Piętnastolatek opracowuje nowatorski, tani i skuteczny przesiewowy test na raka trzustki

Transkrypt

1 Piętnastolatek opracowuje nowatorski, tani i skuteczny przesiewowy test na raka trzustki W USA i kilku innych krajach bazujących na innowacji, z silnym zapleczem bio-tech zdarza się, że nawet nastolatkowie tworzą naukę. I to naukę przez duże N. Dzięki powszechnemu dostępowi do sieci i otwartości środowiska naukowego osoby takie jak Jack Andraka mogą przyczynić się do przełomów w nauce. Kim jest Jack i co wymyślił? Jack Andraka jest 15-latkiem z Maryland, który ma wpis o sobie na wikipedii i zgarnął mnóstwo nagród. Jego hobby to badania nad nowotworami. Czas wolny po szkole spędza w laboratorium biologii molekularnej. Dzięki błyskotliwej inwencji i uporowi udało mu się opracować rewelacyjny test diagnostyczny do przesiewowego badania raka trzustki. Mówi, że pomysł znalazł go na lekcji biologii. Anraka z nudów czytał publikację na lekcji i go olśniło. Intensywnie studiował literaturę o raku trzustki, bo na tę przypadłość zmarł jego dziadek. Zainteresował się białkiem mezoteliną, która jest produkowana przez komórki tego nowotworu nawet na wczesnym, niemetastatycznym poziomie jego rozwoju. Pomyślał, że można by stworzyc biosensor działający w oparciu o przeciwciało skierowane przeciwko mezotelinie. I znalazł idealne medium- nanorurki węglowe. Potrafią one generować różnicę potencjałów podczas reakcji sprzęgania antygenu z przeciwciałem, chłopak więc doszedł do wniosku, że odpowiedni pasek testowy nasączony nanorurkami i przeciwciałem może wykryć marker rakowy we krwi lub moczu. Andraka chodził z pomysłem od drzwi uczelni do drzwi kolejnej, aż w końcu, po

2 197 odmowach, znalazł miejsce dla siebie by sprawdzić, czy to zadziała. Okazało się, że test działa rewelacyjnie, co więcej jest wg niego 168 razy szybszy, razy (!) mniej kosztowny i 400 razy bardziej czuły niż obecnie dostępne testy. Specyficzność analityczna wynosi ponad 90%. Wg szacunków wynalazcy, cena jednego paska to tylko 3 centy, a po komercjalizacji rozwiązanie może kosztować nabywcę ok. dolara. Błyskotliwy 15-latek jest w trakcie starań o patent paska diagnostycznego. Twierdzi, że wystarczy znaleźć specyficzny marker dla dowolnej choroby (nie tylko nowotworowej!) by stworzyć dowolny test o podobnych parametrach jak test na raka trzustki. Każdy naukowiec marzy o takim początku kariery naukowej! Marzena Wojtaszewska Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje Źródło: Konkurs Talentów TED Blog Forbes a BBC Magazine Wikipedia

3 Nowy cykl: Jak ugryźć technikę FISH? Jak ugryźć technikę FISH? Planujesz rozpoczęcie badań metodą FISH i nie bardzo wiesz, jak się do tego zabrać? W krótkiej serii artykułów o technice FISH przekonamy Cię, że metoda ta nie jest wcale trudna i że dzięki naszym wskazówkom bez problemu zaprojektujesz eksperyment, przeprowadzisz hybrydyzację i będziesz się cieszyć doskonałej jakości zdjęciami. W serii tej opowiemy również o nowościach odczynnikowych, które ostatnio ukazały się na rynku i podpowiemy Wam jakie narzędzia bioinformatyczne ułatwią Wam pracę z tą techniką. Artykuły o technice FISH ukażą się w najbliższych dniach! Zobacz: Technika FISH od czego zacząć: Wygodna przeglądarka sond: ladarka-sond/ Innowacyjne sondy do FISH znakomita rozdzielczość i niska cena: dy-od-firmy-agilent-technologies/

4 Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje Dieta pod mikroskopem (II) nakarmić epigenom Powiedzenie czym skorupka za młodu nasiąknie, tym na starość trąci nabiera nowego znaczenia w świetle prac zaprezentowanych na początku sierpnia w trakcie konferencji Era of Hope organizowanej przez Department of Defense Breast Cancer Research Program (BCRP). Z badań przeprowadzonych na gryzoniach wynika, że córki samic, które w trakcie ciąży spożywały większe ilości kwasów tłuszczowych Omega-3 lub związki stanowiące źródło grupy metylowej, z mniejszym prawdopodobieństwem zachorują na raka piersi. Od lat paniom spodziewającym się potomka lekarze zalecają wzbogacenie diety w kwas foliowy. Ten związek, zaliczany do witamin, w organizmie przekształcany jest do tetrahydrofolianu, biorącego udział w reakcjach metylacji i syntezy kwasów nukleinowych. Jest niezbędny komórkom przechodzącym intensywne

5 podziały mitotyczne. Nawet nie zdajemy sobie sprawy, jak dalece to co jemy wpływa na przyszłość następnych pokoleń. Nieprawidłowa dieta w tym trudnym okresie ciąży może wiązać się z wystąpieniem u dziecka astmy, nadciśnienia, choroby wieńcowej, chorób nowotworowych, neurodegeneracyjnych, otyłości, cukrzycy, zespołu metabolicznego, niepłodności Można długo wyliczać. Szacuje się, że niefrasobliwość w doborze diety jest przyczyną 35% nowotworów. Najnowsze badania dowodzą, że ryzyko raka piersi u córki zmniejsza się odwrotnie proporcjonalnie do ilości spożywanych przez matkę w trakcie ciąży kwasów Omega-3 lub składników odżywczych takich jak metionina, cholinia, folian lub witamina B12, będących donorami grup metylowych. Odżywianie w erze omik : nutrigenomika Ochronne działanie tych związków wynika z ich udziału w procesie metylacji genów. Metylacja jest jednym z mechanizmów epigenetycznych, powodujących modyfikację poziomu ekspresji genu, bez wprowadzania zmian w sekwencji nukleotydowej. Polega na przyłączeniu grupy -CH3 pochodzącej z S- adenozynometioniny (SAM) do zasad azotowych nukleotydów przez specyficzne enzymy metylazy DNA. Metylacja elementów regulatorowych genu lub innych fragmentów prowadzi do obniżenia lub całkowitej inaktywacji ich aktywności transkrypcyjnej. Wcześniejsze doświadczenia na myszach pokazały, jak duże znaczenie dla epigenomu dziecka ma dieta matki w czasie pierwszych dni od powstawania nowego życia. Niemetylowany gen agouti u myszy powoduje, że zwierzę ma żółtą sierść, jest otyłe, podatne na zachorowanie na cukrzycę i nowotwory, podczas gdy mysz z identyczną sekwencją nukleotydową, ale metylowanym genem agouti jest ciemnoubarwiona, szczułpła i zdrowa. Potomstwo myszy żółtej, karmionej w trakcie ciąży preparatami bogatymi w donory grupy metylowych było przeważnie szczupłe i zdrowe. Już te doświadczenia pokazują, jak ważnym prenatalnym czynnikiem rozwojowym jest menu matki. Oczywiście toksyny również mają swój udział w kształtowaniu wzoru metylacji. Ksenobiotyki takie jak beznopiren, wchodzący w skład dymu tytoniowego, zwiększają podatność na choroby nawet przez kilka kolejnych pokoleń. Związki negatywnie oddziałujące na układ endokrynowy, jak na przykład fungicyd

