Dr hab. Marcin Drąg (laureat programów START oraz FOCUS) wraz ze swoimi doktorantami (mgr inż. Pauliną Kasperkiewicz i mgr. inż. Marcinem Porębą) opracowali nowatorską technologię badania enzymów proteolitycznych, nazwaną HyCoSuL (ang. Hybrid Combinatorial Substrate Library). Wyniki ich badań, prowadzonych w ramach subsydium FOCUS, zostały opublikowane w prestiżowym czasopismie PNAS (The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).
Enzymy proteolityczne (proteazy, peptydazy) odgrywają bardzo ważną rolę w funkcjonowaniu zarówno pojedynczej komórki, jak i całego organizmu. Już od dawna wiadomo, że zachwianie ich działania prowadzi do powstania w organizmie stanów patofizjologicznych, czego następstwem są np. choroby cywilizacyjne takie jak nowotwory, cukrzyca, nadciśnienie czy infekcje wirusowe i bakteryjne. Biorąc to pod uwagę, proteazy są bardzo atrakcyjnym ?poligonem doświadczalnym? w kontekście projektowania nowych, bardziej czułych i specyficznych markerów do badania ich aktywności w złożonych układach biologicznych. Jednak droga do znalezienia takiej cząsteczki chemicznej jest czasami bardzo długa.
Zanim opracujemy efektywny marker do badania tylko jednego, konkretnego enzymu, najpierw musimy poznać jego preferencje katalityczne – tzw. specyficzność substratową – tłumaczy kierownik projektu dr hab. Marcin Drąg. Istniejące do tej pory narzędzia kompleksowego profilowania enzymów proteolitycznych opierały się na zastosowaniu jedynie naturalnych aminokwasów występujących w białkach. Unikalny charakter naszych badań polega na wykorzystaniu bardzo szerokiej gamy nienaturalnych aminokwasów (niekodowanych w DNA, będących w większości produktami syntezy organicznej) do konstrukcji hybrydowej (zawierającej naturalne i nienaturalne aminokwasy) biblioteki substratów fluorogenicznych (HyCoSuL). Dzięki temu narzędziu jesteśmy w stanie stworzyć nowe, bardziej czułe substraty i markery chemiczne dla bardzo dużej grupy enzymów proteolitycznych.
Pierwszym enzymem zbadanym przy pomocy technologii HyCoSuL była ludzka elastaza neutrofilowa, która jest zaangażowana w rozwój nowotworów, a także uczestniczy w procesie zwalczania patogenów. W wyniku przeprowadzonych badań udało się otrzymać nowy peptydowy substrat fluorogeniczny, który jest kilka tysięcy razy lepiej rozpoznawany przez enzym niż komercyjnie dostępne cząsteczki. W kolejnym etapie, otrzymany substrat został przekształcony w marker chemiczny bardzo dobrze wiążący się z elastazą.
Użyteczność naszego markera (oraz całej technologii) potwierdziliśmy badaniami biologicznymi, w których zobrazowaliśmy aktywność elastazy w procesie tworzenia się tzw. neutrofilowych pułapek zewnątrzkomórkowym (ang. NETs, Neutrophil Extracellular Traps). Pułapki te są włóknami zbudowanymi w przeważającej części z nici DNA wydzielanych z neutrofili, a ich zadaniem jest wyłapywanie niebezpiecznych dla życia patogenów tłumaczy mgr inż. Paulina Kasperkiewicz. Badania biologiczne były prowadzone we współpracy z grupą prof. Guya Salvesena (Sanford Burnham Medical Research Institute, La Jolla, USA) oraz z grupą prof. Christine Winterbourn (University of Otago Christchurch, Nowa Zelandia).
Według autorów projektu opracowana technologia może posłużyć do znalezienia nowych, bardziej czułych i specyficznych markerów chemicznych lub struktur wiodących leków przeciwdziałających zaburzeniom wywołanym przez proteazy. Wynikami badań zainteresowało się już kilka firm chemicznych i farmaceutycznych. Obecnie naukowcy z zespołu Marcina Drąga pracują nad wykorzystaniem technologii HyCoSuL do badania innych proteaz, a wyniki tych prac zostaną opublikowane w najbliższym czasie.
Serdecznie gratulujemy sukcesu!