BADANIA NAD NOWOTWORAMI WYZWANIEM DLA
Transkrypt
BADANIA NAD NOWOTWORAMI WYZWANIEM DLA
BADANIA NAD NOWOTWARMI WYZWANIEM DLA NAUKOWCÓW Rozmowa z prof. Piotrem Laidlerem, kierownikiem Katedry Biochemii Lekarskiej CM UJ □ Jeden z kierunków badań prowadzonych w Katedrze Biochemii Lekarskiej dotyczy biologii i biochemii komórek nowotworowych, progresji nowotworów i możliwości zahamowania tego procesu. Ponieważ to dziedzina, która, jak mi się zdaje, szczególnie interesuje Pana Profesora, powiedzmy na początek coś więcej o samym procesie nowotworowym. A. Wojnar prawidłowej w nowotworową nie pojawia się jako konsekwencja zaistnienia jednej zmiany, ale jest rezultatem powstania szeregu mutacji, które się kumulują. Dlatego też im dłużej żyjemy, tym bardziej nasz DNA jest narażony na działanie szkodliwych czynników mutagennych. Gdy nastąpi skumulowanie mutacji, dochodzi do zaburzenia ekspresji genów mniejszej lub większej liczby uniwersalnych, ale i charakterystycznych dla danej komórki białek. Taka komórka zaczyna ■ Zacznijmy może od stwierdzenia, że produkować w większych ilościach lub zachowanie każdej komórki w wielokobardziej aktywne białka, których nie pomórkowym organizmie jest regulowane winna: białka onkogenne, przyczyniające przez bodźce płynące ze środowiska się do powstawania i rozwoju nowotwoi reakcje na nie – sterowane stosownyru. Traci natomiast białka supresorowe mi mechanizmami sygnalizacyjnymi. odpowiedzialne za hamowanie tego Ich prawidłowe funkcjonowanie uwaprocesu. W dalszej kolejności zaczyna runkowane jest istnieniem niezwykle także stopniowo tracić swoją zdolność złożonej sieci wzajemnych oddziaływań specjalistyczną, jaką osiągnęła w trakcie zbudowanej z niemal nieskończonej rozwoju i procesu różnicowania. Możemy liczby elementów, w tym białek o różwręcz, upraszczając, powiedzieć, że cofa norodnych funkcjach. Kiedy w wyniku się ona w stadiach rozwoju, staje się mniej działania czynników mutagennych pojazróżnicowana. Komórka nowotworowa wią się mutacje – nienaprawione zmiany charakteryzuje się tym, że wyłamuje się w strukturze lub odczycie informacji Prof. Piotr Laidler zawartej w DNA – genów kodujących spod kontroli, której organizm – poprzez którykolwiek z elementów tej złożonej sieci oddziaływań, grozi wspomnianą wyżej sygnalizację – poddaje wszystkie zdrowe to zaburzeniem jej funkcjonowania. Ponieważ są to geny kodu- komórki. jące białka odpowiedzialne za podstawowe procesy i funkcje życiowe komórki, zaburzenia wpływają na zasadnicze decyzje □ Czy wszystkie rodzaje komórek nowotworowych się tym co do jej losów. Większość zmutowanych komórek obumie- charakteryzują? Czy ten mechanizm jest zawsze jednakora. Jeśli nie, powstaje sytuacja przyzwolenia na stopniowe wy? przekształcanie się jej w komórkę nowotworową. Warto tu nadmienić, że wszystkie składniki komórki, od jej narodzin do ■ Oczywiście co do szczegółów – nie, stąd zresztą między innyśmierci, ulegają ciągłej wymianie, ale nie DNA. Jest to jedyna mi trudność w leczeniu nowotworów. Generalnie jednak dzisiaj cząsteczka, która musi być z nami przez całe życie, od chwili obowiązuje pewien standard, na podstawie którego możemy poczęcia do śmierci. Dlatego też jej „stan” podlega cały czas uznać daną komórkę za nowotworową. Komórka taka nabywa kontroli. W razie wystąpienia uszkodzenia DNA musi być na- pewne charakterystyczne cechy. Staje się wrażliwsza na bodźce, tychmiast naprawiane, aby mogło być wykorzystywane zgodnie które ją stymulują do aktywnego dzielenia się, tak zwanej proliz przeznaczeniem: jako źródło unikalnej