A fehérjemolekulák titkai

Fiatal, ámde eredményes és elismert tudósokat kérünk fel hónapról hónapra, értékeljék és értelmezzék a közelmúlt – saját területükhöz kapcsolódó – tudományos felismeréseit, eredményeit.Magyar Csaba (34)
Az ELTE TTK fizikus szakán kezdte egyetemi tanulmányait, érdeklődése a molekulafizika irányába fordult. Dr. Kürti Jenő témavezetésével 1995-ben első díjat nyert az Országos Tudományos Diákköri Konferencia Anyagtudomány tagozatában. Szakdolgozatában a biológiai makromolekulák szerkezetével foglalkozott az MTA SzBK Enzimológiai Intézetében, Dr. Závodszky Péter témavezetésével. A fehérjemolekulák térszerkezete és hőmérsékleti stabilitása közötti összefüggések vizsgálatával szerezte meg a Ph.D. fokozatot. Több egyhónapos tanulmányúton vett részt külföldi laboratóriumokban, így a Max-Planck Biokémiai Intézetében a Nobel-díjas Robert Huber laboratóriumában. Jelenleg az MTA SzBK Enzimológiai Intézetének Dr. Simon István által vezetett Fehérjeszerkezet Kutatócsoportban dolgozik tudományos főmunkatársként. Kutatási témája változatlanul a fehérje térszerkezetekkel kapcsolatos. Idén Akadémiai Ifjúsági Díjat nyert a Fehérjék nem-kovalens keresztkötéseinek vizsgálata címí pályázatával.

Munkám során elsősorban fehérjeszerkezetekkel fogalkozom, 1gy három aktuális molekuláris biológiai témát szeretnék bemutatni. Az első témában személyesen is érintett vagyok, mivel kutatócsoportunk részt vesz egy EU által finanszírozott projektben, mely egyik célja TBC elleni potenciális hatóanyagok keresése. A potenciális hatóanyagok hosszú tesztelési folyamat eredményeként válhatnak gyógyszerré, ezzel kapcsolatban a március 13-i gyógyszerkísérletet mutatnám be bővebben. Harmadikként a prion fehérjékkel és pl. az Alzheimer-kórt is okozó amiloid képző fehérjékkel kapcsolatos néhány újdonságról számolok be.

TBC:  új hatóanyagot keresnek
Napjainkban ismét egyre komolyabb problémát jelent a Mycobacterium tuberculosis baktérium okozta betegség, röviden a TBC. A World Health Organization adatai szerint az emberiség harmada hordozza a TBC kórokozóját, amely akár évekig lappanghat a szervezetben. A TBC-ben elhunytak számát 2004-ben 1,7 millióra becsülték. A riasztó adatok ellenére az utolsó TBC ellen kifejlesztett gyógyszer, a rifampicin már több mint 30 éves.

Az elmúlt évtizedekben nem került forgalomba újabb hatóanyag, pedig komoly igény van új hatóanyagok kifejlesztésére.

Komoly nemzetközi összefogás történt a cél megvalósítására, azonban egyes becslések szerint a pénzügyi források korlátai és a potenciális hatóanyagok alacsony száma miatt valószínítlen, hogy 2010 előtt hatásos gyógyszer készülhessen. Nemzetközi szinten egyre nagyobb összegeket fordítanak TBC ellenes hatóanyagok kifejlesztésére. Ennek köszönhető, hogy az MTA SzBK Enzimológiai Intézetének két kutatócsoportja, az ELTE TTK Matematikai Intézetének Számítógéptudományi Tanszéke, valamint a SZTAKI Informatikai Kutatólaboratóriuma külföldi kutatóintézetekkel együttmíködésben elnyerte az EU-FP6 keretprogramjának támogatását egy új eljárás kifejlesztésére, mely segítségével TBC ellenes potenciális hatóanyagok azonosítására is vállalkoztunk. A projekt alapkutatási része egy új eljárás kidolgozása, mely segítségével egy adott célfehérje esetében legalább egy nagyságrenddel lerövidíthetjük azt az időt, amely szükséges egy több millió kis méretí molekulának egy adott célfehérjével való kölcsönhatását megjósoljuk. A módszer kidolgozása mellett a Mycobacterium tuberculosis baktérium ismert térszerkezettel rendelkező fehérjéi esetében potenciális hatóanyagok azonosítására is vállalkoztunk.
 
Munkahelyem, az MTA Enzimológiai Intézetében található, Dr. Simon István vezette Fehérjeszerkezet Kutatócsoport feladata a már egy nagyságrenddel lecsökkentett méretí adatbázisban található molekuláknak az ismert fehérjeszerkezettel való kölcsönhatásának becslése ún. virtuális nagy áteresztőképességí dokkolási (vHTS) módszerekkel. Az eljárás során százezres nagyságrendí kismolekuláknak a célfehérjéhez történő kötődését modellezzük. A kismolekulákat rangsoroljuk a célfehérjéhez történő kötődés modellünk által számított erőssége alapján. A célfehérjéhez való kötődés kísérleti ellenőrzését már csak a modell szerint legerősebben kötődő molekulák esetén végzik el, így sok idő és pénz takarítható meg. Amennyiben a kísérletek igazolják, hogy egy molekula erősen kötődik a célfehérjéhez, elkezdőd-het a kölcsönhatás további optimalizálása. Természetesen minél több ilyen potenciális hatóanyagot azonosítanak, annál valószíníbb, hogy új gyógyszer készülhet belőlük, ezen a ponton kapcsolódik csoportunk munkája a TBC ellen indított küzdelembe. A potenciális hatóanyagokat szigorú ellenőrzéseknek vetik alá, mielőtt gyógyszer válhat belőlük Ehhez kapcsolódik a követ-kező téma.