6 winklozolina o działaniu anty-androgenowym prowadzą do zmian w komórkach prekursorowych spermy, utrzymujących się co najmniej przez cztery generacje! Kwasy Omega-3 i spółka Wzbogacenie diety w kwasy Omega-3 w trakcie ciąży i laktacji może uchronić pociechę przed chorobą nowotworową wskutek zmian epigenetycznych następujących już w trakcie formowania się płodu. Modyfikacje tego typu mogą trwale wpływać na ekspresję genów, co określa się jako imprinting. Badacze z Marshall University przeprowadzili badania, w których dwie grupy myszy w ciąży karmiono różnymi składnikami. Jedna grupa otrzymywała olej bogaty w kwasy Omega-3, a druga Omega-6. Porównano profile ekspresji komórek sutka u potomstwa i zaobserwowano różnice dotyczące wielu genów związanych z rozwojem nowotworu, w tym dwóch istotnych epigenetycznie markerów. Prace innego zespołu z North Dakota State University zaprezentowane na tym samym spotkaniu dowodzą, że dieta matek bogatsza w lipotropowe składniki odżywcze, tj. metionina, cholina, folian i witamina B12, zwiększa metabolizm metylu, który stymuluje pełen rozwój gruczołu sutkowego, wpływa na epigenetyczny imprinting w komórkach i zmniejsza tym samym ryzyko zachorowania na raka u potomstwa. Badania dotyczyły grupy 45 samic szczurów w ciąży, podzielonej na dwie podgrupy, otrzymujące zwykłe pożywienie i wzbogacone w związki zawierające grupy metylowe. Po działaniu na ich dorosłe potomstwo czynnikiem kancerogennym mierzono częstość wystąpienia, wielkość i objętość guzów. U córek szczurzyc na specjalnej diecie nowotwory, jeżeli już występowały, były zdecydowanie mniejsze i co również ważne nie przerzutowały. Produkty spożywcze zawierające jednocześnie duże ilości kwasów Omega-3, kwasu foliowego i metioniny to przede wszystkim produkty pełnoziarniste, ryby morskie, jaja (które są też dosłownie kopalnią choliny), olej i siemię lniane. Witaminę B12 znajdziemy w mięczakach i cielęcinie. Przyszłe mamy, zwłaszcza te, u których ryzyko zachorowania z punktu widzenia genetyki jest wyższe, mogą więc od samego początku zadbać o zdrowie swoich dzieci w dorosłym życiu, wprowadzając te produkty d9o swojego codziennego jadłospisu.

7 Martyna Franczuk Literatura: F. J. Cisnero, DNA methylation and men infertility [w:] Frontiers in Bioscience 9 (2004), s B. Hanley et al., Metabolic imprinting, programming and epigenetics a review of present priorities and futere opportunities [w:] British Journal of Nutrition vol. 104 (2010), s. S1-S25. J. Tost, DNA Methylation: An Introduction to the Biology and the Disease- Associated Changes of Promising Biomarker [w:] Molecular Biotechnology vol. 44, nr 4 (2009), s EurekAlert! Nauka w Polsce Produkty zawierające najwięcej danych związków zostały wybrane na podstawie informacji zamieszczonych na stronie Self Nutrition Data Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje

8 Czy prace nad nowymi lekami na raka mogą wyjść poza firmy farmaceutyczne? Na przełomie 2010 i 2011 roku naukowiec Jay E. Bradner wraz z zespołem postanowił udowodnić, że prace nad nowymi lekami na raka mogą wyjść poza laboratoria firm farmaceutycznych, co pozwoli na niesamowitą redukcję czasu trwania etapu przedklinicznego i na ogromną oszczędność środków przeznaczonych na te badania. Co to oznacza dla pacjentów i ich ubezpieczycieli? Tańsze leczenie celowane! A dla firm farmaceutycznych? Zmierzch ery monopolu na drogie specjalistyczne leki, ale także szybsze wdrażanie nowych cząsteczek i dużo mniejsze ryzyko niepowodzenia badań klinicznych. Niniejszy artykuł omawia historię rewolucyjnych wręcz badań nad niskocząsteczkowym inhibitorem białka. Zaczęło się tak: naukowcy z Harvardu obrali sobie za cel badanie bardzo ciekawej grupy białek BRD, odpowiedzialnej za pamięć epigenetyczną komórki. W telegraficznym skrócie, białka te są zaangażowane w tworzeniu specyficznego wzoru acetylacji histonów, który jest jednym z czynników decydujących o wzorcu ekspresji genów w danej tkance. Białka te zawierają tzw. bromodomeny, zakonserwowane ewolucyjnie elementy struktury, które są potencjalnym celem dla cząsteczek terapeutycznych. W założeniu inhibicja białek BRD miała prowadzić do zmiany ekspresji genów w komórkach dzielących się, dzięki czemu zmieniały one cechy agresywnych komórek guza w cechy tkanki nienowotworowej. Najbardziej obiecującym, wręcz modelowym nowotworem dla takiej terapii miał być rzadki rak płaskonabłonkowy z rearanżacją BRD4, który jest niezwykle agresywny i niepodatny na terapię.

9 Cząsteczkę, która idealnie dopasowała się do BRD4 nazwano JQ1, od inicjałów odkrywcy, Juna Qui. Odkrycie to stanowi jednak dopiero początek. Badacze bowiem zrobili coś odmiennego niż zrobiłby każdy szanujący się biochemik: zamiast sprzedać cząsteczkę firmie farmaceutycznej, postanowili ją wypublikować. Aby jednak zrobić to z klasą, postanowili najpierw udowodnić, że ona działa, czyli praktycznie przeprowadzić badania przedkliniczne. Całkowicie non-profit i całkowicie open-source. J. Bradner w swoim wystąpieniu w TED mówi: Mieliśmy coś, czego nie mają szanujące się firmy farmaceutyczne. Mieliśmy przyjaciół w innych laboratoriach. Bostończycy nawiązali zatem współpracę z Uniwersytetem w Oxfordzie, który przeprowadził analizę krystalograficzną białka i inhibitora. Szpital w Brigham dostarczył im komórki nowotworowe do hodowli i eksperymentów ex vivo. Wyniki badań na komórkach były zadziwiające- nowotwór pochodzenia płaskonabłonkowego o owalnych, małych komórkach pod wpływem inhibitora JQ1 zaczął nabierać cech nabłonka płaskiego: komórki tworzyły wypustki i ustawała ich anormalna aktywność podziałowa. Problemem dla badaczy okazał się brak modelu zwierzęcego dla tego nowotworu. Oczywiście badania na ludziach nie wchodziły w grę, ale dzięki zgodzie pewnego strażaka, chorego właśnie na BRD4-zależny nowotwór płuca, udało się pozyskać kolejne komórki nowotworowe z jego płynu opłucnowego- tym razem zajęli się nimi badacze z Centrum Obrazowania z powrotem na Harvardzie. Wszczepili komórki nowotworowe myszom, a wyrosłe guzy stały się przedmiotem badań in vivo. Obecnie badania na zwierzętach zakończyły się pełnym sukcesem- każde zwierzę poddane terapii utrzymywało remisję choroby, zaś wszystkie nieleczone- szybko umierały. Praca, w której naukowcy zdradzają każdy sobie znany sekret na temat JQ1 i jego walorów leczniczych, ukazała się w grudniu 2010 roku w Nature. Do dnia dzisiejszego laboratorium Bradnera rozesłało inhibitor do 70 jednostek badawczych w USA i Europie w nadziei, że na jego podstawie uda się szybko opracować bezpieczne i skuteczne cząsteczki terapeutyczne nie tylko dla nowotworów BRD4-zależnych, ale także dla innych rodzajów raka. Są już efekty, z całego świata zaczęły napływać doniesienia, że inhibitory bromodomenowe są skuteczne w walce z innymi neoplazjami, na przykład białaczkami szpikowymi i szpiczakiem mnogim.

