyspecjalizowanymi białkami posiadającymi właściwość hydrolizy wiązań peptydowych, co powoduje, że są w stanie rozłożyć inne białka na mniejsze jednostki strukturalne, czyli peptydy i aminokwasy, które w cząsteczce białka są połączone tymi wiązaniami. Fizjologiczną funkcją enzymów proteolitycznych jest zatem trawienie i degradacja szkodliwych i nieprawidłowych białek w komórce. Jakiekolwiek zaburzenie ich działania prowadzi do powstania stanów patologicznych polegających na rozkładzie „zdrowych” białek. W rezultacie w organizmie rozwijają się choroby w rodzaju nowotworów i cukrzycy. Może też wystąpić większa podatność na infekcje bakteryjne i wirusowe.

dr Marcin Drąg

Doktor Marcin Drąg i jego współpracownicy z Politechniki Wrocławskiej poświęcili się kompleksowej analizie enzymów proteolitycznych, dostrzegając ich ogromne znaczenie dla terapii pacjentów dotkniętych wspomnianymi schorzeniami. Do zbadania ich aktywności potrzebowali możliwie jak najczulszych i najwłaściwszych markerów, które dobiera się w oparciu o preferencje katalityczne danego enzymu (struktura chemiczna i przestrzenna substratu determinuje jego rozpoznanie przez enzym i zdolność wejścia z nim w reakcję). Do tej pory jako markery wykorzystywano substraty zbudowane z naturalnych aminokwasów wchodzących w skład białek.

Polscy badacze zdecydowali się jednak użyć aminokwasów nienaturalnych (niekodowanych przez ludzkie DNA i zsyntetyzowanych na ogół w warunkach laboratoryjnych). Wynikiem ich nowatorskiej selekcji było utworzenie hybrydowej, a więc złożonej z obu rodzajów aminokwasów, biblioteki substratów fluorogenicznych, której skrót nazwy brzmi HyCoSuL.

— W chwili obecnej każda z bibliotek zawiera oprócz 19 naturalnych aminokwasów (cysteina jest pomijana w tego typu bibliotekach ze względu na łatwość utleniania) od 100 do nawet 140 nienaturalnych aminokwasów. Oczywiście bibliotekę można rozszerzyć o dowolną ilość aminokwasów — powiedział portalowi Biotechnologia.pl główny autor badania dr Marcin Drąg w odpowiedzi na zapytanie o wielkość aktualnej bazy.

Technologia HyCoSuL została już wykorzystana do zbadania ludzkiej elastazy neutrofilowej, dla której polscy naukowcy stworzyli peptydowy substrat fluorogeniczny o kilka tysięcy razy większym powinowactwie do enzymu niż inne substraty dostępne w sprzedaży. Przygotowanie pojedynczego substratu wymaga pewnego nakładu czasu.

— Przy obecnie posiadanym doświadczeniu jesteśmy w stanie zsyntezować, oczyścić i potwierdzić czystość oraz strukturę jednego, indywidualnego substratu w czasie około 1 tygodnia. Niemniej synteza całej biblioteki, która odbywa się równolegle, zajmuje kilka miesięcy — wyjaśnił dr Drąg.

Autorzy projektu przewidują, że opracowana technologia może znaleźć dość szerokie zastosowanie. Dzięki niej możliwe stanie się znalezienie nowych, bardziej czułych i specyficznych markerów chemicznych oraz wynalezienie leków przeciwdziałających zaburzeniom wywołanym przez proteazy..

red. Dawid Wojtowicz