SÚHRN

Glutatión S-transferázy (GSTs) tvoria veľkú skupinu de­toxikačných enzýmov, ktoré chránia bunkové makromolekuly pred účinkami toxických substancií vrátane cytostatických liekov.  Izoenzým GST-? je vo veľkom rozsahu exprimovaný v mnohých chemorezistentných nádoroch, čo naznačuje, že hrá dôležitú úlohu v detoxikácii chemoterapeutík, a teda pri rozvíjaní rezistencie proti nim. GST-? pravdepodobne pôsobí dvoma rôznymi spôsobmi pri vzniku liekovej rezistencie: nielen pomocou priamej detoxikácie liečiva, ale aj pomocou neenzýmovej interakcie s proteinkinázami signálnych dráh, čím dochádza k inhibícii apoptózy nádorovej bunky. Toto spojenie medzi GST-? a apoptotickým signálom poskytuje racionálnu odpoveď na otázku, prečo sa výrazne zvýši expre­sia tohto enzýmu v chemorezistentných nádorových bunkách, hoci podávané cytostatikum nie je práve substrátom pre GST-katalyzovanú konjugáciu s glutatiónom.

Kľúčové slová: glutatión S-transferáza-? (GST-?, GSTP1) – apoptóza – chemorezistencia nádorov.

Lek Obz, 59, 2010, č. 6, s. 239 – 240

SUMMARY

Glutathione S-transferases (GSTs) represent a major

group of detoxification enzymes that protect cellular

macromolecules from attack by toxic substances in­cluding cytostatics. High levels of GST-? are found in chemo­resistant tumors, suggesting that it has a role in acquisition of resistance to anticancer drugs. It is plausible, that

GST-? serve two distinct roles in the development of drug resistance: not only via direct detoxification, but also

via acting as an inhibitor of the proteinkinase-signaling pathways and inhibition of apoptosis of tumor cell.

The link with kinase-mediated signaling could provide a rationale explanation for the increased expression of GST-? in drug resistant cells, even when the selecting drug is not a substrate for GST-mediated conjugation to glutathione.

Key words: glutathione S-transferase-? (GST-?, GSTP1), apoptosis, anticancer drug-resistance

Lek Obz, 59, 2010, č. 6, s. 239 – 240

Glutatión S-transferázy, biotransformačné enzýmy

Glutatión S-transferázy (GST-s) sú skupinou enzýmov ka­ta­lyzujúcich pripojenie tripeptidu glutatiónu (?-glu­ta­myl-cysteinyl-glycín, GSH) k endogénnym a exogénnym toxickým substrátom. Väzba chemických látok na nukleofilnú síru v cysteínovej zložke glutatiónu je dôležitým krokom v eliminácii toxínov z organizmu. Glutatiónové konjugáty ďalej podliehajú hydrolýze za súčasného uvoľnenia glutamylových a glycínových zvyškov. Nasleduje N-acetylácia konjugátov pomocou enzýmu acetyltransferázy. Konečným produktom sú mer­kaptoderiváty kyseliny močovej (merkapturové kyseliny), ktoré sú výborne rozpustné vo vode a ľahko vylúčené z organizmu močom. GST-s sú teda detoxikačné enzýmy, ktorých funkciou je ochrániť bunkové makromolekuly pred atakom škodlivých látok (5). Substrátmi pre GST-s sú rôzne chemické karcinogénne látky, ale aj mnohé antineoplastické liečivá. Po konju­gácii s glutatiónom sa liečivo stáva hydrofilné a far­makologicky neaktívne.

Glutatión S-transferázy sa podieľajú na II. fáze biotransformácie liekov. I. fáza spočíva v introdukcii kyslíka do molekuly xenobiotika, čím sa xenobiotikum stáva elektrofilné, II. fáza znamená konjugáciu vznik­nutého elektrofilného metabolitu s tiolovou skupinou redukovaného glutatiónu. Glutatión S-transferázy možno rozdeliť na 2 skupiny:

1.    Glutatión S-transferázy viazané na mikrozómy – hrajú kľúčovú úlohu v metabolizme endogénnych látok - leukotriénov a prostaglandínov.
2.    Glutatión S-transferázy prítomné v cytosóle – sú výrazne rôznorodé, rozdeľujú sa podľa primárnej štruktúry a imunogénnej povahy do šiestich skupín a označujú sa písmenami gréckej abecedy: ?, ?, ?, ?, ? a ? (5, 7).

Enzýmová trieda glutatión S-transferázy

Enzýmovou triedou, ktorá je v najväčšom rozsahu hyperexprimovaná pri nádorových chorobách, je ? (GST-Pi, GSTP-1); hrá zrejme dôležitú úlohu v detoxikácii protirakovinových liekov (6). Goto uvádza, že GST-?, izoforma GSTs, je transportovaná aj do jadra bunky (3), v neskoršej práci dokazuje prítomnosť GST-? v mito­chondriách (4).

