Magyar Tudomány, 2004/1 70. o.

Tanulmány

Kéri György

MTA doktora, tudományos tanácsadó, egyetemi tanár, Semmelweis Egyetem, MTA Peptidbiokémiai Kutatócsoport

Jeltovábbítási terápia - új irányok a modern gyógyszerkutatásban

(Kommunikációs zavarok a betegségek molekuláris mechanizmusainak hátterében)


Mi a jeltovábbítási terápia?

Az elmúlt években a molekuláris biológia és a fehérjekémia eredményeire építve alapvető áttörés következett be a legfontosabb betegségek molekuláris mechanizmusainak megismerésében, és ezek az eredmények új perspektívákat nyitottak a gyógyítás számára is. A hagyományos gyógyszerkutatási stratégiák random hatóanyag kipróbálására illetve különböző eredetű hatóanyagok optimalizálására épültek, a betegséget, illetve a szervezetet többnyire fekete dobozként kezelve. Ma már egyre nagyobb teret nyer a molekuláris betegség-mechanizmuson alapuló gyógyszerkutatás, melynek során a beazonosított és molekuláris biológiai módszerekkel igazolt "betegségokozó" célmolekulák (többnyire fehérjék) ellen történik célzott hatóanyagkeresés. Az ismert célmolekulák legnagyobb része a jeltovábbításban, azaz a sejtek közötti kommunikációban vesz részt, ezért vált a jeltovábbítási terápia fogalma a biotechnológia és a modern gyógyszerkutatás kulcsfogalmává.

A jeltovábbítási terápia (meghonosodott angol kifejezéssel: szignál-transzdukciós terápia) koncepciója szerint a patológiás állapotok jelentős része, így a daganatos betegségek, a különböző gyulladások, de az érelmeszesedés és a neuro-degeneratív betegségek bizonyos típusainak hátterében is jeltovábbítási probléma, például fals proliferációs jelek állnak (Levitzky, 1994). Az elmúlt évek kutatásai nyomán világossá vált, hogy bizonyos jelátviteli utak kóros működése - az ebben involvált gének és fehérjemolekulák különböző eredetű defektusai révén - a legkülönbözőbb patológiás állapotok kóroktanában játszanak meghatározó szerepet (Kéri - Tóth, 2002). Ezen kórállapotok közös jellemzője, hogy a hibásan működő átviteli egységek, például a legfontosabb jeltovábbítási mechanizmusnak tekinthető foszforilációt végző kináz enzimek "hibás" jeleket generálnak. Ezek a fehérjék gyógyszerfejlesztési célpontoknak tekinthetők, s abban az esetben, amikor a betegség-mechanizmus hátterében a fehérjemolekula kóros működése igazolható, "validált célmolekuláról" beszélünk. A humán genom projekt után a "post-genomikus" érában egyre több ilyen szerkezetileg és működésében jól leírt terápiás célpont ismert, s várhatóan egyre több válik ismertté már a közeljövőben. A humán genom kb. 32 ezer génjéhez az előrejelzések szerint kb. 250-300 ezer fehérje tartozik, amelyek transzkripciós, illetve transzlációs reguláció és poszt-transzlációs modifikáció révén jönnek létre (jelátviteli hatás!). Figyelemreméltó, hogy e fehérjék kb. 20-25 %-a vesz részt a jelátvitelben. A molekuláris pathomechanizmusok szempontjából fontos adat még, hogy a jelenleg forgalomban lévő gyógyszerek kb. 280 gén produktumára (az általuk kódolt fehérjére) hatnak, miközben a becslések szerint legalább 8 ezer gén produktuma lehet betegségokozó. Az előbbiek szerint a kapcsolódó fehérjék száma ennek legalább tízszerese, és ezek jelentős része a jeltovábbításban vesz részt. A jeltovábbítási terápia tehát igen komoly terápiás perspektívát jelent annak ismeretében, hogy bizonyos kitüntetett szignálok számos megbetegedésben dokumentáltan sebességmeghatározó szerepet visznek, illetve bizonyos proliferációs jelek mint "túlélési faktorok" jelennek meg.

A koncepció sikerét fémjelzi, hogy 2001 májusában rekord sebességgel került törzskönyvezésre az USA-ban egy, a krónikus myeloid leukémiában (CML) szenvedő betegek daganatsejtjeiben mutáció nyomán megjelenő fehérje (BCR-ABL kiméra kináz enzim) gátlószere. Ez a gyógyszer a "szignál-transzdukciós terápia" eszköztárában az általános klinikai gyakorlatba bevezetett első gyógyszer, és a valaha előállított legsikeresebb rákellenes gyógyszer, 90 %-os CML hatékonysággal. Ugyanakkor jelenleg közel kétszáz szignál-transzdukciót gátló molekula van világszerte a klinikai fejlesztés különböző fázisaiban, ami egyértelműen mutatja, hogy a szignál-traszdukciós terápia ma a modern gyógyszerkutatás frontvonalát jelenti.

