Apoptotično delovanje alkilpiridinijevih spojin na celice pljučnega adenokarcinoma

Alkilpiridinijevi polimeri (polyAPS) so naravni produkti, ki smo jih izolirali iz sredozemske morske spužve vrste Reniera sarai. Zanje smo prvotno mislili, da delujejo primarno kot inhibitorji encima acetilholinesteraze (AChE), vendar se je v kasnejših preliminarnih raziskavah sintetičnih analogov kasneje pokazalo, da le-ti v veliko nižjih koncentracijah delujejo kot antagonisti nikotinskih acetilholinskih receptorjev (nAChR). Naravni polyAPS so citotoksični za NSCLC celično linijo (adenokarcinom A549), ne pa tudi za normalne pljučne celice, ki ne izražajo ?7 nAChR, oziroma izražajo nekatere druge podtipe teh receptorjev, ki so na delovanje alkilpiridinijevih spojin neobčutljivi oziroma bistveno manj občutljivi. V predhodnih raziskavah smo ugotovili, da so naravni alkilpiridiniijevi polimeri učinkoviti tudi proti primarnim celicam pljučnega karcinoma in omejujejo  rast trdnih tumorjev v miškah. Njihova slabost je ta, da so razmeroma velike organske molekule, ki v vodnih razstopinah tvorijo še večje skupke poleg tega pa so tudi citolitični, zato ravnanje z njimi ni preprosto. Pred kratkim smo uspeli sintetizirati manjše oligomere, ki imajo podobne strukturne in funkcionalne lastnosti, a imajo tudi definirano molekulsko maso in v uporabljenih koncentracijah ne agregirajo v vodnih raztopinah ter niso litični. Prvi poskusi so pokazali, da je vsaj en sintetični analog (8Br-1) izredno močan antagonist ?7 nAChR, saj jih popolnoma inhibira že v pM koncentracijah. To je precej manj od koncentracij, ki so potrebne za inhibicijo acetilholinesteraze, kar je pomembno, saj bi inhibicija acetilholinesteraze, ki jo omenjene spojine prav tako inhibirajo, lahko imela nasproten učinek od želenega. ?7 podtip je glavni podtip nAChR, ki ga izražajo celice linij NSCLC, SCLC in MPM (rakaste celice pljučnega mezotelioma). Ta tip receptorja je povezan tudi z nikotinsko odvisnostjo, saj se nikotin veže na nAChR v centralnem živčnem sistemu. Nikotin v neživčnih celicah sproži antiapoptotične signalne poti, ki preprečijo celično smrt. Kot agonist nAChR receptorje aktivira in to sproži signale, ki vodijo v aktivacijo celičnih antiapoptotičnih dejavnikov, povečajo preživetje celic in tudi proliferacijo. Čeprav nikotin ni kancerogen, pa prek teh mehanizmov očitno deluje kot tumorski promotor. Z uporabo antagonistov in inhibicijo nikotinskih receptorjev želimo doseči nasproten učinek, torej aktivacijo apoptotskih dejavnikov in tistih signalnih poti, ki vodijo v celično smrt in uničenje rakastih celic. Zaradi selektivne narave alkilpiridinijevih analogov in selektivnega izražanja števila in tipov nikotinskih receptorjev na membranah rakastih in zdravih celic menimo, da bi bile te spojine kot kemoterapevtiki lahko uspešne v boju proti eni od najbolj pogostih oblik pljučnega raka, ki je dokazano povezan s kajenjem. Poleg tega bomo s pomočjo alkilpiridinijevih analogov raziskali tudi signalne poti in vlogo nekaterih proapoptotskih proteinov, zlasti tistih, ki poškodujejo membrano mitohondrija in aktivirajo nekatere kaspaze. Predvidevamo, da bomo na podlagi ugodnih rezultatov in vitro, raziskave v zadnji fazi projekta nadaljevali tudi na živalskih modelih in vivo, ter opravili tudi nekatere farmakološke študije, ki nam bodo dale vpogled v morebitno toksičnost sintetičnih alkilpiridinijevih analogov.

Pljučni rak je nasplošno še vedno ena od najhujših oblik raka, katerega smrtnost je zelo velika. Večina oblik pljučnega raka je tesno povezana s kajenjem. Poznavanje različnih tipov celic pljučnega raka, njihovih receptorjev in signalnih poti v teh celicah, ki preprečujejo apoptozo in pospešujejo proliferacijo in angiogenezo je ključnega pomena za razvoj novih zdravil, ki bi bila tudi ustrezno selektivna za posamezne podtipe pljučnega raka. Z rezultati in objavami našega projekta smo prispevali k poznavanju mehanizmov, ki rakaste celice obvarujejo pred programirano celično smrtjo. Pokazali smo na vlogo nAChR in nikotina in hkrati odkrili način kako z naravnimi in sintetičnimi antagonisti nAChR, predvsem alfa 7 podtipa preusmeriti rakave celice v apoptozo, pri tem pa čim manj škoditi zdravim celicam. S poskusi in vivo na imunonekompetentnih miškah pa smo pokazali, da se z direktnim vnosom enega od uporabljenih alkilpiridinijevih analogov v tumorsko tkivo, da učinkovito zavreti ali celo popolnoma eliminirati tumorske vsadke humanega pljučnega adenokarcinoma.

Seveda je težko opredeliti kaj naše raziskave pomenijo za razvoj Slovenije. Pomenijo ravno toliko kot pomenijo za razvoj znanosti. Nedvomno je problematika pljučnega raka, zdravljenja le-tega in nenazadnje razvoj tovrstnih rakastih obolenj v tesni povezavi s kajenjem, pereče tako v Sloveniji kakor drugod po svetu. Domače znanje o mehanizmih, ki so vpleteni v programirano celično smrt, proliferacijo rakastih celic in angiogenezo, je nedvomno pomembno tudi v širšem prostoru. če kot slovenski znanstveniki lahko prispevamo k razjasnitvi teh mehanizmov, to nedvomno prispeva tudi k ugledu Slovenije v svetu.