Infekční choroby patří spolu s hladověním, omezenými vodními zdroji a nedostatkem přístřeší mezi hlavní faktory ohrožující zdraví a prosperitu rostoucí světové populace. Rapidní pokrok v genomice a molekulární biologii v posledních dekádách výrazně napomohl snaze determinovat klíčové proteiny a enzymy podílející se na patogenezi infekčních onemocnění. Několik dekád výzkumu věnovaného proteázám virů, patogenů a parazitů odhalilo celou plejádu těchto enzymů, které mají zásadním význam pro rozvoj a průběh infekcí. Tím se determinovala možnost jejich cílené inhibice pomocí nově navržených nízkomolekulárních inhibitorů jako jedna ze zásadních strategií pro hledání nových léků vůči infekčním chorobám. Takzvaný racionální design nových inhibitorů proteáz, po dekádách úspěchu vystřídaného nanaplněným očekávaním, se v poslední době vrací jako osvedčená cesta k novým lékům na infekční choroby včetně právě probíhající pandemie covidu-19.
K dalšímu čtení v Živě
Dvacet let od objevení viru HIV 1. AIDS jako zoonóza a 2. HIV infekce u člověka (2003, 3 a 5)
Úkryt HIV aneb jak se retroviry umlčují (2015, 3)
Svět podle Parazita (2019, 5)
Současné vyhlídky na efektivní terapii COVID-19 (2020, 2)
Ze života bílkovin aneb Na tvaru záleží (2020, 6)
Použitá a citovaná literatura
BIBO-VERDUGO, Betsaida, et al. The proteasome as a drug target in the metazoan pathogen, schistosoma mansoni. ACS infectious diseases, 2019, 5.10: 1802-1812.
BODDEY, Justin A., et al. An aspartyl protease directs malaria effector proteins to the host cell. Nature, 2010, 463.7281: 627-631.
KHARE, Shilpi, et al. Proteasome inhibition for treatment of leishmaniasis, Chagas disease and sleeping sickness. Nature, 2016, 537.7619: 229-233.
LI, Hao, et al. Structure-and function-based design of Plasmodium-selective proteasome inhibitors. Nature, 2016, 530.7589: 233-236.
PINO, Paco, et al. A multistage antimalarial targets the plasmepsins IX and X essential for invasion and egress. Science, 2017, 358.6362: 522-528.
SAJID, Mohammed; WITHERS-MARTINEZ, Chrislaine; BLACKMAN, Michael J. Maturation and specificity of Plasmodium falciparum subtilisin-like protease-1, a malaria merozoite subtilisin-like serine protease. Journal of Biological Chemistry, 2000, 275.1: 631-641.
SHIN, Donghyuk, et al. Papain-like protease regulates SARS-CoV-2 viral spread and innate immunity. Nature, 2020, 587.7835: 657-662.
SOJKA, Daniel, et al. Parasite cathepsin D-like peptidases and their relevance as therapeutic targets. Trends in parasitology, 2016, 32.9: 708-723.
ULLRICH, Sven; NITSCHE, Christoph. The SARS-CoV-2 main protease as drug target. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2020, 127377.
Infectious diseases, along with starvation, limited water resources and the lack of shelter, are among the main factors threatening the health and prosperity of the world's growing human population. Rapid advances in genomics and molecular biology have allowed for the identification of key proteins and enzymes involved in the pathogenesis of infectious diseases. Several decades of research into the proteases of viruses, pathogens and parasites have revealed a broad range of the enzymes that are essential for the development and course of infections. This determined the possibility of their targeted inhibition using newly designed low-weight protease inhibitory compounds as one of the key strategies to create new drugs for infectious diseases. Rational design of new protease inhibitors, after decades of success replaced by unfulfilled expectations, has recently returned as a proven path to new drugs for infectious diseases, including the ongoing covid-19 outbreak.