(A klinikai fejlesztési fázisban lévő anyagok között szerepel az egyik általunk előállított PDGF-RTK gátló molekula, mely amerikai fejlesztésben klinika III. fázisig jutott, míg egy antitumor somatostatin analógunk hazai fejlesztésben klinika II. fázisban van). (Kéri et al., 1996; Strawn et al., 1996)

A jeltovábbítási terápia és a sejtszintű kommunikáció

A jeltovábbítási terápia tehát a sejtszintű kommunikációban előforduló hibás jelek kijavítását célozza, a fogalmak tisztázása érdekében azonban felmerül a kérdés, hogy mennyiben nevezhetjük kommunikációnak a sejtek közötti és sejten belüli jeltovábbítást. A jeltovábbítás ugyanis nem azonos a kommunikációval, de amikor sejtek közötti jeltovábbításról beszélünk, ez alatt egyértelműen egyfajta kommunikációt értünk. A kommunikáció fogalma ugyanakkor ma már nagyon széleskörűen használt és nem egyértelmű fogalom. A kommunikáció fogalma a latin communare szóból ered, ami azt jelenti: közössé tenni. Tehát a kommunikáció mai szóhasználattal az információ közössé tételét jelenti, valóban közössé tenni valamit viszont csak kölcsönhatás során lehet. A kommunikáció fogalma a társadalomtudományokból került át a természettudományokba, illetve a biológiába, és számos, nem kellően tisztázott fogalom kapcsolódik hozzá. A telekommunikáció vagy például az irodalom mint kommunikáció nyilvánvalóan nem tekinthető kétirányú interaktív jelátadásnak, ugyanakkor a jeltovábbítási terápia szempontjából a sejtek közötti kommunikáción egy olyan interaktív, sőt kooperatív jelátadási folyamatot értünk, amely molekuláris vagy sejtes választ indukál. A sejtet folyamatosan rengeteg olyan molekuláris kölcsönhatás (információ) éri, ami a jel-zaj viszony szempontjából csak zajnak tekinthető, illetve ami jel, de nem indukál sejtválaszt, azaz nem tekinthető interaktív kommunikációnak. Egy kommunikációs rendszer akkor működik jól, ha a rendszer elemei között tiszta kommunikáció zajlik, ha a közössé tett információ valós és releváns, és ha a rendszer egyedei összehangolt célorientált választ produkálnak.

Fölmerül a kérdés, hogy mi a jelentősége az élő rendszerek szempontjából ennek az ún. kooperatív interaktív kommunikációnak? Az élet alapmotívuma a kapcsolat, a kölcsönhatás. Ha egy sejtet kiveszünk a környezetéből és egyedül tápfolyadékba tesszük, hiába kap meg minden tápanyagot, elpusztul. Vannak bizonyos molekuláris biológiai technikák amelyekkel az egyedül álló sejt is életben tartható, de általában egy bizonyos mennyiségű sejtet együtt kell kitennünk az edénybe ahhoz, hogy életképes populáció (sejtkultúra) alakuljon ki belőlük. Ha általánosságban nézzük az élő rendszereket, világossá válik, hogy kommunikáció nélkül nincs élet, az élet lényegéhez tartozik a kölcsönhatás, az interakció, és ez bizonyos szinten elvezet egészen az evolúció fogalmáig, ami azonban már messze túlmutat ennek a cikknek a témáján. Azt azonban leszögezhetjük, hogy az élet ökoszisztémás rendszerben zajlik, és a különböző szintű rendszerek fönnmaradásának és "fejlődésének" alapja (a fejlődés fogalmát most nem részletezve egyelőre maradjunk a komplexitás növekedésénél) a rendszeren belüli és rendszerek közötti interaktív kooperatív kölcsönhatás, azaz az interaktív kommunikáció.

Rendszerbiológia (Systems biology)

Az utóbbi időkben a biológia és az orvostudomány különböző területein is előtérbe kerül a rendszer-biológiai szemlélet (Hood - Galas, 2003), ami a molekuláris patomechanizmusok és a jeltovábbítási terápia szemszögéből is új szemléletet és stratégiákat jelenthet. Ezen szemlélet szerint az élővilágot és azon belül például az egyes organizmusokat különböző szintű komplex rendszereknek kell tekinteni, és az egyes rendszerekben rendszerszintű szabályozás zajlik, ami föltételezi, hogy az egyes rendszerekben minden egyednek funkciója van és létezik egy rendszerterv. Az egyed (jelen esetben a sejt) tehát az összetett jeltovábbítási rendszerek (interaktív kommunikáció) révén érzékeli az egész rendszer állapotát, és itt már eljutunk egyfajta holografikus, illetve holisztikus szemlélethez (a biológiai rendszerekben a holografikus szemlélet az információ tárolás holografikus elméletéből származik) amit egy taoista mondás is jól érzékeltet: "A tengerben benne van a csepp, és a cseppben benne van a tenger."

Mindezek alapján a jeltovábbítási terápiát helyesebb volna kommunikációs terápiának hívni, de sajnos ma már a signal transduction therapy fogalma lett elfogadott a nemzetközi szakirodalomban.

