Protinádorová terapie: Vezmi molekulu a převrať ji

aneb I rostliny mají své hormony

Hormony. Ti zdravější z nás si asi nejdříve vybaví adrenalin, o němž je známo, že dokáže organismus patřičně „vyhecovat“ k co největším výkonům, zejména ve stresových situacích. Někteří se naopak bohužel až příliš zblízka seznámili s inzulínem, který kontroluje hladinu cukru v krvi. Současný svět si také stále více považuje často nedostatkového hormonu štěstí, jak bývá nazýván endorfin, vyvolávající dobrou náladu. Hormony však jsou nepostradatelné pro normální činnost všech jednotlivých orgánů a zajišťují spolu s nervovým systémem veškeré procesy v organismu tím, že pro něj vytvářejí životně důležité regulační látky. Ještě méně ve všeobecném povědomí zdomácněl fakt, že nejen lidé a zvířata, ale také rostliny mají své hormony.

Cytokininy: Buňka budiž (roz)dělena

Už od třicátých let minulého století je známo, že látky analogické působení živočišných hormonů - tzv. fytohormony se vyskytují i v rostlinách, v nichž v nepatrném množství regulují základní projevy jejich růstu a vývoje. Mimořádně důležité jsou pro rostliny dvě skupiny hormonů, auxiny a cytokininy. Ty do značné míry rozhodují o tom, jak bude rostlina vypadat a jak bude reagovat na podněty z prostředí.

Základním výzkumem skupiny rostlinných hormonů – cytokininů se dlouhodobě zabývá Laboratoř růstových regulátorů, společné pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Přírodovědecké fakulty UP. Jedním z jejich světově uznávaných příspěvků je rozšíření řady cytokininů zejména o tzv. aromatické cytokininy topoliny a z nich odvozené deriváty na bázi olomoucinu a využití jejich regulačních účinků. Tým pod vedením prof. Miroslava Strnada zjistil, že některé funkce cytokininů či jejich derivátů se uplatňují i u živočišných buněk či tkání. Na tomto pozadí vyvinula Laboratoř látky, jež mají protinádorové účinky.

Cytokininy toho mají v rámci celé rostliny „na starosti“ skutečně hodně: prorůstání postranních pupenů a následné větvení a odnožování rostlin, inhibice růstu kořenů, distribuce asimilátů, zpomalování stárnutí rostlinných pletiv, zvyšování odolnosti rostlin vůči stresům, působí také jako regulátory regenerace rostlin...

V čem ale spočívá jejich unikátnost pro výzkum látek s protinádorovými účinky? „To vyplývá už ze samého pojmu cyto-kinin: cytokinéza znamená buněčné dělení. A cytokininy vykazují unikátní biologickou aktivitu právě tím, že buněčné dělení stimulují,“ vysvětluje prof. M. Strnad.

Princip obrátky jedné pralátky

Výchozí otázka samozřejmě ale zněla, jak naopak buněčnému dělení – a tedy nádorovému bujení – zabránit, jak najít tzv. inhibitory, látky, které buněčné dělení zpomalují, nebo dokonce zastavují. A přesně tuto otázku se pracovníkům laboratoře podařilo zodpovědět: „Vycházeli jsme totiž z předpokladu, že schopnost těchto látek stimulovat buněčné dělení se dá změnit, resp., že lze tuto jejich účinnost ´převrátit´. Naše úsilí proto směřovalo k tomu, abychom dokázali tuto molekulu trošku ´poopravit´ a najít takové modifikace, které by byly zodpovědné za aktivitu přesně opačnou. Vlastně jsme ´předělali´ biologickou aktivitu přírodních cytokininů tak, aby z nich byly látky, která naopak inhibují, tedy brzdí buněčné dělení,“ říká prof. Strnad a s entuziasmem sobě vlastním dodává: „A víte co je fascinující? V poslední době jsme zjistili, že i všechny další skupiny rostlinných hormonů se dají takto ´převrátit´, tj. že se jejich biologická určenost dá jednoduchými modifikacemi změnit v aktivitu opačnou.“

A aby těch novinek nebylo málo: V Laboratoři dále zjistili, že vlastně nejde o specificky rostlinné molekuly, nýbrž že se vyskytují už v bakteriích, řasách ale i v dalších vyšších organismech. „Jsou to tzv. fylogeneticky osvědčené molekuly, tedy jakési ´pralátky´, které sehrávaly ve vývoji života na zemi klíčovou roli už od počátku evoluce. Existují vlastně už u nejjednodušších organismů, neboť i ty jsou schopny syntetizovat cytokininy. Jsou to tedy zároveň evolučně ověřené molekuly, což je impozantní, protože takových molekul mnoho není,“ vysvětluje prof. Strnad.

