Projektowanie, synteza i analiza aktywności inhibitorów katepsyny G
Transkrypt
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.