Ha a sejtek közötti kommunikáció fogalmát tárgyaljuk - hangsúlyozva, hogy ezen kommunikáció zavarai vezethetnek betegségekhez -, tisztáznunk kell, hogy milyen alapon tekintjük egy soksejtű szervezet sejtjeit kommunikációra képes egyedeknek. Bizonyos szemléletes és didaktív felfogás szerint a soksejtű szervezet egy jól szervezett sejttársadalomként fogható fel, ahol - amennyiben a rendszer egészséges - mindenki tudja és teszi a dolgát, szükségletei szerint részesedik és képességei szerint dolgozik, de nincs diktatúra, csak tiszta kommunikáció. Mit nevezünk tiszta kommunikációnak? A tiszta kommunikáció fogalmilag valós és releváns információk átadását jelenti, az emberi társadalomban ez az "igazat szól, és azt komolyan gondolja" kategóriája, az angol úgy mondja: "you mean it". A sejttársadalomban ha a rendszer egészséges, tiszta kommunikáció zajlik. Például ha az idegsejteknek cukorra van szükségük, és nincs elég cukor a vérben, akkor ezt közvetítő molekulákon keresztül jelzik az emésztőrendszernek és a májnak, és ez az üzenet valós, és csak addig áll fenn, amíg valóban szükség van rá. Amikor a sejtek a külső üzeneteket egymás között kis csatornákon továbbadják, ugyanazt az információt adják tovább, amit kaptak, vagy ha sejtosztódásra van szükség, ezek az üzenetek is valósak, és ha már nincs rá szükség, egy másik, szintén a valódi helyzetet tükröző üzenet például a kontakt hatások révén leállítja az osztódási üzenetet.

A baj mindig akkor kezdődik, amikor a rendszerben hamis kommunikáció jelenik meg. Egy normál sejt a szervezetben csak akkor osztódik, ha erre a rendszerből üzenetet kap (növekedési faktorok vagy például extracelluláris mátrix proteinek közvetítésével), a tumorsejt, illetve például számos proliferációs kórképben, illetve gyulladásos folyamatban részt vevő sejt ugyanakkor mimikálja ezt az üzenetet, azaz hamis kommunikációt végez. A kérdés az, hogy mitől kezd egy vagy több sejt hamisan kommunikálni. Sokféle külső, illetve belső hatás vezethet a sejt, illetve a sejtek hibás működéséhez, ronthatja el, illetve zavarhatja meg a sejtek egy csoportjának kommunikációs rendszerét. Ha azonban a rendszer jó "kommunikációs állapotban" van, jól működik az immunrendszer, a hormonális rendszer, a kontakt hatások, a differenciációt indukáló faktorok stb., akkor a hamis üzenetet mimikáló vagy generáló sejtet a rendszer eliminálja, és nem fejlődik ki a patológiás állapot. A jeltovábbítási terápia célja a rendszer tiszta kommunikációs állapotának helyreállítása, amit elsősorban a hamis jelek gátlásával igyekszik megvalósítani, másrészt bizonyos "pozitív" jelek stimulálásával, például immun stimulánsok, neuromodulátorok, hormonok révén is elérhető a remélt egyensúlyi állapot.

Sejtkommunikáció és programozott sejthalál

A tisztán kommunikáló, egészséges rendszerben (sejttársadalomban) a sejtek odafigyelnek és vigyáznak egymásra, ugyanakkor az egyedi sejt maximálisan védi a rendszert, és képes önmagát is föláldozni a rendszer védelmében. Ha a sejt sérül, vagy sérülés miatt a környezetből hamis üzenetet kap, a környező sejtek és a szervezet egésze számos molekuláris kommunikációval próbálja őt segíteni abban, hogy a hiba ellenére is elláthassa feladatát, azaz "küldetését", mint például differenciált vesesejt vagy májsejt. Ugyanakkor, ha a sejt súlyosabb károsodást szenved például genomális szinten, ezt bizonyos sejten belüli fehérjék, például a p53 jelű fehérje érzékeli, és bekapcsolja először a javító mechanizmusokat, az ún. "repair rendszert", ha ez nem elég, leállítja a sejtosztódást, és ha ez sem elég bekapcsolja a programozott sejthalált, hogy a hibás sejt ne szaporodjon, ne lehessen veszélyes a rendszerre. A tumorsejt ugyanakkor éppen úgy válik rosszindulatú daganatsejtté, hogy miközben hamis osztódási jelet generál, a folyamatos osztódás során begyűjti azokat a mutációkat, amelyek életképessé teszik egy őt kordában tartani igyekvő rendszerrel és kommunikációs közeggel szemben. A tumorsejt negatív evolúciójához szükség van a programozott sejthalál kikapcsolására, amit részben újabb hamis kommunikációval, részben mutációk begyűjtésével ér el. Érdekes módon hasonló mechanizmusokkal operál a vírussal fertőzött sejt is. A vírus ugyanis miközben megszállja és átprogramozza a gazdasejt kommunikációs rendszerét - hogy ezentúl már ne elkötelezett differenciált funkciót ellátó sejt legyen, hanem víruskiszolgáló sejt -, arra is vigyáz, hogy a sejt regisztrálva a behatolót és a génállomány sérülését, ne gyilkolhassa meg önmagát, ne haljon meg programozott sejthalállal. A vírus az uralma alá vont jeltovábbítási mechanizmusok alkalmazásával kikapcsolja a gazdasejt halálprogramját.

