2020. 10. 13. - 11:25
Átalakított enzim segíthet visszafordítani a gerincvelő-sérülések okozta károsodásokat
Van esély a gerincvelő-sérülés és stroke miatt kialakult károsodások visszafordítására – egy átalakított enzim segítségével, melyről a kutatók a közelmúltban számoltak be.
Újratervezett és továbbfejlesztett egy természetes enzimet a Torontói Műszaki Egyetem és a Michigani Egyetem kutatócsoportja, mely ígéretesnek bizonyulhat az idegszövet újratermelésének elősegítésében sérülés után.
A szakemberek új verziója stabilabb, mint a természetben előforduló fehérje – ezért új kezelések kialakításához vezethet a traumás sérülés vagy agyvérzés (stroke) okozta idegkárosodás visszafordítása terén.
A stroke a fogyatékosságok legfőbb oka Kanadában, s a harmadik vezető halálok – szögezte le Molly Shoichet, a Torontói Egyetem műszaki professzora, a Science Advances szaklapban megjelentetett tanulmány vezető szerzője.
„Az ilyen idegsérülést követő gyógyulás egyik legnagyobb kihívása az ún. glia heg kialakulása – mondta a szakember. – Ezt a heget olyan sejtek és biokémiai anyagok alkotják, amelyek szorosan összefonódnak a sérült ideg körül. Rövid távon ez a védőkörnyezet megóvja az idegsejteket a további sérülésektől, ám hosszú távon gátolhatja az idegek javulását.”
A stroke és a gerincvelő-sérülés számos fogyatékosság okozója - az átalakított enzim segíthet
Nagyjából két évtizede a tudósok felfedezték, hogy a kondroitináz ABC néven ismert, természetes enzim, melyet a Proteus vulgaris nevű baktérium állít elő, szelektíven lebonthatja a glia hegét alkotó biomolekulák egy részét.
Kiderült, ha a sérült ideg körüli környezetet megváltoztatják, a kondroitináz ABC elősegíti az idegsejtek újranövekedését. Állatmodellekben akár elveszített funkciók visszanyeréséhez is vezethet.
Az előrehaladást azonban korlátozta a tény, hogy a kondroitináz ABC nem túl stabil azokon a helyeken, ahol a kutatók azt használni szeretnék.
Molly Shoichet megjegyezte: elég stabil ahhoz a környezethez, amelyben a baktériumok élnek, de az emberi test belsejében nagyon törékeny. Egyesül vagy összegyűlik, mellyel elveszíti aktivitását. Ez testhőmérsékleten gyorsabban megtörténik, mint szobahőmérsékleten. Az ABC kondroitináz bevitele már csak azért is nehéz, mert érzékeny a készítményekben általában alkalmazott kémiai lebomlásra és nyíróerőkre.
Több kutatócsoport – köztük Molly Shoichet-é - kísérleteztek a technikákkal az instabilitás leküzdésére. Néhányan megpróbálták az enzimet biokompatibilis polimerekbe csomagolni, vagy nanorészecskékhez kötni, hogy megakadályozzák az aggregálódást. Mások lassan és fokozatosan igyekeztek azt beadni a sérült szövetekbe, hogy biztosítsák az állandó koncentrációt a sérülés helyén.
Ezek a megközelítések azonban nem foglalkoztak az instabilitás alapvető problémájával.
A legfrissebb tanulmány leírása szerint Shoichet és munkatársai új megközelítést próbáltak ki: megváltoztatták az enzim biokémiai szerkezetét a stabilabb verzió létrehozása érdekében.
„Mint minden fehérje, a kondroitináz ABC is az aminosav-építőelemekből áll - magyarázta Shoichet. - Számítógépes kémia segítségével megjósoltuk egyes építőelemek másokra történő cseréjének hatását, az általános stabilitás növelése céljából, miközben fenntartjuk vagy javítjuk az enzim aktivitását.”
Mathew O’Meara, a Michigani Egyetem számítógépes orvoslás és bioinformatika professzora megjegyezte: az ötlet valószínűleg kissé furcsa volt, hiszen hasonlóan a természethez, egyetlen rossz mutáció is tönkreteheti a szerkezetet.
A láncban több mint 1000 lánc található, ezek alkotják az enzimet, s minden egyes láncszemhez 20 aminosav közül lehet választani – tette hozzá. Vagyis, túl sok választási lehetőség van mindet szimulálni.
A keresési tér szűkítéséhez a csapat számítógépes algoritmusokat alkalmazott, melyek utánozták a valós organizmusokban található aminosav-helyettesítések típusait. A megközelítés - amelyet konszenzus-tervezésnek neveznek - az enzim mutáns formáit állítja elő, melyek a természetben nem léteznek, ám hihetően hasonlítanak a létezőkhöz.
Végül a kutatócsapat az enzim három új jelöltformájával állt elő, amelyeket ezt követően előállítottak és teszteltek a laboratóriumban. Mindegyik jóval stabilabb volt, mint a vad típus – de csupán egy, amely 37 aminosav-szubsztitúciót tartalmazott a lánc több mint ezer összeköttetéséből, volt egyszerre stabilabb és aktívabb.
„A vad kondroitináz ABC típus 24 órán belül elveszíti aktivitásának nagy részét, míg az átalakított enzimünk 7 napig aktív” - jegyezte meg Marian Hettiaratchi, a tanulmány társ-szerzője, az Oregoni Egyetem Phil és Penny Knight campusának biomérnök professzora.
Mint mondta, óriási különbségről van szó. „Javított enzimünk várhatóan még hatékonyabban bontja le a gliás heget, mint a többi kutatócsoport által általánosan használt változat”- tette hozzá.
A következő lépés az enzim telepítése ugyanazon típusú kísérletekbe, ahol korábban a vad típust alkalmazták.
László Adrienn