Vědci z olomoucké laboratoře jsou přesvědčeni, že tyto molekuly existují i v živočišných buňkách, chybí však zatím techniky, které by byly schopny ty látky najít. „V živočišných buňkách se totiž nacházejí ve velmi malých koncentracích, na rozdíl od rostlin, v nichž jsou přítomné ve větších, většinou pikomolárních (10^{-12 M}) koncentracích a hlavně můžete bez problémů použít větší množství materiálu,“ upřesňuje prof. Strnad a dodává: „Nález těchto molekul v živočišných buňkách by znamenal velmi zajímavý objev, možná nových lidských hormonů …(?)“

Seliciclib - od účinné látky k léku

První z řady protinádorových látek odvozených z cytokininů byl Olomoucin, pak následoval vývoj dalších, ještě účinnějších inhibitorů - Bohemin, Roskovitin, Olomoucin II, atd. Roskovitin pod komerčním názvem Seliciclib končí druhou fázi klinického zkoušení, a to v Evropě a v USA. Na cestě od účinné látky k léku se tedy dostal zatím nejdál. Ani přesto však ještě není možné přesně odhadnout, kdy a zda vůbec by se z něj mohl stát běžně distribuovaný lék: „Než se tak stane, bude to podle mne ještě tak tři až čtyři roky trvat. A to jen v případě, že všechno dobře dopadne – nikdy totiž s jistotou nevíte, kdy ta látka skončí a z jakých důvodů. A nemusí při tom jít o důvody pochybení té látky, ale i o důvody ekonomické a jiné, hodně záleží i na štěstí. Ale je pravda, že Seliciclib je už hodně daleko,“ potvrzuje prof. Strnad.

Co konkrétně má Seliciclib úspěšně za sebou: první fázi klinického zkoušení, v jejímž průběhu je ověřována „pouze“ toxicita látky, čili kdy se prokáže, jestli má či nemá příliš mnoho vedlejších účinků. „Teprve druhá fáze znamená ověřování účinnosti. Nejdřív je to tzv. áčko, tj. klinické zkoušení 2a, které se provádí v jedné nemocnici nebo v jedné zemi. Ve fázi 2b - a právě v té je nyní Seliciclib - už jde o velkou multicentrickou studii, finančně velmi nákladnou, která probíhá v řadě nemocnic na nějakou specifickou aplikaci. V tomto případě jde o monoterapii malobuněčného karcinomu plic nebo o kombinatorní terapii s gencitabinem na další typy nádorů. A když se dostane z druhé fáze, tak v té třetí už se v podstatě přechází na normální distribuci léku - je to sice ještě ověřování, ale už v klinické praxi. Ovšem s tím, že se přitom musejí sbírat výsledky, které je pak nutno předložit (v tomto případě) Americkému úřadu pro léčiva - FDA. Ten vystavuje povolení k distribuci látky jako léčiva,“ objasňuje jednotlivé etapy prof. Strnad.

Výzkumný cyklus pokračuje

Osud hormonu je ve srovnání s jeho nenahraditelností poměrně jednorázový. Doba jeho působení se sice pohybuje v rozmezí od několika minut až k týdnům, každopádně po splnění úkolu se hormon sám zbaví aktivity, rozloží se a vyloučí z organismu. V lepším případě se jeho fragmenty použijí k výstavbě nových molekul hormonu. Cyklus však začíná znovu a pokračuje dál - a s ním i výzkum.

„Našich projektů, které jsou navázány na onu centrální molekulu - cytokinin, je velmi mnoho a směřují do všech možných oblastí – do zemědělství, biotechnologií, do medicíny. V oblasti vývoje léčiv už nejde jen o látky s protinádorovými účinky. Jednotlivé výzkumné týmy v rámci LRR se věnují vývoji látek účinných např. pro léčbu kožních onemocnění a stárnutí kůže - to je příklad Pyratinu-6, který teď vstoupil na americký trh (skupina Dr. Doležala). Další oblast představuje výzkum protizánětlivých látek (skupiny Doc.Havlíčka a Doc. Kryštofa): Nedávno se podařilo těmto dvěma týmům vyvinout i látku, která velmi vykazuje silné účinky při apoptóze neutrofilů a zkouší se v in vivo modelech pro léčbu revmatitidy. Firma C3Bio z Německa, která licencovala naše dva patenty, se rozhodla, že s těmito látkami vstoupí do klinického zkoušení. Dále vyvíjíme také látky s velmi nadějnými antiangiogenními účinky (Doc. Kryštof),“ vypočítává prof. Strnad a pokračuje: „Připomněl bych také skupinu dr. Spíchala, která vyvíjí látky na bázi inhibitorů cytokinin oxidázy/dehydrogenázy pro zemědělské aplikace a spolu se skupinou prof. Fréborta (katedra biochemie PřF UP) nalezli první velmi účinné sloučeniny, které mají vliv na  růst rostlin, velikost květů a kořenového systému. Skupina dr. Karla Doležala, která je vlastně v pozadí onoho Pyratinu, se kromě léčby kůže věnuje také vývoji regulátorů pro rostlinné biotechnologie, tzn. množení rostlin. Je zkrátka vidět, že z cytokininů se dá udělat ledasco,“ říká prof. Strnad.

