Proteázgátló szer fejlesztéséért kapott elismerést az ELTE kutatója
Ön a vezetője az irányított fehérjeevolúcióval foglalkozó kutatócsoportnak. Mi ennek a megközelítési módnak a lényege?
Az irányított fehérjeevolúció fő érdekessége, hogy mintegy imitálja a természetes, darwini evolúciót a molekulák szintjén szelektálva. Legnagyobb előnye, hogy a hagyományos technikákhoz képest sokkal gyorsabban érjük el vele a célunkat.
Köztudott, hogy minden biológiai folyamat mögött fehérjék állnak, amelyek egyéb fehérjékkel vagy más molekulákkal ideiglenesen kapcsolatba kerülnek. Bármilyen fehérje funkcióról van szó, felmerül a kérdés, hogy az adott fehérje az adott feladatát hogyan látja el. Körülbelül 25 évvel ezelőtt alkalmazták először azt a technikát – ez még nem az irányított fehérjeevolúció –, amellyel lehetővé vált, hogy a fehérje aminosav sorrendjébe – hiszen a fehérje egy aminosavakból álló lineáris polipeptid lánc – bele tudjanak avatkozni úgy, hogy a fehérjelánc bármely pontján lévő aminosavat ki tudják cserélni egy másikra. Ezt a megközelítést, amely a fehérje génjének manipulációján alapul, irányított mutagenezisnek nevezik, és elsősorban arra alkalmas, hogy egy adott pozícióban lévő aminosavat kicserélhessenek egy másikra. Ezt követően összehasonlítják a mutáns fehérje funkcióját az eredeti fehérjéével, és megpróbálják kikövetkeztetni a lecserélt aminosav szerepét. Ez hatalmas áttörést jelentett abban az időben, ám mivel több száz aminosavból áll egy fehérje, számtalan kérdést lehetett felvetni, és ezért nagyon lassan lehet ezzel a megközelítéssel haladni. Ezt a kialakulni látszó állóvizet kavarta fel az irányított fehérjeevolúció. A módszerrel létrehozzuk egy vad típusú eredeti fehérje többmilliárd variánst tartalmazó könyvtárát, amelyben minden variáns egyszerre számos aminosav cserét (mutációt) hordoz. Minden variáns fizikailag hozzá van kötve az őt kódoló DNS-hez, tehát a saját génjéhez. Valamilyen funkció alapján szelektálunk ebből a hatalmas könyvtárból, és a funkciót ellátni képes variánsoknak megfejtjük az aminosav sorrendjét a hozzájuk kötött DNS szekvenálásával. Ha az a funkció, amellyel szelektálunk, azonos a vad típusú fehérjére jellemző normális funkcióval, akkor ebből a vizsgálatból nagyon gyorsan ki tudjuk deríteni, hogy melyek azok az aminosavak, illetve pozíciók az eredeti fehérjében, amelyeket nem lehet büntetlenül megváltoztatni, tehát fontosak, és melyek azok, amelyek szabadon módosíthatók. Ezek után már célzottan rá lehet kérdezni az érdekesnek talált pozíciók tekintetében arra, mi történik, ha egy adott aminosavat kicserélünk egy másikra. Az irányított fehérjeevolúciót használhatjuk tehát arra is, hogy jobban megértsük a természetben előforduló fehérjék működését.
A másik lehetőség, amely voltaképpen elvezetett a díjhoz is, az, amikor a fehérjekönyvtárat nem a kiindulási fehérje eredeti funkciója, hanem egy attól eltérő funkció alapján szelektáljuk. Ez a funkció akár olyan is lehet, amilyet a természetben egyetlen általunk ismert fehérje sem tölt be. Ebben az esetben evolválhatunk kémcsőben olyan új funkciójú fehérjéket, amelyek a természetben nem léteznek. Nem a „semmiből” hozunk létre új fehérjéket, ezek már létező fehérjék variánsai lesznek, ugyanis olyan fehérjékből indulunk ki, amelyek ezt az adott funkciót még nem képesek ellátni.
A konkrét esetben: van két proteáz (fehérjebontó enzim), amelyet gátolni szeretnénk, de nincs a természetben olyan inhibitor (gátló) fehérje, amely szelektíven képes lenne erre. Mi elindultunk egy olyan fehérjéből, amely a kérdéses proteázokat nem gátolja, azonban néhány hasonló proteázt igen. Készítettünk egy 1-2 milliárd variánst tartalmazó könyvtárat, és ezekkel a proteázokkal szemben szelektáltuk azt: összehoztuk a partnereket, és amely gátló fehérje variánsok erősen bele tudtak kapaszkodni a proetázokba, azokat izoláltuk, míg a többit eltávolítottuk. Meghatároztuk nagyszámú izolált, működőképes variáns szekvenciáját, ezeket egymással összehasonlítottuk, így kirajzolódott előttünk, hogy milyen aminosav sorrenddel kell rendelkezni azoknak a fehérjéknek, amelyek képesek ezeknek a proteázoknak a gátlására. Az így kapott mintázat azt is megmutatta, milyen aminosav sorrenddel kell rendelkeznie a leghatékonyabb gátlószernek. Enzimenként egy-egy ilyet elő is állítottunk, és ezek valóban kiválóan működnek.
