Detektivka na ravni matičnih celic, usodnih za raka

Letošnja dobitnica letošnje velike nagrade Miroslava Zeia za življenjsko delo, o katepsinih in njihovem pomenu pri raku.

sob, 25.11.2017, 11:00
Slovarček

katepsin = proteolizni encim oziroma peptidaza, ki razgrajuje druge proteine in jih presnavlja v lizosomih lizosom = celični prebavni mešiček gliom = možganski tumor, ki nastane iz astrocitov, imenovanih tudi celice glije, to so podporne celice možganskega tkiva matična celica = embrionalna, tkivna in rakava celica, iz katere se lahko razvije več različnih vrst celic (asimetrična delitev), lahko pa se deli tudi simetrično in se v načelu neskončnokrat reproducira mezenhimska matična celica = vir določenih vrst tkivnih celic (multipotentnih z asimetrično delitvijo)

Je možganski tumor glioblastom tako trdovraten zato, ker njegove maligne matične celice posebno pretkano »pregovorijo« mezenhimske matične celice, da jih namesto uničenja podprejo v njihovi agresivnosti?

Raziskovalna skupina, ki jo vodi prof. dr. Tamara Lah Turnšek z Nacionalnega inštituta za biologijo (NIB), podrobneje raziskuje mikrookolje tumorja, ki vpliva na njegovo invazivnost. Nedavno so prvi odkrili novo vrsto specifičnega tumorskega označevalca zunanjih membran teh celic, molekulo CD9, ki se zdi obetavna tarča zdravljenja, kot so takoj zatem že povzeli ameriški znanstveniki.

Omenjene raziskovalne teme so – poleg plenarnega predavanja prof. Miroslava Radmana o kemiji in biologiji staranja ter s staranjem povezanih boleznih – minuli teden predstavili na mednarodnem simpoziju All That Life – To naše življenje. Ob tej priložnosti je sogovornica, vrhunska znanstvenica, redna profesorica za biokemijo in molekularno biologijo na ljubljanski univerzi, dolgoletna direktorica inštituta za biologijo in članica inženirske akademije, prejela veliko nagrado Miroslava Zeia za življenjsko delo.

Bogato znanstveno kariero ste začeli na Institutu Jožef Stefan, jo nadgradili v tujini, potem pa desetletja raziskovanja v sodelovanju s kolegi, ki se ukvarjajo s temeljnim raziskovanjem in kliničnim delom, posvetili v širši javnosti verjetno manj znanim molekulam katepsinom. Zakaj so ti tako pomembni?

Za biokemijo me je v gimnazijskih letih, ko sem sicer razmišljala tudi o študiju medicine, spodbudilo takratno prelomno odkritje deoksiribonukleinske kisline, DNK, osnove današnje molekularne medicine. Takoj sem v šoli pripravila seminarsko naloge o tej temi, da povem še sošolcem. Po končanem študiju organske kemije pa so bile ključne moje raziskave v okviru magistrskega dela, ki ga štejem za svoj skorajda najbolj pomemben znanstveni dosežek, to je odkritje novega encima, katepsina S. Raziskava, ki sem jo opravila pod mentorstvom prof. Draga Lebeza in prof. Igorja Kregarja z IJS, je bila objavljena leta 1975 v še danes ugledni znanstveni reviji Biochemica Biophysica Acta (BBA).

Beseda katepsin je grškega izvora in pomeni prebavljanje. V tem primeru so katepsini prebavni encimi celic vseh vrst tkiv. Ker smo se odločili za raziskovanje vzorcev iz tkiva telečjih bezgavk, smo naleteli na večje količine tega katepsina, ki igra vlogo v imunskem sistemu in ni bil enak tedaj znanemu katepsinu B. Poimenovali smo ga s črko S, po besedni zvezi sulfidrilna peptidaza. Pozneje so odkrili še druge člane te družine encimov, danes jih poznamo enajst.

Kako ste pozneje v tujini raziskovali še druge katepsine in njihovo vlogo v organizmu, zlasti v povezavi z rakom?