Külön érdekesség, hogy a sejtöngyilkosság ezzel a speciális programozott sejthalállal történik, aminek rendszerszempontból az az indoka, hogy a sejtpusztulás során nem keletkezik hulla, nem keletkezik bomlástermék, káros anyagok. Tehát a programozott sejthalál az inter- és intracelluláris kommunikációs rendszerek fontos végpontja, ami például a tumor és a vírusos betegségek esetében indukálandó, viszont más típusú betegségek, például bizonyos gyulladásos eredetű neurodegeneratív betegségek esetén a kommunikációs rendellenesség miatt bekapcsolt programozott sejthalál kikapcsolása a cél.

Racionális gyógyszertervezés a jeltovábbítási terápiában

A jeltovábbítási terápia szorosan összekapcsolódik és ráépül a modern gyógyszerkutatás legfontosabb technológiáira, az úgynevezett racionális hatóanyagtervezésre, ugyanakkor ezzel összefüggésben a mo-dern gyógyszerkutatás legfontosabb irányává a jeltovábbítási terápia megközelítése vált. Racionális hatóanyagtervezés alatt korábban elsősorban a célmolekula fehérje háromdimenziós szerkezete alapján történő hatóanyagmolekula-tervezést értették, manapság azonban ez a fogalom a modern gyógyszertervezés teljes folyamatát takarja, mely magába foglalja a molekuláris patomechanizmus ismeretében történő célmolekula-kiválasztást, a célmolekula validálását, a strukturális biológia, a molekul modellezés, a szerkezet-hatás összefüggések vizsgálata, illetve farmakofor modell alapján történő hatóanyag kiválasztást és a hatástani, illetve farmakológiai optimalizációt.

A jeltovábbítási terápia szempontjából kulcslépés a célmolekula-kiválasztás és validálás (Courtneidge - Plowman, 1998).

A jelenleg ismert molekuláris patomechanizmusok több mint 80 %-a jeltovábbítási zavarokra vezethető vissza, és az ezek alapján beazonosított folyamat-, vagy sebességmeghatározó célmolekulák döntő része is a jeltovábbítás területére esik (Kéri - Tóth, 2002). A célmolekula kiválasztása során az egyik legáltalánosabb technika a normál és a patológiás sejt összehasonlítása gén- illetve proteinszinten (funkcionális genomika illetve proteomika) (Hanash, 2003). A célmolekula jeltovábbítási terápia szempontjából történő validálása különböző molekuláris biológiai módszerekkel (például domináns negatív mutáns, knockout egér, receptor kimerák), illetve kémiai módszerekkel történik (például az általunk kifejlesztett kinázgátló validációs molekulakönyvtár). A célmolekula ellen történő hatóanyag kutatás (vezető-molekula kiválasztás) történhet random molekulakönyvtárak nagy hatékonyságú tesztelésével (HTS), a szerkezeti biológia módszereire épülő, a fehérje 3D szerkezete alapján történő molekulatervezéssel és ligand alapú kvantitatív szerkezet-hatás összefüggések vizsgálatára épülő farmakofor modellezéssel. A farmakofor modell alapján virtuális tesztelés - szintézis - tesztelés - modellbe illesztés iterációs ciklusokkal fejeződik be a vezető molekula kiválasztása, amit a racionális hatóanyagtervezés utolsó fázisaként farmakológiai és az ún. ADME paraméterek (Adsorbtion, Desorbtion, Metabolism, Excretion) szerinti optimalizáció követ.

A jeltovábbítási terápia gyógyszertervezési koncepcióját mutatja az 1. ábra.

Bináris kód és fehérjekonformáció-változás a jeltovábbításban

A jeltovábbítási terápia legfontosabb célmolekulái az úgynezezett G-protein kapcsolt receptorok (GPCR) és a kináz enzimek. A GPCR-ok elsősorban hormonok, neurotranszmitterek és immun-mediátorok (citokinek) receptorainak jeleit közvetítik. Ligand hatására guanozin trifoszfátot (GTP-t) köt a fehérje, ami aztán GDP-vé hidrolizál, és közben a fehérje konformációja megváltozik. A kinázok foszforilező enzimek, amelyek elsősorban a tirozin, threonin, illetve a szerin nevű aminosavakra visznek rá egy foszfátcsoportot, aminek következtében specifikus módon megváltozik a fehérje konformációja, és ily módon az aktivitása, illetve a kölcsönhatások módja. Tehát a foszforilezés a jeltovábbítás egyik legalapvetőbb mechanizmusa a sejtben, mely egyfajta bináris kódként jelenik meg, de hatása ennél sokkal összetettebb, a reguláció finoman modulált konformációváltozások sorozatán keresztül történik. A jeltovábbítási hatások ugyanis elsősorban a fehérjék konformációváltozásai, illetve az ezekhez kötött biokémiai reakciók révén érvényesülnek, így például a foszforilezés igen-nem bináris kódjára (egy-egy fehérje ugyanakkor több helyen is foszforileződhet) egy, a konformációváltozásokon keresztül érvényesülő érzékenyen modulált, többféle hatást integráló jeltovábbítási rendszer szuperponálódik. (Teague, 2003) A fehérjéknek ezt az úgynevezett biológiailag aktív konformációját számos celluláris kölcsönhatás befolyásolja, és a jeltovábbítás fontos eleme a jel kikapcsolása, vagyis egy másik energetikailag stabil, de biológiailag, illetve jeltovábbítás szempontjából nem aktív fehérjekonformáció visszaállítása, például amikor a foszfatázok kikapcsolják a kinázok jeleit.

