Ključni mehanizam otpornosti

Ključni mehanizam otpornosti

U složenom procesu obrade otrova u stanici sudjeluju mnogi enzimi koji, primjerice, prevode unesene kemijske spojeve u manje štetan oblik, no upravo su membranski proteini oni koji poput pumpe izbacuju štetne tvari iz stanice te na taj način sprečavaju oštećenja DNA i moguću smrt stanice

Roko Žaja (1977) završio je studij biologije i kemije na Pedagoškom fakultetu Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku te danas dovršava doktorski studij toksikologije na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Radio je kao suradnik na hrvatsko-norveškom ekološkom znanstvenom projektu CROWAT u sklopu kojeg su sustavno praćene hrvatske kopnene vode, estuariji i priobalje. Danas je znanstveni novak na Zavodu za istraživanje mora i okoliša pri Institutu Ruđer Bošković.

Tijekom životnoga vijeka organizmi su neprekidno izloženi velikom broju tvari koje nemaju hranjivu vrijednost niti se mogu iskoristiti u izgradnji biološki važnih molekula. Unos takvih organizmu stranih tvari, koje nazivamo ksenobioticima, odvija se uglavnom putem hrane, ali i disanjem, dok su u slučaju organizama koji nastanjuju vodene ekosustave najvažniji put unosa škrge. Neprekidna izloženost velikom broju ksenobiotika nije samo posljedica relativno nedavne ljudske aktivnosti, već i sveukupnih okolišnih uvjeta u kojima je život nastajao i razvijao se tijekom proteklih 3,5 milijarde godina.

Nakupljanje ksenobiotika u stanicama i tkivima rezultiralo bi, prije ili kasnije, toksičnim učinkom tih spojeva. Stoga je od ključne važnosti za sve organizme da izbace te spojeve. Glavna prepreka pri ulasku, ali i eliminaciji tvari iz stanica jest stanična membrana. Zbog toga je postojanje složenih membranskih proteina koji djeluju kao membranske pumpe ključno upravo za eliminaciju toksičnih spojeva iz stanica.

Upravo zbog svog položaja, membranski proteini imaju ključnu funkciju u komunikaciji stanica s okolinom te posreduju u prihvaćanju i izlučivanju kemijskih spojeva u stanicu i iz nje. Osnovni način preživljavanja stanice upravo je mogućnost razgradnje (inaktivacije) i izlučivanja toksičnih spojeva kojima je organizam svakodnevno izložen. U složenom procesu obrade otrova u stanici sudjeluju mnogi enzimi koji, primjerice, prevode unesene kemijske spojeve u manje štetan oblik, no upravo su membranski proteini oni koji poput pumpe izbacuju štetne tvari iz stanice te na taj način sprečavaju oštećenja DNA i moguću smrt stanice.

Spomenute stanične pumpe središnji su predmet istraživanja, ponajprije u kliničkoj onkologiji (liječenju tumora), ali i u ekotoksikologiji, odnosno u znanosti koja se bavi proučavanjem utjecaja toksikanata na ekosustav. Ipak, konačni cilj razlikuje se u navedenim dvama poljima istraživanja. U kliničkoj onkologiji, prigodom tretiranja tumora antitumorskim lijekovima, problem se javlja kada membranski proteini prepoznaju tumorski lijek kao stranu tvar te ga izbacuju iz stanice i time onemogućuju uspješno liječenje. Rješenje se nalazi u razvoju inhibitora navedenih proteina, koji će blokirati proteinsku pumpu te tako omogućiti ostanak antitumorskog lijeka unutar stanice i time povećati vjerojatnost uspješna izlječenja. Važnost membranskih proteina u antitumorskoj terapiji otkrivena je još sedamdesetih godina prošloga stoljeća, ali su tek tijekom posljednjih desetak godina postignuti znatni pomaci na tom području.

S druge strane, u ekotoksikologiji, membranske su pumpe te koje omogućuju preživljavanje organizama u zagađenim ekosustavima. U takvu sustavu inhibitori tih proteina izrazito su štetni za organizam jer mogu uzrokovati nakupljanje toksičnih spojeva u organima te naposljetku bolest i u konačnici smrt. Vrlo su često inhibitori staničnih pumpi prisutni u smjesi antropogenog zagađenja, pa tako u otpadnim vodama nalazimo brojne pesticide i kemoterapeutike, koji dokazano djeluju kao izrazito potentni inhibitori. Prema tome, u obama područjima znanosti, u kliničkoj onkologiji, kao i u ekotoksikologiji, bitno je ponajprije identificirati membranske proteine odgovorne za transport štetnih tvari iz stanice, zatim specifične supstrate pojedinih proteina te potencijalne inhibitore tih proteina. Na obama poljima znanost je dala već mnoge odgovore na navedena pitanja, no mnoga u istraživanju membranskih pumpi nisu dokraja razjašnjena.

Naša posljednja istraživanja potencijalno su važna za oba područja, kako ekotoksikologiju, tako i kliničku onkologiju. Naime otkriveno je da posebno selektirane riblje tumorske stanice mogu razviti fenotip višestruke otpornosti na lijekove posredovan aktivnošću membranskoga transportera P-glikoproteina, koji je do sada zapažen isključivo u tumorima sisavaca. Nakon izlaganja ribljih stanica poznatom kemoterapeutiku, doksorubicinu, zapazili smo da te stanice pokazuju visoku otpornost na cijelu paletu poznatih antitumorskih lijekova te da je takav fenotip posljedica povećane količine P-glikoproteina u membrani, u usporedbi sa stanicama koje nisu selektirane s doksorubicinom. Primjena tog otkrića u medicini je dvojaka. Razumijevanje kancerogeneze u riba (kao i ostalih vodenih organizama), u kojih je učestalost pojave tumora vrlo mala, mogla bi pomoći u razumijevanju kancerogeneze u čovjeka te otkriti koji su ključni mehanizmi koji vodene organizme čine otpornima na razvoj tumora. Stanice selektirane doksorubicinom posjeduju povećane količine P-glikoproteina, čineći time izvrstan model in vitro i za detaljnu karakterizaciju okolišnih zagađivala koji mogu stupiti u interakciju sa spomenutom proteinskom pumpom. Dakle, primjenom takva modela moguće je otkriti zagađivala koja nisu sama po sebi štetna, ali blokiranjem proteinske pumpe mogu pridonijeti većem toksičnom učinku drugih štetnih spojeva. Također, riblje stanice pokazale su se kao dobar model in vitro u procesu istraživanja tumora, smanjujući time potrebu za intenzivnim korištenjem pokusnim životinjama. Rezultati istraživanja bit će u cijelosti objavljeni u najcjenjenijem svjetskom toksikološkom časopisu »Toxicology and Applied Pharmacology«.

Roko Žaja