Nowa jakość w onkologii

Zrobiliśmy duży krok w kierunku opracowania leku na raka, ale droga przed nami jeszcze daleka - mówi prof. Ryszard Szyszka.

Na początku kwietnia gabinet prof. Ryszarda Szyszki, dyrektora Instytutu Ochrony Środowiska KUL, przypominał raczej biuro informacyjne szpitala onkologicznego lub... lecznicy dla zwierząt. Dzwoniła m.in. właścicielka kota, u którego wykryto nowotwór, a zaraz po niej z profesorem kontaktował się mężczyzna, na którego psa weterynarze też wydali już wyrok. Wiele innych osób z całej Polski szukało pomocy dla swoich bliskich w rodzinie, chorych na raka. Wszystkim im nadzieję niosły podane do publicznej wiadomości, acz nieco przekręcone, informacje o wynikach badań zespołu naukowców z Katedry Biologii Molekularnej.

- Nie wykryliśmy leku na raka - prostuje prof. Szyszka. - O sukcesie można mówić, ale jedynie w odniesieniu do tego etapu badań. Owszem, zrobiliśmy duży krok w kierunku opracowania takiego leku, ale droga przed nami jeszcze daleka.

Tym pierwszym, ale bardzo dużym krokiem, stało się odkrycie w drożdżach piekarniczych pewnego specyficznego enzymu, obecnego także w tkankach nowotworowych. Zazwyczaj enzymy uaktywniają się na bodźce zewnętrzne, np. zmianę temperatury czy głód. Ten zachowuje się zupełnie inaczej - jest cały czas aktywny w komórce.

- Chcieliśmy sprawdzić, co się stanie, gdy go wyłączymy. Ale takiego wyniku, jaki uzyskaliśmy, nikt z nas się nie spodziewał - przyznaje mój rozmówca.

Odkryli w drożdżach piekarniczych pewien specyficzny enzym, obecny także w tkankach nowotworowych.

POMÓGŁ PRZYPADEK

Swoje badania zaczął jeszcze w drugiej połowie lat 70., studiując i pracując w innej lubelskiej uczelni - UMCS. Zajmował się kinazami białkowymi. Wspólnie z dr. Wiesławem Kudlickim, mieszkającym obecnie w USA, znaleźli enzym, który bierze udział w modyfikacji rybosomu, a konkretnie białek rybosomowych. Problem stanowiła ówczesna technika, za pomocą której nie dało się go zidentyfikować ani dokładnie poznać jego właściwości. Jak zwykle w takich sytuacjach, pomógł przypadek.

- Po powrocie ze stypendium naukowego w Teksasie trafiłem na konferencję, w której brał udział również prof. David Shugar z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN. Tam się poznaliśmy. On zainteresował się naszymi badaniami kinaz białkowych, a mnie z kolei ciekawiły sprawy związane z analogami ATP jako potencjalnymi związkami, służącymi do regulacji aktywności wszystkich tych enzymów, które tenże ATP używają. Związkami tymi prof. Shugar zajmuje się od dawna, a część z nich znajduje dziś rutynowe zastosowanie do identyfikacji tej grupy enzymów.

Porozymetr rtęciowy

Nawiązała się więc trwała współpraca, w trakcie której cały czas poszukiwano takiego analogu ATP, który w sposób wybiórczy hamowałby kinazę białkową CKII. Jest to enzym, do którego lokalizacji używa się jako substratu kazeiny, a więc białka występującego w mleku; dodajmy - białka w zupełności egzogennego. Wspomniany enzym występuje w komórce w postaci zbudowanego z czterech białek kompleksu: dwóch podjednostek katalitycznych i dwóch regulatorowych. Są one kodowane przez różne geny i spełniają różne funkcje.

- Ciekawostką jest to, iż enzym ten jest konstytutywnie aktywny w komórce. Nie potrzebuje więc z zewnątrz żadnego sposobu aktywacji do swego działania. Poza tym stwierdzono istnienie podjednostek katalitycznych tego enzymu poza tetramerem, czyli niezależnie od całego kompleksu kinazy. Jedna z nich występuje w zwiększonej ilości w komórkach nowotworowych. Między innymi z tego względu enzym ten określany jest również jako onkogen, a więc gen będący przyczyną powstania raka.

