Folia Medica Lodziensia, 2015, 42/2:93 106 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia The characterization and importance of cysteine proteases in cancer development PAULINA MŁUDZIK i MAREK MIROWSKI Zakład Biochemii Farmaceutycznej i Diagnostyki Molekularnej z Pracownią Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki, Międzywydziałowa Katedra Diagnostyki Laboratoryjnej i Molekularnej, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Łodzi Streszczenie Proteinazy cysteinowe, nazywane również proteinazami tiolowymi lub sulfhydrolowymi, to enzymy odpowiedzialne za katalizowanie reakcji hydrolizy wiązań peptydowych w białkach. Biorą udział w licznych procesach fizjologicznych oraz patologicznych. Ich nieprawidłowa aktywność może prowadzić do wielu stanów chorobowych, w tym rozwoju nowotworów. Zaangażowane są one w proces kancerogenezy na wielu poziomach uczestniczą w inwazji, transformacji nowotworowej, angiogenenezie, apoptozie i powstawaniu przerzutów. Najlepiej scharakteryzowanymi proteinazami cysteinowymi są, należące do rodziny papainy, lizosomalne katepsyny. Dotychczas poznano 11 ludzkich katepsyn cysteinowych: B, L, H, S, K, F, V, X, W, O i C. Biorą one udział w aktywacji wielu proenzymów i prohormonów, pośredniczą w prezentacji antygenu MHC II, przebudowie kości, procesie reprodukcji oraz apoptozie. Badania nad udziałem proteinaz cysteinowych w procesie kancerogenezy wykazały podwyższoną ekspresję mrna lub aktywność enzymatyczną katepsyn w wielu ludzkich nowotworach np. raku piersi, płuc, mózgu, żołądkowo jelitowym, głowy, szyi oraz czerniaku. Do grupy proteinaz cysteinowych należy również prokoagulant nowotworowy, którego struktura, jak i pełnione przez niego funkcje są wciąż przedmiotem badań wielu naukowców. Podwyższony poziom aktywności, jak i stężenia antygenu Adres do korespondencji: prof. dr hab. n. farm. Marek Mirowski; Zakład Biochemii Farmaceutycznej i Diagnostyki Molekularnej z Pracownią Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki; Międzywydziałowa Katedra Diagnostyki Laboratoryjnej i Molekularnej; Wydział Farmaceutyczny; Uniwersytet Medyczny w Łodzi; ul. Muszyńskiego 1; 90 151 Łódź; tel./fax: +48 42 677 91 26; e mail: marek.mirowski@umed.lodz.pl
94 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia prokoagulanta nowotworowego w surowicy krwi osób z chorobą nowotworową oraz w pooperacyjnym materiale tkankowym w stosunku do wartości obserwowanych u ludzi zdrowych, świadczy o możliwości wykorzystania tego czynnika w diagnostyce onkologicznej. Liczne badania przedkliniczne dowiodły, że zatrzymanie proliferacji oraz obniżenie potencjału metastatycznego komórek nowotworowych jest prawdopodobne przy użyciu inhibitorów proteinaz cysteinowych. Daje to duże nadzieje na możliwość zastosowania ich w terapii przeciwnowotworowej. Słowa kluczowe: proteinazy cysteinowe, katepsyny, prokoagulant nowotworowy, kancerogeneza. Abstract Cysteine proteases also known as thiol or sulfhydryl proteases are enzymes responsible for catalyzing the hydrolysis of peptide bonds in proteins. They take part in many physiological and pathological processes. Their abnormal activity can lead to a number of disease states including tumor growth. They are involved in the process of carcinogenesis at multiple levels they participate in the invasion, transformation, angiogenesis, apoptosis and metastasis. The best characterised cysteine proteases are the lysosomal cathepsins, that belong to the papain family. So far 11 cysteine cathepsins have been identified: B, L, H, S, K, F, V, X, W, O and C. They take part in the activation of many proenzymes and prohormones, MHC II mediated antigen presentation, bone remodeling, reproduction and apoptosis. Research on the role of cysteine proteases in carcinogenesis showed elevated expression of mrna or enzymatic activity of cathepsins in many human cancers, eg. breast, lung, brain, gastrointestinal tract, head and neck and melanoma. Cancer procoagulant also belongs to the group of cysteine proteases, however its structure and functions are still the subject of research for many scientists. Elevated levels of activity and concentrations of cancer procoagulant in the serum and tissues from patients with cancer disease compared to those observed in healthy people, provides the possibility of using this factor in the diagnosis of cancer. Many preclinical studies have shown that achieving a stop proliferation and reducing the metastatic potential of tumor cells is possible with the use of cysteine proteinases inhibitors. That gives great hope for the possibility of their application in anticancer therapy.