Potem ko sem nekaj let delala v kliničnem laboratoriju na nekdanji ljubljanski pediatrični kliniki, me je prof. Vito Turk povabil nazaj na IJS, kjer so bile boljše možnosti za raziskovalno delo, predvsem pa omogočen pogled v znanstveno dogajanje po svetu. Tako sem kot gostujoča raziskovalka lahko pripravljala doktorsko disertacijo o katepinsu D, deloma tudi na univerzi v Newcastlu pod mentorstvom prof. Rogerja Paina, s katerim še danes sodelujem. Podoktorske izkušnje sem pridobila z delom na tretjem katepsinu B in na medicinski fakulteti univerze Wayne State v Detroitu, kjer sem postala docentka pri prof. Bonnie Sloane, tudi z njo še sodelujem. Pozneje sem bila gostujoča profesorica in vodja laboratorija za raziskave metastaziranja na medicinskem centru Alberta Einsteina v Philadelphii, kjer sem spoznala, kaj pomeni traslacijska medicina, od raziskav do klinične prakse.

Katepsini so res tlakovali mojo raziskovalno pot, predvsem pa raziskave s katepsinom B, ki so ga prvega povezali z rakom, saj me je delo z Bonnie zaznamovalo s strastjo za raziskave raka, ki sem mu posvetila vse nadaljnje življenje.

Torej so vas ameriške izkušnje motivirale, da ste se po vrnitvi na IJS kmalu povezali s kliničnimi zdravniki in raziskovalci na onkološkem inštitutu v Ljubljani?

Moje raziskovalno delo je bilo v minulih desetletjih v glavnem kar premočrtno in logično povezano, včasih pa to dopolni še kakšno srečno naključje. Z novimi izkušnjami pri raziskavah raka se mi je zdelo nujno povezati se z onkološkim inštitutom in na srečo sta bila tedanji vodja patologije prof. Rastko Golouh in vodja kliničnega laboratorija dr. Ivan Vrhovec oba zelo naklonjena sodelovanju. V tistem času pa se je na IJS začel ukvarjati s katepsini v raku tudi prof. Janko Kos. Tako sva skupaj nadaljevala in pri več vrstah raka dokazala, da so katepsini biološki označevalci rakavih celic. Pri tem se zdi za invazijo tumorjev vodilni katepsin B – kadar ga je v tumorju več, kaže na bolj agresivno obliko raka in napoveduje slabo preživetje bolnikov.

Najobsežnejše poglavje v vašem raziskovalnem delu je povezano z možganskimi tumorji gliomi, ki se bistveno razlikujejo od drugih solidnih rakastih tumorjev ...

Pot v svet možganskih tumorjev mi je utrl naš svetovno uveljavljeni nevrokirurg prof. Vincenc Dolenc, ki je podpiral tudi temeljno raziskovanje. Možganski tumorji, gliomi, so z našega raziskovalnega vidika in potem seveda tudi za kliniko velik strokovni izziv. Gliomi zelo redko metastazirajo, vendar so izjemno agresivni, zelo hitro se širijo po možganskem tkivu, in kljub sodobnim postopkom zdravljenja bolniki v povprečju preživijo le dobro leto in pol. Zato iščemo inovativne metode, ki bi vodile k daljšem preživetju po operativnem posegu.

Gliome raziskujete tudi na ribah zebricah. Kako to prispeva k boljšemu razumevanju razvoja gliomov v humani medicini?

Ta živalski model smo nedavno uvedli in ga preizkusili, ker je v primerjavi z glodavci dostopnejši, cenejši in raziskovalni cikel poteka bistveno hitreje. Pri ribjih zarodkih, ki jih uporabljamo pri nas, je dodatna prednost, da so v zgodnjem razvojnem obdobju prozorni in zato zelo primerni za opazovanje ter slikovni prikaz razvoja rakastega tkiva v možganih. Vendar glavnina našega raziskovalnega dela poteka na vzorcih možganskih tumorjev človeških gliomov, iz katerih izoliramo tudi gliomske matične celice.

Pred leti so namreč postavili domnevo, da se vsak zločest tumor razvije iz rakavih matičnih celic. Ta ideja me je takoj pritegnila in tudi pri gliomih smo že prišli do nekaj novih spoznanj, na primer tega, da je preživetje sorazmerno številu rakavih matičnih celic v tumorski masi. Že leta 2000 pa smo objavili, da je tudi vsebnost katepsina B sorazmerna preživetju bolnikov z gliomom. Zadnje, še neobjavljene raziskave res kažejo, da je med katepsini in gliomskimi matičnimi celicami povezava, saj smo jih zasledili v tkivnih nišah in zdi se, da tam različni katepsini, B, K, L in X, igrajo zelo različne vloge.

