FELIRAT: © science source, Hybrid Medical Animation

Amióta az élőlények a hírvivő RNS molekulák által hordozott kód alapján fehérjéket építenek, az aminoacil-tRNS szintetázok is ott vannak. Ezek az enzimek, röviden AARS-ok, összekapcsolják a transzfer RNS-eket (tRNS-eket) a megfelelő aminosavakkal. Ez elég nagy feladatnak tűnik egy enzimosztály számára – és amikor a fehérjealapú élet elkezdődött, így is volt. De ahogy az organizmusok egyre összetettebbé váltak, az AARS-ok további doméneket kaptak, amelyek lehetővé tették számukra, hogy sokkal többet tegyenek.

“Mire eljutunk az emberhez, a szintetáz már nagyon díszített” ezekkel a további doménekkel, mondja Paul Schimmel, a Scripps Research Institute biokémikusa, aki ezeket a kiegészítő feladatokat tanulmányozza.

Az élőlények mind a 20 fehérjealkotó aminosavhoz legalább egyféle AARS-molekulával rendelkeznek. Néhány aminosav esetében két fajta létezik, külön enzim a mitokondriumban zajló fehérjefordításhoz. Mindegyik szintetáznak van egy magszegmense, amely a tRNS-ek és az aminosavak összekapcsolásában vesz részt, és egy kivételével mindegyik rendelkezik egy vagy több további járulékos doménnel. Ráadásul az mRNS-ük alternatív splicingjével vagy a fehérjék poszttranszlációs fragmentálásával a sejtek több mint 300 különböző fehérjeváltozatot állíthatnak elő az AARS-génekből. E változatok némelyike gyulladásos citokinként működik. Mások az erek képződését irányítják. A glutaminsav és a prolin AARS génjei két részből álló fehérjévé egyesülnek; úgy tűnik, hogy a köztük lévő linker szabályozza az immunaktivitást és a zsíranyagcserét, és még az élettartamot is befolyásolhatja. Számos AARS-t hoztak összefüggésbe olyan emberi betegségekkel, amelyeket nem a fehérjék összeszerelésének, hanem ezeknek az egyéb, nem kanonikus funkcióknak a hibái okoznak.

Hallottam, hogy a szakma mennyire szkeptikusan fogadta ezeket a felfedezéseket. Nem hibáztatom őket. Én is zavarba lennék.”

-Xiang-Lei Yang, Scripps Research Institute

Egyik kutató most úgy tekint az enzimekre, mint a rák, az immunbetegségek és más betegségek gyógyszercélpontjaira. A Schimmel által társalapított cég, a San Diegó-i aTyr Pharma magát az AARS-fehérjéket egy teljesen új gyógyszerosztályként képzeli el, amely különbözik a kismolekuláktól vagy más biológiai szerektől. A cég jelenleg egy klinikai kísérletet folytat, amelyben a hisztidin enzim egy darabját, a HisRS-t tesztelik gyulladásos tüdőbetegségek kezelésére.

Az AARS alternatív funkciói az 1980-as évek óta ismertek alacsonyabb rendű szervezetekben, például baktériumokban, de tevékenységük nem kiterjedt, mondja Schimmel. Aztán a 90-es évektől kezdve Schimmel és mások nem kanonikus funkciókat kezdtek felfedezni magasabb eukariótákban, kezdve az angiogenezisben betöltött váratlan szerepekkel. Az ősi fehérjék új funkcióinak felfedezése “nagy meglepetés volt” – mondja David Dignam, a Toledói Egyetem biokémikusa. Tekintettel azonban az AARS-okat vizsgáló kutatók által feltárt változatos funkciókra, amelyek közül sok érinti a betegségek létfontosságú útvonalait, Dignam azt mondja, hogy szerinte az aTyr megközelítésének van értelme. “Azzal érvelni, hogy ez alapján gyógyszereket lehet készíteni, szerintem nagyon logikus”.