>
Milyen betegségek gyógyításakor alkalmazható ez az úttörő felfedezés?
Elsősorban szívinfarktus és szélütés esetében lehetnek hasznosíthatók az általunk létrehozott készítmények még kifejlesztendő gyógyszer változatai. Az említett betegségekben az artéria elzáródást leggyakrabban vérrög okozza, amely elzárja az eret. Szervezetünk rendelkezik saját vérrög „oldó” képességgel, de amíg a vérrög nem távolítódik el, az adott artéria által oxigénnel és tápanyaggal ellátott terület oxigén és tápanyag hiányos állapotba kerül. A sejtek egy része emiatt elpusztul, másik része „csak” jelzi a felszínén keresztül a megváltozott, nem egészséges állapotát.
Azt gondolhatnánk, hogy amikor a szervezet vagy egy orvosi beavatkozás eltávolítja ezt a vérrögöt és újra megindul a friss véráram, csak jó dolgok történhetnek. Sajnos ez nem teljesen igaz. A sejtek megkapják ugyan az élethez szükséges tápanyagot és oxigént, viszont ezzel egy időben odaérkezik az immunrendszernek több ága (munkása) is, amelyek észreveszik a rossz állapotú sejteket, és elkezdik ezeket pusztítani. Egy gyulladásszerű folyamat indul el, melynek következtében sokkal több sejt pusztul el, mint amennyinek valójában kellene.
Ebben a folyamatban fontos szerepet játszik az úgynevezett komplement (kiegészítő) rendszer, az immunrendszer egyik alrendszere, melynek elsőként felfedezett ága képes kiegészíteni az ellenanyagok funkcióját. Az immunrendszer leghíresebb molekulái az ellenanyagok. Ezek egyrészt fölismerik az idegen anyagot a szervezetben, és rátapadva esetenként megakadályozzák annak működését, másrészt meg is jelölik ezeket az immunrendszer pusztító seregei számára. Ezeknek a seregeknek az egyik „hadosztálya” a komplement rendszer. Ez egy kizárólag fehérjékből álló rendszer, melynek három ága van. Az első a már említett, ellenanyagfüggő klasszikus út. Ez az ellenanyagfüggés annyiban jó, hogy az ellenanyagok nagyon specifikusan ismerik fel a betolakodót vagy a megváltozott saját sejteket. Csakhogy egy-egy új kórokozó esetében a megfelelő specifikus ellenanyagok kifejlesztésére a szervezetünknek időre, hetekre van szüksége. Vajon addig mi véd bennünket?
Az immunrendszer rendkívül összetett, sokféle alrendszer egysége. Az egyik ilyen a veleszületett immunitás, melynek jellemzője, hogy evolúciósan ősi, közös jellegeket ismer fel a betolakodó kórokozókban vagy a saját megváltozott sejtjeinken. Ez a rendszer nem annyira szelektív, mint az ellenanyagon alapuló immunválasz, viszont mindig kéznél van, azonnali választ tud adni. A veleszületett immunitás egyik jellemző ága a komplement rendszer lektin útja. Ebben olyan molekulák vannak, amelyek nem megtámadott idegenre rakódott ellenanyagokat, hanem valamilyen ősi struktúrákat ismernek fel mikrobákon, illetve a károsult sejtjeinken. Ez az út tölti be a legfontosabb szerepet a csökkent vérellátás (iszkémia) után újra beinduló vérkeringést (reperfúzió) kísérő sérülésnél, szakszóval az iszkémia reperfúziós sérülésnél. Ilyen sérülés a szívinfarktus nyomán bekövetkezett szívizomszövet elhalás, valamint a nem vérzéses (vérrög/érelzáródásos eredetű) szélütésnél bekövetkező agyszöveti károsodás.
Mint említettem, a gyulladásszerű szövetpusztulás nem az elzáródáskor, hanem a véráram újbóli megindulásakor indul el. A lektin út aktívvá váláshoz ilyenkor az kell, hogy egy hatalmas fehérje komplexum felismerje a megváltozott sejteket, letapadjon a felszínükre, és megváltoztassa az alakját. Ebben a hatalmas komplexben rejtőző néhány proteáz ezután szintén módosítja alakját, és aktívvá válik. Ezek lesznek azok a proteázok, amelyek bizonyos kulcsfontosságú egyéb fehérjéket kezdenek el hasogatni beindítva a gyulladásos folyamatot. Azok a szerek, amelyeket kifejlesztettünk, az említett proteázokat tudják szelektíven gátolni. Ezek a fehérjebontó enzimeket gátló szerek annak a hosszú távú ígéretét rejtik, hogy létre lehet hozni egy olyan gyógyszert, amelyet közvetlenül a szélütés vagy az infarktus kialakulása után kellene beadni. Ha pedig újra megindul a véráram, ezek az immunrendszerrel együtt érnek oda, ám mire ez megtörténik, addigra az immunrendszernek a lektin út nevű ága már le is lenne gátolva. Így valószínűleg nagymértékben csökkenne a konkrét, bekövetkezett szélütés vagy infarktus utáni szövetelhalás.