Paulina Młudzik i Marek Mirowski 95 Key words: cysteine proteases, cathepsin, cancer procoagulant, cancerogenesis. Wstęp Nowotwory należą do jednych z najgroźniejszych chorób współczesnej cywilizacji. Mimo dużego postępu medycyny oraz sięgania po coraz nowocześniejsze metody diagnostyki i terapii wciąż stanowią poważny problem. Czas działa na niekorzyść pacjenta, stąd wczesne wykrycie i zastosowanie odpowiednio dobranej terapii daje większą szansę na wyleczenie i przeżycie. Dlatego, tak bardzo istotne jest nieustanne zgłębianie wiedzy na temat nowotworów oraz wdrażanie nowych metod szybkiej diagnostyki i skutecznego leczenia. Współcześnie, diagnostyka chorób nowotworowych związana jest z zastosowaniem badań obrazowych, patomorfologicznych, a także laboratoryj nych. W laboratoriach medycznych oznaczanych jest wiele markerów nowotworowych, jednak wciąż trwają badania nad wykryciem nowych parametrów swoistych dla danej choroby. Jeden z badanych parametrów stanowią proteinazy cysteinowe. Wykazano bowiem, iż oznaczanie aktywności proteinaz cysteinowych oraz ich inhibitorów może być pomocne w diagnostyce i monitorowaniu przebiegu chorób nowotworowych [1 3]. Ogólna charakterystyka enzymów z grupy proteinaz cysteinowych Proteinazy cysteinowe, inaczej nazywane również proteinazami tiolowymi lub sulfhydrylowymi, stanowią podklasę enzymów proteolitycznych, odpowiedzialnych za katalizowanie reakcji hydrolizy wiązań peptydowych w białkach. Nazwa proteinaz cysteinowych ściśle związana jest z katalityczną funkcją grupy tiolowej cysteiny ( SH), znajdującej się w centrum aktywnym enzymu (w bezpośrednim sąsiedztwie pierścienia imidazolowego His), która uczestniczy w hydrolizie wiązań peptydowych poprzez atak nukleofilowy na występujący w nich węgiel karbonylowy. Aktywność proteinaz regulowana jest przez ich inhibitory. Proteinazy cysteinowe to białka o masie cząsteczkowej ok. 21 30 kda. Syntetyzowane są jako nieaktywne proenzymy, aktywowane
96 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia na drodze ograniczonej proteolizy. Najwyższą aktywność wykazują w lekko kwaśnym ph równym 4,0 6,5 [1]. W warunkach fizjologicznych zlokalizowane są wewnątrzkomórkowo. Enzymy te uczestniczą w obrocie metabolicznym wielu białek zarówno endo, jaki i egzogennych [2]. Ich głównym zadaniem jest nieselektywna degradacja białek. Proteinazy cysteinowe cechują się dużą różnorodnością strukturalną i funkcjonalną, biorą udział w wielu procesach fizjologicznych oraz patologicznych. Ich działanie przyczynia się do powstawania charakterystycznych zmian w komórce takich, jak na przykład reorganizacja cytoplazmy i chromatyny jądrowej. Pośredniczą one, między innymi, w procesie apoptozy (kaspazy), degradacji lizosomalnej (katepsyny B, H, L, S, C, K), prezentacji antygenu (katepsyna B), a także mogą być zaangażowane w wirulencję niektórych patogenów (stafopaina). Aktywują wiele proenzymów, prohormonów i neuroprzekaźników. Uczestniczą w procesach zapłodnienia, rozwoju płodu, proliferacji oraz różnicowaniu się komórek [3]. Klasyfikacja proteinaz cysteinowych Według bazy danych MEROPS (wydanie 9.8) http://merops.sanger.ac.uk [4] proteinazy cysteinowe zostały podzielone, w