Míg más fehérjék is átvettek másodlagos funkciókat, az AARS-okban talált mellékfunkciók mennyisége és változatossága figyelemre méltó, mondja Schimmel. És szerinte ez nem véletlen. Ezek a bizonyos szintetázok már a fehérjealapú élet kezdete óta jelen vannak, és az evolúció számára módosíthatóak. Tekintettel a fehérjeszintézisben betöltött alapvető szerepükre, következetesen termelődnek, és nem valószínű, hogy eltűnnének bármely életképes genomból. Ez teszi őket stabil szubsztrátokká az új funkcionális domének számára. Ráadásul specifikus aminosav-kötőhelyekkel rendelkeznek, amelyek készen állnak más fehérjékkel való kölcsönhatásra.

“Ez lakat és kulcs” – mondja Schimmel. “Bármely fehérje, amely egy szép oldalláncot ragaszt ki, amely illik egy szintetázhoz, végül partnerré válhat.”

A vérerek építése és elzárása

Schimmel azt mondja, hogy régóta lenyűgözi az AARS-ok eredeti funkciója: a genetikai kód értelmezése. Még a ’90-es években Schimmel laboratóriuma, akkor még az MIT-n, szekvenálta az AARS-géneket. “Olyan kis molekulák kifejlesztése érdekelt bennünket, amelyek célba veszik őket, és meghatározott módon megölik a tevékenységüket” – mondja. Például, ha egy kórokozó AARS génje eléggé különbözik az emberi AARS-tól, gondolta, akkor olyan antibiotikumot lehetne kifejleszteni, amely leállítja a fehérjeszintézist a fertőző ágensben.

Schimmel akkori posztdoktora, Keisuke Wakasugi kíváncsi lett a TyrRS-t, a tirozin AARS-ét kódoló gén szekvenciájára. Az emberben a TyrRS egy extra szegmenst tartalmaz az enzim karboxilvégén, ami a prokariótákban és az alacsonyabb eukariótákban nincs jelen. A fehérje e részének aminosavszekvenciája hasonló volt egy emberi citokin, az EMAP II aminosavszekvenciájához, amely a keringő immunsejteket toborozza a szövetekbe, hogy elősegítse a gyulladást. Wakasugi úgy döntött, hogy teszteli ezt a karboxildomént citokinszerű aktivitásra.

“Ez egy buta ötlet” – emlékszik vissza Schimmel, hogy mit gondolt. De Wakasugi folytatta, és valóban, a TyrRS karboxil-domén ugyanúgy viselkedett, mint az EMAP II, a tenyésztett fagocitákat és leukocitákat migrációra és gyulladásos jelek kibocsátására késztette. A teljes hosszúságú TyrRS ezzel szemben nem befolyásolta a sejtek viselkedését. Ez utalt arra a lehetőségre, hogy a karboxildomén az immunfunkciók érdekében letörhető a TyrRS-ről. A laboratóriumban először senki sem akart hinni a felfedezésnek, ezért Wakasugi megismételte a kísérleteket, ugyanazzal az eredménnyel.

Bár több mint egy évtizedbe telt, mire bebizonyosodott, hogy az ilyen AARS-töredékek valóban jelen vannak és relevánsak egy élő állatban, Wakasugi tudta, hogy valamire rájött. “Paul és én nagyon izgatottak voltunk, hogy felfedeztük az emberi TyrRS egy új és váratlan funkcióját” – emlékszik vissza Wakasugi, aki ma a Tokiói Egyetem biokémikusa. “A projekt során úgy éreztem, hogy megnyitottuk az ajtót egy teljesen új kutatási terület előtt”.

Az ugyanezen tanulmány részeként Wakasugi a TyrRS amino-terminális, katalitikus doménjét is vizsgálta, arra kíváncsi volt, hogy vajon ez is befolyásolhatja-e a sejtvándorlást. Az interleukin-8 (IL-8) citokinre emlékeztető módon viselkedett. Mind a TyrRS amino-terminális fragmentuma, mind az IL-8 kötődik bizonyos leukociták IL-8-receptorához, ami kultúrában migrációra készteti őket.