Prvi ste objavili tudi, da je katepsin K povezan z gliomskimi matičnimi celicami ...

Najprej smo prvi sploh ugotovili, da je katepsin K najbolj povišan v najbolj maligni obliki glioma, v glioblastomih, in tudi v gliomskih matičnih celicah, kar je presenetljivo, saj je znano vezan na kostno tkivo, kjer uravnava regeneracijo.

Vemo pa tudi, da rakave matične celice niso razpršene po tumorju, temveč se zadržujejo v tako imenovanih nišah v tkivu, najpogosteje blizu krvnih kapilar, ki skrbijo za prehranjevanje tumorjev. Gliomske matične celice, neaktivne in prilepljene ob kapilare, imajo tako zagotovljene možnosti za preživetje, so zaščitene pred sevanjem in terapevtiki, a se prebudijo in se začnejo asimetrično deliti in so vir novih gliomskih celic po tem, ko jih terapevtiki uničijo. Katepsin K se zdi pomemben pri zadrževanju teh celic v nišah.

Kakšna je pri tem vloga tumorskega označevalca CD9, ki ste ga nedavno odkrili v vašem laboratoriju?

Na površini glioblastomskih matičnih celic smo s proteomsko analizo odkrili specifično molekulo CD9 iz družine tako imenovanih tetraspaninov, ki je ključna za ohranjanje matičnih lastnosti, po katerih te celice v tkivu prepoznamo. S ciljanjem te molekularne tarče celice uničimo in s tem tudi reproduktivnost in recidiv tumorja, saj ni več vira novih gliomskih celic. Izjemnost molekule CD9 je v tem, da je nevralne matične celice, ki so vir nevronov v zdravih delih možganov, ne izražajo, sicer bi bile tudi te s ciljano terapijo proti CD9 prizadete. Ključno je, da zdravih živčnih celice s terapijo ne poškodujemo.

Na simpoziju ste svoje potovanje v svetu znanosti predstavili v šestih etapah. Katera bo naslednja?

Kot že dolgo vemo, v organizmu nenehno nastajajo različne rakave celice. Celice imunskega odziva in mezenhimske matične celice jih prepoznajo kot tuje, se izplavijo iz kostnega mozga in po krvnem obtoku prihitijo do tumorja, da bi jih uničile. S poskusi na miškah so ugotovili, da mezenhimske matične celice lovijo celo posamezne tumorske celice, jim sledijo in jih poskušajo uničiti.

Vendar se to ne zgodi zaradi obrambnega sistema rakavih celic. Zgodi se torej ravno obrnjeno, rakave celice nevtralizirajo njihov prvotni namen oziroma njihovo nalogo. V zadnjem času se tako poglobljeno ukvarjamo z mezenhimskimi matičnimi celicami iz kostnega mozga, da bi bolje razumeli, kako in zakaj neuspešen spopad z gliomskimi celicami.

Proučujemo tudi možnosti, kako bi mezenhimske matične celice opremili z inhibitorjem proti kateri od možnih tarč, na primer CD9, ali pa z molekulo, ki bi ob stiku s celico povzročila njeno smrt, apoptozo. Te raziskave so povezane s številnimi neznankami, s katerimi smo se med drugim ukvarjali v mednarodnem projektu GLIOMA oziroma v nadaljevanju projekta TRANSGLIOMA, predvsem skupaj z italijanskimi skupinami v bolnišnici v Vidmu in Sinhrotronu v Bazovici.

Kakšne so možnosti, da bi obetavne rezultate predkliničnih raziskav hitreje uvajali v klinično prakso?

To si vsi želimo in takšna so tudi prizadevanja translacijske onkologije, kjer s sodelavci, predvsem prof. Gregorjem Seršo in prof. Jankom Kosom, že vrsto let sodelujemo na mednarodnih konferencah o eksperimentalni in translacijski medicini (CETO). Aprila sem celo predsedovala 8. konferenci CETO pri nas, v Portorožu. Translacija pomeni prenos spoznanj iz laboratorija, torej dosežkov bazičnih raziskav, dobesedno do bolnikove postelje. A ta pot je zelo dolga in zelo draga, zahteva med 10 in 15 let, na milijone evrov in mora vključevati vsaj več sto, če ne tisoče bolnikov.

Vendar načrtujete v sodelovanju z onkologi zanimiv projekt.