Ugyanakkor bizonyos erősebb hatásokra, illetve kölcsönhatások nyomán a fehérjék olyan irreverzibilis konformációváltozáson mennek keresztül, hogy nem képesek többé felvenni valamelyik jeltovábbításra alkalmas natív konformációt. Ezekkel a behatásokkal szemben az ún. chaperonok vagy hősokkfehérjék védik a fehérjéket, ezért ezeknek a hősokkfehérjéknek fontos szerepük van a jeltovábbításban, és fontos terápiás célpontokat is jelentenek, a jelek fenntartása, illetve például a hamis onkogenikus jelek gátlása szempontjából is.

Jeltovábbítási hálózatok és szelektivitás

A jeltovábbítási mechanizmusok a sejtek szintjén nemcsak azért összetettek, mert egy-egy fehérje nemcsak bináris kódot közvetít, hanem a fehérjék maguk is egy komplex hálózatot alkotnak, ahol a bejövő jelek bizonyos konstellációja, illetve aránya szükséges a kimenő jel vagy továbbmenő jel létrejöttéhez. (Tucker et al., 2001) A neurális hálózatok mintáihoz hasonló jeltovábbítási hálózatokat találunk a sejtekben, és a patológiás állapot megismeréséhez, illetve a jeltovábbítási terápiához alapvetően szükség van ezen jeltovábbítási hálózatok, illetve a sebességmeghatározó folyamatok, azaz a validált célmolekulák beazonosításához.

Egy adott sejtet csak például mitogenikus hatás szempontjából többszáz féle jel érhet el a környezetéből (növekedési faktorok, differenciációt indukáló faktorok, hormonok, citokinek, parakrin regulátorok, extracelluláris mátrix proteinek, membránból szekretált mediátorok stb.), és ezen jelek a rendszer szempontjából specifikus üzenetté a jeltovábbítási network szelekciós szűrője miatt válnak. A jeltovábbítási terápia keretében egy adott patomechanizmus esetében (például tumor vagy vírussal fertőzött sejt) a normál és a patológiás sejt összehasonlítása során több száz gén eltérő expresszióját találjuk, az eltérő fehérjék száma pedig ennek még többszöröse. A patológiás és az egészséges sejt összehasonlításában az egyes fehérjék, illetve enzimek aktivitása is eltérő lehet, ami az úgynevezett proteomikai vizsgálatokat még komplikáltabbá teszi. Ugyanakkor a jeltovábbítási terápia szempontjából az a cél, hogy kiválasszuk azokat a fehérjéket, illetve enzimeket, amelyek gátlása révén a kóros jeltovábbítási hálózat összeomlik (McCormick, 1999).

Alapvető kérdés, hogy egy adott jeltovábbítási enzim - mely mondjuk overexpresszálódva vagy megváltozott aktivitással van jelen a patológiás sejtben - gátlása megfelelő gyógyszer-hatóanyag molekulával hogyan fogja befolyásolni a normál sejtek jeltovábbítási mechanizmusát, mennyire lesznek egy ilyen anyagnak kóros mellékhatásai. Az elmúlt évek jeltovábbítási anyagokkal végzett klinikai kísérletei alátámasztották azt a korábban megfogalmazott tételt, miszerint a hamisan kommunikáló sejt nagy mértékben függ a saját "alap-hazugságától", azaz jelfüggő, és ezen alapjelek (úgynevezett túlélési faktorok) gátlása a patológiás sejt pusztulásához vezet, például a korábban már említett programozott sejthalál révén. A normál sejtekben egy adott jeltovábbítási enzim gátlása nem vezet pusztuláshoz, mert a rendszer más elemei átveszik a szerepét. Tehát a jeltovábbítási terápia egyik nehézsége: a network-szerű jeltovábbítás a célmolekula-kiválasztást nehezíti, de a szelektivitás és a káros mellékhatások szempontjából előnyt jelent.

A sejtkommunikáció holografikus elmélete

A sejtkommunikáció holografikus elmélete az információtárolás, illetve a memória holografikus elméletéből ered. Az információ-tárolás molekuláris mechanizmusa a mai napig nem teljesen tisztázott, és a szinaptikus plaszticitás, valamint a holografikus elmélet a legáltalánosabban elfogadott elméletek közé tartozik. A holografikus elmélet szerint az információtárolás során az egyedi sejt (elektromágneses hullámok és sejt-sejt kölcsönhatások révén) érzékeli az egész agy ingerületi mintázatát, és így bizonyos egyedi idegsejtekben egy adott állapotban leképződik az egész agy ingerületi mintázata, és innen elő is hívható - mint a holografikus képben, ahol a hologram egy elemében benne van az egész képe. Újabb feltételezések szerint az egész szervezet sejtjei közötti kommunikációs rendszerben is érvényesül az elektromágneses hullámok révén való kommunikáció és a holografikus elv, ami új prespektívákat nyit a rendszer biológiai szemlélete előtt. Ugyanakkor ez az elmélet - amennyiben igazolható a jeltovábbítási terápia szempontjából is - számos dolgot, illetve stratégiát átértékel, hiszen a patológiás szempontból fontos hamis jelek beazonosítására ebben az esetben nem elegendő a normál és patológiás sejtek genomális szintű összehasonlítása. Ugyanakkor, a feltételezések szerint az elektromágneses hullámok a proteinek szintjén avatkoznának be a jeltovábbítási mechanizmusokba, tehát proteomszinten érdemes követni a normál és a patológiás sejt közötti különbséget.