Az, hogy a lektin út alulműködése nagymértékben csökkenti a szívinfarktus és a szélütés okozta szöveti károsodás mértékét, az irodalomból jól ismert tény. Egyes kutatócsoportok génkiütött, lektin út tekintetében mutáns állatokkal folytatott kísérletei ezt igazolták. Emberre vonatkozóan is vannak már adatok: populációnk mintegy 30 százalékát olyan egyének alkotják, akikben egy genetikai eltérés miatt a lektin út alulműködik. Ezek az egyének kimutathatóan kevésbé sínylik meg egy szívinfarktus vagy szélütés következményeit. Egy lektin út gátló gyógyszer ezt a védelmet az ő esetükben fokozhatná, a populáció 70 százalékára pedig kiterjeszthetné.
>
Mikor kezdődhet meg a gyártás?
Egyelőre előállítottuk az első, emberi vérből izolált szérumban hatékonyan működő prototípusokat, most jöhetnek az állatkísérletek. Érdemes ezzel kapcsolatban azt is megjegyeznem, hogy léteznek már olyan széles spektrumú proteázgátló szerek, amelyek az egész komplement rendszert leállítják. Ez immunhiányos állapothoz vezet. Mi kizárólag a lektin utat gátoljuk, a másik két ág, a klasszikus és az alternatív út tovább működik, védve bennünket a kórokozóktól.
Manapság ha valaki infarktust kap vagy valakit szélütés ér, akkor injekció formájában vérrögoldó enzimes kezelést kaphat. Ahhoz azonban, hogy szélütés esetében eldönthessék, be lehet-e adni az injekciót, diagnózisra van szükség, a kezelésnek pedig az iszkémiát követő 2-3 órán belül el kell indulnia. Úgy gondoljuk, hogy az általunk előállított szereken alapuló kifejlesztendő lektin út gátló kezelést a vérrögoldóval együttesen, egy időben kellene alkalmazni.
Átütő erejű, új felismerésre jutottunk tehát, a természetben nem létező anyagokat hoztunk létre, de még hosszú út áll az előtt, hogy ebből gyógyszer legyen, hiszen egy új medicina kifejlesztése körülbelül 800 millió dollárba (170-180 milliárd forint) kerül. Mi csak arra vállalkozhatunk, hogy továbbfejlesztjük az eddigi anyagainkat, illetve elvégezzük az első állatkísérleteket. Ezen túl a folyamat csak úgy mehet tovább, hogy egy tőkeerős gyógyszercég veszi meg a szabadalmaink hasznosítási jogát. Azért is fontos ez a szer, mert egyes adatok szerint csak Magyarország 450 milliárd forintot költ évente az iszkémia reperfúziós sérülésekből eredő betegségek kezelésre, ami nem azt jelenti, hogy meg is gyógyítják a beteget.
Milyen támogatást kaptak eddig a kutatás finanszírozásához?
Hét éve foglalkozunk a készítmény kifejlesztésével, az ez idő alatti kutatásokat az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok pályázati keretéből finanszíroztuk. Mielőtt továbbmennénk, szeretném hangsúlyozni, hogy – mint minden kísérletes munka esetében – ezekben a kutatásokban is egy csapat működött közre. Kiemelném az eddigi találmányainkban szereplő kutatókat. A komplement rendszer proteázait hazánkban Závodszky Péter professzor kezdte el kutatni az MTA Enzimológiai Intézetében. Dr. Gál Péter, a komplement rendszer és a lektin út vizsgálatának nemzetközileg elismert kutatója az említett intézet egyik csoportvezetőjeként keresett meg azzal, hogy a laborom ki tudna-e fejleszteni szelektív lektin út gátlókat. A munka nagy részét Kocsis Andrea és Héja Dávid doktoranduszhallgatók végezték el. Velem együtt így öten alkotjuk a feltalálók csapatát.
A finanszírozásra visszatérve: nagyon fontos, hogy a folytatáshoz innovációs alapokból is forrásokhoz jussunk. Ehhez az is kell, hogy a szabadalmi bejelentésekkel védett találmányaink kizárólagos hasznosítási jogával rendelkező nemrég alakult cégünk indulhasson ilyen pályázatokon. A korábbi pályázatok többéves működést és komoly éves bevételeket követeltek meg, praktikusan kizárva a kifejezetten innovatív találmányok hasznosítására frissen alakult cégek pályázását. Remélem, hogy a közeljövőben kiírandó pályázatok legalább némelyike kifejezetten előnybe hozza majd a valódi értékek mentén alakult „spin-off” típusú cégeket.