oparciu o homologię sekwencji i podobieństwo trójwymiarowej struktury, na 11 klas zwanych klanami, w tym jeden klan niesklasyfikowany. W każdym z klanów stworzono dodatkowy podział proteinaz (Ryc. 1), grupując je na rodziny. Jak dotąd, najlepiej poznany i scharakteryzowany został klan CA, w którym najważniejsza dla organizmu ludzkiego jest rodzina papainy i kalpainy [5]. Do rodziny papain zaklasyfikowane zostały enzymy najbardziej rozpowszechnione i najdokładniej zbadane. Należą tu, między innymi, papaina, inne proteazy roślinne np. chymopapaina, karikaina, bromelaina, aktynidyna, ficyna oraz lizosomalne katepsyny. Proteinazami cysteinowymi o największym znaczeniu dla organizmu ludzkiego są katepsyny lizosomalne, kalpainy oraz kaspazy (Tabela 1) [1].
Paulina Młudzik i Marek Mirowski 97 Ryc. 1. Klasyfikacja peptydaz [4]. Fig. 1. The classification of peptidases [4]. Tabela 1. Klasyfikacja proteinaz cysteinowych na podstawie bazy danych MEROPS [4]. Table 1. The MEROPS classification of cysteine proteinases [4]. Klan Rodzina Przykład proteinaz CA np. C1 Papaina C2 Kalpainy CD np. C14 Kaspazy CE np. C48 Peptydazy Ulp1 CF C15 Peptydaza pyroglutamylowa CL np. C60 Sortaza A CM C18 Peptydaza wirusa zapalenia wątroby typu C CN C9 Sindbis virus type nsp2 peptidase CO C40 Dipeptydylopeptydaza VI CP C97 DeSI 1 peptidase CQ C53 Pestivirus Npro peptidase niesklasyfikowany np. C27 Peptydaza wirusa różyczki (Rubella virus)
98 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia Prokoagulant nowotworowy (ang. cancer procoagulant CP) Prokoagulant nowotworowy (EC.3.4.22.26) jest proteinazą cysteinową niezaklasyfikowaną do żadnej z przedstawionych wcześniej nadrodzin [6]. Jak dotąd, jest on wciąż nie w pełni scharakteryzowanym białkiem i nadal trwają badania nad lepszym poznaniem jego struktury oraz pełnionych przez niego funkcji. O istnieniu tego enzymu, jako pierwsi, donieśli w 1975 roku Gordon i wsp. Białko to nazwano prokoagulantem nowotworowym, ponieważ zostało wykryte w ekstrakcie z tkanki nowotworowej oraz wykazywało zdolność do bezpośredniej aktywacji czynnika X osoczowego układu krzepnięcia krwi [7]. Prokoagulant nowotworowy jest jednołańcuchową proteinazą cysteinową o masie cząsteczkowej 68 kda i punkcie izoelektrycznym 4,8, składającą się z 674 aminokwasów, z których znaczną większość stanowią: seryna (19,1%), glicyna (18,7%), kwas glutaminowy (12,5%), lizyna (8,1%), asparagina (7,1%). Do dziś nie udało się poznać sekwencji aminokwasów oraz genu kodującego to białko [8]. Cząsteczka CP nie zawiera węglowodanów, nie wykazano w niej również obecności reszt kwasu γ karboksyglutaminowego (Gla) [9]. Analizując budowę cząsteczki CP, wykazano obecność miejsc wiążących jony metali o wysokim powinowactwie do wapnia i magnezu oraz miejsc o wysokim powinowactwie do manganu i kadmu. Do aktywacji CP niezbędna jest obecność w środowisku reakcji jonów wapniowych Ca 2+, których najkorzystniejsze stężenie wynosi ok. 7 mmol/l przy ph w zakresie 6,9 7,2. Aktywność prokoagulanta nowotworowego wzrasta także przy udziale jonów Mg 2+, Mn 2+ i Cd 2+. Hamujące działanie w stosunku do tego enzymu wykazują natomiast jony Fe 2+, Zn 2+, Sn 2+ i Cu 2+. Jony