informacji niezbędnej feracji, kosztem różnicowania. Każda prawidłowa komórka ma do rozwoju i życia komórki, organizmu. Funkcjonują naturalne, zaprogramowaną pewną ograniczoną liczbę podziałów. Natomiast specyficzne systemy monitorowania i naprawy DNA. Właśnie komórki nowotworowe ignorują ten program, jednocześnie zamiędzy innymi dzięki ich istnieniu przekształcanie komórki bezpieczając sobie taki mechanizm, który pozwala im dzielić się ALMA MATER 13 w nieskończoność. Powoduje to, że komórka taka – upraszczając – nie ma czasu dojrzewać do swej roli, różnicować się, dlatego też powstają „prymitywniejsze”, mniej lub bardziej „odróżnicowane” wersje komórek, cechujące się między innymi brakiem wrażliwości na bodźce hamujące proces proliferacji. Organizm próbuje się bronić, sięgając po mechanizmy, które powinny zmusić komórkę zagrażającą jego zdrowiu i istnieniu do samobójczej śmierci – apoptozy. Proces ten pozwala usunąć zmienione nowotworowe komórki w najmniej szkodliwy dla pozostałych, zdrowych komórek, sposób. Ale i spod tej „gilotyny” komórki nowotworowe uczą się uciekać. To ich kolejna nabyta cecha. Ponadto, co niezwykle istotne, komórki nowotworowe mają zdolność do stymulowania procesu tworzenia naczyń krwionośnych wokół siebie – tak zwanej angiogenezy, co gwarantuje im dostarczenie niezbędnych do rozwoju metabolitów i tlenu, a co za tym idzie – potrzebnej im do proliferacji energii. Stopniowo komórki nowotworowe nabywają najgroźniejszą zdolność, jaką jest umiejętność przedostawania się przez bariery ograniczające tkanki i wnikania do krążenia. Wraz z nim rozprzestrzeniają się po organizmie w odległe rejony i kolonizują je, czyli tworzą przerzuty. Ponadto wreszcie wiele nowotworów produkuje białka nietypowe dla zdrowej tkanki, z jakiej się wywodzą – nazywamy je markerami procesu nowotworowego. To zresztą dla lekarza patologa jedna z podstawowych informacji pozwalających na zakwalifikowanie komórki jako nowotworowej, co ma kapitalne znaczenie dla wczesnego wykrywania i leczenia nowotworu. □ Czy zapoczątkowanie takiego procesu już nieuchronnie prowadzi do jego kontynuacji, czy też taka zmieniona komórka może sama zahamować ten proces dalszych podziałów i nie dojdzie tym samym do rozprzestrzenienia się procesu nowotworowego w organizmie? ■ Dotychczas obowiązywał pogląd o nieuchronności tego procesu, ale trzeba zrozumieć, że tak naprawdę nie wiemy do końca, co w naszym organizmie zostaje zahamowane, ponieważ we wstępnym etapie proces nowotworowy nie manifestuje się w żaden sposób. Istnieje też tak zwane stadium łagodnego nowotworu, które bardzo często uważa się za poprzedzające stadium nowotworu złośliwego, ale to też nie jest taka prosta bezpośrednia zależność. Ważne jest, że nowotwór w stanie zlokalizowanym jest najłatwiej usuwalny chirurgicznie. Nowoczesne metody diagnostyczne umożliwiają nam wykrycie już niewielkiego skupiska komórek nowotworowych. Ogromnym problemem jest natomiast rozsiany nowotwór, który poprzez wspomnianą już sieć naczyń krwionośnych zaczyna infiltrować otaczające tkanki i rozchodzi się po całym organizmie, zasiedlając rozmaite odległe narządy. W istocie nie są znane mechanizmy, które spontanicznie cofałyby komórkę nowotworową z przedstawionego toru niekorzystnych, zagrażających życiu organizmu przemian. □ Dlaczego dochodzi do tego patologicznego, nowotworowego podziału komórek? Co jest tego powodem? ■ Jak wspomniałem wcześniej, następuje kumulacja zmian wywołanych mutacjami, utrwalonymi i w porę nieusuniętymi uszkodzeniami głównie w genomowym DNA. Ocenia się, choć dane