Schimmel felvette Xiang-Lei Yangot, a strukturális biológiában jártas posztdoktort, hogy csatlakozzon laboratóriumához a kaliforniai La Jollában található Scrippsben, hogy megvizsgálja, hogyan kezelheti a TyrRS az alternatív funkciókat. Yang az aminosavak egy bizonyos szekvenciáját, a glutaminsav-leucin-arginin szekvenciát vette célba, amely a szintetáz fragmentum citokin aktivitásához szükséges. Ugyanezt a szekvenciát találták az IL-8-ban és a rokon citokinekben is. A kristályszerkezetekben azt találta, hogy a teljes hosszúságú TyrRS eltemette ezt a motívumot, de a citokinszerű fragmentumban szabadon volt.

Az IL-8-ról ismert volt, hogy elősegíti az erek kialakulását és növekedését, ezért Wakasugi a TyrRS amino-terminális fragmentumát is megvizsgálta angiogén aktivitásra. Amikor a fragmentumot tartalmazó gél egy darabját egerekbe fecskendezte, erek nőttek és elárasztották a gélt. Hogy ezt a hatást tovább vizsgálja, Schimmel felhívta a Scripps munkatársát, Martin Friedlander szemész, sejt- és fejlődésbiológust, és megkérte, hogy tesztelje a TyrRS-fragmentumot a szem érrendszerének egérmodelljeiben. Friedlander beleegyezett, de egy kontrollt is kért. Így a humán TyrRS-fragmentum mellett Wakasugi a triptofán enzim egy természetes splice-változatát, a TrpRS-t is biztosította, amelyből hiányzik a glutaminsav-leucin-arginin motívum.

Az eredmények, emlékszik vissza Friedlander, nem egészen olyanok voltak, mint amire számított. A TrpRS, a feltételezett kontroll, “sokkal erősebb hatást fejtett ki”, mondja Friedlander, aki egyben a La Jolla-i Lowy Orvosi Kutatóintézet elnöke is. De ez a hatás a TyrRS hatásával ellentétes volt: ahelyett, hogy elősegítette volna az angiogenezist, ahogy Wakasugi látta a gélben, a TrpRS fragmentum blokkolta azt emlős sejtkultúrákban, csirkeembriókban és egérszemekben. “A TyrRS és a TrpRS az angiogenezis ellentétes szabályozójaként fejlődhetett ki” – mondja Wakasugi.

A tudósok kezdetben ellenálltak annak a gondolatnak, hogy az AARS-nak a fehérjeszintézisen túlmutató funkciói is lehetnek. Yang visszaemlékszik egy konferencián való részvételre, nem sokkal azután, hogy Wakasugi publikálta az angiogenezissel kapcsolatos munkáját, ahol a többiek nem tudták, hogy ő egy Schimmel-akolitus. Így inkognitóban “hallottam, hogy a szakma mennyire szkeptikus volt ezekkel a felfedezésekkel kapcsolatban” – emlékszik vissza. “Nem hibáztatom őket. Én is zavarba jöttem volna.”