metali dwuwartościowych odpowiadają za prawidłową strukturę przestrzenną cząsteczki prokoagulanta, zapewniającą jego aktywność [6]. Aktywność prokoagulacyjna CP może być hamowana specyficznie lub niespecyficznie przez wiele inhibitorów np.: chlorek rtęci, jodoacetamid, ketony peptydylodiazometylowe, fenylometylosulfofluorek, leupeptynę, antypainę, sole peptydylu [8] oraz E 64 (hamujący aktywność prokoagulanta w sposób kompetycyjny czyli odwracalny) [10]. Aktywność CP nie jest hamowana przez naturalnie występujące proteinazowe inhibitory osoczowe takie, jak α1 antytrypsyna, α1 antychymotrypsyna, α2 makro globulina, antytrombina III czy cystatyna, będąca silnym inhibitorem proteinaz
Paulina Młudzik i Marek Mirowski 99 cysteinowych [8]. Udowodniono także, że większość inhibitorów prokoagulanta (z wyjątkiem jonów rtęci), wykazuje skuteczniejsze działanie w obecności jonów CN oraz niewielkiego stężenia cysteiny dostarczającej wolne grupy sulfhydrylowe ( SH) do środowiska reakcji [6]. Pierwszym źródłem wyizolowanego CP były ekstrakty z guzów V2 królika, później obecność prokoagulanta wykryto także w ludzkich rakach nerki, okrężnicy, sutka i pochwy. Następnie, aktywność CP opisano także w płynie owodniowym i ekstraktach z błon płodowych człowieka, które stanowią obecnie główne źródło prokoagulanta. Enzym ten występuje również w ekstraktach z komórek wielu różnych typów nowotworów oraz w lizatach komórek transformowanych. Prokoagulant wykazuje aktywność nie tylko w guzach litych, ale i w ekstraktach z komórek blastycznych ostrej białaczki nielimfatycznej oraz ostrej białaczki limfoblastycznej [6]. Jak dotąd, nie stwierdzono obecności prokoagulanta nowotworowego w żadnej prawidłowej tkance (poza błonami płodowymi) [11]. Funkcja, jaką pełni prokoagulant w rozwoju choroby nowotworowej, nie została jeszcze do końca wyjaśniona, jednak uważa się, że odgrywa on w tym procesie istotną rolę. Może spełniać funkcję czynnika wzrostowego dla komórek nowotworowych lub w inny sposób wpływać na ich wzrost. Prokoagulant nowotworowy, poprzez aktywację czynnika X, odpowiedzialny jest także za zaburzenia układu krzepnięcia krwi w chorobie nowotworowej. Stwierdzono, że CP odpowiedzialny jest za nasilanie adhezji płytek krwi do kolagenu i fibrynogenu oraz za indukcję kaskady kwasu arachidonowego i wytwarzanie wolnych rodników w płytkach krwi [6]. W wielu badaniach wykazano, iż poziom aktywności, jak i stężenie antygenu prokoagulanta nowotworowego jest podwyższone w surowicy krwi oraz w tkankach rakowych osób z chorobą nowotworową w stosunku do wartości obserwowanych u ludzi zdrowych, co świadczy o możliwości wykorzystania tego czynnika w diagnostyce onkologicznej [12]. Zauważono również, że poziom aktywności CP wzrasta wprost proporcjonalnie do stopnia zaawansowania choroby, a wzrost ten jest zauważalny już w jej początkowych stadiach. Sugeruje to możliwość wykorzystania prokoagulanta jako markera wczesnych zmian nowotworowych. Za wykorzystaniem CP w diagnostyce onkologicznej przemawia także fakt, iż obserwowano znaczny spadek aktywności tego enzymu w trakcie remisji
