Фолатгидролаза 1 , более известная как Глутаматкарбоксипептидаза II ( англ. Glutamate carboxypeptidase II, GCPII , или Prostate-specific membrane antigen, PSMA ) — цинк-содержащий , принадлежащий к мембранным гликопротеинам 2-го класса. GCPII катализирует гидролиз N-ацетиласпартилглутамата до глутамата и N-ацетиласпартата , а также участвует в метаболизме фолатов .

Связь с раком простаты

Рак простаты – шестой по распространенности и второй по смертности тип рака среди мужского населения в странах запада . Повышенная летальность в первую очередь связана с метастазированием, которое усиливается от стадии к стадии. Метастазирование происходит через лимфатические и кровеносные пути, и почти любой орган является потенциальной мишенью. Наиболее часто поражаются кости, печень и легкие .

PSMA является маркером рака простаты, так как его экспрессия в клетках рака простаты и клетках эпителия новообразованных сосудов внутри других типов опухолей во много раз превышает экспрессию этого антигена в остальных тканях. Она особенно высока на поздних стадиях рака и внутри нечувствительных к гормонам раковых клеток , что может использоваться в основе метода, позволяющего отслеживать прогрессию опухоли , а также в некоторых глиальных клетках . И хотя молекулярно-биологические основы связи между развитием рака и экспрессией PSMA до сих пор неизвестны, разработка систем определения стадии рака, антираковых препаратов и средств их доставки идет полным ходом .

Ферментативная активность

Белок имеет определенные функции в клетке: это Zn-зависимый металлофермент глутамат карбоксипептидаза II (GCPII, данное сокращение используется, когда идет речь о функционировании фермента, не связанном с раком), который катализирует гидролиз пептидного нейротрансмиттера N-ацетиласпатилглутамата (NAAG) до глутамата (также нейротрансмиттер) и N-ацетиласпартата (NAA) (рис.1).

Структура

GCPII человека состоит из 750 аминокислотных остатков; в процессе модификации он подвергается N-гликозилированию, и суммарный его вес составляет примерно 100 кДа . Состоит он из нескольких доменов: N-концевого (внутри клетки), трансмембранного, связующих аминокислот (снаружи мембраны), каталитического домена (снаружи мембраны) и домена неизвестного назначения (снаружи мембраны) (рис.2) . Ферментативная активность PSMA возникает только после гомодимеризации по сайтам внеклеточной области белка . Следовательно, увеличение количества данного фермента ведет к увеличению концентрации глутамата в межклеточном пространстве , откуда следует, что GCPII участвует в развитии неврологических заболеваний и расстройств, связанных с повреждением или смертью нейронов при высоких концентрациях глутамата .

Эндоцитоз при связывании с лигандом

Важной особенностью PSMA является его способность к интернализации путем клатрин-зависимого эндоцитоза при связывании лигандоподобного субстрата . В качестве субстрата могут выступать антитела , ДНК/РНК аптамеры , различные низкомолекулярные соединения . Было показано, что мотив MXXXL цитоплазматического домена PSMA существенен для интернализации и мутации этого участка (в 1 и 5 позиции), а также добавление дополнительных аминокислот (Ala) ведут к ингибированию процесса в клетках рака простаты . Кроме того, известно, что взаимодействие последних аминокислот N-концевого домена PSMA с филамином А (димеры филамина А служат сайтами докинга различных мембранных рецепторов, вовлеченных в трансдукцию сигналов) уменьшает каталитическую активность PSMA на 64% (взаимодействие регулируется внутриклеточными механизмами, ) в филамин-содержащих клетках .

Все это, а также то, что функциональный PSMA - гомодимер, может свидетельствовать о том, что PSMA является мембранным рецептором к неизвестному лиганду: после связывания с лигандом комплекс PSMA лиганд интернализуется. Косвенным подтверждением этому можно считать то, что PSMA в эндотелиальных клетках сосудов расположен главным образом в кавеолах (впячивания плазматической мембраны в клетках позвоночных, сформированные благодаря встраиванию кальвеолинов) вместе со многими другими рецепторами и сигнальными молекулами .

Если неизвестный лиганд является фактором роста, то повышение уровня интернализации, как в случае рецептора эпидермального фактора роста , может быть важным для предотвращения процесса трансформации здоровых клеток в раковые . И наоборот, повышенная способность к интернализации, как в случае с MT1-MMP (мембранная металлопротеиназа) , может стимулировать формирование метастазов.

Антитела к PSMA

Впервые возможность использования PSMA для детекции рака простаты была показана с помощью меченых радиоактивной меткой (111In) mAb 7E11 ( моноклональные мышиные антитела ) . Выяснено, что эпитопом является внутриклеточный домен PSMA . Следовательно, возможна детекция только механически или апоптотически лизированных клеток, либо существует какой-либо иной путь проникновения конъюгата сквозь мембрану . Несмотря на ограничения метода, 111In mAb 7E11 является единственным на сегодняшний день допущенным FDA (Food and Drug Administration, USA) препаратом и используется для скрининга .