Znalezienie narzędzia, którym można by wpływać na ten enzym, nie było jednak łatwe. Traf chciał, że prof. Shugar, jeden z najlepszych polskich biofizyków, zajmował się związkami, które są syntetyzowane dzięki naturalnym substratom tego enzymu. Zaczęto więc je modyfikować. Uzyskiwane substancje działały coraz bardziej wybiórczo. W pewnym momencie prof. Szyszkę coś tknęło, by powrócić do badań, które prowadził wcześniej wraz z dr. Wiesławem Kudlickim w zakładzie kierowanym wówczas przez prof. Eugeniusza Gąsiora. Teraz, dzięki nowoczesnej technice, enzym można było dokładnie oczyścić i przy pomocy prof. Ulfa Hellmana z Ludwig Cancer Institute (Instytut Rakowy) w Uppsali, sekwencjonować. Wyniki były zaskakujące. Otóż, enzymem tym okazała się właśnie wolna podjednostka katalityczna, obecna w komórkach nowotworowych, gdzie ulega nadekspresji. Teraz pozostało pytanie: jak ją zahamować?

Piknometr gazowy do wyznaczania gęstości właściwej.

PIERWSI NA ŚWIECIE

Naukowcy z KUL postanowili sprawdzić dwa inhibitory (chlorowcowe pochodne benzymidazolu i benzotriazolu), syntetyzowane przez prof. Shugara. Jeden hamował wybiórczo tylko formę tetrameryczną kinazy CKII, a drugi - obydwie, zarówno tetrameryczną, jak i tę wolną, zwaną a. Dodając je do komórek drożdżowych, których funkcjonowanie jest bardzo podobne do ludzkich, obserwowano, jaki będzie ich wpływ na syntezę białka. I tu znów zaskoczenie - jeden z tych związków, podany w bardzo niskim stężeniu, zahamował syntezę. Wiedząc już, że enzym ten bierze udział w regulacji bardzo wielu procesów w komórce - m.in. modyfikując tzw. białka proapoptotyczne tak je zmienia, że zabezpiecza to komórkę przed śmiercią - naukowcy posiedli właściwe narzędzie. Pozostało przenieść te doświadczenia na komórki ludzkie.

- Spodziewaliśmy się, że związek zahamuje kinazę białkową, ale ku naszemu zdziwieniu w komórkach nowotworowych, m.in. raka piersi czy skóry, dochodziło do degradacji DNA, co świadczy o apoptozie tych komórek, a więc zaprogramowanym genetycznie samobójstwie. Jednocześnie nie zauważyliśmy żadnego efektu w komórkach prawidłowych. Wniosek był jeden: wyłączenie enzymu powodowało proces samounicestwiania się komórek - opisuje prof. Szyszka.

Wydawało się, że zastosowanie inhibitora w stosunku do enzymu, który modyfikuje w komórce ponad 300 białek i bierze udział w regulacji wielu procesów, zahamuje je i spowoduje śmierć komórki, niezależnie: nowotworowej czy prawidłowej. Ale substancja opracowana przez prof. Shugara i jego grupę jest już tak wybiórcza, że nie tylko rozpoznaje jeden typ enzymów, ale nawet konkretną jego formę. O specyfice tego związku świadczy też to, że wiąże się ponad 100 razy mocniej do centrum aktywnego białka niż ATP, który jest zazwyczaj wykorzystywany przez to białko do działania. Wprowadzenie inhibitora powoduje, że enzym nie wiąże ATP, a więc i nie działa i nie prowadzi dalszej modyfikacji białek.

- Poprzez kolejne modyfikacje doszliśmy do tego, co mamy teraz, co wcale nie znaczy, że ten enzym jest naszym wymarzonym. Szukamy dalej. Zresztą nie tylko my. Zajmuje się tym wiele ośrodków, m.in. ze Stanów Zjednoczonych, Kanady, Niemiec, Włoch czy Danii. To my jednak odkryliśmy u drożdży, jako pierwsi na świecie, formę a, tę samą, która występuje w przypadku wielu nowotworów - z dumą podkreśla mój rozmówca.

W kierunku udoskonalenia wpływu na enzym, prowadzone będą dalsze badania. Trzeba dokładnie poznać jego strukturę, spojrzeć na niego technikami bardziej fizycznymi, po to, by zobaczyć kryształ tego białka, jego centrum aktywne, a na podstawie budowy tegoż - dopasować odpowiedni inhibitor. Ponadto niezbędna jest wiedza na temat mechanizmu działania enzymu we wszelkich stanach patologicznych. W chorobach pochodzenia wirusowego, np. HIV, enzymy typu CKII są bowiem również zaangażowane. Muszą więc być prowadzone szeroko zakrojone badania podstawowe i prace związane z ewentualnym przyszłym zastosowaniem tych związków do leczenia.