100 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia choroby oraz po całkowitej resekcji złośliwego guza, podczas gdy nieradykalne usunięcie zmiany nowotworowej nie powodowało istotnego obniżenia aktywności CP [7]. Proteinazy cysteinowe i ich inhibitory w nowotworach Wiele przeprowadzonych badań potwierdziło istotny udział proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia i przerzutowania [13]. Enzymy proteolityczne współdziałają ze sobą, prowadząc do degradacji struktur macierzy pozakomórkowej i błony podstawnej otaczającej nowotwór, ułatwiając w ten sposób komórkom nowotworowym proliferację i rozsiewanie. W progresji nowotworów najlepiej poznana i opisana została rola katepsyny B i L. Udowodniono udział katepsyny L w transformacji nowotworowej oraz katepsyny B i L w angiogenezie, inwazji i powstawaniu przerzutów. Enzymy te uczestniczą w kaskadzie enzymów proteolitycznych wpływając na aktywność aktywatora plazminogenu typu urokinazy (u PA) oraz same mają zdolność degradacji kolagenu IV, fibronektyny, laminy i proteoglikanów budujących struktury pozakomórkowe. Stwierdzono, że komórki nowotworowe wydzielają oraz eksponują na swojej powierzchni prokatepsyny B i L, które zostają aktywowane przez katepsynę D i przekształcają prekursory aktywatora plazminogenu (pro upa) i kolagenaz do postaci aktywnych. W konsekwencji, dochodzi do wzrostu potencjału proteolitycznego w otoczeniu guza oraz zmiany struktury białek macierzy międzykomórkowej (kolagenu IV, laminy, fibronektyny, elastyny) prowadzącej do przerwania ciągłości błony komórkowej, co pozwala na rozsiewanie komórek do sąsiednich tkanek. Procesy te regulowane są przez inhibitory aktywatora plazminogenu, metaloproteaz i proteinaz cysteinowych. Zachwianie równowagi enzym inhibitor może być jedną z przyczyn rozwoju choroby nowotworowej. Zwiększona ekspresja katepsyny B i L obserwowana zarówno w tkankach nowotworowych, jak i surowicy pacjentów, często skorelowana jest dodatnio ze stopniem zaawansowania choroby i wiąże się z większą agresywnością guza gotowością do naciekania i tworzenia przerzutów. Katepsyna B bierze udział w procesie inwazji nowotworowej, przyczyniając się do powstawania przerzutów nowotworów złośliwych [14]. Badania nad udziałem proteinaz cysteinowych
Paulina Młudzik i Marek Mirowski 101 w procesie kancerogenezy oparte są głównie na oznaczeniu poziomu ekspresji mrna, stężenia oraz aktywności enzymu. W wielu chorobach nowotworowych występuje wzrost stężenia proteinaz cysteinowych (Tabela 2). Podwyższoną ekspresję mrna kodującego katepsyny wykazano w wielu nowotworach człowieka, w tym w raku piersi [15], płuc [16, 17], mózgu [18], żołądka, jelit [19], głowy i szyi [20] oraz czerniaku [21]. Wzrost ekspresji katepsyny B odnotowano w komórkach guzów m.in. mózgu, tarczycy i okrężnicy, a także w zmianach przedrakowych. Analizując natomiast stężenie białka i aktywność enzymatyczną katepsyny B, ich podwyższone wartości wykryto u pacjentów z nowotworem mózgu, płuc, piersi, żołądka, tarczycy, szyjki macicy, jajnika i innych narządów [22]. Wyższy poziom aktywności katepsyny B obserwowany jest głównie na obrzeżach guza, gdzie enzym ten, dzięki swoim właściwościom proteolitycznym, przyczynia się do degradacji białek macierzy pozakomórkowej (ang. extracellular matrix ECM). Pozwala to komórkom nowotworowym na atakowanie pobliskich tkanek, a także tworzenie przerzutów odległych. Do powstania odległych wtórnych ognisk nowotworowych konieczne jest przedostanie się komórek nowotworowych z guza pierwotnego do naczyń krwionośnych i chłonnych po wcześniejszym pokonaniu błony podstawnej [22]. Katepsyna B zaangażowana jest również w angiogenezę, czyli proces tworzenia nowych naczyń krwionośnych w obrębie guza, które umożliwiają transport substancji odżywczych i produktów przemiany materii, pozwalając na szybki wzrost nowotworu. Proces ten jest efektem oddziaływań elementów znajdujących się na powierzchni komórek śródbłonkowych ze składnikami macierzy pozakomórkowej. Przez komórki nowotworowe wytwarzane są proteazy mające zdolność do trawienia białek ECM i błony podstawnej, co umożliwia przemieszczanie się komórek śródbłonka, które tworzą nowe naczynia. Główną rolę odgrywają w tym procesie metaloproteinazy. Katepsyna B bierze pośredni udział w tworzeniu naczyń guza poprzez degradację i inaktywację inhibitorów metaloproteinaz [23]. Poza katepsyną B, w chorobach nowotworowych udział biorą również katepsyna H, S i L2. Katepsyna L2 nie ulega ekspresji w prawidłowych komórkach sutka oraz jelita grubego, pojawia się natomiast w komórkach nowotworowych tych organów [14]. Proteinazy cysteinowe mogą również powodować uodpornienie komórek nowotworowych na działanie układu immunologicznego.
102 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia Tabela 2. Zmiany stężeń proteinaz cysteinowych w chorobach nowotworowych Table 2. Changes in the concentration of cysteine proteases in cancer disease Choroba Katepsyna Materiał Zmiana stężenia Rak piersi B, L Tkanka guza i komórki nowotworowe H Tkanka guza i surowica Rak jajnika Rak pęcherza moczowego Rak prostaty B Tkanka guza i surowica L surowica B Osocze, mocz L Mocz B, H, S Tkanka guza i komórki nowotworowe L Tkanka guza Rak jelita grubego B, H, L Tkanka guza Rak żołądka B,L Tkanka guza Rak trzustki B, H Tkanka guza Rak płuc B, L, S Tkanka guza H Tkanka guza H Surowica Rak mózgu B, L, H Tkanka guza Rak głowy i szyi Czerniak B, L Tkanka guza H Tkanka guza B, H Surowica B, L, H Tkanka guza
Paulina Młudzik i Marek Mirowski 103 Potwierdzeniem tego stwierdzenia jest fakt, że występująca na powierzchni komórek czerniaka prokatepsyna L chroni je przed lizą, poprzez degradację czynnika C3 komplementu, dzięki czemu komórki nabywają zdolność do przerzutowania [24]. Udowodniono również, że obecność proteinaz cysteinowych w błonie komórek nowotworowych przyspiesza agregację trombocytów indukowaną przez guz [25]. Podjęto próby wyjaśnienia potencjalnych mechanizmów prowadzących do wzrostu aktywności proteinaz cysteinowych w nowotworach. Przyczyną nadmiernej ekspresji tego enzymu może być amplifikacja genu. Mechanizm ten zaobserwowano w przypadku gruczolakoraka przełyku, gdzie w badanych próbkach stwierdzono 4 20 krotną amplifikację genu kodującego katepsynę B. Poziom ekspresji proteinaz cysteinowych może być także zależny od cząsteczek zaangażowanych w przekazywanie sygnałów stymulujących wzrost i pro liferację komórek. Wykazano podwyższoną