10 Bradner spuentował swoje wystąpienie w TED następująco: Nasze doświadczenia tu na Harvardzie pokazują, że środowisko akademickie ma zasoby i możliwości, by uczestniczyć w badaniach klinicznych, szczególnie na ich najwcześniejszym, najbardziej mozolnym i najbardziej wymagającym podejścia naukowego etapie. Centra akademickie mają zdolność szybkich adaptacji, mają ogromną motywację i pełnych zaangażowania pracowników i to daje im przewagę. Źródło: Nature TEDx Boston Marzena Pieronkiewicz Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje XV Gliwickie Spotkania Naukowe

11 już za nami Po kilku latach studiów na Politechnice Śląskiej, w końcu dałam się namówić na udział w Gliwickich Spotkaniach Naukowych organizowanych już po raz piętnasty przez wykładowców i studentów Politechniki Śląskiej oraz pracowników gliwickiego oddziału Centrum Onkologii. Czy było warto? Jak co roku na GSN zostali zaproszeni wykładowcy z uczelni na całym świecie. Tym razem pojawili się przedstawiciele między innymi z Quebecu, Orleanu, Barcelony, Pragi, Heidelbergu i wielu innych. Oczywiście Politechnika Gliwicka również miała swoje liczne przedstawicielstwo, tak wśród prelegentów, jak i samych uczestników. Program piętnastych jubileuszowych Spotkań podzielony był na trzy sesje omawiające zagadnienia mechanizmów metastazy, regulacji poziomów ekspresji genów i skutków radioterapii. Niezwykle ciekawym rozwiązaniem organizacyjnym było prowadzenie konkretnej sesji przez jednego z występujących w niej prelegentów i nie zawsze byli to pracownicy Politechniki Śląskiej. Dodatkowo, poza salą wykładową, toczył się konkurs na najlepszy poster. Wyniki konkursu są dostępne na stronie GSNu. Ja w tym miejscu pozwolę sobie na zaprezentowanie nieoficjalnego zwycięzcy wybranego przez studentów. Posteru, który swoją szatą graficzną i dokładnością zachwycił wszystkich, jednak z powodu współautorstwa jednego z członków komisji, nie mógł startować w konkursie. Można by się rozwodzić nad wartością merytoryczną wykładów, nad umiejętnościami lingwistycznymi prelegentów (obowiązującym na GSN językiem jest angielski) nad ilością poruszanych tematów i nad wieloma innymi aspektami, które podczas GSN stoją na wysokim poziomie. Jednak dla studenta, który dopiero

12 wchodzi w świat naukowy, zdecydowanie bardziej istotna jest możliwość swobodnej dyskusji z doświadczonymi naukowcami. Podczas przerw jak i sesji posterowej można było podejść do dowolnej osoby i porozmawiać o faktycznym temacie jej zainteresowań, który nierzadko różni się od tego, co zmuszona jest wykładać na uczelni. Nie będę odosobniona w opinii, że to nie żmudne laboratoria, czy usypiające wykłady, tylko właśnie taki niezobowiązujący, bezpośredni kontakt z nauką, jest w stanie zainteresować nią studenta. Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje Marta Danch

13 Terapia genowa w leczeniu nowotworów krwi coraz bardziej realna Obecnie lekarze, poza standardową chemioterapią, mogą zaproponować pacjentowi choremu na pewne podtypy nowotworów tak zwaną immunoterapię. W przypadku białaczek limfocytowych, wywodzących się z linii B, triumfy święci już od wielu lat (rejestracja w USA w 1997 roku) biofarmaceutyk o nazwie rytuksymab. Jest to przeciwciało chimeryczne ludzko-mysie, skierowane przeciwko antygenowi powierzchniowemu komórek linii B białku CD20. Rytuksymab to obecnie jedna z najlepiej działających form immunoterapii nowotworów. Istnieje jednak szansa, że tak zaawansowany lek wkrótce odejdzie do lamusa. Idea immuno-terapii genowej Cząsteczki przeciwciał są skuteczne w działaniu, ale nic nie jest lepsze w zwalczaniu komórek nowotworowych niż sprawnie działający układ immunologiczny. Ta od dawna znana prawda jest podstawą idei przeszczepów komórek krwiotwórczych. Dlatego od czasu pojawienia się koncepcji terapii genowej naukowcy próbują zastosować odpowiednio transformowane komórki immunologiczne pacjentów jako najbardziej zaawansowaną formę immunoterapii. Pod koniec sierpnia w czasopiśmie NEJM opublikowano obiecujące rezultaty terapii genowej, w której wykorzystano transformowane limfocyty T trzech chorych z zaawansowaną, oporną na leczenie postacią przewlekłej białaczki limfoblastycznej (CLL). Podobnie jak rytuksymab, transformowane komórki były nacelowane na antygen powierzchniowy komórek linii B, w tym przypadku CD19. Wszyscy pacjenci poddani leczeniu pozostają w remisji, bez objawów chorobowych, od ponad roku (stan na koniec sierpnia 2011). Jak tego dokonano? Najpierw pobrane zostały komórki T od każdego z pacjentów z pomocą techniki cytometrii przepływowej. Następnie poddano te komórki transfekcji specjalnie skonstruowanym wektorem lentiwirusowym. Wektor ten zaprojektowano tak, by