te są stale weryfikowane, że 80–85 procent wszystkich rodzajów nowotworów, których liczbę szacuje się na kilkaset chorób, 14 ALMA MATER powstaje w wyniku działania czynników środowiskowych. Są trzy rodzaje czynników, które wywołują nowotwory: chemiczne (wolne rodniki, aktywne związki chemiczne o zdolnościach mutagennych i karcynogennych – na przykład w samym tylko dymie tytoniowym jest około 4000 związków chemicznych, z których zdecydowana większość ma potencjalne działanie rakotwórcze), fizyczne (promieniowanie jonizujące i inne typy promieniowania wysokoenergetycznego, które zresztą często generują między innymi wolne rodniki) i biologiczne – przede wszystkim pewne rodzaje wirusów. Takie wirusy – tak zwane wirusy onkogenne – mogą prowadzić do zmian w komórce, powodując, że staje się ona właśnie komórką nowotworową. □ Czy te wirusy występują powszechnie w środowisku, czy stykamy się z nimi na co dzień? ■ Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta. Teoretycznie tak, ale pamiętajmy, że wirusy muszą się rozwijać w jakimś organizmie, to jest warunek ich przeżycia. Są też bardzo specyficzne, zależnie od organizmu, jaki atakują. Istnieją nawet takie ich typy – tak zwane bakteriofagi, które żyją, wykorzystując jako gospodarza bakterie. Jest też na przykład wiele wirusów zwierzęcych, które nie atakują człowieka, choćby słynny dziś wirus ptasiej grypy. Również w naszym organizmie, dzięki barierom ochronnym, działaniu układu odpornościowego, wirusy nie mają sprzyjających warunków do życia. Nie ma co prawda bezpośrednich dowodów na udział wirusów w powstawaniu nowotworów u ludzi – z wyjątkiem może podejrzeń co do wirusa ludzkiego brodawczaka (papilloma) – tym niemniej nie można wykluczyć ich z grona czynników podejrzanych o wywoływanie tych chorób. Wirusy onkogenne różnią się bowiem od większości pozostałych tym, że mają zdolność „ukrycia się” w zainfekowanej komórce poprzez wbudowywanie swego genomu (RNA lub DNA) w genom gospodarza, i to w sąsiedztwie genów kodujących białka odpowiedzialne za regulację podstawowych procesów życiowych komórki. Obecność genów wirusów onkogennych w genomie zakażonego organizmu może więc być efektem świeżo przebytej infekcji lub wydarzenia z bardzo odległej przeszłości. □ Czy można więc, mając na uwadze wspomniane wcześniej najbardziej charakterystyczne i niezbędne do rozwoju choroby cechy komórek nowotworowych, zaingerować w ten proces podziału komórek, aby nie dopuścić do rozsianego stadium nowotworu? ■ Aby najprościej odpowiedzieć na Pani pytanie, powiem krótko, że w istocie wątek badań, który nas bardzo interesuje, to możliwość takiej ingerencji w zachowanie komórek nowotworowych, która by powstrzymała je właśnie przed niekontrolowanymi podziałami, dalszymi niekorzystnymi zmianami lub cofnęła zespół charakteryzujących je cech, czyli fenotyp, do wcześniejszego stadium progresji nowotworu. Staramy się pobudzać odzyskanie równowagi pomiędzy proliferacją a miedzy innymi apoptozą poprzez nasilenie ekspresji białek, które pozbawią te komórki zdolności do dalszego, niekorzystnego dla organizmu jako całości, rozwoju. To, czym my się głównie zajmujemy, to poszukiwanie możliwości ingerencji w szlaki komunikacyjne komórki z otoczeniem, decydujące o jej zachowaniu – jest to cała sekwencja zdarzeń, która na końcu dopiero ujawnia się poprzez stosowną reakcję na bodźce, poprzez efekt. W komórkach nowotworowych bardzo często wiele elementów tego systemu przekazywania sygnału jest zmienionych, próbujemy więc szukać czynników, jakie uruchamiają takie procesy w obrębie