Specjalistyczna insulina w jadzie stożków: nowy lek dla cukrzyków?
Jad stożków składa się z setek biologicznie aktywnych składników, z których większość stanowią małe, bogate w dwusiarczek peptydy, znane jako konopeptydy. Kenopeptydy przyciągają uwagę szczególnie jako środek przeciwbólowy. Jednakże ich synteza chemiczna jest skomplikowana ze względu na dużą ilość wiązań disiarczkowych i dodatkowych modyfikacji potranslacyjnych, które często doprowadzają do nieprawidłowego fałdowania i agregacji konopeptydu. Coraz więcej dowodów wskazuje, że komórki gruczołów jadowych posiadają rozwinięte mechanizmy właściwego fałdowania konopeptydów. Określenie tych mechanizmów prawdopodobnie przyczyni się do usprawnienia obecnych rozwiązań w zakresie syntezy chemicznej i usprawni produkcję farmaceutyczną konopeptydów. W związku z tym finansowany przez UE projekt CONBIOS koncentrował się na fałdowaniu oksydacyjnym konopeptydów. Aby zidentyfikować enzymy biorące udział w tym procesie, konsorcjum przeprowadziło zakrojone na szeroką skalę sekwencjonowanie transkryptomów gruczołów jadowych, pochodzących od różnych gatunków stożków o zróżnicowanym pochodzeniu. Platforma molekularna ekspresji konopeptydów Zakrojona na szeroką skalę analiza transkryptomów gruczołów jadowych doprowadziła do odkrycia wcześniej nieznanej rodziny genów izomerazów dwusiarczku białkowego (PDI), zwanych conotoxin-specific PDI (PDI specyficznymi dla konotoksyn - csPDI). PDI mają krytyczne znaczenie dla fałdowania białek w retikulum endoplazmatycznym, a odkrycie csPDI sugeruje, że odgrywają one istotną rolę w fałdowaniu konopeptydów w gruczołach jadowych stożków. Naukowcy zaobserwowali, że csPDI przeszły przyśpieszoną ewolucję z wysokim tempem mutacji w regionach, które mają istotne znaczenie dla aktywności katalitycznej i wiązania substratu. W trakcie badań csPDI znacznie zwiększyły prędkość fałdowania konopeptydów, co sugeruje, że mogą zostać użyte do usprawnienia produkcji tych toksyn. Konsorcjum CONBIOS wykorzystało tę wiedzę do opracowania systemu ekspresji bakteryjnej dla wspólnej ekspresji konotoksyn z csPDI i innymi enzymami fałdującymi. „Platforma ta umożliwiła nam przeprowadzenie wydajnej produkcji konopeptydów do badań funkcjonalnych, farmakologicznych i strukturalnych” - wyjaśnia koordynator projektu, prof. Lars Ellgaard z Uniwersytetu w Kopenhadze. Odkrycie insuliny w jadzie stożków Podobnie jak insulina u ssaków, która reguluje homeostazę cukru, insulina u mięczaków wytwarzana jest w komórkach endokrynnych, powiązanych z przewodem pokarmowym oraz komórkami neuroendokrynnymi i odgrywa istotną rolę w metabolizmie energetycznym. Co ciekawe, badania CONBIOS doprowadziły do odkrycia dodatkowej cząsteczki insuliny, obecnej w jadzie polującego na ryby stożka geograficznego - ślimaka z gatunku stożków. Insulinę ryb, które są pożywieniem stożków z tego gatunku, z insuliną jadu łączy wysokie podobieństwo sekwencyjne. „Było to pierwsze doniesienie o obecności insuliny w jadzie i wysnuliśmy hipotezę, że ta specjalna insulina ułatwia łapanie ofiar poprzez wywoływanie wstrząsu hipoglikemicznego” - mówi dr Safavi-Hemami. Konsorcjum przeprowadziło eksperymenty, które potwierdziły hipotezę, według której insuliny jadu wytworzyły się w drodze ewolucji, aby ułatwić polowanie na ofiary. W następstwie tego niespodziewanego odkrycia przeprowadzono analizę transkrypcyjną 20 dodatkowych gatunków stożków, w wyniku której odkryto, że niemal każdy z nich produkuje insulinę. Jednakże jedynie jad stożków polujących na ryby zawiera insulinę jadu podobną do insuliny ludzkiej i rybnej. Insulina ta wydalana jest do wody, gdzie wchłaniana jest przez ryby. W wyniku tego u ryby aktywowany zostaje receptor insuliny, co doprowadza do gwałtownego spadku glukozy we krwi, utrudniając ofierze poruszanie się. Odkrycie insuliny w jadzie stożków otworzyło możliwości wykorzystania jej w leczeniu. Naukowcy zidentyfikowali unikalne właściwości strukturalne insuliny jadu stożka geograficznego, które sugerują, że może ona być stosowana jako analog insuliny w leczeniu cukrzyków. W rzeczy samej, struktura rentgenowska insuliny jadu stożka geograficznego wykazała jej wysoki stopień podobieństwa do insuliny ludzkiej, natomiast badania funkcjonalne wykazały, że pobudza ona ludzki receptor insuliny. Ta nowa rodzina insulin jest obecnie poddawana badaniom pod kątem możliwości wykorzystania do produkcji nowych leków stosowanych w leczeniu cukrzycy. System ekspresji konopeptydów powstały w toku programu CONBIOS, który umożliwił odkrycie tego naturalnego źródła insuliny, może zostać również wykorzystany w przypadku innych bogatych w dwusiarczek peptydów o zastosowaniu biologicznym i farmaceutycznym.