14 był nośnikiem dla genów trzech białek zaangażowanych w zwalczanie komórek nowotworowych: pierwsze stanowiła cząsteczka rozpoznająca CD19, dwie kolejne były modulatorami odpowiedzi immunologicznej. Komórki w niewielkim mianie wprowadzono z powrotem do krwiobiegu pacjentów, gdzie miały atakować komórki z ekspresją antygenu CD19, czyli w znakomitej większości- komórki nowotworowe. Okresowe badania krwi miały potwierdzić skuteczność takiego ataku. Efekty lecznicze Efekty pozytywnie zaskoczyły badaczy. Według wyliczeń naukowców po zaaplikowaniu limfocytów w stosunkowo niewielkiej ilości ilości /kg masy ciała, przetrzebiły one komórki nowotworowe, zabijając w przeliczeniu 1000 limfoblastów na każdy zmodyfikowany limfocyt! Przed leczeniem u jednego z pacjentów 85% szpiku stanowiły blasty, po zastosowaniu terapii genowej ta ilość spadła do niespełna 1%. Co więcej, zmodyfikowane limfocyty żyły dalej we krwi chorych jeszcze kilka miesięcy po leczeniu, prawdopodobnie przyczyniając się do podtrzymania remisji. Skutki uboczne Niestety podobnie jak w przypadku rytuksymabu, który wiązał się z każdą komórką CD20+ (a wiec także z prawidłowymi limfocytami B), nowa terapia ma dokładnie tę samą wadę: zabija też zdrowe komórki produkujące przeciwciała i to na długo po ustąpieniu objawów chorobowych. Znaczy to, że pacjenci przez wiele lat mogą mieć upośledzoną odporność swoistą. Tę cenę warto jednak zapłacić za ratunek od śmierci i ogromną poprawę jakości życia. Sama terapia wiązała się także z dużym ryzykiem: zbyt szybka eradykacja komórek nowotworowych skutkuje tak zwanym syndromem rozpadu guza. Jest to stan powstały podczas nagłego zniszczenia dużej liczby komórek który prowadzi do zatrucia organizmu produktami ich rozpadu. Dochodzi wówczas do zatrucia ustroju, czasami wręcz do wstrząsu. W przypadku jednego z pacjentów poddanych rzeczonej terapii konieczna była dłuższa hospitalizacja z powodu niewydolności nerek. Przyszłość Niestety wciąż jest za wcześnie na nadmierny optymizm. Wektory lentiwirusowe

15 są obecnie traktowane jako potencjalnie niebezpieczne i stosowane tylko w pojedynczych, najgorzej rokujących przypadkach w badaniach naukowych. Potrzebne są dużo bardziej rozbudowane badania nad bezpieczeństwem stosowania takich konstruktów. Poważnym ograniczeniem metody zastosowanej przez badaczy jest także konieczność nacelowania limfocytów na konkretny marker powierzchniowy komórek nowotworowych, a nie zawsze nowotwór cechuje ekspresja takiego antygenu, który jest w miarę specyficzny. Jest to jednak niewątpliwie przełom, który otwiera drogę dla zupełnie nowych możliwości terapeutycznych. Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje Źródło Porter, Levine et. al., Chimeric Antigen Receptor Modified T Cells in Chronic Lymphoid Leukemia, New England Journal of Medicine (2011). Kalos, Levine, Porter et. al., T Cells with Chimeric Antigen Receptors Have Potent Antitumor Effects and Can Establish Memory in Patients with Advanced Leukemia, Science Translational Medicine (2011).

16 Biotechnologia w praktyce. Przeciwciała monoklonalne przeciwnowotworowe Przeciwciała monoklonalne przeciwnowotworowe Przeciwciała monoklonalne (ang. Monoclonal AntiBodies, mab) są to immunoglobuliny otrzymywane z jednego klonu limfocytów B i wykazujące jednakową swoistość względem danego antygenu. Próby ich wykorzystania w onkologii zainicjowano już pod koniec XIX wieku. Przeciwciała wykorzystywane w leczeniu nowotworów mają najczęściej charakter immunoglobulin G (IgG). Uzyskuje się je w wyniku fuzji nieśmiertelnej komórki szpiczaka z limfocytem B pobranym od uodpornionego na dany antygen, tzn. poddanego immunizacji osobnika. Stosowanie przeciwciał obcogatunkowych wywoływało liczne działania niepożądane. Mniejszą immunogenność uzyskuje się obecnie dzięki manipulacjom na poziomie DNA. Odpowiednie regiony mysich immunoglobulin można w ten sposób zastępować analogicznymi fragmentami pochodzącymi z przeciwciał ludzkich. Immunoglobuliny te, w zależności od rodzaju wymienionego obszaru, nazywa są chimerycznymi lub humanizowanymi. Wszystkie nazwy przeciwciał monoklonalnych mają końcówkę - mab, a poprzedzająca ją litera udziela informacji o pochodzeniu leku. W przypadku immunoglobulin mysich jest nią samogłoska o (-omab), u szczurzych a (- amab), a u tych pochodzących od chomika e (-emab). Przeciwciała chimeryczne oznacza się za pomocą xi (-ximab), natomiast humanizowane literą u (-umab). Efekt przeciwnowotworowy zależy od typu zastosowanego przeciwciała. Mogą one niszczyć zmienione komórki m.in. poprzez aktywację układu immunologicznego gospodarza lub indukcję apoptozy, a także blokować niezbędne receptory komórkowe i czynniki wzrostu. Skuteczność terapii z udziałem przeciwciał monoklonalnych zależy od wielu

17 czynników związanych z samymi immunoglobulinami, cechami nowotworu oraz indywidualną reaktywnością układu odpornościowego pacjenta. Substancja czynna: Alemtuzumab (ang. alemtuzumab) Nazwa handlowa preparatu: MabCampath, producent Genzyme Europe/Bayer Schering Alemtuzumab jest humanizowanym przeciwciałem monoklonalnym klasy IgG1κ. Lek ten uzyskuje się metodami inżynierii genetycznej, poprzez wstawienie do cząsteczki ludzkiej immunoglobuliny IgG1 sześciu regionów szczurzego przeciwciała monoklonalnego IgG2a. Fragmenty te warunkują swoistość wiązania się leku z odpowiednim antygenem. Alemtuzumab skierowany jest przeciwko CD52, czyli glikoproteinie zlokalizowanej na powierzchni limfocytów typu B i T krwi obwodowej i występującej zarówno w prawidłowych, jaki i w zmienionych chorobowo komórkach. Przyłączenie się przeciwciał do odpowiednich antygenów powoduje pobudzenie tzw. naturalnych zabójców (ang. natural killer NK) wywołujących lizę komórek docelowych. Jest to tzw. cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ang. Antibody-Dependent Cell Cytotoxicity, ADCC). Lek aktywuje również układ dopełniacza (ang. komplement system), czyli zespół białek uzupełniający mechanizmy obronne organizmu. Podczas terapii tym lekiem, nie dochodzi do uszkodzeń krwiotwórczych komórek macierzystych oraz prekursorowych i dzięki temu po zakończeniu leczenia można odbudować populację limfocytów. Wskazaniem do stosowania Alemtuzumabu jest przewlekła białaczka limfocytowa B-komórkowa, w przypadku, gdy u pacjenta nie jest właściwa skojarzona chemioterapia zawierająca fludarabinę. Substancja czynna: Bewacyzumab (ang. bevacizumab) Nazwa handlowa preparatu: Avastin producent Roche Bewacyzumab jest rekombinowanym, humanizowanym przeciwciałem

