Prenylaation estäminen, FTI, GGTI

Prenylaatio ja sen estäminen. Prenylation inhibitors= prenylaation estäjät.

Tausta varsinaisten prenylaation inhibiittorien kehittämisen tarpeelle.

Nämä estäjät tulee ryhmitellä aivan eri ryhmäksi, vaikka statiineillä, jotka laskevavat kolesterolipitoisuuksia, onkin matalin annoksin sivuvaikutuksena prenylaation estymisiä.

www.freshpatents.com/Prenylation-inhibitors-and-methods-of-their-synthesis-and-use-dt20070111ptan20070010561.php

Mutta tällä alalla ollaan vasta patenttiluetteloissa. Tässä on tutkijat tehneet inventaariota valmisteista, joista on hyötyä sellaisissa taudeissa, joihin liittyy proteiinien prenylaatio . Samalla luetellaan metodeja, millä proteiinin prenylaatiota voidaan estää ja miten valmisteita syntetisoidaan ja käytetään.

Luokka uusia yhdisteitä, joista on hyötyä proteiinien prenylaatioon liittyvissä taudeissa.

Ras-proteiinit ovat GTP-sitovien (pienten GTPaasi) proteiinien perhettä ja hydrolysoivat proteiineja, jotka säätelevät solujen kasvua ja differentaatiota.
Ras-proteiinien ylituotanto tai mutaatio voi johtaa solun kontrolloimattomaan kasvuun ja sellaisen on osoitettu olevan pahentavana syytekijänä useissa taudeissa kuten syöpä, uudelleen stenosoituminen, psoriaasi, endometrioosi, ateroskleroosi, virus ja hiivatulehdukset ja silmän sarveiskalvon (cornea) neovaskularisaatio.

www.nature.com/nri/journal/v6/n5/images/nri1839-f1.jpg

Ras-proteiinit omaavat yhteisenä piirteenä C-terminaalisen sekvenssin, jota merkitään CAAX-motiiviksi, jossa C tarkoittaa cysteiiniä , A tarkoittaa aminohappoa ja usein tämä on alifaattinen aminohappo. X on alifaattinen aminohappo tai jonkin muun tyypin aminohappo. Näiden proteiinien biologinen aktiviteetti riippuu niiden posttranslationaalisesta modifikaatiosta tähän sekvenssiin ja kyse on isopreenilipidiin liittämisestä, prenylaatiosta.

Jos proteiinilla on C-terminaalineen CAAX- sekvenssi, prenylaatio tapahtuu vähintäin kolmessa askeleessa ja
(1) siinä lisätään joko 15- hiilen farnesyyli (farnesyl) tai 20 hiilen geranylgeranyyli, isoprenoidi Cysteinyyli- tähteeseen
(2) ja samalla pilkotaan erikseen proteolyyttisesti kolme viimeistä aminohappoa C-terminaalista
(3) ja uusi C-terminaalinen karboksylaatti metyloidaan.
(4) Joidenkin proteiinien prenylaatiossa on neljäskin askel ja se on palmitylaatio farnesyloidusta cysteiinistä N-terminaalisesti sijaitseviin yhteen tai kahteen cysteiiniin

Ras-proteiinin kaltaiset proteiinit, joilla on C-terminaalinen motiivi XXCC tai XCXC , voivat myös prenyloitua ja ne prenyloituvat geranylgeranyylillä Cysteinyylitähteesen. Nämä proteiinit eivät tarvitse endoproteolyyttistä prosessoivaa askelta
Kun kuitenkin eräät soluproteiinit, jotka päättyvät XCXC, ovat karboksymetyloituja, ei ole kuitenkaan selvillä , jos karboksymetylaatio seuraa sellaistenkin proteiinien prenylaatiota, joilla on XXCC-motiivi.

Kaikille ras- proteiinien kaltaisille proteiineille on kuitenkin yhteistä, että isoprenoidin lisä on ensimmäinen prenylaatioaskel ja edellytys jatkoaskelille.

Proteiinien prenylaatiota katalysoi kolme entsyymiä.
(1) farnesyl-protein transferase (FPTase),
(2) geranylgeranyl-protein transferase type I (GGPTase-I),
(3) geranylgeranyl-protein transferase type-II (GGPTase-II, jolla on myös nimi Rab GGPTase).
Näitä entsyymejä löytyy niin hiivasta kuin imettäväissoluista.

FPTaasi ja GGPTaasi-I
ovat alpha/beta heterodimeerejä entsyymejä, joilla on samanlainen alfa-alayksikkö ja erilliset beeta-alayksiköt, tosin 30% niillä on aminohappojen samankaltaisuutta.

GGPTaasi II omaa erilaiset alfa ja beetaalayksiköt ja tekee kompleksia kolmannen komponentin kanssa. (REP, Rab Escort Protein), joka esittää proteiinisubstraattia alfa/beeta-katalyyttisille alayksiköille.

