Fot. Mgr inż. Alicja Trocka, prof. Sławomir Makowiec oraz studentka Anna Hromova, źródło: Wanda Stompór/PG

Wytwarzanie białek w każdej komórce może być obarczone potencjalnymi błędami. W organizmach żywych istnieje wiele mechanizmów minimalizujących tworzenie wadliwych, niepożądanych białek. Nad poprawnością matrycowego RNA (mRNA) sprawuje kontrolę jeden z takich mechanizmów bezpieczeństwa (szlak NMD) – rozpad nieprawidłowego mRNA następuje po wykryciu kodonu STOP. Mechanizm NMD zapobiega potencjalnym problemom spowodowanym przez wadliwe białka. Jego zadaniem jest wykrywanie i niszczenie nieprawidłowego mRNA, które mogłoby prowadzić do powstawania w komórce nieprawidłowych białek. NMD używany jest przez wszystkie komórki, zarówno zdrowe, w których służy do ograniczania produkcji przypadkowych, uszkodzonych białek, jak i nowotworowe. To w tych drugich NMD jest szczególnie aktywny i powoduje, że komórki rakowe stają się „niewidzialne” dla układu odpornościowego człowieka i mogą namnażać się bez ograniczeń.

Zespół dr. hab. Sławomira Makowca, prof. PG, wspólnie z zespołem badawczym z Uniwersytetu Gdańskiego, w którego skład wchodzą: dr inż. Umeshe Kalathiya, dr Monikaben Padariya oraz prof. Theodor Hupp, prowadzi badania mające na celu zablokowanie szlaku NMD w komórkach nowotworowych tak, by stały się one widoczne dla układu odpornościowego i ulegały wykryciu przez układ immunologiczny. Naukowcy uzyskali finansowanie swojego projektu z Narodowego Centrum Nauki w konkursie OPUS. Projekt jest kompleksowy z wieloma zadaniami badawczymi – w modelowaniu molekularnym, prowadzonym przez dr. Umesha Kalathiya, wyłaniane są struktury potencjalne spełniające wymogi inhibitora szlaku NMD, struktury te w laboratorium prof. Makowca są fizycznie otrzymywane (stają się zsyntezowanymi związkami), a następnie trafiają do badań biologicznych w Międzynarodowym Centrum Badań nad Szczepionkami Przeciwnowotworowymi Uniwersytetu Gdańskiego.

Otworzyć pole działania limfocytom

– Jeśli komórkom nowotworowym zablokujemy w jakiś sposób działanie szlaku NMD, zaczną one produkować uszkodzone białka, które, dostając się na powierzchnię błony komórkowej, zostaną wykryte przez układ odpornościowy. Zauważenie komórki nowotworowej i określenie jej przez układ odpornościowy jako „obcy” jest równoważne z jej późniejszym zniszczeniem. Dla pacjenta oznacza to po prostu wyzdrowienie, ponieważ żadne lekarstwo nie jest tak skuteczne, jak prawidłowe działanie limfocytów. Nawet zaawansowany nowotwór w organizmie, jeśli zostanie rozpoznany przez układ odpornościowy, ulega degradacji. Nowotwory, by funkcjonować w ludzkim ciele, stosują bardzo dobry kamuflaż, a NMD im w tym, najprościej mówiąc, bardzo pomaga – tłumaczy prof. Makowiec. 

Taka metoda pomogłaby stworzyć celowaną, skuteczną i przede wszystkim nieinwazyjną dla pacjenta terapię. – By dezaktywować wybrane białko w komórkach nowotworowych, musimy znaleźć swoisty dla niej inhibitor, można powiedzieć „kij w szprychy” dla danego białka. Wprowadzenie takiej cząsteczki do komórki nowotworowej powoduje, że dane białko przestaje być aktywne. Możemy na przykład w miejsce ATP  (adenozynotrifosforanu), którego obecność jest potrzebna do prawidłowego funkcjonowania białka, wprowadzić innych związek chemiczny, silnie wiążący się z miejscem, w którym prawidłowo powinno się znajdować ATP. Taki związek powinien pasować jak klucz do zamka w miejsce wiązania ATP, najlepiej żeby ten „klucz” już na stałe pozostał w „zamku” – mówimy wtedy, że nasza cząsteczka ma większe powinowactwo niż naturalny ligand – dodaje naukowiec. 

Od syntezy do terapii

Teoria jest prosta, jednak znalezienie związku, który skutecznie blokuje białko, to długi i czasochłonny proces. Naukowcy pracują obecnie nad wyselekcjonowanymi na podstawie obliczeń grup kilku związków. W sumie do przebadania jest kilka tysięcy struktur o obiecujących właściwościach. Oznacza to użycie superkomputerów do obliczeń interakcji pomiędzy projektowanymi strukturami a białkiem, fizyczną syntezę związków, następnie badania laboratoryjne na samych białkach, a – jeśli któryś związek okazuje się skuteczny – w kolejnym etapie również na komórkach.

Na każdym etapie taki związek może okazać się nieskuteczny, mimo że w obliczeniach rokował jako pasujący. Nawet jeśli badania na komórkach zakończą się sukcesem, to jest to dopiero 20% drogi, którą związek musi przebyć, by stać się podstawą nowego leku. To, co działa niezwykle skutecznie w badaniach laboratoryjnych, może okazać się nieodpowiednie w docelowej terapii – lek może być zbyt toksyczny, uszkadzając np. nerki i wchodząc w interakcje nie do przewidzenia na poprzednich etapach. – Wiele obiecujących związków, które miały skutecznie leczyć nowotwory, okazało się niemożliwych do zastosowania w farmakologii, dlatego trzeba cierpliwie szukać, badać i sprawdzać – zaznacza profesor. Weryfikacja związków, które obiecująco wyglądały w obliczeniach, w badaniach na białkach i na komórkach może wykazać ich nieskuteczność. Projekt realizowany jest od września 2020 r. i potrwa do września 2024 r. W planach naukowców jest przetestowanie in silico w sumie kilku tysięcy zaprojektowanych związków chemicznych, z czego kilkadziesiąt najlepszych potencjalnych inhibitorów szlaku NMD zostanie zsytetyzowanych.