18 monoklonalnym, wytwarzanym w komórkach jajnika chomika chińskiego. Lek ten skierowany jest przeciwko nabłonkowym czynnikom wzrostu śródbłonka naczyniowego VEGF (ang. Vascular Endothelial Growth Factor), czyli białkom pełniącym ważne funkcje sygnalizacyjne w procesach formowania się sieci naczyń krwionośnych (angiogenezy i waskulogenezy). Wysyłane przez nie sygnały stymulują mitozę komórek śródbłonka oraz ich migrację. Oba te procesy są niezbędne m.in. w trakcie formowania się i wzrostu guzów nowotworowych. Przyłączenie się przeciwciała uniemożliwia cząsteczce VEGF wiązanie się z odpowiednimi receptorami występującymi na powierzchni komórek śródbłonka. W ten sposób zneutralizowana zostaje biologiczna aktywność tego czynnika. Utworzone wokół guza naczynia zanikają, nie tworzą się również nowe połączenia. Wzrost tkanki nowotworowej zostaje zahamowany z powodu niedostępności tlenu i składników odżywczych. Bewacyzumab był pierwszym lekiem tego typu dopuszczonym do obiegu. Wskazania: przerzutowy rak jelita grubego w skojarzeniu z 5-fluorouracylem (5-FU); przerzutowy rak sutka w skojarzeniu z paclitakselem; nieoperacyjny, zaawansowany, przerzutowy lub nawrotowy niedrobnokomórkowy raka płuca (NDRP) (z wyjątkiem typu płaskonabłonkowego) w skojarzeniu z leczeniem opartym na związkach platyny; zaawansowany lub przerzutowy rak nerki w skojarzeniu z interferonem alfa-2a. Substancja czynna: Cetuksymab (ang. cetuximab) Nazwa handlowa preparatu: Erbitux, producent Merck Cetuksymab to chimeryczne, ludzko-mysie przeciwciało monoklonalne klasy IgG1, uzyskiwane za pomocą technik rekombinacyjnych. Skierowane jest ono swoiście przeciwko receptorowi nabłonkowego czynnika wzrostu EGFR (ang. epidermal growth factor receptor), którego aktywacja

19 polega na autofosforylacji i jest warunkowana przyłączeniem odpowiedniego ligandu. Cetuksymab wiąże się z receptorem ok razy silniej niż inne cząsteczki i w ten sposób hamuje dalsze szlaki sygnałowe związane z niewrażliwością na apoptozę, namnażaniem się komórek (proliferacją), angiogenezą oraz tworzeniem się przerzutów. Unieczynniony receptor ulega internalizacji. Lek ten współdziała również z komórkami cytotoksycznymi układu odpornościowego i nakierowuje je na komórki wykazujące ekspresję EGFR. Jest to tzw. cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ang. Antibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC). Wskazania do stosowania Cetuksymabu: przerzutowy rak okrężnicy w skojarzeniu z oksaliplatyną lub irinotekanem, bądź też jako samodzielne leczenie, jeśli pacjent nie może otrzymać leczenia irinotekanem; Warunkiem rozpoczęcia terapii jest wykazanie ekspresji EGFR oraz obecność prawidłowej sekwencji genu KRAS (ang. Kirsten rat sarcoma 2 viral oncogene homologue). Mutacja genu KRAS powoduje występowanie odporności na ten lek. lokalny płaskonabłonkowy rak głowy i szyi w skojarzeniu z radioterapią; nawrotowy i/lub przerzutowy raków głowy i szyi w skojarzeniu z leczeniem opartym na związkach platyny. Substancja czynna: Ofatumumab (ang. oftamumab) Nazwa handlowa preparatu: Arzerra, producent GlaxoSmithKline Oftatumumab jest to rekombinowane, ludzkie przeciwciało monoklonalneklasy IgG1. Wiąże się ono specyficznie z określoną determinantą antygenową (tzw. epitopem), obejmującą zarówno małą jak i dużą pętlę zewnątrzkomórkową antygenu CD20. Cząsteczka ta jest przezbłonową fosfoproteiną występującą na powierzchni komórek linii limfocytów B (od pre-b do stadium form dojrzałych) oraz wywodzących się z nich

20 guzów. Przyłączenie leku nie prowadzi do uwolnienia, ani do przemieszczenia się antygenu. Przeciwciała powodują aktywację układu dopełniacza i w rezultacie lizę komórki docelowej. Jest to tzw. cytotoksyczność zależna od układu dopełniacza, skuteczna bez względu na poziom ekspresji antygenu. Ta właściwość leku jest istotna ze względu na niski poziom CD20 w przypadku przewlekłych białaczek. Wiązanie ofatumumabu aktywuje również mechanizm cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał, czyli aktywność naturalnych zabójców (NK) powodujących śmierć komórek połączonych z przeciwciałami. Po zakończeniu terapii populacja limfocytów B może zostać obudowana, ponieważ ich komórki macierzyste są pozbawione antygenu CD20. Wskazaniem do stosowania Oftatumumabu jest przewlekła białaczka limfocytowa oporna na fludarabinę i alemtuzumab. Substancja czynna: Panitumumab (ang. panitumumab) Nazwa handlowa preparatu: Vectibix, producent Amgen Panitumumab jest rekombinowanym, w pełni ludzkim przeciwciałem monoklonalnym klasy IgG2. Lek ten wykazuje duże powinowactwo i wysoką specyficzność względem ludzkiego receptora nabłonkowego czynnika wzrostu EGFR (ang. epidermal growth factor receptor). Przeciwciała wiążą się z antygenem i w ten sposób uniemożliwiają mu przyłączanie odpowiednich ligandów. Dzięki temu zablokowane zostają dalsze szlaki sygnałów wewnątrzkomórkowych. Efektem działania leku jest zahamowanie angiogenezy i proliferacji komórek nowotworowych, które w efekcie kierowane są na drogę apoptozy. Panitumumab, w odróżnieniu od cetuksymabu, nie wykazuje zdolności do stymulacji cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał ADCC, charakteryzuje się jednak o wiele większym powinowactwem do EGFR. Ze

21 względu na ludzkie pochodzenie charakteryzuje się też mniejszym ryzykiem wystąpienia reakcji uczuleniowych. Wskazaniem do stosowania Panitumumabu jest przerzutowy rak okrężnicy po niepowodzeniu leczenia 5-fluorouracylem (5-FU), oksaliplatyną i irinotekanem. Podaje się go jedynie pacjentom u których stwierdzono ekspresję EGFR oraz prawidłową sekwencję genu KRAS, ponieważ, tak jak w przypadku Cetuksymabu, obecność mutacji w tym onkogenie powoduje występowanie odporności na Panitumumab i stanowi podstawowe kryterium klasyfikacji chorych do terapii. Substancja czynna: Rytuksymab (ang. rituximab) Nazwa handlowa preparatu: MabThera, producent Roche Rytuksymab to chimeryczne, ludzko-mysie przeciwciało monoklonalne uzyskiwane z kultur tkankowych komórek jajnika chomika chińskiego. Lek wiąże się wybiórczo z antygenem przezbłonowym CD20, czyli fosfoproteiną występującą na powierzchni zarówno prawidłowych, jak i zmienionych nowotworowo limfocytów B. Po połączeniu z przeciwciałem antygen ten nie podlega wprowadzeniu do komórki, nie jest on również uwalniany z jej powierzchni. Przyłączenie rytuksymabu uruchamia mechanizmy układu odpornościowego prowadzące do śmierci komórek docelowych. Podstawowym mechanizmem jego działania jest cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ADCC) oraz aktywacja układu dopełniacza. Wykazano również, że lek ten wpływa na ekspresję czynników antyapoptotycznych i dzięki temu może indukować samobójczą śmierć nowotworowych limfocytów B. Wskazaniem do stosowania Retuksymabu są: chłoniak nieziarniczy: zaawansowany chłoniak grudkowy w skojarzeniu z chemioterapią w pierwszorzutowym leczeniu lub u pacjentów, u których obserwowano odpowiedź kliniczną na leczenie;

