Nowe podejście do opracowywania metod leczenia „utajonej” choroby pasożytniczej
Jednokomórkowy pasożyt Trichomonas vaginalis (T. vaginalis) wywołuje rzęsistkowicę, najczęstszą na świecie niewirusową chorobę przenoszoną drogą płciową, której liczbę przypadków na świecie szacuje się na 170–180 milionów rocznie. Choć u większości zakażonych osób nie występują żadne objawy, mogą one zarażać kolejne inne osoby. Sytuacja ta jest o tyle groźna, że rzęsistkowica może prowadzić do niepłodności, zapalenia miednicy u kobiet, przedwczesnego pęknięcia błon łożyskowych i przedwczesnego porodu. U mężczyzn z kolei może powodować zapalenie gruczołu krokowego lub zmniejszać ruchliwość plemników. W związku z tym zespół projektu ProTeCT skupia się na proteasomie rzęsistka, enzymie niezbędnym dla przetrwania pasożyta. Zrozumienie jego struktury i funkcji jego podjednostek może okazać się przydatne w projektowaniu inhibitorów, które mogą doprowadzić do powstania nowej generacji leków w leczeniu rzęsistkowicy. Obecnie istnieją tylko dwa leki na tę chorobę, a pojawiająca się oporność pasożyta sprawia, że konieczne jest znalezienie alternatywy.
Badanie inhibitorów
Pavla Fajtová, badaczka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, przetestowała wiele inhibitorów w poszukiwaniu tych, które selektywnie hamują proteasom rzęsistka. Trzyletni projekt badawczy zrealizowano przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”. Inhibitory blokujące działanie proteasomu, który powoduje chorobę, są już badane pod kątem nowotworów, a trzy z nich zostały już zatwierdzone do leczenia szpiczaka mnogiego, nowotworu szpiku kostnego. „Naszym celem było rozróżnienie specyficzności substratowej T. vaginalis i ludzkiego proteasomu, aby opracować inhibitory, które będą ukierunkowane na proteasom rzęsistka, ale nie będą toksyczne dla ludzi”, mówi. Naukowcy zbadali wiele inhibitorów pod kątem ich selektywności w niecelowaniu w ludzki proteasom. Prace rozpoczęte pod koniec 2019 roku potrwały dwa lata. „Mieliśmy szczęście, ponieważ pracowaliśmy również nad niektórymi proteazami COVID. Nasze laboratorium pozostało więc otwarte podczas pandemii COVID”, zauważa.
Specyficzne działanie hamujące
W ramach projektu udało się znaleźć specyfikę inhibitora, który selektywnie zwalcza rzęsistka. Jednakże, aby opracować jeszcze silniejsze inhibitory proteasomu T. vaginalis, konieczne jest zrozumienie struktury proteasomu i tego, na które z jego podjednostek należy zadziałać. „Moim celem było opracowanie narzędzi do wykrywania aktywności każdej podjednostki proteasomu”, wyjaśnia Fajtová. „Ta informacja jest przydatna, ponieważ inhibitor, który wiąże się preferencyjnie z więcej niż jedną podjednostką, jest jeszcze bardziej skuteczny w walce z pasożytem”. W ramach projektu zaprojektowano i zsyntetyzowano trzy różne substraty, po jednym dla każdej podjednostki, w celu dokładniejszego ich zbadania.
Struktura wewnętrzna i funkcja podjednostek
Następnie Fajtová pracowała w laboratorium biologii strukturalnej w Instytucie Chemii Organicznej i Biochemii Czeskiej Akademii Nauk w Pradze, w jej rodzinnych Czechach, ucząc się od miejscowych ekspertów systemu ekspresji bakulowirusów i struktury dużych białek z wieloma podjednostkami przy użyciu techniki mikroskopii krioelektronowej. System ekspresji bakulowirusów jest powszechnie stosowany do generowania rekombinowanych białek w komórkach owadów na wysokim poziomie produkcji. Bez tego stare techniki laboratoryjne dają zbyt mało materiału z hodowli. „Miałam okazję nauczyć się, jak rekombinować ekspresję w pełni aktywnego proteasomu, co zmienia całą sytuację. Wcześniej pozyskiwałam proteasomy bezpośrednio z pasożytów T. vaginalis, co wiązało się ze znacznymi ograniczeniami w czystości i ilości otrzymywanego białka”, wyjaśnia Fajtová. „Dzięki tym postępom, których nigdy wcześniej nie osiągnęłam, uzyskałam wystarczająco czysty enzym do mikroskopii krioelektronowej i późniejszego określenia struktury 3D”, dodaje. „Teraz mamy wiedzę o tym, jak wygląda ta struktura, znamy kształt aktywnych podjednostek i wiemy, jakie są preferencje dotyczące inhibitorów. Informacje te zostaną wykorzystane do projektowania inhibitorów drugiej generacji”. Fajtová podsumowuje: „Byłam zaskoczona, że to naprawdę działa – jeśli zahamuje się działanie tego enzymu, staje się on toksyczny dla pasożyta. Myślę, że te badania mają przyszłość, nie tylko w odniesieniu do rzęsistka”. Badaczka zauważa, że takie podejście można zastosować również w przypadku pasożytów plazmodialnych, które wywołują na przykład malarię.
Słowa kluczowe
ProTeCT, Trichomonas vaginalis, rzęsistek pochwowy, choroba przenoszona drogą płciową, proteasom, inhibitory, szpiczak mnogi, mikroskopia krioelektronowa, pasożyt, malaria