MAGYARORSZÁGI ENZIMEK Az aminoacil-tRNS-szintetázok alapvető szerepet játszanak a fehérjetranszlációban, összekötik a transzfer-RNS-eket a hozzájuk tartozó aminosavakkal. De a több százmillió év alatt, amióta léteznek, ezek a szintetázok (AARS-ok) több mellékállást is felvettek. Ezek egyike a gerincesek érrendszerének fejlődését irányítja. © Thom Graves
	Sok AARS játszik szerepet a gerincesek keringési rendszerének fejlődésében. A fejlődés során a SerRS nevű szerinenzim lefelé szabályozza a vaszkuláris endoteliális növekedési faktor A (VEGF-A) expresszióját, megakadályozva a túlzott vaszkularizációt.
	A glutaminsav és prolin kombinált szintetáz, a GluProRS emellett más fehérjékkel összekapcsolódva az interferon-γ aktivált transzlációs inhibitor (GAIT) komplexet alkotva gátolja a VEGF-A transzlációját.
	A triptofán-szintetáz TrpRS egy darabja szintén hozzájárul az angiogenezis fékezéséhez azáltal, hogy megköti és blokkolja az endotélsejtek VE-kadherin receptorait, így azok nem tudnak összekapcsolódni az érbélés kialakításához.
	Mindeközben úgy tűnik, hogy a tirozin-szintetáz TyrRS egy fragmentuma elősegíti az erek növekedését azáltal, hogy serkenti ezen endotélsejtek migrációját.
Mikor alakultak ki ezek a funkciók az evolúció során A Scripps Research Institute biokémikusa, Paul Schimmel szerint az ilyen feladatokat ellátó járulékos domének hozzáadása párhuzamosan zajlik a keringés evolúciójának főbb eseményeivel. Az első vérérrendszer, amelyből hiányzott a mai gerincesekben jelenlévő endothelium, valószínűleg a gerincesek és az ízeltlábúak közös ősében keletkezett, körülbelül 700 millió és 600 millió évvel ezelőtt. Körülbelül ugyanebben az időben a TyrRS egy glutaminsav-lizin-arginin motívumot szerzett, amelyről ma úgy gondolják, hogy elősegíti az angiogenezist. Ezután, körülbelül 540 millió és 510 millió évvel ezelőtt egy ősi gerinces állat zárt érrendszert alakított ki, amelyben a vér endotheliummal bélelt ereken keresztül pumpálja a vért. Valamikor ugyanebben az időszakban, félmilliárd évvel ezelőtt a TrpRS felvett egy WHEP domént, amely ma az angiogenezist gátló képességét szabályozza. Ezenkívül a SerRS szerzett egy, csak erre az enzimre jellemző domént, amely ma már megakadályozza a túlzott érképződést a fejlődő zebrahalakban és valószínűleg más gerincesekben. A GluProRS angiogenezisben betöltött szerepe ezzel szemben nem tűnik olyan pontosan az érrendszer evolúciójához időzítettnek. A glutaminsav és prolin enzimek AARS-ait egy linkerfehérje kötötte össze mintegy 800 millió évvel ezelőtt, még a keringési rendszer létezése előtt. © THOM GRAVES
700-600 MYA A primitív keringési rendszer megjelenik az ízeltlábúak és a gerincesek közös ősében. Endotéllel bélelt erek még nincsenek. A TyrRS olyan domént szerez, amely ma már elősegíti az angiogenezist. 540-510 MYA A zárt keringési rendszer, endotélsejtekkel bélelt erekkel, megjelenik egy ősi gerincesben. A TrpRS olyan doménre tesz szert, amely a modern állatokban gátolja az angiogenezist. A SerRS olyan doménre tesz szert, amely ma a zebrahalakban és valószínűleg más gerincesekben szabályozza az érrendszer fejlődését.

Az érrendszer és azon túl

Míg a TyrRS és a TrpRS funkciói, amelyeket Wakasugi és munkatársai felfedeztek, érdekesek voltak, nem volt egyértelmű, hogy az enzimdarabok in vivo valóban ellátják ezeket a funkciókat. Yang rájött, hogy ahhoz, hogy ő és más tudósok bizalmat ébresszenek az AARS-ok nem kanonikus funkcióival kapcsolatban, bizonyítékot kell találnia arra, hogy az állatokban is jelen vannak.

A csapat még mindig nem tette ezt meg a TrpRS vagy a TyrRS esetében, de Wakasugi megtalálta a lehetőséget a szerin enzim, a SerRS esetében. Több publikált genetikai szűrés zebrahalakban az érrendszeri fejlődés hibáit azonosította, amikor a SerRS mutálódott. De azok a mutációk, amelyek kiiktatták az enzimnek a tRNS-ek és aminosavak összekapcsolására való képességét, nem okoztak ilyen hibákat, ami arra utalt, hogy valami más történt.

Azért, hogy kiderítse, mi az, Yang egy UNE-S névre keresztelt szekvenciához fordult, amely a gerinces, de nem gerinctelen SerRS-ben található. Yang csapata – aki 2005-ben csatlakozott a Scripps tanszékéhez, és most Schimmelrel közös laboratóriumban dolgozik – gyorsan azonosított egy nukleáris lokalizációs szekvenciát az UNE-S-en belül, és megállapította, hogy az ezt a jelet megváltoztató mutációk okozzák a zebrafikus embriókban az érrendszeri hibákat. Úgy találták, hogy a sejtmagban a SerRS, úgy tűnik, minimalizálja az érrendszeri endotél növekedési faktor A (VEGFA) expresszióját. A 2012-ben publikált tanulmány volt az első, amely egy AARS kiegészítő domén alapvető, természetes szerepét mutatta be élő állatban. Röviddel ezután a csoport arról számolt be, hogy a nukleáris SerRS blokkolja a VEGFA-t azáltal, hogy verseng és zavarja a c-Myc-et, a gén kifejeződését normális esetben elősegítő transzkripciós faktort.