22 zaawansowany chłoniak grudkowy u pacjentów opornych na leczenie chemioterapią; rozlany chłoniak z dużych limfocytów B w skojarzeniu z leczeniem opartym na cyklofosfamidzie, doksorubicynie, winkrystynie i prednizolonem; przewlekła białaczka limfocytowa; reumatoidalne zapalenie stawów (RZS). Substancja czynna: Trastuzumab (ang. trastuzumab) Nazwa handlowa preparatu: Herceptin (Herceptyna) producent Roche Trastuzumab jest rekombinowanym humanizowanym przeciwciałem monoklonalnym klasy IgG1. Lek ten wiąże się specyficznie z subdomeną IV związaną z błoną w regionie zewnątrzkomórkowej domeny receptora HER2 (receptora ludzkiego naskórkowego czynnika wzrostu typu 2, ang. human epidermal growth factor receptor), którego nadekspresja związana jest z niekontrolowaną proliferacją komórek nowotworowych. Mechanizmem aktywującym HER2 jest proteolityczne rozszczepienie jego zewnątrzkomórkowej domeny. Przyłączenie trastuzumabu hamuje ten proces i dzięki temu uniemożliwia przekazywanie sygnału niezależne od ligandu. Dodatkowo trastuzumab pośredniczy w aktywacji cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał (ADCC) względem komórek guza wykazujących nadekspresję HER2. Wskazaniem do terapii Trastuzumabem są: niezaawansowany rak sutka po chirurgicznym wycięciu zmiany, chemioterapii i radioterapii; przerzutowy rak sutka samodzielnie u pacjentów opornych na wcześniej stosowane leczenie lub w skojarzeniu z paclitakselem lub docetakselem w leczeniu pierwszorzutowym lub wraz z inhibitorami aromatazy u pacjentek z nowotworami hormonowrażliwymi po menopauzie; przerzutowy raka żołądka w skojarzeniu z cisplatyną i kapecytabiną lub

23 5-fluorouracylem (5-FU). amplifikacja genu HER2 stwierdzona w badaniu FISH i/lub wysoka ekspresja HER2 w badaniu immunohistopatologicznym bioptatów gruboigłowych raka piersi (wg. kryteriów polskich FISH jest badaniem rozstrzygającym) Substancja czynna: Ipilimumab (ang. ipilimumab) Nazwa handlowa preparatu: Yervoy, producent Bristol-Myers Squibb Yervoy jest przeciwciałem monoklonalnym, wykazującym powinowactwo do antygenu 4 cytotoksycznych limfocytów T (CTLA-4). Lek ten w sposób pośredni wzmacnia odpowiedź immunologiczną, której mediatorem są limfocyty T. Czynność CTLA-4 polega na hamowaniu aktywności komórek układu odpornościowego, a połączenie się odpowiedniego przeciwciała z tym białkiem receptorowym prowadzi do zablokowania jego funkcji. Proliferacja i zwiększenie nacieku limfocytów T w guzach powoduje śmierć komórek nowotworowych. Wskazaniem do terapii Yervoyem jest zaawansowany czerniak (nieoperacyjny lub z przerzutami) u dorosłych pacjentów, których już wcześniej poddawano leczeniu. Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje

24 DNA, który skacze po naszych mózgach Mózg i sposób jego funkcjonowania są w nauce wciąż terytorium niezbadanym. Mimo, że poczyniliśmy ogromne postępy w rozumieniu procesów myślowych, wciąż nie potrafimy wytłumaczyć choćby mechanizmu, w jaki organiczne neurony tworzą pamięć, ani w jaki sposób na poziomie komórek nerwowych się uczymy. Okazuje się, że nawet genom neuronów się zmienia, prawdopodobnie po to, by zindywidualizować procesy myślowe i zwiększyć plastyczność umysłu! Retrotranspozycja to zdumiewający proces powielania się i przeskakiwania pewnych elementów DNA w inne miejsce genomu. Proces jest na tyle niewiarygodny, że jego odkrywczyni, Barbara McClintock miała problemy z przekonaniem świata o jego istnieniu. W końcu przekonano się, że pełni on wiele ważnych funkcji (między innymi generując zmienność organizmów), z tego powodu odkrycie badaczki zostało w końcu docenione i nagrodzone Noblem w roku października 2011 roku naukowcy z Edynburga dołożyli własną cegiełkę do wiedzy o retrotranspozonach, odkrywając nieznane dotychczas oddziaływanie mobilnych elementów genomu w obrębie komórek mózgu. Badacze z Roslin Institute technikami głębokiego sekwencjonowania zanalizowali post mortem mózgi trzech osób, u których nigdy nie stwierdzono chorób neurologicznych ani zmian w obrębie struktury tkanki mózgowej. Skupili się oni na dwóch obszarach funkcjonalnych: jądrach ogoniastych i hipokampie, w których odkryli ogromne różnice w ilości insercji retrotranspozonowych zarówno

25 pomiędzy badanymi osobami, jak i pomiędzy tymi dwoma obszarami mózgu u każdej z nich: w sumie opisali prawie różnic o charakterze transpozycji. Głównymi elementami ruchomymi aktywnymi w mózgu były L1 i Alu, należące do dużych rodzin transpozonów (odpowiednio 7000 i insercji w grupie badanej). Transpozony najczęściej wklejały się w aktywne transkrypcyjnie rejony genomu komórek w mózgu, a więc w geny regulujące wydzielanie i wychwyt neurotransmiterów, geny czynników transkrypcyjnych, oraz w obszary regulujące odpowiedź na neurotransmitery (ich zaburzenia powodują wiele chorób psychiatrycznych i neurologicznych) i geny supresorowe (których uszkodzenie prowadzi często do guzów mózgu). Co jednak najbardziej zaskoczyło naukowców to fakt, że istnieją różnice w intensywności retrotranspozycji pomiędzy hipokampem a jądrami ogoniastymi: w tym pierwszym, odpowiedzialnym za pamięć i uczenie się, proces był o wiele bardziej nasilony. Można więc przypuszczać, że insercje elementów ruchomych są procesem fizjologicznym, mającym wpływ na proces zapamiętywania. Jak dotąd jest to pierwsza teza dotycząca wpływu mechanizmów tego typu na plastyczność naszych umysłów. Badacze szkoccy planują eksperyment poszerzyć o kolejne próbki, które pomogą im potwierdzić to przypuszczenie. Szerzej zakrojone badania pozwolą na ocenę wpływu retrotranspozycji na zapadalność na choroby neurologiczne i nowotwory mózgu, dadzą także odpowiedź na pytanie, czy to właśnie skaczące DNA jest odpowiedzialne za wyjątkowość umysłu każdego z nas. Skoro bowiem w każdym neuronie retrotranspozycja przebiega inaczej, każdy neuron jest inny i każdy w inny sposób oddziałuje z resztą w obrębie jednego mózgu, tworząc niepowtarzalny układ myśli i uczuć, który sprawia że jesteśmy sobą a nie kimś innym. Marzena Pieronkiewicz Źródło: Scientific American.

