Identifications of new micromolecular ligands for the membrane receptor of androgens, oxer1 and study of their mechanism of action
Authors: Παναγιωτόπουλος Αθανάσιος 
Published: November 2021

H δράση των ανδρογόνων διαμεσολαβείται κυρίως μέσω ενδοκυτταρικών ανδρογονικών υποδοχέων, οι οποίοι υπάγονται στην υπεροικογένεια των πυρηνικών υποδοχέων. Οι υποδοχείς αυτοί αποτελούν ένα σύνολο μεταγραφικών παραγόντων που καθορίζουν βασικές διαδικασίες του κυττάρου. Πρόσφατη μελέτη της ομάδας μας, ταυτοποίησε έναν εναλλακτικό υποδοχέα αν-δρογόνων στη μεμβράνη των καρκινικών κυττάρων προστάτη, τον OXER1 (5-oxo-6E,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoic acid receptor). Πρόκειται, για ένα υποδοχέα που ανήκει στην οικογένεια των GPCRs, η απομόνωση και ο χαρακτηρισμός του οποίου έγινε περίπου πριν από 18 χρόνια. Είναι γνωστό ότι, ο καρκίνος του προστάτη αποτελεί μια από τις πιο σοβαρές ορμο-νοεξαρτώμενες και ορμονοευαίσθητες νεοπλασίες. Ο καρκίνος του προστάτη που βρίσκεται στο ανδρικό αναπαραγωγικό σύστημα και οι περισσότεροι τύποι αυτού του καρκίνου αναπτύσσο-νται αργά. Επίσης, οι καρκίνοι του προστάτη είναι πολύ μεταστατικοί και μπορούν να εξαπλω-θούν σε άλλες περιοχές του σώματος. Τα επιδημιολογικά δεδομένα του καρκίνου του προστάτη δείχνουν ότι είναι ο δεύτερος πιο κοινός καρκίνος. Οι τρέχουσες θεραπείες για αυτόν τον καρκίνο δεν είναι πλήρως αποτελεσματικές. Τα φυσικά προϊόντα έχουν αρκετές φορές φαρμακολογική δράση και μπορεί να έχουν θεραπευτικό όφελος στη θεραπεία ασθενειών, όπως ο καρκίνος του προστάτη. Οι ενώσεις που προέρχονται από τη φύση μπορούν συχνά να χρησιμοποιηθούν ως αφετηρία στη διαδικασία ανακάλυψης νέων φαρμάκων. Πολλές θεραπευτικές προσεγγίσεις κατά του καρκίνου του προστάτη στοχεύουν στην αναστολή της σηματοδότησης των ανδρογονικών υποδοχέων, επειδή ο ρόλος των υποδοχέων αυτών στον καρκίνο του προστάτη είναι εξαιρετικά σημαντικός. Επίσης, η σηματοδοτική οδός του αραχιδονικού οξέος παίζει βασικό ρόλο στην καρκινογένεση και για αυτό το λόγο πολλά φυσικά προϊόντα έχουν δοκιμαστεί ως αναστολείς στις οδούς σηματοδότησης και μεταβολισμού του αραχιδονικού οξέος και των παραγώγων του. Οι μεμβρανικοί υποδοχείς ανδρογόνων (mARs) εμπλέκονται στην ενεργοποίηση διαφόρων κινα-σών και οδηγούν σε διαδικασίες που επηρεάζουν την ανάπτυξη και μετάσταση καρκινικών κυτ-τάρων. Η εύρεση φυσικών προϊόντων ως ρυθμιστών της δράσης των υποδοχέων ανδρογόνων μεμβράνης μπορεί να είναι το κλειδί για την αναστολή καρκινογόνων διεργασιών. Η ερευνητική ανάγκη για καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού δράσης των ανδρογόνων και ανεύρεση νέων αντικαρκινικών θεραπευτικών στόχων ή/και ουσιών είναι εξαιρετικά μεγάλη. Σκοπός της διδα-κτορικής διατριβής αποτελεί η εύρεση και η ταυτοποίηση μικρομοριακών ενώσεων που θα δε-σμεύονται στον μεμβρανικό υποδοχέα των ανδρογόνων OXER1 και θα έχουν ανταγωνιστική δράση όπως για παράδειγμα η τεστοστερόνη, διότι ο παραπάνω υποδοχέας επάγει την επιβίωση των καρκινικών κυττάρων, με τελικό στόχο την πιθανή χρήση τους ως αντικαρκινικά φάρμακα. Συγκεκριμένα, ο