Abzymy – protilátky s enzymovou aktivitou

Protilátky (imunoglobuliny) známe jako zbraně imunitního systému obratlovců. Jejich molekuly mají většinou tvar písmena Y a skládají se ze dvou těžkých polypeptidových řetězců (kolem 500 aminokyselinových zbytků) a dvou lehkých (kolem 220 aminokyselin), které jsou kovalentně spojeny. Existují i složitější útvary, např. pět ypsilonů je poskládáno do kruhu a kovalentně propojeno do „chobotnice“ s deseti rameny (protilátky typu IgM), nebo naopak útvary jednodušší (u velbloudů a lam se část protilátek obejde bez lehkých řetězců, skládá se ze dvou těžkých).

Na konci každého raménka Y se nacházejí variabilní oblasti těžkých a lehkých řetězců (jimiž se jednotlivé protilátkové molekuly liší navzájem). Ty vytvářejí vazebná místa, na něž se mohou nekovalentně vázat různé chemické struktury – hlavně takové, které tvarem a nábojem dobře „padnou“ do jejich vazebného místa. Úspěch protilátek spočívá v tom, že je imunitní systém vytváří v stovkách milionů variant lišících se jen detaily vazebného místa. V tak obrovské nabídce se pak téměř vždy najdou takové protilátky, které dokážou vytvořit stabilní komplex s prakticky jakoukoli cizorodou strukturou (antigenem), která se do organizmu dostane. Při setkání s takovým „vetřelcem“ (například s mikrobiálním proteinem) se pomnoží lymfocyty B produkující právě ty protilátky, které se na konkrétního „vetřelce“ vážou. Protilátky navázané na povrch mikroorganizmu mu nedovolí, aby se usadil na povrchu sliznice nebo pronikl do buňky. Mikroorganizmů a jejich fragmentů obalených protilátkami si navíc brzy všimnou buňky zvané fagocyty, které „vetřelce“ pohltí.

Donedávna se mělo za to, že protilátky působí pouze tímto pasivním způsobem a že samy nejsou schopny cizorodé molekuly ani mikroby ničit. Když se před třiceti lety zjistilo, že některé protilátky mohou mít kromě vazebné aktivity i aktivitu enzymatickou, považovalo se to za kuriozitu bez většího významu. Postupně však vycházelo najevo, že enzymaticky aktivní protilátky neboli abzymy (z antibody-enzyme) mohou mít jak fyziologický význam, tak praktické využití. Enzymatická aktivita některých protilátek vlastně není příliš překvapivá. Uvážíme-li, jaké obrovské množství rozličných vazebných míst protilátek existuje, dá se očekávat, že v některých z nich bude uspořádání kritických aminokyselin obdobné jako u nějakých enzymů.

Abzymy tak mohou kombinovat vysokou selektivitu protilátek se schopností pozměňovat (nejčastěji štěpit) navázaný antigen. Postupně bylo objeveno mnoho přirozených abzymů. Vysoce čištěné preparáty imunoglobulinů připravených ze séra zdravých lidí obsahují proteázové, fosfatázové či DNAzové aktivity. Abzymy jsou mnohem hojnější u pacientů, kteří trpí autoimunitními, nádorovými či alergickými chorobami. Některé z nich mohou přispívat k patologii těchto onemocnění, protože poškozují důležité makromolekuly nebo z nich vytvářejí produkty podporující růst nádorových buněk.

Zvláštní kapitolou je nedávno zjištěná schopnost většiny protilátkových molekul katalyzovat oxidační reakce, při nichž vzniká za fyziologických podmínek z vody a peroxidu vodíku malé množství ozonu. Tento vysoce reaktivní plyn může ničit mikroorganizmy, na něž jsou navázány specifické protilátky. Produkce ozonu však zřejmě není spojena s vazebným místem protilátek – enzymově aktivní místo je v jiné části protilátkové molekuly.

Zvláštním případem jsou protilátky, které nejprve vytvoří s cizorodou látkou obvyklý nekovalentní komplex, a později s ním reagují tak, že vznikne pevné kovalentní spojení. Takové protilátky jsou pak ideální pro detekci příslušných cizorodých látek.

Velké úsilí bylo věnováno přípravě abzymů s žádoucími enzymovými aktivitami. Jejich tvorbu lze podpořit syntetickými antigeny, které svou konformací napodobují přechodné produkty enzymatické reakce. Připraveny již byly stovky monoklonálních protilátek s nejrůznějšími aktivitami. Jedny jsou schopny vázat a degradovat v těle kokain či nikotin, jiné katalyzují přeměnu biologicky neaktivního derivátu na účinné cytostatikum, další likvidují nežádoucí oxidační produkty vznikající v kůži po osvitu ultrafialovým zářením. Velká pozornost se věnuje zdokonalování abzymů schopných štěpit povrchový glykoprotein HIV nebo agregáty β-amyloidového peptidu způsobující Alzheimerovu chorobu. Takové protilátky se vyskytují i přirozeně a mohou být součástí obranných mechanizmů proti těmto chorobám. Systematické obměňování detailů jejich struktury by mělo vést k lepším, terapeuticky použitelným protilátkovým enzymům.