Jokainen näistä entsyymeistä käyttää selektiivisesti FPP tai GPP molekyyliä isoprenoidin donorina
FPP= farnesyl diphosphate
GGPP=geranylgeranyl diphosphate-

FPTaasi farnesyloi CAAX-motiivin sisältäviä proteiineja, joitten päädyssä on Ser, Met, Cys, Gln tai Ala (S,M,C,Q,A).
GGPTaasi-I geranylgeranyloi CAAX motiivin sisältäviä proteiineja, joiden päädyssä on Leu tai Phe (L, F).
Entsyymeille FPTaasi ja GGPTaasi-I on motiivi CAAX tetrapeptidi se minimaalisin
alue, mikä on vaadittavana edellytyksenä proteiinisubstraatti-interaktioon entsyymin kanssa.

Entsyymi GGPTase-II modifioi motiivin XXCC ja XCXC omaavia proteiineja, mutta sen interaktio proteiinisubstraatin kanssa on komplisoidumpi ja vaatii tunnistamisedellytyksenä muitakin proteiinisekvenssejä kuin C-terminaalisen tetrapeptidin:
Entsymologinen luonnehtiminen näistä kolmesta entsyymistä FPTaasi, GGPTaasi I ja GGPTaasiII viittaa siihen, että on mahdollista selektiivisesti estää vain yhtä näistä entsyymeistä.

GGPTaasi I siirtää geranylgeranyyliryhmän prenyylin luovuttajasta (GGPP) substraattiproteiini nCAAX terminaalin cysteiini- aminohappotähteeseen (C).

Tunnettuja GGPTaasi I kohteita ovat aivojen heterotrimeeristen G-proteiinien gamma-alayksiköt ja Ras-superperheen pienet GTP:tä sitovat proteiinit kuten RhoA, RhoB, RhoC, CDC42Hs, Rac1, Rac2, Rap1A ja Rap1B.

Proteiineillä RhoA, RhoB, RhoC, Rac1, Rac2 ja CDC42Hs on tehtävää solun muodon (shape) säätelyssä

Rac ja Rap proteiineilla on osuutta neutrofiilien aktivaatiossa.
Ras-proteiinien kyky vaikuttaa solun muotoon on riippuvainen Rho ja Rac-proteiinien funktiosta.

Koska Rho ja Rac-proteiinit vaativat geranylgeranylaatiota funktiokykyisyyteensä, GGPTaasi I:n estäjäaine ( inhibiittori) voisi blokeerata näiden proteiinien funktiota ja saattaisi olla hyödyllinen esim. syövänvastaisena aineena. Tätä huomiota tukee myös askettäiset tieteelliset tulokset.

ESIM. GGPTaasi-I inhibiittori voi jarruttaa tuumorisoluja, joilta puuttuu p53 G0/G1-faasista, ja estäjä voi aiheuttaa, että akkumuloituu p21 sup.WAP. Tästä voidaan päätellä, että näitä inhibiittoreita voidaan käyttää palauttamaan kasvun pysähdys ( growth arrest) sellaisissa soluissa, joista puuttuu funktionaalinen genominsuojelijatekijä p53, jonka tehtävänä on pysäyttää sellainen solu, joka ei ole pätevä solusykliin.

Sellaisissa soluissa, missä FPTaasi on inhiboituna, voidaan GGPTaasi I:lla modifioida erästä muotoa Ras-geeniä, mikä useimmin liittyy ihmisen syöpiin (K-Ras).

Koska geranyyligeranyloitu Ras on raportoitu olevan aivan yhtä tehokas kuin farnesyloitu Ras, kun tutkitaan solun transformaatioita, niin pitäisi kaikissa K-Ras- syövissä antaa hoitona myös GGPTaasiI-inhibiittoria.

Syöpähoidon lisäksi GGPTaasi I inhibiittoreilla saattanee olla käyttöindikaatioita interventiona muissakin patologisissa tiloissa. Näitä ovat esimerkiksi intima-hyperplasia, joka liittyy re-stenoosiin ja ateroskleroosiin.
Keuhkovaltimon sileän lihaksiston lihassolut ovat erityisen herkkiä GGPTaasi I –inhibitiolle ja sellaisten solujen hoitaminen GGPTaasi-inhibiittorilla johti niiden NOS-entsyymin superinduktioon IL-1-beta - interleukiinilla.
(iNOS = nducible nitric-oxide synthase (NOS-2). Tämän sieni-entsyymin selektiivinen estäminen vähentäisi soluseinämän integriteetti; tuhoo  sienisoluja.

Lukuisia muita prenylaation inhibiittoreita on tutkittu. Monia on vaikea eristää tai syntetisoida.

Katsotaan, että tämä on elävää tieteen haaraa, ja uusista prenylaation estäjistä ( prenyyli-proteiinitransferaasin estäjistä) on tarvetta.

(Inventaarion summana myös luetellaan rakenteeltaan näitä molekyylejä)

http://arthritis-research.com/content/figures/ar604-3-l.jpg

7.4.2009 16:36