υποδοχέας OXER1 είναι ένας υποδοχέας οξο-λιπιδίου που ορίζει σημαντικές λειτουργίες σε καταστάσεις όπως οι φλεγμονώδεις αντιδράσεις και ο καρκίνος. Η ερευνητική μας ομάδα έχει αποδείξει ότι, ο υποδοχέας OXER1 διαμεσολαβεί ταχείες δράσεις των ανδρογό-νων, καθώς η τεστοστερόνη δεσμεύεται σε αυτόν και ανταγωνίζεται τις δράσεις του λιπιδικού προσδέτη του (5-oxo-ETE). Ο υποδοχέας OXER1 εμπλέκεται σε αλλεργικές αποκρίσεις που πε-ριλαμβάνουν ηωσινόφιλα και βασεόφιλα. Ειδικότερα, μεσολαβεί στις επιδράσεις του 5-οxο-ΕΤΕ στη χημειοταξία των ηωσινόφιλων, στον πολυμερισμό ακτίνης και στην αποβολή της L-σελεκτίνης. Εμπλέκεται επίσης στο πολλαπλασιασμό και την ανάπτυξη καρκίνου προστάτη, μα-στού, νεφρών και ωοθηκών. Η λειτουργία του υποδοχέα OXER1 έχει συνδεθεί με την αναστολή του κυκλικού 3’,5’-αδενοσινομονοφωσφορικού οξέος (cAMP), διότι συνδέεται με μία Gαi πρω-τεΐνη, ενώ ταυτόχρονα οδηγεί σε αύξηση της ροής του εξωκυττάριου ασβεστίου προς το εσωτε-ρικό των καρκινικών κυττάρων. Επιπρόσθετα, η ενεργοποίηση του υποδοχέα ΟΧΕR1 επάγει την φωσφορυλίωση διαφόρων κινασών όπως οι PI3K, Akt και ERK1/2. Για να επιτευχθεί η μελέτη αυτή ακολουθήθηκε η ακόλουθη προσέγγιση, ξεκινώντας από την μοντελοποίηση της αλληλεπί-δρασης του υποδοχέα OXER1 με την Τεστοστερόνη και τον 5-oxo-ETE. Λόγω του μεγάλου α-ριθμού των φυσικών προϊόντων που μελετήθηκαν, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένας αλγόριθ-μος, επιτρέποντας την γρήγορη και ακριβή ταξινόμηση των εξεταζόμενων χημικών μορίων. Έ-πειτα, με την χρήση του ανεπτυγμένου εργαλείου βιοπληροφορικής πραγματοποιήθηκε η ανα-γνώριση των ανταγωνιστικών υποκαταστατών του OXER1. Παράλληλα το εργαλείο χρησιμο-ποιήθηκε για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης και άλλων υποδοχέων/πρωτεϊνών. Τα επιλεγμένα μόρια αναλύθηκαν από μια μεγάλη σειρά βιοπληροφορικών εργαλείων. Στην συνέχεια πραγμα-τοποιήθηκε επαλήθευση in vitro των ανταγωνιστικών ιδιοτήτων των επιλεγμένων ενώσεων, σε διαφορετικές κυτταρικές δράσεις. Οι ταυτοποιημένες φυσικές ενώσεις, μέσω των βιοπληροφορι-κών μεθόδων δοκιμάστηκαν σε μια σειρά κυτταρικών δράσεων, που σχετίζονται με τις δράσεις Gα και Gβγ του OXER1, όπως το cAMP, ο πολυμερισμός της ακτίνης και η επίδρασή τους στην ροή των ιόντων ασβεστίου. Συμπερασματικά, τα επιτεύγματα της παρούσας διατριβής είναι: Πρώτον, ένα βιοπληροφορικό εργαλείο για τον γρήγορο και ακριβή έλεγχο διαφορετικών χημι-κών ενώσεων για την ικανότητά τους να δρουν μέσω του OXER1. Ένα εργαλείο που μπορεί επί-σης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης άλλων υποδοχέων / πρωτεϊνών (πα-ρουσιάζουμε τρεις διαφορετικές εφαρμογές που επιβεβαιώνουν τη χρησιμότητά του). Δεύτερον, εννέα ενώσεις ως ανταγωνιστές του OXER1 με την καλύτερη που επιβεβαιώθηκε in vitro, και τέλος περισσότερα δεδομένα σχετικά με τις οδούς σηματοδότησης που ενεργοποιούνται από την τεστοστερόνη μέσω του OXER1. Όλα αυτά υποστηρίζουν δράσεις τεστοστερόνης σε επίπεδο μεμβράνης, μέσω του OXER1, και παρέχουν νέα εργαλεία και παράγοντες για πιθανές νέες θε-ραπευτικές προσεγγίσεις στον καρκίνο.