Molekuláris diagnosztika és személyre szabott terápia

A jeltovábbítási terápia egyik legfontosabb kérdése, hogy megállapítsuk az adott beteg esetében mi a hamis jel, és a jövő perspektívája az, hogy minél több ilyen beazonosított jelre legyen szelektív gátlószerünk. A molekuláris diagnosztika legújabb iránya az egyénre szabott terápia keretében arra törekszik, hogy például a daganatok és érrendszeri betegségek kialakulását és progresszióját kísérő jelátviteli utakat DNS-chip és proteinchip technológiával feltérképezze, és ezáltal elősegítse a daganatok molekuláris diagnózisát, prognózisát és az individuális terápiás terv kialakítását. A vizsgálatsorozat lehetővé teszi, hogy a daganatokat a jelátviteli mintázat alapján alcsoportokba soroljuk, és új terápiás célpontokat azonosítsunk. Lehetőség nyílik a daganatok és érrendszeri betegségek terápiás érzékenységének predikciójára és új terápiás célpontok azonosítására (Huang et al., 2003). Jelenlegi becslések szerint ugyan a kb. 32 ezer génünkhöz transzkripciós, transzlációs és posttranszlációs modifikációk révén kb. 2-300 ezer protein tartozik, ugyanakkor farmakológiai szempontból jelenlegi becslések szerint kb. 10 ezer a terápiás szempontból célba vehető gyógyszercélpont. Ezeknek kb. 22 %-a a jeltovábbítás szempontjából meghatározó jelentőségű kináz enzim, azaz közel 2000 kináz lehet terápiás célpont. Ugyanakkor körülbelül 500 kináz génünk van, tehát a génexpressziós vizsgálatokhoz, amennyiben például elsősorban a hamis jelek szempontjából meghatározó jelentőségű kináz enzimekre koncentrálunk, elegendő néhány száz kináz gén expresszióját vizsgálnunk. Ezekben a vizsgálatokban tehát nem várható új jeltovábbítási gén beazonosítása, hisz ismert génekre vizsgálunk, viszont adott tumortípusokra jellemző jeltovábbítási mintázatok és így bizonyos célmolekula-kombinációk azonosítása várható. Mivel a sejtekben network-szerű jeltovábbítás zajlik, a célmolekula kombinációk beazonosítása gyógyszertervezési szempontból is fontos, ugyanakkor az egyénre szabott terápia szempontjából a megfelelő hatóanyag koktél összeállítását teszi lehetővé. Ehhez persze az kell, hogy minél több ilyen célmolekula ellen legyen hatékony gyógyszerünk.

Molekuláris patomechanizmusok a jeltovábbítási terápiához

Az elmúlt évek során számos fontos betegség molekuláris patomechanizmusáról sikerült fontos ismereteket begyűjtenünk, ami a jeltovábbítási terápia szempontjából fontos célmolekulák beazonosítását tette lehetővé, és új kutatási irányokat nyitott meg. Például a rák molekuláris mechanizmusa alapjaiban ma már elég jól ismert. Mint arról korábban már szó volt, mai ismereteink szerint a rosszindulatú daganatsejtek kialakulása többlépcsős folyamat következménye, mely egyrészt genomális változások sorozatára (többek közt bizonyos onkogének aktivációjára, illetve szupresszor gének inaktivációjára), másrészt az intercelluláris kommunikációs rendszer rendellenes működésére vezethető vissza. (Hunter, 1999) Az onkogének különböző hatásokra bekövetkező aktivációja és a tumor szupresszor gének inaktivációja folyamatos proliferációs jelet generálnak, és kiiktatják, illetve gátolják a sejtciklust kontrolláló fehérjék működését. Számos vezető onkológus véleménye szerint a rák igen hatékony gyógyítása hamarosan valóra válhatna, ha a világ megfelelő pénzügyi erőforrásokkal támogatná a feltételezett 100-as nagyságrendű legfontosabb jeltovábbítási célmolekula beazonosítását és specifikus hatóanyag kifejlesztését. Ebben a feltételezett ideális scenárióban a beteget egyénre szabott terápiával kezelnék, melynek során a beteg tumorszövetéből, illetve az esetleges biomarker keringési faktorokból beazonosítanák a tumor meghatározó proliferációs jelét (túlélési faktorát), és ezt, illetve esetleg néhány ilyen jelet kombinációban kellene gátolni specifikus jeltovábbítást gátló anyaggal.