- Trzeba też pamiętać o tym, że enzym ten, jako białko, posiada pewną strukturę. W momencie, gdy przyłączy się do niego inne białko regulatorowe, struktura się zmieni, a wraz z nią centrum aktywne, które normalnie wiąże donor fosforanu - ATP. W tej chwili właśnie pracujemy nad inhibitorem, który będzie dokładnie dopasowany do tej zmieniającej się formy centrum aktywnego enzymu.

Piknometr cieczowy do wyznaczania gęstości objętościowej.

OPTYMISTYCZNE WYNIKI

Jak wiadomo, kinazy regulują szereg istotnych procesów w komórce. U człowieka może występować co najmniej 600 kinaz białkowych, a więc enzymów tej grupy. Część z nich będzie występowałA w wielu formach. W sumie może ich być nawet ponad 1000. Jak już wspomnieliśmy, po wielu modyfikacjach inhibitora prof. Shugara, badacze z KUL są w stanie wybiórczo oddziaływać nie tylko na jeden z tych enzymów, ale nawet na konkretną jego formę.

Na razie wyniki badań są wyjątkowo optymistyczne, ale prof. Szyszka nie chce zapeszać końcowego efektu. Jeśli nawet związek ten będzie w przyszłości podawany jako lek, to trzeba wpierw określić, czy nie wywołuje on żadnych skutków ubocznych.

- Gleevec, inny inhibitor kinazy białkowej, przeszedł wszystkie próby kliniczne i jest już stosowany w terapii celowej, działając na jeden konkretny enzym. Z tym że wiadomo już, iż jego działanie nie jest tak wybiórcze, jak pierwotnie sądzono. Chcemy stworzyć nową jakość - zapowiada uczony.

Wszystkie dotychczasowe metody walki z rakiem - chemioterapia, radioterapia, immunoterapia, leczenie chirurgiczne - nie są na tyle doskonałe, by dawać gwarancję całkowitego wyleczenia. Poza tym powodują skutki uboczne. Dlatego naukowcy z Instytutu Ochrony Środowiska stawiają sobie za cel nie tylko eliminację szkodliwych objawów, ale jednocześnie pokazanie widocznych efektów działania na tkankę nowotworową. W tym celu przeprowadzona zostanie cała gama badań na zwierzętach. Później dopiero przyjdzie pora na badania kliniczne.

- Potrzebni nam będą nie tylko specjaliści onkolodzy, ale także toksykolodzy, którzy zajmują się metabolizmem związków organicznych podobnych do tych, których używamy. W ogóle staramy się stworzyć większy zespół ludzi, którzy będą mieli dużo szersze spojrzenie na cały problem. Naszą grupę stanowią w większości biochemicy, biolodzy molekularni. Tymczasem stoimy przed całym szeregiem problemów, których sami, z tak wąską grupą specjalistów, nie rozwiążemy.

W tej chwili zespół prof. Szyszki liczy osiem osób. Jedna z nich, świeżo po doktoracie z tej tematyki, pracuje w Kanadzie. Dalsze prace prawdopodobnie będzie kontynuował zespół 14 grup badaczy z całej Polski. Dyrektor Instytutu niechętnie mówi o stronie aplikacyjnej swoich badań, bo na to jest jeszcze stanowczo za wcześnie. Niemniej, jeśli na bazie tych doświadczeń farmakologia opracuje lek na raka, to z pewnością nie będzie to antidotum na wszystkie rodzaje nowotworów. Nie należy więc spodziewać się leku uniwersalnego, jeśli już - to bardziej takiego, który działa w określonych formach - przestrzega uczony. I od razu dodaje, że nie stanie się to na pewno w ciągu najbliższych kilku lat. To dopiero kwestia następnej dekady, a może i dłużej. Wiele zależy od środków, jakimi zespół badawczy będzie dysponował.

- Jeżeli wiemy, że konkretny enzym może być przyczyną stanów patologicznych, to szukamy narzędzia, za pomocą którego moglibyśmy go zahamować. Nasz inhibitor jest właśnie takim instrumentem. Teraz trzeba znaleźć narzędzie, które wyłączałoby ten enzym bądź jego szkodliwą formę, a nie inne, od których akurat zależy życie zdrowej komórki. W tym właśnie kierunku zmierza terapia kierunkowa - kończy prof. Ryszard Szyszka.