Eközben Schimmel és Yang csoportjai tovább próbálták megmagyarázni a TrpRS és a TyrRS nem kanonikus funkcióit, még akkor is, amikor újabb mellékszerepeket találtak ezeknek az enzimeknek. Yang vezette a TrpRS fragmentum szerkezetének és mechanizmusának vizsgálatát. Felfedezte, hogy a teljes hosszúságú TrpRS nem befolyásolja az angiogenezist, mert egy WHEP doménnel van lefedve – azért hívják így, mert ez a domén megjelenik a triptofán (W), hisztidin (H), glutaminsav (E) és prolin (P) aminoacil-tRNS-szintetázokban, valamint a glicin és metionin enzimekben. Yang munkacsoportja megállapította, hogy amikor az extracelluláris térben proteázok által feloldják a fedést, a TrpRS egy VE-kadherin nevű sejtreceptorhoz kötődik. Konkrétan úgy tűnt, hogy a receptorban lévő triptofánok a TrpRS aktív helyére kerülnek a kötés létrehozásához. Ezért látta Wakasugi, hogy csak a fragmentum, nem pedig a teljes TrpRS blokkolta az angiogenezist.

A közelmúltban Schimmel érdeklődött a növényi alapú aminosavszerű vegyületek iránt is, mint például a resveratrol, a vörösborban lévő anyag, amelyről úgy gondolják, hogy ellensúlyozza az oxidatív stresszt. A rezveratrol és a tirozin abban hasonlítanak egymásra, hogy mindkettő tartalmaz egy fenolos gyűrűt, és ez fontos a rezveratrol azon képességéhez, hogy befolyásolja a pro- és antioxidáns gének kifejeződését. 2015-ben Schimmel csapata arról számolt be, hogy stresszhelyzetben a TyrRS emberi tenyésztett sejtek vagy élő egerek sejtmagjába vándorol, ahol a jelenlévő resveratrol szépen illeszkedik a TyrRS aktív helyére. Ez kikapcsolja a TyrRS normál katalitikus aktivitását, hogy a tirozinmolekulákat összekapcsolja a megfelelő tRNS-ekkel. Ehelyett a TyrRS a PARP-1, a DNS-javításban részt vevő enzim aktiválását serkenti.

Néhány évvel később a csoport azt találta, hogy a TyrRS egy alternatív módon splicelt változata egerekben és tenyésztett sejtekben serkenti a vérlemezkék proliferációját, és potenciálisan felhasználható lenne az alacsony vérlemezkeszámú emberek kezelésére.

Schimmel arra számít, hogy a nem kanonikus AARS funkciók még sokáig lekötik a csoportot. “Alig karcoljuk a felszínét annak, amit még meg kell tanulnunk” – mondja. “Ugyanolyan izgatott, vagy még izgatottabb vagyok ezekkel az enzimekkel kapcsolatban, mint amikor évtizedekkel ezelőtt elkezdtem.”

A gyulladás és az anyagcsere irányítása

Amíg Schimmel laboratóriumából az AARS-ok nem kanonikus funkcióinak bizonyítékai szivárogtak ki, Paul Fox, a Cleveland Clinic Lerner Kutatóintézetének biokémikusa a gyulladás makrofágokban való szabályozását tanulmányozta. Konkrétan a csoportja egy olyan komplexet vizsgált, amely akkor keletkezik, amikor a sejtek az interferon-γ citokinnak vannak kitéve. A GAIT (az interferon-γ által aktivált transzlációgátló) nevű fehérjekomplex, amely a makrofágokban keletkezik, a gyulladással kapcsolatos mRNS-ekhez kötődik és blokkolja azokat. A komplexen belül a kutatók megtalálták a GluProRS-t, egy enzimet, amely a glutaminsav és a prolin AARS-ját tartalmazza.