Endorfiny v laboratoři (a „výcvik ledního medvěda“)

Prof. Strnad vypadá spokojeně a o perspektivách svého pracoviště a dalších nadějných výzkumných programech hovoří s nadšením. Má LRR vůbec nějaké problémy? „Ne, myslím že tohle pracoviště je dobré a funguje bezvadně. Problémy samozřejmě také máme. Musím ale říci, že mám kolem sebe fůru zapálených, pracovitých a chytrých lidí, hlavně mladých. Já je samozřejmě honím, tlačím je před sebou, aby makali. Říkám tomu výcvik ledního medvěda. Nakonec je to jejich život, oni to jednou převezmou. Mladá generace je v mých očích úžasná a hlavně nesmírně nadaná. U nás jsou teď hlavně  třicetiletí kluci a holky, kteří  přednášejí suverénně i na velkých mezinárodních kongresech. To asi není špatné, že?“ usmívá se prof. Strnad.

A co finanční problémy – ty také nemají? „Máme i nemáme. Peněz je vždy málo. Teď máme trochu obavy, co nám přinese transformace financování vědy a jestli ji budeme schopni přežít. Ale jak vždycky říkám: Nebojte se, my se nedáme. Nesedíme za bukem a najdeme si cestu, jak přežít i to velmi složité období, které je před námi.“

Cení si také dosavadního vývoje po roce 1989: „Jako země jsme byli po 40 letech socialismu v docela slušném ´srabu´. Žádná socialistická země nedopadla tak, jako naše po roce 1968. Tehdy se univerzity téměř ´očistily´ od zbytku těch, kteří ještě něco uměli, pak se země uzavřela a začala morální i odborná devastace. A přesto jsme se po roce 1989 vyšvihli absolutně nejvíce. Jsme na tom lépe než Poláci a Maďaři a mnohem lépe než všechny ostatní země bývalého východního bloku. To je přece impozantní – za patnáct let! V době, kdy jsem přišel na UP, mně např. naše univerzita připadala jako lepší střední škola. Je neuvěřitelné, jak moc jsme se od revoluce zvedli. Vidím to prostě velmi pozitivně a nemyslím tím jen naši laboratoř, ale celou zemi: jsou u nás pracoviště, která si nezadají s těmi špičkovými na Západě. A to nebylo,“ uzavírá prof. Strnad.

Text a foto V. Mazochová

---

Prof. Ing. Miroslav Strnad, DrSc. (1958), po studiu na Vysoké škole zemědělské nastoupil do Ústavu experimentální botaniky v Praze a později v Olomouci. Dnes tu vede Laboratoř růstových regulátorů - společné pracoviště ÚEB AV ČR a přírodovědecké fakulty UP, kde také přednáší. Je autorem a spoluautorem více než 300 původních vědeckých prací, z toho přes 100 publikací v mezinárodních časopisech s impakt faktorem; 12 kapitol (review) v knihách a sbornících; více jak dvaceti českých mezinárodních patentů. Od počátku své vědecké kariéry se zabývá vývojem a studiem biologicky aktivních látek na bázi rostlinných růstových regulátorů, zejména derivátů purinů známých jako cytokininy. Podařilo se mu izolovat a charakterizovat řadu nových biologických látek, které byly pojmenovány česky topoliny a celá skupina pak aromatické cytokininy. V dnešní době se jedná o desítky nových přírodních látek.

---

Hormony - první pokyn k reakci

Zklidni hormon. Z puberty své i svých ratolestí asi všichni známe nejapnou poučku, která nabádá k žádoucímu utlumení nejrůznějších reakcí. Jak ale hormony fungují a proč jsou tak nepostradatelné? Hezky to vystihuje původ řeckého slova „hormaó“ = povzbuzovat, pohánět, vyvolávat činnost. Tyto chemické sloučeniny si lze představit na startovní čáře pomyslné komunikační dráhy, která vede směrem k buňkám. Jejich hlavním úkolem je dopravit k nim „pokyny“, podle kterých je nutno dál reagovat. Proto bývají označovány také za tzv. „první posly“. A bez reakce a zpětné vazby to prostě v živém organismu nejde. I působení hormonu je na ní závislé – buňka jej totiž musí správně detekovat, tj. nabídnout příslušný receptor, jenž je schopen „pokyn“ přijmout, a reagovat – tak, aby mohlo dojít k odezvě, pro organismus životně důležité. Zjednodušeně řečeno: na počátku je signál (hormon), pak odpověď (buňka), a ta následně zpětně ovlivní zdroj signálu (např. endokrinní žláza).

---