TGN1412: a tragikus immunerősítő
Komoly sajtóvisszhangot váltottak ki a 2006. március 13-án a TeGenero német cég által kifejlesztett TGN1412 hatóanyag embereken végzett klinikai tesztje során történtek. A klinikai tesztet a nagy tapasztalattal rendelkező Parexel cég bevonásával végezték, mely során nyolc önkéntes vett részt a hatóanyag tesztelésében. Ez a szer az immunrendszert hivatott kedvezően befolyásolni leukémiás és egyes autoimmun megbetegedésekben (rheumás izületi gyulladás, szklerózis multiplex). Ketten a nyolc önkéntes közül placebót kaptak, azonban a szert ténylegesen megkapó hat önkéntesnél a beadást követő 1–2 órán belül súlyos, életveszélyes problémák léptek fel. Egy április 5-i közlemény szerint már mind a hatan túl jutottak az életveszélyen, mindegyikük kikerült az intenzív osztályról, öten el is hagyhatták a kórházat.

A drasztikus mellékhatás teljesen váratlanul érte a klinikai tesztet végzőket, mivel állatkísérletek során semmilyen mellékhatást nem tapasztaltak. Először arra gyanakodtak, hogy az oltóanyagba valamilyen szennyezés került, esetleg nem megfelelő dózist kaptak az önkéntesek. A gyógyszerkísérletet azonnal felfüggesztették, és vizsgálatot indítottak a kérdések tisztázására. A kísérletet jóváhagyó felügyeleti szerv, az MHRA (Medicines and Healthcare products Regulatory Agency) vizsgálatának jelenlegi állása szerint azonban nem történt semmilyen külső beavatkozás. A teszt az engedélyeknek és előírásoknak megfelelően zajlott, az oltóanyagot megfelelő dózisban alkalmazták és az nem tartalmazott szennyeződést. A problémát tehát nagy valószíníséggel maga a TGN1412 hatóanyag okozta.

A TGN1412 egy újszerí hatóanyag, olyan monoklonális anititest, amely az immunrendszerben kulcsfontosságú T-limfocitákra hat. A probléma oka feltehetőleg az, hogy a TGN1412 által aktivált T-sejtek nagy mennyiségben termeltek gyulladást okozó citokineket, vagy ún. ölő T-sejtek támadták meg a szervezet saját sejtjeit, megkerülve az ezt megakadályozni hivatott szabályozást. Nem zárható ki azonban az a magyarázat sem, hogy a TGN1412 molekula más sejtekkel is kölcsönhatásba léphet és ez okozta a mellékhatásokat. A cég hangsúlyozta, hogy az embereken végzett tesztet megelőzően állatokon végzett kísérletek során semmilyen mellékhatást nem tapasztaltak, még az önkénteseknek adott dózis 500-szorosánál sem. Az állatkísérletek során mindvégig a T-sejtek „ártalmatlan”, ún. szabályozó (Tr) változata dominált, így nem tartottak komolyabb mellékhatástól az önkénteseken végzett teszt során sem.

Az állati és az emberi CD28 receptor csak kb. 68%-ban azonos. &Iacutegy az állatokban fellelhető CD28-nak megfelelő TGN1412 állatkísérletek eredményei nem zárják ki annak a lehetőségét, hogy az emberben más hatást vált ki a CD28 receptor aktiválása. Már önmagában ez a tény is indokolta volna az emberi kísérletek között akár több napos szünet beiktatását. Azonban volt komolyabb indikáció, ami fokozott óvatosságra adott volna okot. Más kutatók a T-sejtek aktiválódását gátló CTLA4 receptorok kiiktatásával a CD28 receptor aktiváló hatásához hasonló, bár annál gyengébb T-sejt aktiválódást értek el. Ezen kísérletek során komoly mellékhatásokat tapasztaltak. A végül szerencsés kimenetelínek mondható tesztből okulhatunk.  Az immunrendszert serkentő hatóanyagok tesztje során nagyobb elővigyázatosság indokolt, mint az immunrendszert gátló hatóanyagok vizsgálatakor, valamint felül kell vizsgálni a hatóanyagoknak emberekre gyakorolt reakciójának jóslására használt állati modelleket. Emellett várható, hogy szigorúbb szabályozást vezetnek be új hatóanyagok embereken történő kipróbálásánál. Remélhetőleg a TGN1412 és hasonló módon míködő hatóanyagok egyszer biztonságossá tehetők, és milliók életét könnyíthetik majd egyszer.

