Proteus

Proteus je projekt, s katerim je ekipa z Univerze McGill sodelovala na tekmovanju iGEM 2023.

Avtor povzetka: Gašper Struna

Uvod

Število rakavih obolenj se z vsakim letom povečuje. Rak med drugim predstavlja tudi veliko finančno breme. Predvideva se, da naj bi stroški zdravljenja v naslednjih tridesetih letih znašali 25 bilijonov dolarjev. Za zdravljenje raka se je leta 2019 v ZDA porabilo 21,09 milijarde dolarjev. Poleg ekonomskega vidika pa ima rak velik vpliv na družine, ki jih prizadane. Nastanek raka na ravni genov je povezan z mutacijami, ki motijo celične procese in omogočajo nekontrolirano rast. Trenutna zdravljenja, kot so operacija, kemoterapija, radioterapija, večinoma le olajšajo, ne pa ozdravijo, bolezni. Rakave celice so med drugim tudi zelo prilagodljive in lahko zmanjšajo učinkovitost zdravljenja. Dinamična narava raka zahteva inovativne pristope, ki bi lahko izboljšali rezultate pri pacientih. V projektu Proteus so zasnovali in preizkusili nov inovativen pristop za zdravljenje raka trebušne slinavke.

Cilji projekta

Cilj projekta je bil ustvariti terapijo za zdravljenje raka trebušne slinavke, ki bi specifično prepoznala točkovne mutacije KRAS (mutacije značilne za rakave celice) in sprožila celično smrt rakavih celic, hkrati pa ne bi škodovala zdravim celicam.

Piroptoza

V projektu so se odločili, da bodo poskušali sprožiti imunski odziv v sicer imunosupresivnem okolju tumorja. Imunski odziv se lahko sproži s tem, da iz celice začnejo izhajati snovi, ki se tam ne bi smele znajti. V okolje lahko take snovi pridejo zaradi smrti celice. Poznamo več tipov smrti celice. V splošnem jih lahko razdelimo na programirano celično smrt in neprogramirano celično smrt. Tu se bomo osredotočili na programirano celično smrt (PCS), ki jo lahko potem nadalje razdelimo na več različnih tipov. Verjetno najbolj znana oblika PCS je apoptoza, pri kateri celice umrejo na omejen in urejen način. Ta tip PCS zato ne sproži imunskega odziva. Apoptozo uravnava družina proteinov kaspaze. Ta družina pa prav tako uravnava drug tip PCS, in sicer piroptozo. Tu pa pride do vnetnega odgovora. Vnetne kaspaze pri piroptozi razcepijo družino proteinov, imenovanih gasdermini.

Gasdermini

Gasdermini so progini sestavljeni iz N- in C-končne domene. N-končna domena je citotoksična in prek linkerja povezana z avtoinhibitorno C-končno domeno. Vnetne kaspaze razcepijo obe domeni in več prostih N-končnih domen se lahko vgradi v membrano, kjer skupaj tvorijo pore. Vsebina celic tako prek teh por preide v ekstracelularni prostor, kjer sproži vnetni odziv. Poznamo več različnih gasderminov, ki so v večini poimenovani z eno črko, in sicer gasdermin A, B, C, D, E itd. Gasdermini kažejo različne vloge pri raku. Visoka izraženost gasdermina B je povezana z napredovanjem raka, medtem ko ima gasdermin D tako spodbujevalne kot zaviralne lastnosti. Predvsem pa je zanimiv gasdermin E, saj njegovo delovanje upočasni rast tumorjev in poveča infiltracijo limfocitov v tumorje. Izražanje gasdermina E je pri rakih epigenetsko utišano. Njegova uporaba za terapije za zdravljenje raka je tako zelo obetavna.

Craspase

CRISPR in s CRISPR-Cas povezane tehnologije so zelo aktualna tema v bioloških znanostih. Ekipa iz Univerze McGill se je v svojem projektu osredotočila na sistem CRISPR tip III-E. Ta sistem prepozna ciljno RNA in posledično reže proteine. Tako kot ostali CRISPR sistemi se domneva, da služi kot obrambni mehanizem, vendar posledice cepitve proteinov s tem sistemom ne razumemo popolnoma. V projektu so uporabili sistem iz tega razreda, imenovan Craspase, ki je iz morskega anaerobnega organizma Desulfonema ishimotonii. Sistem ima pet glavnih komponent:

1. efektor Cas7-11 – velik Cas protein, ki drži vodilno RNA
2. vodilna RNA
3. Csx29 – proteaza, ki reže tarčni protein
4. tarčna RNA – komplementarna vodilni RNA
5. Csx30 – tarčni protein, ki ga reže Csx29

Csx29 reže Csx30 bližje C-terminalnemu koncu, in sicer natančneje med aminokislinskima ostankoma M427 in K429. Za razcep Csx30 ne potrebujemo celotnega proteina, ampak le aminokisline med 396. in 565. mestom. To je dobro za nadaljevanje, saj je bistveno lažje delati s krajšim proteinom/zaporedjem.