Da, s prof. Seršo se na onkološkem inštitutu pogovarjamo o možnostih za raziskovalni projekt, v katerem bi z uničenjem CD9 skupaj z obsevanjem lahko uničili gliobastom. Če nam uspe to dokazati, bi v klinični praksi zaživelo šele čez nekaj let.

Katere dosežke drugih raziskovalnih skupin na vašem inštitutu bi opisali kot širše pomembne in odmevne?

Inštitut za biologijo sem prevzela leta 1996 z manj kot polovico današnjih sodelavcev. Isto leto smo se preselili v stavbo Biološkega središča, kjer smo sosedje oddelka za biologijo biotehniške fakultete. Sinergije med obema institucijama in ugodno infrastrukturno okolje so veliko prispevali k uspehom inštituta, ki jih seveda ni malo. Kot poudarja prof. Maja Ravnikar, vodja naše najuspešnejše skupine, oddelka za biotehnologijo in sistemsko biologijo, je NIB postal ena od treh vodilnih inštitucij na znanstvenem polju ved o življenju pri nas, dobro prepoznan v znanstveni in širši javnosti ter v mednarodnem prostoru.

V raziskovalni skupini oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka smo izdelali metode za sledenje vedno bolj naraščajočih onesnaževalcev v okolju. Med drugim sta nastala dva patenta, eden na pobudo prof. Metke Filipič, in sicer biosenzorske celične linije za odkrivanje genotoksičnosti onesnaževalcev v bioloških vzorcih oziroma v vodi, ki lahko privedejo do mutacij in razvoja raka. Patentiran pa je bil tudi sistem za sprotno merjenje strupenih cianobakterij v onesnaženih vodah, ki se lahko vgradi v vodeno plovilo, prof. Bojana Sedmaka.

Vse raziskovalne skupine objavljajo kakovostne članke in druge prispevke, kar tudi vpenjamo v inovativne veje gospodarstva. Prenovili smo morsko biološko postajo v Piranu, kupili raziskovalno plovilo in drugo infrastrukturo. To je gotovo prispevalo k široki prepoznavnosti postaje, ki jo uspešno vodi prof. Alenka Malej.

Že nekaj let načrtujemo tudi nadgradnjo ljubljanskega dela inštituta, za potrebe biotehnološkega inkubatorja in učnega centra za farmacevtska in druga podjetja. Žal država ne kaže potrebnega razumevanja in ne podpira možnosti za razvoj novih generacij tako potrebnih inženirjev, biotehnologov, doktorjev znanosti, ki ustvarjajo dodano vrednost v potencialno rastočem gospodarstvu.

Že vrsto let si tudi prizadevate za enakopravno uveljavljanje žensk v znanosti.

Seveda, saj vemo, da marsikje, tudi pri nas, praksa še krepko zaostaja za deklaracijami, čeprav bi lahko 'drugo polovico možganov', kot se je izrazila prof. Aleksandra Kornhauser, še mnogo bolje izkoristili v dobro znanosti in vseh nas. Le poglejmo si, kako malo je članic SAZU, dekank, direktoric javnih raziskovalnih zavodov, premoremo tudi le dve rektorici. Sama sem sicer zagovornica mešanih raziskovalnih skupin. Pomembno se mi zdi sozvočje med moškim in ženskim pristopom in ohranjanje bioloških razlik, ki prispevajo k zaokroženi celoti kot jin in jang – tudi in predvsem pri znanstvenem delu.

Na simpoziju je gostujoči predavatelj prof. Cornelis J. F. van Noorden z amsterdamske univerze o vas iskrivo dejal, da ste kot orkan, s katerim se že četrt stoletja skupaj raziskovalno potapljata v niše gliomskih matičnih celic. V čem je skrivnost uspešnega lovljenja ravnovesja med zahtevami akademske kariere, vodenjem inštituta in družinskim življenjem?

Skrivnost uspeha? Jasna vizija, vztrajnost in radovednost, tudi raziskovalna, in strast do življenja. Pri vodenju pa sposobnost prisluhniti ljudem, saj je za dobro znanost pomembno sozvočje ljudi, ki skupaj ustvarjajo. Kar zadeva orkan – res, vse življenje imam prežeto z veliko energije in upam, da navdušujem še druge, čeprav seveda ne vseh in včasih kakšnega tudi odpihne ...

Prijavi sovražni govor