“Teljesen véletlenül futottunk bele” – emlékszik vissza Fox. “Nem gondoltam, hogy ez egy érdekes enzim”. De tudott Schimmel munkájáról, és felvette a telefont, hogy felhívja a Scripps-t.

A hívás után egy perccel Schimmel félbeszakította, hogy üdvözölje Foxot az AARS-kutatás Schimmel által legizgalmasabbnak nevezett területén: a nem kanonikus funkciókban. Schimmel megígérte a segítségét is, Fox szerint. “Azóta is nagy támogatója és barátja”. A Sunghoon Kim, egy korábbi Schimmel-laboratóriumi posztdoktor, aki jelenleg a dél-koreai Yonsei Egyetemen dolgozik, által biztosított eszközökkel Fox csapata felfedezte, hogy az interferon-γ hatására a GluProRS foszforilálódik, elhagyja a transzlációban betöltött posztját, és csatlakozik a többi GAIT-taghoz, hogy leállítsa a gyulladásos fehérjék termelését.

Nem világos, hogy a glutaminsav- és prolinszintetázok miért álltak párba körülbelül 800 millió évvel ezelőtt, de Foxnak van egy hipotézise, amelyet 2018-ban publikált. A prolin a glutaminsavból szintetizálódik, és az evolúciónak ebben az időszakában a kialakuló állati fehérjék több prolint kezdtek tartalmazni. Ez a ProRS termelésének növekedéséhez vezethetett, amely felszívta az összes rendelkezésre álló prolint, így több glutaminsavból való előállításra volt szükség. Ez glutaminsavhiányt eredményezhetett, ami rontotta a fehérjeszintézist. “A megoldás erre az volt, hogy a két szintetázt egyetlen génbe olvasztottuk, így ugyanolyan mennyiségben kell előállítani őket” – mondja Fox. “Egyik sem lop a másiktól.”

A két szintetáz közötti linker kulcsfontosságú a GAIT-komplex aktivitásához; három WHEP-doménből áll, amelyek a cél-RNS-ekhez kötődnek. Fox feltételezi, hogy valamikor a linker megjelenése után a sejt kooptálta azt a gyulladás szabályozására.

A közelmúltban Fox csoportja arra gondolt, hogy a GAIT útvonal a makrofágokon kívül más sejtekben is működhet. Amikor a kutatók zsírsejteket vizsgáltak, azt látták, hogy az inzulinkezelés hatására a GluProRS foszforilálódik, és elhagyja a fehérjeszintézis gépezetét. De nem csatlakozott a többi GAIT-partnerhez. Ehelyett egy zsírsavtranszportfehérje 1 (FATP1) nevű, általában citoszolikus fehérjével párosult. A molekuláris duó együtt a zsírsejt membránjához ment, ahol a transzporter a zsírsavakat a sejtbe juttatta.

Még mindig ugyanolyan izgatott vagyok, vagy még izgatottabb, ezekkel az enzimekkel kapcsolatban, mint amikor évtizedekkel ezelőtt elkezdtem.

-Paul Schimmel, Scripps Research Institute

A kutatók olyan egeret hoztak létre, amelyből hiányzott a GluProRS-nek a FATP1 megtalálásához szükséges foszforilációs hely. A kevesebb zsírsavraktározó képességgel rendelkező egerek soványak voltak, körülbelül 15-20 százalékkal kevesebbet nyomtak, mint a kontroll állatok. Ráadásul közel négy hónappal tovább éltek, így az élettartamuk mintegy 15 százalékkal nőtt. Hasonló nyereség az embereknél egy évtizednek vagy még többnek felelne meg. “Ha célba tudnánk venni ezt a foszforilációs helyet, talán növelhetnénk az élettartamot” – mondja Fox. Laboratóriuma még nagyon korai stádiumban van, amikor olyan kis molekulát keres, amely gátolja ezt a foszforilációs eseményt.”

