SZINKROTRONOK A GYÓGYSZERKUTATÁSBAN - LEHETŐSÉGEK

Hermecz István
CHINOIN, Budapest

Az előadók igen színvonalas előadásaiból igen alapos, és egyben kritikus áttekintést kaptunk a gyógyszerkutatás egyik leghatékonyabb eszközéről, a fehérje-krisztallográfiáról és ennek során a szinkrotron-sugárzás alkalmazásáról. Ugyan ma nem volt szó a célfehérje azonosításáról, fáradtságos izolálásáról, továbbá a sok türelmet és még több szerencsét igénylő fehérjekristályosítási kísérletekről, viszont megvitattuk az adatgyűjtés, a szerkezetmegoldás lehetőségeit, valamint az eredmények alkalmazását enzimmechanizmusok felderítésére és a fehérje-kismolekula komplexek térszerkezet-adatainak felhasználását gyógyszer tervezésében.

Örömmel állapíthatjuk meg, hogy együttműködések keretében Magyarországon is megteremtődött a lehetőség arra, hogy e "high-tech" kutatási módszert alkalmazzuk a gyógyszerkutatásban. Erre részben Náray-Szabó akadémikus által 1994-ben az Eötvös Loránd Tudományegyetemen fehérjék vizsgálatára is alkalmas röntgendiffrakciós készülék felállításával és beindításával, részben az itt nem vizsgálható kristályok szinkrotron-sugárzással történő vizsgálatával van lehetőség. Utóbbira a Szinkrotron Bizottság tagjainak, illetve e területen külföldön dolgozó kollégáik segítségével van lehetőségünk.

Mint láthattuk, a fehérje-krisztallográfia teljesítményét nagymértékben fokozza a szinkrotron-sugárzás alkalmazása, amelynek felhasználása ennél sokkalta szélesebb körű. Napjainkban a szinkrotron-sugárzást, mint a röntgensugárzás korszerű változatát tartjuk számon. Így alkalmazása a fehérje-krisztallográfiában lényegesen rövidebb expozíciós idő mellett is gazdagabb információt szolgáltat kevésbé stabil, esetenként még olyan gyengébb minőségű kristályokról is, amelyek a hagyományos módszerekkel már nem vizsgálhatók.

Arra a kérdésre, hogy mit várhatunk e technikák együttes alkalmazásától, a választ egy példán keresztül adom meg.

Lassan 100 évre visszanyúló probléma a nem-szteroid gyulladásgátlók (például aszpirin, indometacin) ismert mellékhatásának, a tartós adagolás mellett fellépő ulkuszképző tulajdonság megszüntetése. Ismert, hogy a nemszteroid gyulladásgátlók az arahidonsav kaszkád (1. ábra) ciklo-oxigenáz (COX, vagy újabban prosztaglandin H₂ szintetáz, PGHS) enzimjét gátolva fejtik ki hatásukat. Az újabb vizsgálatok kimutatták, hogy ennek az enzimnek két izoenzim formája található meg a szervezetben: COX-1 és COX-2, vagy PGHS-2 és PGHS-2, melyek szabályozó szerepe különböző. Amíg a COX-1 izoenzim, amely folyamatosan jelen van a sejtekben és a normál sejtműködés és életfolyamatok szabályozásában játszik szerepet, addig a COX-2 izoenzim megjelenését specifikus stimuláló események indukálják, amelyek például gyulladás kialakulása vagy nitrogenezis válasz során lépnek fel. Úgy vélik, hogy napjainkban alkalmazott nemszteroid gyulladásgátlók azért okoznak ulkuszt, mert nem elég szelektívek, azaz nemcsak a COX-2, hanem a COX-1 izoenzimet is gátolják. E felismerések nyomán gyógyszerkutatók figyelme szelektív, csak COX-2 izoenzimet gátló vegyületek kutatására összpontosul.

1. ábra Arachidon sav kaszkád egyszerűsített folyamata. Phospholipidek enzim katalizálta átalakulási útja prosztaglandinokká, tromboxázokká és prosztaciklinné.

Sikeres megoldáshoz jelenthet segítséget, ha a két izoenzim felépítését és működését, azonosságukat és különbözőségüket megértjük. Krisztallográfiai vizsgálatuknál nehézséget jelent, hogy membrán-kötött fehérjékről van szó, melyek izolálása és kristályosítása az átlagosnál bonyolultabb feladatot jelent. Napjainkban születtek meg azok az első fehérje-krisztallográfiai eredmények, melyek jelentős áttöréssel kecsegtetnek.

Garavito és munkatársai erőfeszítései 1994-ben vezettek eredményre a chicagói egyetemen. Sikerrel kristályosították juh COX-1 izoenzim fluorbiprofinnal alkotott komplexét, amelyekről szinkrotron-sugárzás alkalmazásával nyertek olyan felvételt, amely a kristályszerkezet megoldásához vezetett [1, 2]. A következő évben sikerrel oldották meg a COX-1 és aspirin bróm származék komplex szerkezetét is [3]. E vizsgálatok során egyértelműen igazolták azon feltevésnek helyességét, hogy az aspirin hatását az izoenzim 530-as szerin aminósav-egységének acilezésén keresztül fejti ki (2. ábra). Emellett a szalicilsav blokkolja annak a hosszú hidrofób csatornának a bejáratát, amely az enzimműködéshez kulcsfontosságú 385-ös tyrozin aminósav egységhez vezet. A többi nem szteroid gyulladásgátló is hasonlóan kötődik az enzimhez.

2. ábra. Aspirin bróm származék és COX-1 enzim aktív helyének szerkezete a katalikusan fontos Tyrozin-385 és Szerin-530 aminosav szekvenciákkal a Szerin-530 acilezése után. A szalicilsav blokkolja a Tyrazin-385-höz vezető csatornát.

1996-ban számoltak be a humán COX-2 izoenzim - amely 67 %-os aminósav-szekvencia hasonlóságot mutat a juh COX-1 izoenzimmel - kristályszerkezetének megoldásáról [4].

Ezek az ismeretek, kombinálva egyéb modern gyógyszertervezési stratégiákkal és módszerekkel, várhatóan rövid időn belül elvezethetnek egy szelektív, csak a COX-2 izoenzim-működést gátló felfedezéséhez, és a terápiába történő bevezetéséhez, a közel 100 éve várt eredményhez.

Irodalom

1. D. PICOT, P. J. LOLL, R. M. GARAVITO - Nature 367(1994) 243-249
2. R. M. GARAVITO, D. PICOT, P. J. LOLL - J. Curr. Op. Struct. Biol. 4 (1994) 529-535
3. P. J. LOLL, D. PICOT, R. M. GARAVITO - Nature Struct. Biol. 2 (1995) 637-643
4. M. BROWNER: In New targets in inflammation: inhibitors of COX-2 of adhesion molecules - The William Harvey Medical Research Foundation, New Orleans, USA 1996.