tych sygnalizacji, które mogą zmusić komórkę do wyhamowania czy wygaszenia „niespołecznych” zachowań. W okresie rozwoju i różnicowania się tkanek i organizmów następuje wspomniane już wcześniej naturalne zjawisko programowanej śmierci komórek – proces apoptozy, niegroźny dla otoczenia, w jakim się ona znajduje. Pod wpływem stosownych bodźców komórka niejako popełnia w cichy sposób samobójstwo. W odróżnieniu od takiej formy usuwania komórki ze środowiska istnieje jeszcze zupełnie inny proces jej śmierci. Jest to tak zwana martwica, która polega na tym, że obumierając, komórka rozpada się i jej zawartość wycieka do otoczenia. Jest ona dla niego toksyczna, w związku z czym powstaje stan zapalny. Natomiast w procesie apoptozy komórka znika, zostaje jakby wymazana ze środowiska, dla którego nie ma to żadnych zgubnych skutków. Jeśli więc uda się komórkę zmienioną nowotworowo skierować na proces apoptozy, to nastąpi usunięcie jej ze środowiska bez niekorzystnego wpływu dla otoczenia. To podejście jakby z drugiej strony, nie hamowanie proliferacji, ale stymulowanie apoptozy i przez to zmniejszanie liczby komórek nowotworowych. W naszej Katedrze prowadzimy badania polegające na próbach stymulacji procesu apoptozy z wykorzystaniem między innymi syntetycznych ligandów (ciglitazon, karbacyklina, fenofibrat), receptorów PPAR należących do receptorów jądrowych, izomerów sprzężonych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, pochodnych kwasu linolowego, rybozydu kinetyny, inhibitora transferazy farnezylowej, specyficznych inhibitorów kinaz szlaków sygnalizacyjnych. W działaniu większości z nich daje się odnotować stymulujący wpływ na proces apoptozy. Wyniki dotyczące czerniaka będziemy, mam nadzieję, niedługo publikować. Proszę jednak pamiętać, że są to na tym etapie typowe badania podstawowe, prowadzone na układach modelowych. Nie taję, że jak wszyscy, którzy poszukują skutecznych leków przeciwnowotworowych, tak i my mamy nadzieję, że kiedyś uda się nam je zaproponować w chemioterapii nowotworów. Oprócz prowadzenia badań nad ingerencją w sygnalizację komórkową, hamowaniem proliferacji, stymulowaniem apoptozy uczestniczyliśmy i nadal uczestniczymy w dwóch projektach europejskich, gdzie próbujemy określić pewne markery procesu nowotworowego, czyli charakterystyczne, o czym wcześniej wspominałem, możliwie selektywne cechy procesu nowotworowego. Dotyczą one przede wszystkim nowotworów często wykrywanych już w fazie rozsianej, trudno poddających się leczeniu, takich jak na przykład czerniak, rak prostaty i rak piersi. Próbujemy znaleźć determinanty charakteryzujące te procesy nowotworowe, a następnie możliwości i sposoby uczulenia układu odpornościowego przeciwko tym patologicznym komórkom. Jest to tak zwana immunoterapia nowotworów, której celem jest zwiększenie potencjału sił obronnych organizmu mobilizujących go do walki z tą chorobą. □ Czy powstały więc już leki działające na proces apoptozy komórek nowotworowych? ■ Jest to niełatwe zadanie, ponieważ komórka nowotworowa ma dużą zdolność do uciekania przez apoptozą, unikania jej. To, jak wcześniej mówiliśmy, jest jedną z jej nabywanych i niezbędnych w procesie rozwoju nowotworu cech. Tym niemniej wiele terapii nowotworowych stosuje różne czynniki mające zdolność stymulacji selektywnej apoptozy komórek nowotworowych, co przyczynia się do leczenia nowotworów. Jednym z doskonałych przykładów jest paklitaksel (taksol). Związek ten, izolowany oryginalnie z cisa zachodniego (Kanada), a ostatnio z cisa pospolitego (Anglia), jest obecnie używany w