gyógyszerfejlesztés

Az AARS-ok által a hagyományos szerepükön túl vállalt különböző feladatokban Schimmel és munkatársai egy témát látnak: stabilan tartják a sejteket és a szervezetet. “Úgy tűnik, hogy valami olyasvalami, ami moduláló szerepet játszik, és inkább a homeosztázist állítja helyre” – mondja Leslie Nangle, a Schimmel-labor egykori doktorandusza, aki most az aTyr Pharma kutatási igazgatója. Kim szerint sok kutató úgy gondolja, hogy kockázatos ilyen létfontosságú enzimekkel szórakozni, de ő és Schimmel lehetőséget látnak az AARS-ok célzott kezelésében a betegségek kezelésére. Schimmel cége, az aTyr, amelynek Kim és Yang szintén társalapítói, azt reméli, hogy magukat az enzimeket biológiai terápiává alakítja. Kim emellett Szöulban a Biocon nonprofit gyógyszerkutató szervezetet vezeti, ahol a kutatók számos, az AARS-okkal kölcsönhatásba lépő kismolekulát, valamint természetes AARS-változatokon alapuló biológiai szereket fejlesztenek.

A Biocon jelenleg szívfibrózis, alopecia areata (hajhullást okozó autoimmun betegség) és gyulladás kezelésére szolgáló molekulákat tesztel. Egy jelenleg fázis 1 vizsgálat alatt álló fibrózis kezelés a prolinszintetáznak azt a helyét veszi célba, amely az aminosavat a tRNS-hez köti. A fibrózis a kétharmad részben prolinból álló kollagén felhalmozódásából ered. A Biocon kutatói megállapították, hogy a gyógyszer képes az aktív hely ellen hatni, és egészséges tenyésztett sejtekben több mint 90 százalékkal leállítani a kanonikus funkciót anélkül, hogy nagymértékben befolyásolná más fehérjék szintézisét vagy a sejtek proliferációját – mondja Kim. Eleinte ő és kollégái nem hittek az eredményeikben, de mára értelmet nyertek. “Egy normális sejt nem feltétlenül végez állandóan magas szintű fehérjeszintézist” – mondja. “Amíg bizonyos fokú maradék aktivitás folyik benne, addig egy normális sejt tökéletesen boldog lehet”.

A Biocon a rák és más betegségek esetében olyan kismolekula-jelölteket fejleszt, amelyek elkerülik a tRNS-aminosav-kapcsolódási helyet, vagy a szekretált AARS-ok extracelluláris aktivitását célozzák, ami azt jelenti, hogy a fehérjeszintézist nem szabad befolyásolni. Hasonlóképpen, az aTyr kutatói arra számítanak, hogy a cég terápiái, amelyek magukon az AARS-származékokon alapulnak, viszonylag biztonságosak lesznek. “A természetes fiziológia világából érkezve az ember kezd jobban érezni magát” – mondja Sanjay Shukla, az aTyr vezérigazgatója.

A fejlődő egér retinában a triptofán-szintetáz, a TrpRS olyan töredékei, amelyekből hiányzik egy korlátozó fehérjesapka (B, C), megakadályozzák a másodlagos szöveti réteg vaszkularizációját (jobbra). (A jobb oldali képek tartalmazzák a szomszédos elsődleges rétegek árnyékát, amelyek balra láthatóak.)

PNAS, 99:178-83, 2002, © 2002 NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES

Nangle és munkatársai az aTyr hongkongi leányvállalata, a Pangu Biopharma mellett a természetes AARS splice-változatok katalogizálásával kezdték, majd különböző humán sejtalapú vizsgálatokban érdekes biológiai aktivitásukat vizsgálták. A sejtproliferációra és -védelemre, immunmodulációra és gyulladásra, sejtdifferenciálódásra, transzkripciós szabályozásra és koleszterinszállításra gyakorolt hatásokat keresték. “Úgy gondoltuk, hogy kell lennie valamilyen terápiás előnynek” – mondja Schimmel.