26 Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje Rola kanałów jonowych w leczeniu raka Kanały jonowe są jednym z czynników determinujących powstawanie i rozwój nowotworów. Jednak leczenie oparte na wykorzystaniu kanałów jonowych jest jak dotąd wciąż niewykorzystaną strategią terapii nowotworowych. Kanały jonowe transport jonów z i do komórek Kanały jonowe są cylindrycznymi białkami integralnie wbudowanymi w błonę komórkową. Mają zdolność kontrolowanego przepuszczania jonów przez błony biologiczne stanowiące w normalnych warunkach barierę dla ich przepływu. W ten sposób białka kanałowe biorą udział między innymi w procesach podziału komórek, przepływu impulsów nerwowych czy też skurczu mięśni. Kanały jonowe cechuje różnorodność konformacyjna, mogą bowiem występować w stanie

27 otwartym, umożliwiającym przepływ jonów, oraz zamkniętym. Otwarcie i zamknięcie kanału jest zazwyczaj regulowane drogą chemiczną bądź mechaniczną. W zależności od rodzaju kanału jonowego zmiana konformacji z zamkniętej na otwartą może nastąpić w wyniku zmiany potencjału błonowego (kanały napięciowo zależne), naprężenia błony (kanały aktywowane naprężeniem błony) lub też związaniu liganda bądź innego rodzaju aktywatora. Kanały jonowe a powstawanie i rozwój nowotworów Kanały jonowe są jednym z czynników determinujących powstawanie i rozwój nowotworów. Może być to związane ze zmienionym poziomem ekspresji jak również z profilem aktywności kanałów jonowych w zmutowanych komórkach. Wpływ napięciowo zależnych kanałów potasowych na wczesne stadia rozwoju raka potwierdzają wyniki badań świadczące o nadekspresji tych białek kanałowych w komórkach wystawionych na działanie substancji karcynogennych. Dowiedziono, że w przypadku raka piersi, prostaty oraz czerniaka napięciowo zależne oraz wapniowo zależne kanały potasowe wpływają na proliferację komórek nowotworowych poprzez regulację potencjału błonowego. Pośrednio wywołuje to zmiany w transporcie jonów wapniowych, co niesie za sobą konsekwencje w postaci zmienionej fizjologii takich komórek. Napięciowo zależne kanały potasowe biorą również udział w regulacji przeżywalności oraz migracji komórek nowotworowych. Jednak mechanizm, za pośrednictwem którego się to dzieje jest zupełnie odmienny od wspomnianego wcześniej. Kanały potasowe napięciowo zależne mogą bowiem wchodzić w interakcje z podjednostką β1 receptorów integrynowych, odpowiedzialnych za właściwości adhezyjne. Powstały makromolekularny kompleks bierze udział w regulacji niektórych wewnątrzkomórkowych kaskad sygnałowych. Zaobserwowano również podwyższoną ekspresję napięciowo zależnych kanałów sodowych w przypadku wielu typów nowotworów, włączając nowotwory piersi, prostaty, płuc, raka szyjki macicy oraz białaczkę. W tym przypadku, mechanizmy za pośrednictwem których kanały sodowe regulują niektóre procesy wewnątrzkomórkowe są mniej poznane. Wiadomo jednak, że nadekspresja tych białek prowadzi do zwiększonej inwazyjności komórek rakowych jak również zmiany właściwości adhezyjnych. Kanały jonowe aktywowane ligandem, takie jak acetylocholinergiczny receptor nikotynowy, biorą udział w regulacji nie tylko proliferacji komórek nowotworowych ale również procesów apoptozy i angiogenezy nowotworowej w

28 przypadku niektórych typów nowotworów, zwłaszcza raka płuc. Wyjaśniałoby to częściowo zwiększone ryzyko zachorowań na raka płuc u palaczy. Aktywacja acetylocholinergicznego receptora nikotynowego stymuluje transport jonów wapniowych do wnętrza komórki co powoduje wydzielanie czynników wzrostu oraz innych cząsteczek sygnałowych. Efektem jest zwiększenie proliferacji, zahamowanie apoptozy i stymulacja angiogenezy. Regulacja niektórych cech fizjologicznch komórek nowotworowych za pośrednictwem kanałów jonowych jest ciągle w toku badań, jednocześnie istnieją już niezaprzeczalne dowody na istnienie takich zależności. O kanałach jonowych wiadomo jest już bardzo dużo, wiemy na przykład w jaki sposób różne substancje wpływają na blokowanie działania tych białek. Bezpośredni efekt może być wywołany za pomocą zablokowania poru stanowiącego drogę transportu jonów lub też blokując miejsce wiązania aktywującego. W sposób pośredni natomiast może dojść do zmiany konformacji białka kanałowego z otwartej na zamkniętą wywołanej oddziaływaniem allosterycznym danej substancji, to jest wiążąc białko kanałowe w miejscu innym niż miejsce wiążące ligand. Kierunki w terapiach nowotworowych leki skierowane przeciwko kanałom jonowym W związku z powyższym jedną z możliwości terapii nowotworowych jest podawanie leków które wpływają na obniżenie aktywności białek kanałowych. Dowiedziono, iż stosowanie tzw. blokerów kanałów jonowych hamuje wzrost niektórych form raka, co otworzyło nowy kierunek badań farmaceutycznych. Wspomniane blokery to substancje, które mają zdolność wiązania kanałów jonowych, wykluczając przy tym możliwość transportu jonów z ich udziałem. Blokery mają tą przewagę, iż wiążą się z błonowym kanałem jonowym na zewnątrz komórki bez konieczności penetracji w jej głąb. Jednak nie łatwo jest zaprojektować lek, który z jednej strony skutecznie i specyficznie zahamuje działanie określonego kanału jonowego, w celu zniszczenia docelowej populacji komórek, bez toksycznych efektów ubocznych. Te ostatnie dotykają zdrowych komórek, które wyposażone są w taki sam typ kanału jonowego jak komórki nowotworowe. Szansą na ominięcie tego problemu jest skupienie się na różnicach pomiędzy poszczególnymi tkankami oraz projektowanie leków głęboko specyficznych. Można to osiągnąć poprzez preferowaie określonych stanów konformacyjnych (aranżacji przestrzennej) kanałów jonowych. Jak wspomniano powyżej, kanały jonowe mogą występować w stanie otwartym bądź zamkniętym.

