3d struktura proteinů, zdroj: Wikipedia, licence obrázku public domain
3d struktura proteinů, zdroj: Wikipedia, licence obrázku public domain

Enzymy štěpící bílkoviny proti parazitům

Schistosomóza je po malárii druhé nejvýznamnější parazitární onemocnění na světě. Jeho původcem jsou motolice rodu krevnička (Schistosoma), které se vyskytují zejména v tropickém podnebném pásu, v oblasti Afriky, Jižní Ameriky a jihovýchodní Asie. Statistiky uvádějí v současnosti 200 milionů nakažených a dalších asi 800 milionů v ohrožení nákazou. Znalost fungování enzymů parazita, včetně bílkoviny štěpících proteáz, snad může do budoucna pomoci v boji s touto nákazou.

Onemocnění schistosomózou začíná infekcí larvami schistosom (cerkáriemi), které se dostávají do vodního prostředí z mezihostitelského organismu, vodních šneků. Cerkárie ve vodě vyhledávají lidského hostitele, do kterého se dostávají skrze jeho kůži, a okamžitě se začnou měnit na další larvální stádium (schistosomulu). Po několika dnech se schistosomuly dostávají do cévního systému, kde se během tělní migrace postupně mění v dospělé jedince. Ti se usadí v oblasti portální žíly odvádějící krev do jater, vytvoří stálé páry a samice začnou produkovat obrovské množství vajíček, která způsobují zánět vnitřních orgánů, zejména jater, a po několika letech nakonec celkové vyčerpání a selhání organismu.

Jak přemoci schistosomózu?

Pro boj s touto nákazou existují v současnosti velmi omezené prostředky. Užívá se pouze jediné léčivo – praziquantel, proti kterému se u parazita začíná objevovat stále častěji rezistence. Vakcína neexistuje. Proto je velmi důležité snažit se najít jinou alternativu léčby. Cestou k nalezení nového léčiva může být objasnění funkce důležitých enzymů parazita a následné nalezení látky, která blokuje jejich funkci.

Vědci z Přírodovědecké fakulty ve spolupráci s Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR se zabývali výzkumem proteáz – enzymů, které štěpí bílkoviny, u motolice Schistosoma mansoni. Bílkoviny jsou dlouhé molekuly, které se skládají z 20 různých stavebních jednotek (aminokyselin). Ty jsou mezi sebou spojené vždy stejným typem vazby. Proteázy štěpí tyto vazby a rozlišují se na jednotlivé typy podle toho, jaké aminokyseliny preferují ve štepném místě a jeho okolí.

Vědci chtěli zjistit zejména, jaké protázy uvolňované parazitem do hostitele jsou důležité pro úspěšnou infekci hostitele, a výhledově najít látky, které by blokovaly jejich funkci. Použili robustní metodu, pomocí níž zmapovali, které typy bílkovinných vazeb jsou paraziti schopni štěpit, a na základě toho určili, jaké typy proteáz parazit používá pro boj v nepřátelském hostitelském prostředí.

Další otázkou bylo, zda se liší spektrum proteáz produkovaných v různých životních stadiích parazita napadajících člověka. K experimentům byla tedy použita tři vývojová stadia motolice Schischosoma mansoni, a to vajíčka, larvy schistosomuly a dospělí jedinci. Paraziti byli umístěni přes noc do živného roztoku. Vědci se chtěli soustředit zejména na proteázy důležité pro napadení hostitele a přežití parazita v hostiteli, o nichž předpokládali, že budou parazitem vylučované do hostitelského organismu, a proto dále analyzovali použitý živný roztok. K použitému roztoku přidali velmi unikátní směs substrátů, obsahující všechny kombinace bílkovinných vazeb, které by hledané enzymy mohly štěpit.

V čem se liší enzymy u larev a dospělců?

Vznikající štěpy byly analyzovány a z výsledků vyplynulo, že larvální stadium schistosomula produkuje proteázy, které nejvíce štěpí vazby mezi aminokyselinami tryptofanem a serinem, argininem a norleucinem a tyrosinem a argininem. Larvální proteázy na rozdíl od ostatních dvou testovaných stadií nebyly schopny štěpit vazbu mezi norleucinem a isoleucinem. Proteázy vylučované dospělými jedinci tuto aktivitu vykazovaly a naopak u nich nebyla pozorována žádná aktivita štěpení mezi tyrosinem a argininem. Proteázy produkované vajíčky štěpily nejvíce vazbu mezi argininem a norleucinem. Použitím velmi unikátní směsi substrátů bylo tedy možné určit, že parazit Schistosoma mansoni sekretuje v každé životní fázi jiné proteázy.

Dalším krokem bylo přesnější zmapování motivů štěpených peptidů, a tím prohloubit poznání o tom, jaké typy proteáz byly vylučovány jednotlivými životními stadii parazita do živných roztoků. Pro všechny nalezené štěpené vazby vědci zjišťovali, jaké aminokyseliny v těsném okolí štěpené vazby nejlépe interagují s katalytickým místem enzymů. Dle tohoto postupu proteázy vylučované larválním stadiem nejčastěji vykazovaly štěpy typické pro tzv. serinové proteázy trypsinového typu, které se chovají jako podobně známá trávicí proteáza trypsin vyskytující se u vyšších živočichů. U dospělců a vajec nebylo možné takto jednoznačně určit preferované okolí štěpených vazeb, jelikož oproti schistosomulám bylo u obou stadií detekováno mnohem více typů štěpných míst, což podle vědců poukazuje na bohatou diverzitu vylučovaných proteáz.

Dalším provedeným testem za účelem upřesnění povahy parazitárních proteáz bylo použití specifických inhibitorů známých tříd proteáz. U larválního stadia inhibiční test ukázal na převažující přítomnost serinových proteáz, mezi kterými dominovaly již zmíněné serinové proteázy trypsinového typu. Tyto proteázy mají vždy v aktivním centru aminokyselinu serin.

U dospělců byla také zjištěna přítomnost serinových proteáz, ale pravděpodobně jiného typu než u larválního stadia. Inhibiční test také naznačuje přítomnost alespoň jedné metaloproteázy, což jsou enzymy, které obsahují v aktivním centru atomy kovů. Výsledky z vajíček také poukazovaly na přítomnost serinových proteáz s dominancí trypsinového typu. Cysteinové proteázy a metaloproteázy se v nich nacházely také a zároveň je možné připustit i přítomnost enzymů zcela jiného typu než jsou cysteinové nebo serinové proteázy.

Hlavním přínosem této práce je robustní zmapování proteolytických efektů napříč vývojovými stadii parazita Schistosoma mansoni. Výsledky výzkumu mohou nyní pomoci při hledání látek, které by blokovaly funkci těchto enzymů a daly se výhledově použít k léčbě lidí nakažených tímto parazitem.

Dvořák, J., Fajtová, P., Ulrychová, L., Leontovyč, A., Rojo-Arreola, L., Suzuki, B. M., Horn, M., Mareš, M., Craik, C. S., Caffrey, C. R. & O´Donoghue, A. J.(2016). Biochimie. Excretion/secretion products from Schistosoma mansoni adults, eggs and schistosomula have unique peptidase specificity profiles, 122, 99–109. http://doi.org/10.1016/j.biochi.2015.09.025

Převzato z popularizační rubriky Přírodovědecké fakulty UK Praha

Zpracovala: Hana KRUTINOVÁ

Kamera s grafenem a kvantovými tečkami

Začlenění dalších polovodičů, např. právě grafenu, do CMOS technologií, představuje problém kvůli nesouladu mřížkových parametrů. …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close