szerokim zakresie chorób, nie tylko przeciw różnym odmianom raka. Jak widać, tego rodzaju terapie już się stosuje, jednak ze zmiennym skutkiem, w zależności od typu nowotworu, bo proces nowotworowy to nieprawdopodobnie złożone i wieloczynnikowe zjawisko. □ Czy możemy więc stwierdzić, że istnieje już skuteczna terapia przeciwnowotworowa? ■ W moim przekonaniu ludzkość włożyła ogromy wysiłek i pieniądze w dwa nurty badań: w podbicie kosmosu i w badania nad nowotworami. Możemy więc zapytać, dlaczego postęp w leczeniu nowotworów nie jest w odczuciu społecznym tak satysfakcjonujący jak w leczeniu chorób krążenia, gdzie niewątpliwie nastąpił w ostatnich latach ogromny przełom, a przeżywalność chorych z różnymi schorzeniami układu krążenia radykalnie wzrosła. Wciąż jednak choroby układu krążenia stanowią najważniejszą przyczynę zgonów w krajach cywilizowanych. Nowotwory znajdują się generalnie na drugim miejscu. I choć wydaje się, że nie ma tak spektakularnych osiągnięć, nie posiadamy uniwersalnych skutecznych terapii przeciwnowotworowych, nie oznacza to jednak, że nie ma wielkich sukcesów w walce z nowotworami. Dzięki zaangażowaniu ogromnych sił i środków poznajemy niezwykle złożoną naturę funkcjonowania komórki i zmian jej zachowań kojarzonych z procesem nowotworowym. Umożliwia to wdrażanie najnowszych osiągnięć nauk podstawowych, biochemii, biologii molekularnej, biologii komórki oraz niezwykle intensywnie rozwijających się w ostatnich latach technik obrazowania, jak rezonans magnetyczny (MRI) czy tomografia emisji pozytonów (PET). W oparciu o wyniki wszystkich tych badań trwają ustawiczne próby poszukiwania efektywnych technik terapeutycznych i wprowadzania ich do leczenia nowotworów. Przykładem terapii opartej na wykorzystaniu wiedzy wynikającej z poznania podstawowych mechanizmów funkcjonowania komórek nowotworowych jest zastosowanie w leczeniu pewnych typów raka nerki i wątroby leku o nazwie sorafenib, inhibitora licznych kinaz uczestniczących w przekazywaniu sygnału w komórce, czy użycie w kombinacji z chemioterapeutykami bewacizumabu, białka (przeciwciała) swoiście blokującego funkcję VEGF, jednego z najważniejszych czynników stymulujących wspomniany wcześniej proces angiogenezy, tworzenia naczyń krwionośnych w obrębie rosnącego skupiska komórek nowotworowych. □ Czy za skuteczną terapię można też uznać nagłaśnianą ostatnio w mediach szczepionkę przeciw wspomnianemu wirusowi wywołującemu raka szyjki macicy? ■ To prawda, odkryto, że jednym z głównych czynników rozwoju tego raka jest wirus brodawczaka ludzkiego. To pytanie porusza zresztą bardzo trudny, ale niezwykle ważny problem rozpoznawania i odrzucania nowotworu przez układ odpornościowy. Istnieje przecież wysoce wyspecjalizowany system immunologiczny, któ- ALMA MATER 15 ry umie rozpoznawać wszystko, co zmienione, i w efekcie inne niż prawidłowe składniki organizmu, dostaje sygnały o wszystkim, co „odbiega od normy”, nie wygląda tak jak powinno. Gdy ten układ funkcjonuje dobrze, to pomimo pojawiania się rozmaitych zmian w typowych cechach komórek, w tym zmian nowotworowych, jest w stanie wykrywać i usuwać zmienione komórki, o czym po prostu nie wiemy, dopóki jesteśmy zdrowi. Gdy natomiast funkcjonuje trochę gorzej, to nie daje sobie rady ze zmienionymi komórkami, w wyniku czego może rozwinąć się na przykład proces nowotworowy. Wielu badaczy uważa, że jeszcze jedna nabyta w trakcie rozwoju procesu nowotworowego zdolność komórek nowotworowych, o jakiej nie mówiliśmy wcześniej – tak zwana umiejętność do „oślepiania”, „oszukiwania” układu