-
Hype křivka firmy Gartner – graf, který ukazuje vyspělost a připravenost nových technologií v čase pomocí jakéhosi životního cyklu technologie (tzv. Hype Cycle). Ten má pět vyznačených fází – od objevení technologie až po jasné definování její použitelnosti jako standardního nástroje produktivity. Blíže v textu. Orig. D. Sojka
-
Znázornění principu inhibice aktivních katalytických podjednotek proteazomu. Inhibice způsobuje akumulaci proteinů určených k degradaci a nedostatek aminokyselin pro proteosyntézu, v důsledku toho se zastaví buněčné děje a buňka umírá. Inhibice se vyjadřuje hodnotou IC50 (inhibiční koncentrace), která představuje koncentraci zkoušené látky mající za následek 50% úhyn či 50% snížení růstu nebo růstové rychlosti ve vztahu ke kontrolnímu vzorku. Pokud daný inhibitor přednostně působí na proteazom parazita a při stejné dávce není toxický pro proteazom napadeného hostitele, lze o něm uvažovat jako o potenciálním terapeutiku. Index selektivity (SI) je poměr IC50 hodnot pro parazitické a hostitelské buňky. Čím vyšší je poměr SI, tím bude teoreticky účinnější a bezpečnější nový lék. Orig. D. Sojka
-
Krevní stadium trypanozomy Trypanosoma brucei na barveném nátěru krve nakaženého jedince pod světelným mikroskopem. Foto R. Kuchta, Laboratoř helmintologie Parazitologického ústavu BC AV ČR
-
Krevní stadium trypanozomy Trypanosoma brucei ze skenovacího elektronového mikroskopu. Foto M. Tesařová, Laboratoř elektronové mikroskopie Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích
-
Krevní stadium trypanozomy Trypanosoma brucei. Snímek ze 3D transmisního elektronového tomografického modelu s vyznačeným jádrem (červeně), mitochondrií a kinetoplastem (zeleně) a bičíkem (fialově). Foto T. Bílý, Laboratoř elektronové mikroskopie Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích
-
Selektivní inhibice proteazomu je ověřenou strategií i proti mnohobuněčným helmintům. Dospělci krevničky střevní (Schistosoma mansoni, motolice – Trematoda). Foto R. Kuchta, Laboratoř helmintologie Parazitologického ústavu BC AV ČR
-
Selektivní inhibice proteazomu je ověřenou strategií i proti mnohobuněčným helmintům. Cysta svalovce stočeného (Trichinella spiralis, hlístice – Nematoda) v preparátu svalové tkáně obratlovce. Foto R. Kuchta, Laboratoř helmintologie Parazitologického ústavu BC AV ČR
-
Selektivní inhibice proteazomu je ověřenou strategií i proti mnohobuněčným helmintům. Vlasovec oční (Loa loa, hlístice), izolovaný z podkoží člověka. Foto R. Kuchta, Laboratoř helmintologie Parazitologického ústavu BC AV ČR
-
Selektivní inhibice proteazomu je ověřenou strategií i proti mnohobuněčným helmintům. Dospělec motolice thajské (Opisthorchis viverrini) izolované ze střeva kočky domácí. Foto R. Kuchta, Laboratoř helmintologie Parazitologického ústavu BC AV ČR
-
Cyklus zimničky tropické (Plasmodium falciparum) v červených krvinkách (erytrocytech člověka, vlevo). Po invazi krvinky je parazit obklopen parazitoforní vakuolou, která přetrvává během vývoje v raný trofozoit (prstýnek), trofozoit až po mnohojaderný schizont. Ze schizontu vznikají noví jedinci (schizogonie), parazitoforní vakuola se rozpadá, dochází k narušení červené krvinky a dceřiní merozoiti se uvolní. Proces se cyklicky opakuje. Fialově – jádro, hnědě – trávicí vakuola, kde probíhá trávení hemoglobinu. Vpravo schematický detail merozoitu zimničky tropické. Apikální komplex, důležitý pro invazi a uvolnění z krvinek, se skládá ze strukturální části tvořené pólovými prstenci, na které se upínají subpelikulární mikrotubuly vybíhající dále do buňky. Mikronemy, roptrie, denzní granula a exonemy představují sekretorickou část apikálního komplexu, která se účastní procesů uvolnění a invaze červených krvinek. Blíže v textu. Orig. D. Sojka