Nie dopuścić do śmierci komórki. O polsko-amerykańskich badaniach w „Nature”

Zespół prof. Marcina Poręby z Politechniki Wrocławskiej we współpracy z amerykańską grupą badawczą firmy Genentech pod kierunkiem prof. Vishvy M. Dixita znalazł sposób na zatrzymanie rozpadu umierającej komórki. Wyniki badań ukazały się właśnie w „Nature”. Prace polskich naukowców były finansowane przez NCN.

Dr hab. Marcin Poręba, prof. PWr jest wielokrotnym laureatem konkursów NCN. Prace jego zespołu, które zaowocowały publikacją w „Nature” zostały sfinansowane w ramach jednego z jego pierwszych grantów w konkursie OPUS 15. Projekt dotyczył badania mechanizmów proteolitycznych w pyroptozie, programowanej śmierci komóki, wywołującej reakcję zapalną.

Gdy mechanizm obronny wymyka się spod kontroli

prof. Marcin Poręba, fot. Łukasz Bera

– Pyroptoza jest jednym ze sposobów, w jaki organizm broni się przed zakażeniami i innymi zagrożeniami. To kontrolowany mechanizm samounicestwienia komórki, połączony z uruchomieniem silnej reakcji zapalnej – opisuje prof. Marcin Poręba. – Taka reakcja pomaga organizmowi zwalczać zagrożenie. Problem pojawia się wtedy, gdy pyroptoza jest zbyt silna lub wymyka się spod kontroli. Może wówczas nasilać stan zapalny i prowadzić do uszkodzenia tkanek.

Jak zatem zahamować pyroptozę, kiedy zaczyna szkodzić? Dotychczasowe próby blokowania enzymów odpowiedzialnych za ten proces (kaspaz prozapalnych) były mało skuteczne, ponieważ inhibitory przenikały również do zdrowych komórek, powodując niewystarczający efekt terapeutyczny lub działania niepożądane.

Naukowcy rozwiązali ten problem w nieoczekiwany sposób. Zamiast projektować związki łatwo wnikające do komórek, stworzyli inhibitory słabo przenikające przez nienaruszoną błonę komórkową. Odkryli, że gdy pyroptoza już się rozpocznie, w błonie tworzą się pory zbudowane przez białko gasderminę D. Te same pory, które prowadzą komórkę do śmierci, mogą zostać wykorzystane jako „brama” do dostarczenia inhibitora wyłącznie do zagrożonych komórek.

Kluczowym odkryciem było wykazanie, że pyroptozę można zatrzymać już po jej uruchomieniu. Po przedostaniu się przez pory inhibitor blokował kaspazy, hamował tworzenie kolejnych porów i ograniczał uwalnianie cytokin zapalnych. Część komórek nie tylko przestawała umierać, ale odzyskiwała zdolność dalszego wzrostu i podziałów. Badania komórkowe oraz eksperymenty na myszach potwierdziły zmniejszenie reakcji zapalnej. Autorzy podkreślają, że nie jest to jeszcze lek, ale nowa strategia, która może być w przyszłości pomocna w leczeniu chorób takich jak sepsa, ostra niewydolność oddechowa czy COVID-19.

Sukces międzynarodowy, międzysektorowy i międzypokoleniowy

Publikacja w prestiżowym czasopiśmie „Nature” jest efektem współpracy grup badawczych prof. Marcina Poręby z Politechniki Wrocławskiej oraz prof. Vishvy M. Dixita z firmy biotechnoliogicznej Genentech z USA, wskazanych w publikacji jako autorzy korespondencyjni. Zespół prof. Poręby łączy wiedzę doświadczonych naukowców i potencjał młodych badaczy. 

dr inż. Katarzyna Groborz, fot. PWr Kluczową rolę w badaniach odegrała pierwsza autorka dr inż. Katarzyna Groborz, absolwentka i doktorantka Politechniki Wrocławskiej, która po ukończeniu doktoratu kontynuowała badania podczas stażu w Genentech. 

– Najważniejszym odkryciem projektu było wykazanie, że pyroptozę można zatrzymać nawet po jej rozpoczęciu. Pokazaliśmy istnienie krótkiego okna terapeutycznego, w którym zahamowanie kaspaz przerywa ten proces i pozwala komórkom odzyskać zdolność do dalszego wzrostu i podziałów. Wykorzystanie porów tworzonych przez gasderminę D umożliwiło selektywne dostarczanie inhibitorów do komórek, w których pyroptoza już się rozpoczęła – mówi dr inż. Katarzyna Groborz.

Drugą autorką publikacji jest dr Melissa E. Truong z zespołu Genentech. W pracach uczestniczyły także doktorantki Julia Nguyen i Małgorzata Kalinka, których udział w badaniach sfinansowano z grantu OPUS, i które przeprowadzały syntezę i analizę kinetyczną inhibitorów. Współautorem publikacji był również m.in. prof. Marcin Drąg, twórca technologii HyCoSuL wykorzystanej w badaniach. 

prof. Marcin Poręba z doktorantką Julią Nguyen – To dla mnie wyjątkowe, że mogłam dołączyć do tego projektu jeszcze jako magistrantka, a później kontynuować pracę jako doktorantka i stypendystka w grancie NCN. Zaczynałam od syntezy inhibitorów do badań komórkowych, a z czasem moim zadaniem stało się także opracowanie sposobu ich przygotowania w skali kilkugramowej do badań in vivo. To doświadczenie pozwoliło mi zobaczyć cały proces rozwoju związku chemicznego – od projektu i syntezy po zastosowanie w zaawansowanych badaniach biologicznych – podkreśla Julia Nguyen.

Badania miały charakter interdyscyplinarny, łącząc chemię biologiczną, enzymologię, biologię komórki i eksperymenty in vivo. Zespół z Politechniki Wrocławskiej odpowiadał za projektowanie i syntezę inhibitorów kaspaz oraz analizę ich właściwości, a grupa Genentech prowadziła m.in. badania na zaawansowanych modelach komórkowych i zwierzętach oraz analizy farmakokinetyczne. Współpraca obu ośrodków doprowadziła do odkrycia nowej strategii hamowania pyroptozy i ograniczania stanu zapalnego.

Opisane w „Nature” badania to nie tylko efekt współpracy międzynarodowej polskich i amerykańskich naukowców. To również przykład tego, jak uzupełniają się nauka z biznesem oraz młodość z doświadczeniem.