Однако использование цитоплазматического домена в качестве мишени затрудняет скрининг и вряд ли может быть полезно для молекулярно-биологических исследований. Первые опыты по использованию мышиных антител (J591, J533, J415, E99, конъюгированные с флуоресцентной меткой) к эпитопам внеклеточной области PSMA продемонстрировали значительное преимущество перед mAb 7E11 – способность окрашивать живые непермеабилизованные клетки . Из них антитела J591 стали интенсивно использоваться в качестве средств доставки радиации при радиоиммунной терапии (направление лучевой терапии непосредственно в опухоль) . J591 относится к иммуноглобулинам класса G; связывание его с PSMA вызывает интернализацию, причем количество событий интернализации пропорционально концентрации J591 .

Флуоресцентно меченые антитела также тестируются на возможность использования. Например, конъюгат J591 с индоцианином зеленым, особенностью которого является активация флуоресцентной метки после того, как она отсоединяется от антитела после связывания PSMA (конъюгат не флуоресцирует), интернализации и деградации конъюгата в лизосомах . Более того, для проведения скрининга достаточно небольших концентраций конъюгата, равных оным при радиомечении.

Помимо радиоактивного и флуоресцентного груза, антитела могут быть конъюгированы с различными лекарственными препаратами и токсинами . На данный момент на стадии преклинических испытаний находится большое количество конъюгатов: mAb E6 + дегликозилированный рицин А(белковый токсин растительного происхождения, чрезвычайно токсичен) ; mAb J591 + мелиттиноподобный пептид (мелиттин - основной компонент яда медоносной пчелы) ; mAb + MMAE ( монометил ауристатин Е, синтетический токсин) и т.д..

После того, как FDA был допущен метод, базирующийся на клетке как на аутогенном агенте для иммунотерапии (sipuleucel-T) , появились попытки использовать в качестве мишени другие белки, например, PSMA. Использование HLA (человеческий лейкоцитарный антиген) системы позволит с помощью иммунного ответа самого организма избавляться от клеток, на поверхности которых присутствует антиген, участки последовательности которого представлены HLA системой модифицированной ex vivo антиген-презентующей клетки.

Также возможно использование антител, которые способны взаимодействовать с эффекторными клетками человека и вызывать антитело-зависимую цитотоксичность, что было показано для некоторых мишеней.

РНК аптамеры к PSMA

Впервые после разработки метода SELEX (систематическая эволюция лигандов экспоненциальным обогащением) устойчивые к нуклеазам аптамеры к PSMA (A9 (71 нуклеотид) и A10 (~60 нуклеотидов)) были отобраны Shawn et al. . С тех пор эти аптамеры и различные их модификации используются для доставки веществ к раковым клеткам. Более того, их удалось оптимизировать, сократив, например, длину A10 с 71 до 39 нуклеотидов и при этом сохранив специфичность связывания с PSMA, что облегчило их синтез .

На сегодняшний день синтезировано несколько конъюгатов А9 и А10 с различными веществами: А9:rGel (рекомбинантный гелонин - белковый токсин, выщепляющий аденин в 4324 положении 28S рРНК) , ANp:А9:(CGA)7:Dox (доксорубицин, дополнительные повторы были добавлены к аптамеру для связывания нескольких молекул доксорубицина, ANp – наночастицы золота ) и т.д.. Все они эффективно связываются с антигеном и впоследствии интернализуются.

Также было показано, что использование химеры A10:Plk1 siРНК (Plk1 – поло-киназа 1, эффективно экспрессируется в LNCaP; было показано, что ингибирование Plk1 вызывает апоптоз клеток этой клеточной линии ) активно элиминирует Plk1 РНК посредством РНК-интерференции . Одно из главных преимуществ данного подхода заключается в том, что это однокомпонентная система, синтезировать которую сравнительно проще.

Вскоре была предложена более сложная конструкция, позволяющая значительно увеличить эффективность элиминирования рака простаты. Это ковалентно сшитые с дендримером аптамеры, каждый из которых может либо нести токсин для химиотерапии (например, Dox), либо являться иммуностимулирующим агентом . Благодаря этому становится возможной доставка одновременно большого количества лекарств. Кроме того, связывание с дендримером способствует стабилизации аптамеров: больше половины конъюгата сохраняется в течение 24 часов в сыворотке крови (конъюгат аптамер:токсин полностью деградирует через 3 часа) .

В сравнении с моноклональными антителами, аптамеры могут быть легко смоделированы и синтезированы, обладая меньшими размерами и иммуногенностью, при этом сохраняя высокую специфичность к раковым клеткам-мишеням.

Примечания