AB*56 : zavar a memóriában
Ki ne emlékezne a kergemarha kór járványra. Ez a betegség emberekre nézve is veszélyes, „fertőzőtt” marha húsát elfogyasztva emberekre is átterjedhet (Creutzfeldt-Jacob betegség). Főként olyan embereknél fordulhat elő a CJ-betegség, akik prion fehérjéjükben hordoznak egy olyan mutációt, amely megkönnyíti a prion fehérje térszerkezetének megváltozását. A fertőzés módja a maga nemében egyedülálló, hiszen az elfogadott álláspont szerint nem baktérium vagy vírus okozza, hanem egy fehérjemolekula a fertőzés hordozója, mely a szervezet sajátja, főként az idegrendszerben fordul elő. A normális és a fertőző prion fehérje kémiailag teljesen azonos, csak térszerkezetük különböző Ez a kóros szerkezetí fehérje képes a maga formájára átalakítani a normális prion fehérjét. A folyamat előrehaladtával nagy mennyiségí kóros prion keletkezik, melyek fonalszerí képződményeket, fibrillumokat alkotnak. A folyamat végül az adott idegsejt pusztulásához vezet, az elpusztult sejtek helyén pedig kis üregek keletkeznek. &Iacutegy alakul ki a szivacsos agysorvadásnak is hívott kórkép.

Az Alzheimer-kór és egy sor másik neurodegeneratív betegség (Huntington-kór, Parkinson-kór) esetében hasonló molekuláris mechanizmus áll a betegség hátterében. Az Alzheimer-kór esetében egy _-amiloid neví fehérje az, amely szerkezete megváltozik, s fibrillumokat képez. Mint a prion fehérjék esetén a kóros amiloid képződés során is a már meglévő amiloidok gócok elősegítik a normális fehérjéknek az amiloidhoz történő kapcsolódását. A kezdeti góc kialakulása hosszabb időt vesz igénybe, míg a növekedése ez után már gyors folyamat. Ez a mechanizmus nagyon hasonló a prion fehérjék és az amiloidok képződése esetén. Az amiloidok jellemző szerkezeti eleme a kereszt-_-lemezes szerkezet. Kutatóknak sikerült egy peptid segítségével meghatározniuk ennek a kereszt-_-lemezes struktúrának az atomi felbontásó térszerkezetét. A szerkezet elemzése alátámasztotta az amiloid képződés folyamatának időfüggését, és remélhetőleg komoly segítséget nyújt majd a kóros amiloid képződés terápiás kezelésében.

De miben rejlik az amiloid fibrillumok káros hatása? Emberi amiloid prekurzor fehérjével (APP) rendelkező egereket használtak az emberi Alzheimer kór mechanizmusának modellezésére. Az APP-vel rendelkező egerek fél éves korukra már memóriazavarban szenvednek. Tizenöt hónapos korukban pedig még tovább romlik a memóriájuk. Az eredményeik szerint az AB*56 elnevezésí, feltehetően 12 B-amiloid molekulából álló struktúra tehető felelőssé a folyamatért, nem pedig a nagyméretí fibrillumok. Patkányok agyába AB*56-t juttatva a kezelt patkányok ugyanolyan gyorsan tanultak mint kezeletlen társaik. Másnap azonban kezeletlen társaikkal ellentétben már nem emlékeztek a feladatra. Tíz nappal később egy új feladatra betanítva az állatokat, nem volt már különbség az emlékezőképességükben. Az AB*56 által okozott memória zavar tehát átmeneti fiziológiás zavar volt csupán, nem okozott maradandó idegrendszeri károsodást. A 15 hónapos egerek esetén bekövetkező memória romlás okát véleményük szerint az öregedésben kell keresnünk.

Az egerekben koruknál fogva csökken az AB*56 által okozott kár ellensúlyozását hivatott mechanizmusok hatékonysága.

Ezen eredmények sok kérdést vetnek fel, vajon Alzheimer-kórban is megtalálható-e az AB*56? Eredményük komoly áttörést hozhat potenciális gyógyszerek, illetve korai diagnosztikai módszerek kifejlesztésére.

Az eddig leírtak alapján azt gondolhatnánk, hogy az amiloidok és a prion fehérjék csak kóros folyamatokban vesznek részt. Azonban ez nem így van. &Uacutej kutatási eredmények szerint amiloid struktúrák szerepet kapnak normális fiziológiás folyamatokban. Szerepet játszanak a melanin pigmentek létrehozásában, illetve a pigment előanyagok mérgező hatásának mérséklésében. Egy másik, konkrét kutatás következtetése szerint a prionokra jellemző tulajdonságokat mutató CPEB molekula kulcsfontosságú a hosszútávú memória kialakításában. Tehát mind az amiloidok, mind a prionok rendelkeznek funkcióval a sejteken belül. Ezek az eredmények alapjában megváltoztathatják az amiloidokról, a prionokról és a memória molekuláris mechanizmusáról alkotott elképzeléseinket. §