Z chemoterapeutík sú konjugáciou s glutatiónom inaktivované predovšetkým alkylačné látky, ako je N-hor­čičné cytostatikum, chlorambucil, cyklofosfamid, mito­xantrón a antrachinón. Vplyvom zvýšených koncentrácií alebo aktivity GST-? dochádza k zrýchlenému meta­bolizmu liečiv, čím v organizme a v bunkách sa nedosiahnu účinné protinádorové koncentrácie.

Mnohé výskumy ukazujú, že hyperexpresia GST-? v nádore vedie k liekovej rezistencii nielen konjugáciou s glutatiónom, ale aj reguláciou proteinkinázových signálnych dráh, ako sú MAP-kinázové kaskády (1, 7). Signálne dráhy predstavujú vytváranie reťazca signálnych molekúl, z ktorých každá prenáša informáciu na ďalšiu molekulu (obr. 1). Tento proces vyústi v jadre bunky do tvorby bielkovín zúčastňujúcich sa na regulácii rastu, opráv, prípadne na regulácii procesov vedúcich k zá­niku bunky, k apoptóze.

Väčšinu signalizačných procesov vnútri buniek kontrolujú proteinkinázy. Ide o veľkú rodinu enzýmov, ktorá riadi bunkové funkcie, proliferáciu, diferenciáciu a apoptózu prostredníctvom reverzibilnej fosforylácie hydroxylových skupín serínových, treonínových a tyro­zínových zvyškov v proteínoch. Do veľkej rodiny proteinkináz patria aj tzv. MAP-kinázy (Mitogen-activated Protein Kinases). Ide o tri skupiny enzýmov, ktoré sa aktivujú postupne, v kaskáde. Tretie MAP-kinázy vstupujú do jadra a fosforylujú regulačný proteín génov skorej odpovede – génov myc, jun a fos. Nazývajú sa c-junN-terminálne kinázy (JNKs) alebo stresom akti­vované proteinkinázy (SAPKs).

C-junN-terminálne kinázy sú zahrnuté v iniciácii apoptózy spustenej počas bunkového stresu. Súčasné práce uvádzajú, že GST-? sa dostáva do interakcie s nimi a vytvárajú spolu komplex GST-?/JNK, pričom GST-? pôsobí na JNK inhibične (7). Enzýmovú triedu GST-? možno teda považovať aj za inhibítora apoptózy reguláciou kaskády signálov viazaných na JNK. GST-? je prítomná v nádorových bunkách vo zvýšenej miere, teda vo zvýšenej miere by mohlo dochádzať k inaktivá­cii apoptózy v nich, čo by malo viesť k nerušenej nádorovej proliferácii (6).

Zapojenie GST-? do regulácie MAP-kinázovej kas­kády prináša nový pohľad na ich známu úlohu v me­tabolizme a bunkovej homeostáze. Zároveň poskytuje možné vysvetlenie, prečo sa zvýši expresia GST-? v bunkách rezistentných na liečbu, hoci vybrané chemoterapeutikum nie je práve substrátom pre GST-sprostredkovanú konjugáciu s glutatiónom.

Výskyt proteínu GST-? sa potvrdil v hlavných exkreč­ných orgánoch (pečeň, obličky), ako aj v nádorových tkanivách – karcinómu ovária, prsníka, nemalobunkového karcinómu pľúc, kolorektálneho karcinómu (5). Mnohé štúdie spájajú zvýšenú expresiu GST-? v ľudských nádoroch so zlou prognózou a naznačujú možnosť použiť triedu ? enzýmu GST ako nádorový marker liekovej rezistencie (4, 6). Uvedené poznatky ukazujú, že hyperexpresia GST-? v malígnych bunkách pravde­podobne predstavuje pre tieto bunky ochranný mecha­nizmus proti stresovým faktorom nielen endogénnej povahy, ale aj stresom spôsobeným protirakovinovými liekmi (7). Vzhľadom na pravdepodobnú úlohu GST-? pri vzniku chemorezistencie nádorov hľadanie účinných inhibítorov tohto enzýmu predstavuje dôležitý zámer súčasného onkologického výskumu (2).

New view on glutathione S-transferase-? (GSTP-1) and its influence on antineoplastic therapy

Janka VECANOVÁ, Ingrid HODOROVÁ, Silvia RYBÁROVÁ, Jozef MIHALIK, Darina KLUCHOVÁ
(Z Ústavu anatómie LF UPJŠ,  Košice, prednosta prof. MUDr. D. Kluchová, PhD.)