Az aTyr jelenleg a HisRS hisztidin enzim WHEP doménjén alapuló immunmodulátor kifejlesztésén dolgozik. Humán T-sejtkultúrákban a teljes hosszúságú HisRS lecsendesítette az aktivált sejteket és csökkentette a citokintermelést. További kísérletek során az aTyr kutatói megállapították, hogy a WHEP-domén az immunsejtek receptoraihoz kapcsolódva csillapítja az aktivitást. A vállalat reméli, hogy a HisRS WHEP peptid módosított változata, amely egy kis antitesthez kapcsolódik, hogy hosszabb ideig maradjon a véráramban, ugyanilyen nyugtató hatással lesz a szarkoidózis nevű gyulladásos betegségben. Ez a betegség számos szervet, leggyakrabban a tüdőt érinti, és néha egész életen át tartó, immunszuppresszív szteroidokkal történő kezelést igényel. Ezek a gyógyszerek egy sor nyomorúságos és veszélyes mellékhatással járnak, az álmatlanságtól kezdve a zöldhályogon át a fertőzésig.

Az American Thoracic Society 2017-es, 2018-as és 2019-es ülésén az aTyr a gyulladásos tüdőbetegségek több állatmodelljéből származó eredményeket mutatott be, és ezek az eredmények arra utalnak, hogy a vállalat 1923-as jelöltje ígéretesnek tűnik. Például a rákgyógyszer, a bleomicin tüdőkárosodást okozhat, de a HisRS vagy annak WHEP doménje csökkentette a gyulladást és a fibrózist.19 A bleomicinnel kezelt patkányok gyorsan lélegeznek, hogy kompenzálják a károsodott tüdőjüket, de az 1923-mal kezeltek visszanyerték a normális légzési sebességet.

aTyr 1923 már átesett egy fázis 1-es biztonsági vizsgálaton egészséges embereken, mindenféle vészjelzés nélkül. Most a vállalat egy 1/2-es fázisú vizsgálatot végez szarkoidózisban szenvedő embereken, hogy megerősítse a biztonságosságot, megtalálja a megfelelő dózist, és talán még a hatékonyság jeleit is láthatja. A betegek szteroidokat szedve vesznek részt a vizsgálatban, és a cél az, hogy a vizsgálat során csökkentsék a szteroid adagját. Az 1923-at kapóknál a remények szerint a tünetek változatlanok maradnak vagy javulnak, míg a placebót kapóknál a tünetek romlanak a szteroidadagok csökkentésével.

Az új kezelés szükségességét bizonyítja, hogy az önkéntesek hajlandóak megkockáztatni, hogy tüneteik súlyosbodnak, ha a placebo-karba kerülnek, mondja Daniel Culver, a Cleveland Clinic tüdőgyógyásza, a résztvevő orvos. ” nagyon mérgező” – mondja Culver, aki megjegyzi, hogy egyik páciense “az ördög gyógyszerének” nevezi a szteroidot, mert az majdnem annyit árt, mint amennyit használ. “Az emberek nagyon-nagyon motiváltak, hogy valami mást találjanak”.

A vizsgálatba 36 résztvevőt terveznek felvenni, de a COVID-19 válság miatt késik. Ilyen kis mintaszám mellett Culver nem számít “hazafutásra”, de azt mondja, reméli, hogy az adatok elég jók lesznek ahhoz, hogy egy nagyobb, 3. fázisú vizsgálatba kezdjen. az aTyr egy 2. fázisú, 30 fős vizsgálatot is tervez a COVID-19-hez kapcsolódó légúti szövődmények kezelésére.

Ha az aTyr sikeres lesz, ez lesz az első eset, hogy egy AARS-ból épített terápiás szer – de valószínűleg nem az utolsó. Kim úgy látja, hogy az AARS-ok készen állnak arra, hogy reagáljanak mindenre, ami kihívást jelent a homeosztázissal szemben, a rákos megbetegedéstől kezdve az új koronavírusig. “Átnevezem a szintetázokat “molekuláris 911-nek”.”

Korrekció (2020. június 2.): A cikkben szereplő táblázat eredeti változata azt állította, hogy a HIV-fertőzés során a lizin-szintetáz (LysRS) új vírusrészecskékbe csomagolódik, amelyek az UUU szekvenciáját arra használják, hogy az újonnan fertőzött sejtekben elindítsák a reverz transzkripciót. A vírusrészecskék inkább a LysRS-t használják a rokon tRNS szállítására, amelyet a reverz transzkripció promótereként használnak. A Tudós sajnálja a hibát.