Projektowanie, synteza i analiza aktywności inhibitorów katepsyny G

Abstrakt
Projektowanie, synteza i analiza aktywności inhibitorów
katepsyny G i ludzkiej neutrofilowej elastazy
dr inż. Marcin Sieńczyk
Katepsyna G i neutrofilowa elastaza, obok proteinazy 3 i niedawno odkrytej neutrofilowej proteazy 4,
magazynowane są w ziarnistościach azurofilnych neutrofili oraz innych komórek i wydzielane na zewnątrz
po ich stymulacji. Wszystkie cztery enzymy należą do rodziny proteaz serynowych i pełnią zbliżoną rolę
w organizmie.1 Do najważniejszych fizjologicznych funkcji katepsyny G (CatG) i neutrofilowej elastazy
(HNE) należą m.in. aktywność przeciwbakteryjna oraz regulacja odpowiedzi zapalnej (degradacja cytokin,
stymulacja makrofagów, aktywacja czynnika martwicy nowotworów (TNF-α) czy degradacja antygenów
w celu ich prezentacji w kompleksie z białkami MHC). Istotnym jest fakt, że obie proteazy wykazują
zdolność degradacji białek macierzy zewnątrzkomórkowej.2
W normalnych warunkach aktywność CatG i HNE jest precyzyjnie regulowana przez naturalne, endogenne inhibitory proteaz serynowych — serpiny, głównie przez α2 -makroglobulinę, α1 -antytrypsynę
i wydzielniczy inhibitor proteaz leukocytarnych (SLPI).2 Często jednak, na skutek wydzielania przez
neutrofile reaktywnych form tlenu (w procesie określanym jako oxidative burst), dochodzi do inaktywacji
serpin, czego konsekwencją jest zaburzenie delikatnej równowagi między aktywną formą proteazy, a kontrolującym jej aktywność endogennym inhibitorem. Podejrzewa się, że fizjologicznym następstwem utraty
kontroli nad aktywnością neutrofilowej elastazy może być rozwój szeregu chorób układu oddechowego, jak
przewlekła obturacyjna choroba płuc (COPD), zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), rozedma
płuc czy przewlekłe zapalenie oskrzeli.3 Biorąc pod uwagę destrukcyjny charakter katepsyny G oraz neutrofilowej elastazy, poszukiwanie niskocząsteczkowych inhibitorów pozwalających na kontrolę aktywności
obu proteaz stanowi ważne wyzwanie współczesnej chemii medycznej.
Celem pracy było otrzymanie nowych, nieodwracalnych fosfonowych inhibitorów katepsyny G i ludzkiej neutrofilowej elastazy w oparciu o ich specyficzność substratową, strukturę krystaliczną oraz znane
inhibitory obu proteaz. Pomiary właściwości inhibitorowych otrzymanych pochodnych pozwoliły na przeprowadzenie analizy zależności struktura–aktywność, dalszą modyfikację najbardziej aktywnych spośród
uzyskanych pochodnych oraz wyselekcjonowanie związków do badań biologicznych in vitro, in vivo oraz
prób krystalizacji kompleksu proteaza–inhibitor. W toku prowadzonych prac, opierając się na strukturze
najaktywniejszych inhibitorów, otrzymano także niskocząsteczkowe sondy molekularne pozwalające na
detekcję aktywnych form obu proteaz w materiale biologicznym.
1
a) Korkmaz B. et al., Pharmacol. Rev., 2010, 62, 726–759; b) Perera N.C. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U S A., 2012, 109,
6229–6234; c) Perera N.C. et al., J. Immunol., 2013, 191, 2700–2707; d) Lin S.J. et al., Structure., 2014, 22, 1333–1340.
2 Heutinck K.M. et al., Mol. Immunol., 2010, 47, 1943–1955.
3 a) Tetley T.D.: Thorax, 1993, 48, 560–565; b) Umeki S. et al., Am. J. Med. Sci., 1988, 296, 103–106.