A másik legfontosabb népbetegség az atherosclerosis, szövődményei az összes haláloknak mintegy a felét teszik ki. Régebben úgy gondolták, hogy az atherosclerosis a koleszterin és más lipidek lerakódásával kezdődik a verőér falában, többnyire a vér emelkedett lipidszintjének eredményeképpen. Jelenlegi ismereteink szerint úgy tűnik, hogy a lipidinfiltráció csak másodlagos szerepet játszik az atherogenezisben, és az elsődleges irritáló faktor az atheromatosus plakkok képződésében a simaizomsejtek proliferációja az intimában. Az elektronmikroszkópos vizsgálatok alátámasztják ezt az elképzelést, megmutatva, hogy az intima simaizomsejtjeinek proliferációja a legkorábbi atherosclerotikus elváltozás. A keringő vérből makrofágok vándorolnak az intimába, utána lipidek rakódnak le az izomsejtekben és makrofágokban, kialakítva az egyszerű atheromatózus plakkot. Később lipidek, kollagén, rugalmas rostok és proteoglikánok rakódnak le az extracelluláris térben. Vérzés, nekrózis és meszesedés a még későbbi stádiumokban keletkezik. A simaizomsejtek proliferációja egy elsődleges proliferatív folyamat, amelyben egyetlen sejt kontroll nélkül szaporodik (monoklonális hipotézis). Az érfal struktúráját a növekedési faktorok egy csoportja befolyásolja. E faktorok egymással is kölcsönhatásba léphetnek, fiziológiás körülmények között ezek irányítják az érfal normál szerkezetének kialakulását. Ugyanezek a faktorok működnek közre, sőt indukálni is képesek azoknak a drámai mértékű strukturális és funkcionális változásoknak a kialakulását, amelyek egyes patológiás folyamatok, például vénás trombózisok, az atherosclerosis vagy a hipertónia során lépnek fel.

A legutóbbi időkben bizonyos bakteriális, illetve vírusos betegségek is a jeltovábbítási terápia hatókörébe kerültek. A fertőző, illetve a vírusos betegségek esetében például a vírusok átprogramozzák a gazdasejt jeltovábbítási útjait, arra kényszerítve ezzel a sejtet, hogy a vírus életciklusát szolgálja. Ezeknek a jeltovábbítási utaknak az azonosítása teljesen új utat nyit hatékony vírusellenes szerek kifejlesztésére, mivel a hagyományos vírusellenes szerek elől a vírusok mutációkkal ki tudnak térni, de a gazdasejttel való kommunikálás gátlása révén a vírus elveszti életterét, illetve önreprodukciós lehetőségét.

A jeltovábbítási terápia fontos területe a neurodegeneratív rendellenességek, a kapcsolódó kórképek és ezek összetett mechanizmusai, mivel a központi idegrendszeri betegségek során, például az epilepszia és a skizofrénia esetében is, a sejtek közötti kommunikációs rendellenességek vezetnek a betegség kialakulásához, amelyek részben persze örökölt vagy szerzett génhibákra, illetve genomális rendellenességekre vezethetők vissza. Az Alzheimer-kór esetében szintén egyrészt gyulladásos reakciók, másrészt sejtek közötti kommunikációs rendellenességek vezetnek az idegsejtekre lerakódó és a sejteket pusztító amiloid plakkok kialakulásához.

A fájdalom mechanizmusának vizsgálata során előtérbe került a neurogén gyulladás mechanizmusa, ami egy önerősítő ciklusban vezet súlyos kórképek kialakulásához. A különböző, például mechanikus okokra visszavezethető fájdalomérzet során az érző idegvégződésekből felszabaduló jeltovábbítási anyagok (neuro-peptidek) gyulladást indukálnak, ami újabb fájdalmat és ez újabb gyulladást indukál. Ennek az önerősítő ciklusnak a megszakítása tehát nemcsak a tüneti kezelés és az életminőség, hanem a terápia szempontjából is nagyon fontos. Az ilyen neurogén gyulladásos mechanizmusok fontos szerepet játszanak például az artritisz, illetve az asztma kialakulásában is. Új terápiás célpont a neurogén gyulladás mediációjának hátterében igazolt szignál-transzdukció, melyet a gyulladásos fájdalommal együtt járó, az ún. "polimodális nociceptorok" aktiválódásának hatására felszabaduló szenzoros neuropeptidek (neurokininek és CGRP) mediálnak. A gyulladásnak ezt a komponensét nem-szteroid gyulladásgátlók (NSAID), az általánosan használt ciklooxigenáz (COX)-gátlók nem befolyásolják (Helyes et al., 2001). Az általunk kifejlesztett jeltovábbítást gátló somatostatin származék viszont igen hatékony neurogén gyulladást gátló molekulának bizonyult, és jelenleg klinikai fejlesztés alatt áll (Helyes et al., 2001). A gyulladásgátló kezelés és az antiproliferatív mechanizmus kapcsolatát ma már kísérletes és klinikai adatok is igazolják, miszerint COX-2 gátló vegyületek számos daganatos sejttípusban hatékony apoptózis induktorok, és a vastagbélrák prevenciójában is szerepet kaphatnak.

