Nienaturalne aminokwasy w badaniu aktywności enzymów proteolitycznych

Endoproteazy (enzymy proteolityczne, proteazy), hydrolizują wiązanie peptydowe w środku białkowego substratu w procesie zwanym proteolizą. Enzymy proteolityczne stanowią obecnie około 5-10% wszystkich celów medycznych w poszukiwaniu leków na choroby cywilizacyjne. Proteazy pełnią ważną rolę w kontroli niemalże wszystkich ścieżek metabolicznych, a zachwianie równowagi ich działania prowadzi do stanów patologicznych. W przypadku przerzutowania nowotworów kluczową rolę odgrywają endoproteazy z rodziny metaloproteaz macierzowych (MMPs), a w szczególności MMP2 oraz MMP9. Enzymy te odgrywają równie ważną funkcję w procesie rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, ale także w zjawiskach uczenia się czy pamięci. Często proteazy działają równocześnie, dlatego kluczowe jest zrozumienie, jaką funkcję pełni każda z nich. Niestety, obecnie nie istnieją narzędzia chemiczne, które pozwoliłyby na selektywne odróżnienie tych proteaz, a tym samym na ich dokładne zbadanie.

Ludzkie komórki, w których użyto markery chemiczne do obrazowania aktywności enzymów proteolitycznych (kolor zielony), a DNA wybarwiono na czerwono. Źródło: dr inż. Paulina Kasperkiewicz

W ramach projektu realizowanego w konkursie OPUS NCN chcemy otrzymać cząsteczki chemiczne, które pozwolą na specyficzne rozróżnienie MMP2 od MMP9. W badaniach zamierzamy wykorzystać przede wszystkim nienaturalne aminokwasy, czyli takie, które nie są znajdowane w naturalnych substratach tych enzymów, gdyż są niekodowane przez DNA. Zastosowanie nienaturalnych aminokwasów zwiększy szansę na znalezienie specyficznych oddziaływań w kieszeniach wiążących badanych MMPs, a tym samym na otrzymanie sekwencji selektywnie hydrolizowanych tylko przez jeden enzym.

Badania z nienaturalnymi aminokwasami były już wcześniej prowadzone przez naszą grupę, przy użyciu innego typu bibliotek. Znaleźliśmy selektywne substraty dla innych egzo- oraz endoproteaz. Nasze laboratorium specjalizuje się w tego typu strategii i cały czas poszukujemy nowych metod jej udoskonalenia. Do tej pory udało nam się już opracować całkowicie nowy układ fluorescencyjny do detekcji aktywności MMPs. Jest on zdecydowanie bardziej czuły od powszechnie używanych komercyjnych układów fluorofor-wygaszacz. Posiada także znacząco większą rozpuszczalność w układach wodnych (dzięki użyciu odpowiedniej grupy hydrofilowej). Ma to kluczowe znaczenie przy zastosowaniu dużych nienaturalnych hydrofobowych aminokwasów. Wyniki części tych badań opublikowaliśmy w czasopiśmie Scientific Reports.

Badania w ramach projektu OPUS prowadzone są na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej w grupie prof. Marcina Drąga we współpracy z licznymi partnerami naukowymi z kraju (prof. Leszek Kaczmarek, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN) oraz z zagranicy (prof. Christopher M. Overall, University of British Columbia, Kanada; oraz prof. Yoshifumi Itoh, University of Oxford, Wielka Brytania).

prof. dr hab. Marcin Drąg

Absolwent Wydziału Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego. Od 1999 r. związany z Wydziałem Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. W latach 2005-2008 przebywał na stażu w grupie prof. G.S. Salvesena w The Burnham Institute for Medical Research (Kalifornia, USA). Po powrocie rozpoczął samodzielne badania w zakresie chemii biologicznej z wykorzystaniem chemii kombinatorycznej przy użyciu nienaturalnych aminokwasów w badaniu enzymów proteolitycznych. W 2016 r. uzyskał tytuł profesora. Kierownik grantów FNP, KBN, NCBiR, a obecnie projektów OPUS oraz HARMONIA NCN.

Data publikacji: 31.03.2017