Programozható fehérjeszállítás a „természet injekciós tűivel”
Az MIT kutatói olyan eljárást dolgoztak ki, amely képes kizárólag egy adott sejttípusba injektálni a beletöltött fehérjéket – például tumorsejtekbe toxinokat.
A Nature folyóiratban március 29-én jelent meg a Massachusetts Institute of Technology (MIT) és a Broad Institute kutatóinak közös publikációja, melyben egy forradalmian új hatóanyag-beadási eljárásról tudósítottak. A kutatók egy olyan eszközt szerettek volna létrehozni, amely csak meghatározott sejttípusokba juttatná el a beleültetett fehérje hatóanyagot. Az ötletet a természetben már régóta működő példából merítették.
Az endoszimbionta baktériumok olyan precíziós adagolórendszerekkel rendelkeznek, amelyek képessé teszik őket arra, hogy a gazdaszervezet sejtjeibe különböző anyagokat, fehérjéket juttassanak. Ezeknek az egyik változata az ún. eCIS (extracelluláris kontraktilis injekciós rendszer, extracellular contractile injection system), amely egy olyan makromolekuláris komplex, mely a gazdaszervezet sejtmembránján keresztül egy tüskefehérjén át képes a sejt belsejébe juttatni egy adott fehérjét. A kutatók egy rovarokat megbetegítő baktérium, a Photorhabdus asymbiotica adagoló mechanizmusát tanulmányozták részletesen: ez a baktérium rovarok béltraktusába jutva egy speciális adagolórendszer segítségével mérget juttat a gazdatestbe, majd azt elpusztítva szaporodik tovább a halott gazdaszervezet tápanyagaiból. Itt maga a toxin bejuttatásának mechanizmusa, ami érdekes volt, hiszen ez a baktérium kizárólag a béltraktus sejtjeibe fecskendezi be a mérget, nem előbb, és nem is később. A kutatók feltárták, hogy a baktérium ehhez a művelethez egy speciális „kazettát” használ, amelyet PVC-nek neveztek el (Photorhabdus virulence cassette). Ez a kazetta a célsejtek receptorait azonosító kötőelemmel rendelkezik, sehová máshová nem köt be, kizárólag meghatározott rovarok béltraktusát bélelő sejtekbe. A kutatók ezt a felismerő rendszert klónozták, Escherichia coli baktériumokba ültették, majd módosították in silico, azaz újraprogramozták a receptor-azonosító rendszert. Így a PVC „kazetta” képessé vált arra, hogy az azonosító rendszerébe „betáplált” sejtekhez, és kizárólag csak ezekhez a sejtekhez kötődjön, majd ezekbe bejuttassa a kazettában hordozott fehérjét. Ez a megoldás nagyon hasonlít a vírusok által használt penetrációs, azaz sejtbe jutási módszerre, azzal a nem is apró különbséggel, hogy nem nukleinsavakat, hanem fehérjéket képes hordozni. A kutatók olyan módosításokat alkalmaztak a PVC-ken, amelyek lehetővé tették, hogy egerekben, illetve emberekben található specifikus sejtekhez tudjon kötődni.
Már csak az volt a kérdés, hogy az emberi szervezet mely sejtjei legyenek ezek a specifikus sejtek? Itt jött a következő zseniális ötlet: legyenek olyan tumorsejtek, amelyek valamilyen különleges receptort expresszálnak, például EGFR-t. A kutatók in vitro ki is próbálták a módszert, és a mechanizmus valóban jól működött EGFR-pozitív sejtvonalakon.
Ez a felismerő rendszer igen hatékony fegyver lehet a rákos sejtek elölésében, mivel programozható módon képes toxinokat juttatni az adott epitópot hordozó tumorsejtekbe, és csak ezekbe a sejtekbe. A kutatók szerint igen kicsi az esély arra, hogy olyan sejtekbe is bejut a méreg, amelyek nem hordozzák a PVC-be programozott receptort, ezért sokkal kisebb off-target hatásra kell számítani, mint az eddig meglévő terápiák esetében.
Ezen a felhasználási módon túl a PVC hatóanyag-szállítási módszernek rengeteg további alkalmazási lehetősége van. A PCV-k egyik meglepő tulajdonsága például, hogy többféle fehérjét is képesek hordozni. A kutatók megpróbáltak nem toxint, hanem más fehérjéket is becsempészni a kazettába. Az eredetileg megfigyelt PVC-ben hordozott toxin körülbelül 300 aminosav méretű volt, de ennél sokkal nagyobb fehérjéket is sikerült belezsúfolni, például Cas9-et, melynek mérete sokszorosa az eredeti toxinénak, és ezt is megbízhatóan szállította a rendszer egér és emberi sejtekbe. A kutatók szerint csaknem bizonyos, hogy a PVC valamilyen „hajtogató” mechanizmust használ annak érdekében, hogy ilyen nagy fehérjék is beleférhessenek. A távlati célok között szerepel az is, hogy a PVC-ket különböző szövettípusok sejtjeire programozzák be, azaz a beletöltött hatóanyagot csak bizonyos szervekben lesz képes a sejtekbe juttatni.
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system