29 Przyjmując, że różne rodzaje komórek wykazują odmienny potencjał błonowy, będą one wyposażone w napięciowo zależne kanały jonowe w różnych proporcjach możliwych stanów konformacyjnych. Lek specyficzny względem jednej z konformacji nie wchodzi w interakcje z tym samym białkiem o innej strukturze przestrzennej. W ten sposób możliwe staje się pomijanie, w większym lub mniejszym stopniu, komórek zdrowych tkanek. Aby to osiągnąć konieczne jest dokładne zrozumienie poszczególnych mechanizmów działania potencjalnych leków. Umożliwiają to nowoczesne metody badawcze takie jak technika patch-clamp, która pozwala wykonywać pomiary na pojedynczych kanałach. Ogromne znaczenie mają też techniki determinacji struktury przestrzennej białek błonowych. Niemniej jednak leczenie oparte na wykorzystaniu kanałów jonowych jest jak dotąd wciąż niewykorzystaną strategią terapii nowotworowych. Miejmy nadzieję, że rozwój zautomatyzowanych technik w dziedzinie elektrofizjologii przyspieszy dokonania w tej dziedzinie. Agnieszka Gołąb Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje

30 Zsekwencjonować ludzki epigenom rusza największy w historii projekt finansowany przez Komisję Europejską 41 instytucji i ponad 50 czołowych badaczy z całej Europy połączy swe siły w ramach projektu BLUEPRINT prowadzonego pod egidą Komisji Europejskiej. Ich celem jest zsekwencjonowanie ludzkiego epigenomu, a koszt przedsięwzięcia szacuje się na 30 milionów euro. Inwestycja ma pomóc w zrozumieniu ludzkiego epigenomu, który kształtuje sposób ekspresji genów. Epigenetyka jest dziedziną wiedzy która dąży do poznania tego, jak w istocie funkcjonuje genom. Z pojęciem kodu genetycznego spotkał się każdy. Wiemy, że wszystkie komórki naszego ciała pochodzą od jednej zapłodnionej komórki jajowej. Wszystkie zawierają ten sam materiał genetyczny. Co zatem sprawia, że komórka serca różni się od tej budującej kości, a obie są inne niż od erytrocyty czerwone ciałka krwi? Otóż sam zapis genetyczny to nie wszystko. Podczas dorastania komórek poddawany jest on modyfikacjom sprawiającym, że niektóre fragmenty genomu podlegają wyciszeniu, podczas gdy inne są aktywne. Procesy te przebiegają różnie w zależności od przeznaczenia komórek. Następnie przez całe życie organizmu epigenom w dużej mierze pozostaje stabilny. Jest to niezbędne, aby nasze serce pozostało sercem, a płuca płucami. Jednakże niewielka część genomu ulega zmianom, odpowiadając na zmienne warunki środowiska. Zmiany epigenetyczne polegają na takich zmianach funkcji lub ekspresji genu, których nie można wytłumaczyć zmianą sekwencji nukleotydowych DNA i które można odwrócić działając określonymi substancjami chemicznymi (czym różnią się od zmian genetycznych). Znanym przykładem modyfikacji epigenetycznych jest metylacja DNA przyłączanie do łańcucha DNA grup metylowych. Inny przykład to deacetylacja histonowa prowadząca do zablokowania (represji) struktur chromatynowych.

31 Kiedy modyfikacje DNA przebiegają zgodnie z planem, organizm może prawidłowo funkcjonować. Problem pojawia się, kiedy nie wszystko odbywa się tak jak powinno. Błąd w wyciszaniu genów może mieć katastrofalne skutki, co można prześledzić właśnie na przykładzie metylacji DNA, która zachodząc w regionach promotorowych zapobiega łączeniu się do promotorów czynników transkrypcyjnych. Nieprawidłowa metylacja sekwencji może też zaburzyć przestrzenne ułożenie chromatyny, co z kolei wpływa na wybór genów wyciszanych po podziale komórkowym. Uważa się, że hipermetylacja nadmierna metylacja może zniweczyć pracę genów ochronnych, do których należą supresory nowotworowe oraz geny naprawy DNA. Sytuację taką obserwuje się w przypadku różnych odmian nowotworów. Coraz bardziej doceniane jest znaczenie epigenomu w utrzymaniu organizmu w zdrowiu, jak również w powstawaniu chorób. Z tego powodu tak ważne wydaje się poznanie mechanizmów epigenetycznych. Badacze żywią nadzieję, że dałoby to możliwość opracowania nowych dróg terapii wielu schorzeń. Epigenetyka jest względnie nową dziedziną. Problemem z jakim spotykają się działający na tym polu naukowcy jest niedostatek wiarygodnych bibliotek epigenomowych, które stanowiłyby dla badaczy źródło wiedzy i odniesienie dla ich prac. Z pomocą ma im przyjść właśnie BLUEPRINT. Dzięki niemu Europa ma nadzieję stać się głównym graczem na International Human Epigenome Consortium (IHEC) ustanowionym w ubiegłym roku właśnie po to, aby pomóc biologom zrozumieć wpływ epigenomu na zdrowie i rozwój chorób u człowieka. Badacze uczestniczący w projekcie postanowili skupić się na komórkach krwi. Na ich rzecz przemawiały przede wszystkim względy praktyczne, gdyż większość badań diagnostycznych polega na pobraniu próbki krwi. Naukowcy kierują się również przesłankami biologicznymi. W przeciwieństwie do większości tkanek, komórki krwi są ciągle odnawiane, więc krew składa się z mieszaniny komórek w różnych stadiach dojrzałości. Epigenom komórek krwi może ujawnić pewne ogólne zasady tego, jak komórki się rozwijają. BLUEPRINT wygeneruje epigenomy referencyjne z 60 różnych typów komórek, pobranych z krwi osób zdrowych, przechowywanej w narodowym banku krwi w Wielkiej Brytanii. Analiza każdego epigenomu obejmie pełną sekwencję genomu oraz jego danych ilościowych, dotyczących występowania i rozmieszczenia dziewięciu różnych markerów epigenetycznych.

32 W celu zbadania, które zmiany epigenetyczne są dziedziczne, przeprowadzone zostaną eksperymenty na myszach. Ponieważ obecnie brakuje wiedzy na temat różnic epigenetycznych występujących pomiędzy różnymi osobami, w ramach projektu przewidywane jest także zgromadzenie epigenomów o niższej rozdzielczości, co pozwoli uzyskać pierwsze wskaźniki ilościowe odnośnie naturalnych różnic osobniczych. Ideę projektu najlepiej podsumowuje Peter Jones z University of Southern California w Los Angeles, który przyczynił się do uruchomienia IHEC: BLUEPRINT to pierwszy duży projekt dotyczący epigenomu stworzony specjalnie w pod kątem misji IHEC. mówi Jones Epigenomy krwi są szczególnie ekscytujące, ponieważ wiemy bardzo dużo o przebiegu różnicowania komórek macierzystych krwi ale niewiele o kolejności wydarzeń epigenetycznych zaangażowanych w procesy, które będą istotne dla rozwoju choroby. Olga Andrzejczak Żródło: Nature. Paski testowe -dzięki odkryciu Jacka będziemy mogli wykrywać przy ich pomocy nowotwory i infekcje