odpornościowego – jest kluczowa dla ostatecznego rozwoju nowotworu w organizmie. Przykładem terapii przełamującej inercję układu odpornościowego jest właśnie stosowanie szczepionek przeciwnowotworowych, w tym używanej z powodzeniem i zalecanej szczepionki przeciw wirusowi brodawczaka ludzkiego. Szczepienie dziewczynek chroni je bowiem przed infekcją wirusem i w efekcie zmniejsza zapadalność na raka szyjki macicy u szczepionych. Dzięki temu rak szyjki macicy stał się chorobą niemal w pełni uleczalną. Kończąc, chciałbym powiedzieć, że postęp w walce z nowotworami jest ogromny, ale nadal nie satysfakcjonuje ani badaczy, ani lekarzy. Niewątpliwie z powodu niezwykłej złożoności procesu nowotworowego stanowi on nadal wyzwanie dla nauk medycznych. □ Dziękuję za rozmowę. Rozmawiała Anna Wojnar KATEDRA BIOCHEMII LEKARSKIEJ – WCZORAJ I DZIŚ T ermin biochemia jako nazwa dziedziny naukowej został wpro- wych przedmiotów studiów lekarskich. Natomiast początkiem wadzony w 1903 roku przez niemieckiego chemika Carla dzisiejszej Katedry Biochemii Lekarskiej jest stworzona w 1851 Neuberga. Szeroko rzecz ujmując, pojęcie to dotyczy różnego roku pracownia chemiczno-patologiczna przy Klinice Lekarskiej rodzaju reakcji i procesów zachodzących w żywym organizmie, Uniwersytetu Jagiellońskiego, której kierownikiem był Józef czyli wytwarzania Dietl. W roku 1864 i przetwarzania z pracowni tej pow odpowiednim wstała Katedra czasie i miejscu niei Zakład Chemii zbędnych do życia Patologicznej, a jej substancji oraz enerszefem został Alekgii. Biochemia, wraz sander Stopczański z pokrewną jej bio– pierwszy na zielogią molekularną, miach polskich proto obecnie rozległa fesor chemii lekardziedzina nauki skiej, który funkcję zajmująca się skłatę pełnił do końca dem chemicznym 1906 roku. Placówka organizmów żywych cztery razy zmieniała oraz zachodzącymi swoją siedzibę, aby w nich procesami Prof. Aleksander Stopczański ostatecznie w 1906 Prof. Leon Marchlewski Dr Jan Robel metabolicznymi roku objąć budynek i mechanizmami przechowywania, przekazywania i ekspresji przy ul. Kopernika 7, gdzie jako Katedra Biochemii Lekarskiej informacji genetycznej. Biochemia opisuje i wyjaśnia na poziomie CM UJ funkcjonuje do dziś. molekularnym chemiczne podstawy życia, starając się również Kolejnym po prof. Stopczańskim kierownikiem Katedry wyjaśnić, jak powstało życie. został prof. Leon Paweł Marchlewski, który już wtedy szczycił Niedawno, bo w 2006 roku, uniwersytecka Katedra Bioche- się mocną pozycją naukową nie tylko w Polsce, ale i za granicą. mii Lekarskiej obchodziła mały jubileusz: 100-lecie lokacji przy – Profesor Marchlewski w ciągu kilku lat stworzył tu placówkę ul. Kopernika 7 w Krakowie. Warto jednak podkreślić, że tradycje badawczą, która stała się najlepszą w Polsce na długi czas. Na krakowskiej chemii lekarskiej sięgają okresu oświecenia, kiedy początku profesor prowadził badania nad strukturą chlorofilu, a ze to w 1780 roku, dzięki reformie Uniwersytetu Jagiellońskiego swoim długoletnim asystentem i najbliższym współpracownikiem przeprowadzonej przez Hugona Kołłątaja, utworzono Katedrę Janem Roblem przeprowadził eksperyment, którego wynik stał Chemii i Historii Naturalnej, która stała się jednostką macierzystą się jeszcze jednym dowodem bliskiego pokrewieństwa roślinnego dla wielu później rozwijanych dyscyplin naukowych. Fakt ten jest chlorofilu i zwierzęcego hemu – mówi prof. Piotr Laidler, obecuznany za początek nauczania chemii jako jednego z podstawo- ny kierownik Katedry. – W badaniach Marchlewskiego należy 16 ALMA MATER