Az itt vázolt molekuláris patomechanizmusok alapján számos célmolekula vált beazonosíthatóvá, s ellenük remélhetően hamarosan új hatóanyagok kerülnek kifejlesztésre.

Konklúzió

A jeltovábbítási terápia koncepciója szerint betegségeink nagy részének hátterében intra- és intercelluláris (és rendszerszemlélet alapján nyilván intra- és interperszonális), jeltovábbítási zavarok, kommunikációs rendellenességek állnak. Az előzőekben áttekintettem a jeltovábbítási terápia legfontosabb fogalmait, a sejt- és rendszerszintű kommunikációval, a sejttársadalom működésével és a programozott sejthalállal kapcsolatos fogalmakat. Ismertettem a jeltovábbítási terápia racionális hatóanyagtervezési koncepcióját és a molekuláris diagnosztika és az egyénre szabott terápia elvét, valamint a rák, az érelmeszesedés és a neurogén gyulladás molekuláris patomechanizmusát. Összefoglalva hangsúlyozni szeretném, hogy bár a jeltovábbítási terápia ma világszerte az érdeklődés középpontjába került, nem egy alapvetően új koncepcióról van szó, csupán a molekuláris patomechanizmusok megismerése nyomán új terápiás célpontok (célmolekulák) azonosításáról és egy másfajta rendszerszemlélet alkalmazásáról, aminek a lényege, hogy az ökoszisztémás rendszer megzavart, illetve felbomlott egyensúlyi állapotát a hibás jelek gátlásával, esetleg "pozitív", funkcionális jelek stimulálásával állítsuk helyre. Kicsit fellengzős megfogalmazással a jeltovábbítási terápia az ágyú helyett üzenet koncepcióját érvényesíti, a hamis üzenetek gátlását és a tiszta kommunikáció megvalósítását igyekszik elérni a rendszer egyensúlyának visszaállítása érdekében.

Befejezésül e gondolat jegyében egy taoista versikét szeretnék idézni:

A betegség az egység hiánya.
A betegség a Lélek magánya.
A szellem, a lélek, a test és az értelem
Egységben aranyvirágot terem.


Kulcsszavak: jeltovábbítási terápia, racionális hatóanyag-tervezés, molekuláris pathomechanizmusok, egyénre szabott terápia, jeltovábbítási enzimek, kináz gátlók, sejttársadalom


Irodalom

Courtneidge, A. Sara - Plowman, D. Greg (1997): The Discovery and Validation of New Drug Targets in Cancer. Current Oppinion in Biotechnology. 9, 632-636

Hanash, Sam (2003): Disease Proteomics. Nature 422, 226-232

Helyes Zsuzsanna et al. (2001): Anti-Inflammatory Effect of Synthetic Somatostatin Analogues in the Rat. British Journal Of Pharmacology. 134, 1571-1579.

Hood, Leroy - Galas, David (2003): The Digital Code of DNA. Nature. 421, 444-448

Huang, Erich et al. (2003): Gene Expression Pheno-typic Models That Predict the Activity of Oncogenic Pathways. Nature Genetics. 34, 226-230

Hunter, Tony (1997): Oncoprotein Networks. Cell. 88, 333-346

Kéri György (1998): Antitumor hatású molekulák. Magyar Tudomány. 9, 1082-1090

Kéri György et. al. (1996): Tumor-Selective Somato-statin Analog (TT-232) with Strong In Vitro and In Vivo Antitumor Activity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 93, 12513-12518

Kéri György - Tóth István (eds.) (2003): Molecular Pathomechanisms and New Trends in Drug Research. Taylor&Francis Group, London-New York

Levitzki, Alexander (1994): Signal Transduction Therapy. A Novel Approach to Disease Management. European Journal of Biochemistry. 226, 1-13

McCormick, Frank (1999): Signalling Networks That Cause Cancer. Trends in Genetics. 15, M53-20M56

Park, Catherine C. et. al. (2000): The Influence of the Microenvironment on the Malignant Phenotype. Molecular Medicine Today. 6, 324-329

Pintér Erika et. al. (2002): Pharmacological Character-isation of the Somatostatin Analogue TT-232. Naunyn-Schmiedebergs Archives of Pharmacology. 366, 142-150

Steinberg, Daniel (2002): Atherogenesis in Perspective: Hypercholesterolemia and Inflammation as Partners Crime. Nature Medicine. 8, 1211-1217

Strawn, Laurie M. et. al. (1996): Flk-1 as a Target for Tumor Growth Inhibition. Cancer Research. 56, 3540-3545

Szende Béla - Kéri György (2003): Effect of a Novel Somatostatin Analogue Combined with Cytotoxic Drugs on Human Tumour Xenografts and Metastasis of B16 Melanoma. British Journal of Cancer. 13, 132-136

Teague, Simon J. (2003) Implications of Protein Flexibility for Drug Discovery. Nature Reviews Drug Discovery. 2, 527-541

Tucker, Chandra L. et al. (2001): Towards the Understanding of Complex Protein Networks. Trends in Cell Biology. 11, 3, 102-106

Vogelstein, Bert et al. (2000): Surfing the P53 Network. Nature. 408, 307-310


<-- Vissza a 2004/1 szám tartalomjegyzékére