ekspresję genu katepsyny B w linii ludzkich komórek białaczki promielocytowej HL 60 pod wpływem retinoidów, estrów forbolu i kalcytriolu. Kolejną przyczyną wzrostu syntezy proteinaz cysteinowych może być również zwiększenie stabilności ich mrna, o czym świadczy fakt, iż niekiedy podwyższonemu stężeniu i aktywności katepsyny B nie towarzyszy wzrost stężenia jej transkryptu [14]. W wielu badaniach udowodniono antynowotworowe działanie inhibitorów proteinaz cysteinowych. Przeprowadzone próby przedkliniczne wykazały, że zahamowanie aktywności proteinaz cysteinowych przy użyciu ich inhibitorów spowalnia wzrost guza poprzez blokowanie angiogenezy i inwazji. Osiągnięcie znacznej regresji guza, zwłaszcza w późnym stadium choroby, oraz wydłużenie czasu przeżycia pacjenta możliwe jest przy połączeniu leczenia inhibitorami proteinaz cysteinowych z dodatkową terapią skierowaną przeciwko komórkom nowotworowym np. chemioterapią lub radioterapią. Dowiedziono jednak, iż włączenie do leczenia inhibitorów proteinaz cysteinowych znacznie zwiększa skuteczność tradycyjnych terapii przeciwnowotworowych [26]. Najczęściej używanym w badaniach inhibitorem proteinaz cysteinowych jest E 64, przy użyciu którego możliwe było zahamowanie proliferacji komórek nowotworu naskórka oraz powstrzymanie inwazji nowotworu pęcherza moczowego, jajnika i płuc.
104 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia Hamował on ponadto degradację laminy oraz obniżał potencjał metastatyczny komórek nowotworowych. Podobne rezultaty przyniosło wykorzystanie inhibitorów bardziej specyficznych względem poszczególnych katepsyn [5]. Podsumowanie Przedstawione doniesienia dają dużą nadzieję nie tylko na możliwość wykorzystania proteinaz cysteinowych i ich inhibitorów w diagnozowaniu, prognozowaniu przebiegu choroby, ale również na podejmowanie prób ich wykorzystywania w poszukiwaniu nowych terapii antynowotworowych. Praca zrealizowana w ramach działań statutowych Zakładu Biochemii Farmaceutycznej i Diagnostyki Molekularnej 503/3 015 02/503 31 001. Piśmiennictwo 1. Grzonka Z, Jankowska E, Kasprzykowski F, Kasprzykowska R, Łankiewicz L, Wiczak W i wsp. Structural studies of cysteine proteases and their inhibitors. Acta Biochem Pol. 2001; 48: 1 20. 2. Wyrwińska A, Torliński L. Proteazy cysteinowe i cystatyny w chorobach nowotworowych. Część I. Diagnostyczna i prognostyczna wartość oznaczania cystatyn i/lub proteaz cysteinowych. Nowiny Lekarskie. 2003; 72: 228 233. 3. Rzychon M, Chmiel D, Stec Niemczyk J. Modes of inhibition of cysteine proteases. Acta Biochem Pol. 2004; 51: 861 873. 4. http://merops.sanger.ac.uk (data dostępu 23 10 2013). 5. Stoka V, Turk B, Turk V. Lysosomal Cysteine Proteases: Structural Features and their Role in apoptosis. IUBMB Life. 2005; 57: 347 353. 6. Kamocka M, Mielicki W. Prokoagulant nowotworowy: charakterystyka biochemiczna oraz wpływ na rozwój choroby nowotworowej. Postępy Biochemii. 2003; 49: 168 174. 7. Szajda S, Snarska J, Skrzydlewski Z, Zwierz K. Nowotworowy prokoagulant (CP) w chirurgicznej diagnostyce onkologicznej. Współczesna Onkologia. 2005; 9: 409 413. 8. Mielicki W. Biochemistry of cancer procoagulant. Haemostasis. 2001; 3: 8 10.
Paulina Młudzik i Marek Mirowski 105 9. Kaplińska K, Mielicki WP. Direct analysis reveals an absence of g carboxyglutamic acid in cancer procoagulant from human tissue. Blood Coagulation and Fibrynolysis 2009; 20: 315 320. 10. Mielicki W, Sobolewska M. Cancer Procoagulant (EC 3.4.22.26): The kinetics of its inhibition by E 64 and Modulation of the Activity by Cadmium, Copper and Tin Ions. Cancer Research Therapy and Control. 2001; 11: 135 141. 11. Gordon S. G, Mielicki W. Cancer procoagulant: a factor X activator, tumor marker and growth factor from malignant tissue. Blood Coagul Fibrinolysis. 1997; 8: 73 86. 12. Mielicki W, Tenderenda M, Wierzbicki R. Usefulness of polyclonal antibody for detection of cancer procoagulant (EC 3.4.22.26) in extracts from human malignant tissue. Biomedical Letters. 1997; 56: 151 157. 13. Berdowska I, Siewiński M, Zarzycki Reich A, Jarmułowicz J, Noga L. Activity of cysteine protease inhibitors in human brain tumors. Med Sci Monit. 2001; 7: 675 679. 14. Berdowska I, Siewiński M. Rola katepsyn cysteinowych oraz ich inhibitorów w procesach fizjologicznych i nowotworowych. Postępy Biochemii. 2000; 46: 73 84. 15. Yano M, Hirai K, Naito Z, Yokoyama M, Ishiwata T, Shiraki Y. Expression of cathepsin B and cystatin C in human breast cancer. Surg Today. 2001; 31: 385 389. 16. Ebert W, Knoch H, Werle B, Trefz G, Muley Th, Spiess E. Prognostic value of increased lung tumor tissue cathepsin B. Anticancer Res. 1994; 14: 89 90. 17. Schweiger A, Staib A, Werle B. Cysteine proteinase cathepsin H in tumours and sera of lung cancer patients: relation to prognosis and cigarette smoking. Br J Cancer. 2000; 82: 728 788. 18. Sivaparvathi M, Sawaya R, Wang SW, Rayford A, Yamamoto M, Liotta L i wsp. Overexpression and localization of cathepsin B during the progression of human gliomas. Clin Exp Metastasis. 1995; 13: 49 56. 19. Berdowska I. Cysteine proteases as disease markers. Clin Chim Acta. 2004; 342: 41 69. 20. Strojan P, Budihna M, Smid L, Svetic B, Vrhovec I, Kos J i wsp. Prognostic significance of cysteine proteinases cathepsins B and L and their endogenous inhibitors stefins A and B in patients with squamous cell carcinoma of the head and neck. Clin Cancer Res. 2000; 6: 1052 1062. 21. Frohlich E, Schlagenhauff B, Mohrle M, Weber E, KlessenC, Rassner G. Activity, expression, and transcription rate of the cathepsins B, D, H, and L in cutaneous malignant melanoma. Cancer 2001; 91: 972 982.
106 Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia 22. Poręba W, Gawlik K, Gutowicz J. Katepsyna B a proces inwazji nowotworowej. Postępy Biochemii. 2002; 48: 111 120. 23. Smolarczyk K, Błasiak J. Rola proteaz w progresji nowotworów. J Oncol. 2001; 51: 420 427. 24. Mai J, Finley R, Waisman D, Sloane B. Human Procathepsin B Interacts with the Annexin II Tetramer on the Surface of Tumor Cells. J Biol Chem. 2000; 275: 12806 12812. 25. Alexander B, Pechet L, Kliman A. Proteolysis, fibrynolysis and coagulaton significance in thrombolytic therapy. Circulation. 1962; 26: 596 611. 26. Palermo C, Joyce J. Cysteine cathepsin proteases as pharmacological targets in cancer. Trends Pharmacol Sci. 2008; 29: 22 28.