Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Mateřské mléko proti nádorovým buňkám

Alfa-laktalbumin v onkologii
 |  15. 2. 2007
 |  Vesmír 86, 114, 2007/2

Cílem v léčení rakoviny je postup, který ničí výlučně buňky nádorové a neohrožuje ty ostatní. Nejúspěšnější je zatím chirurgické odstranění primárního nádoru v počátečním stadiu choroby. Složitější je situace po rozsevu nádorových buněk do vzdálenějších míst organizmu. Značných léčebných úspěchů lze dosáhnout zářením a chemoterapií, v obou případech však hrozí postižení i zdravé tkáně nebo orgánů. Ideálem zůstává látka, která bude po vpravení do organizmu sama „vyhledávat“ pouze buňky nádorové (viz rámeček 1 ).

Překvapení v Lundu

V roce 1995 zkoumali badatelé1 z Univerzity v Lundu účinky mateřského mléka na přilnavost bakterií k povrchu zhoubných buněk jedné z linií plicní rakoviny. Původně měla jejich studie přispět k objasnění známé skutečnosti, že mateřské mléko zabíjí bakterie, především ty, které již dříve ohrožovaly matku (viz Vesmír 76, 245, 1997/5). K svému údivu autoři zjistili, že mateřské mléko v krátké době zničí nejen bakterie, ale také nádorové buňky. Některá z látek v mateřském mléku spouští molekulární mechanizmus, který vede k sebezničení nádorových buněk klidnou, nezánětlivou cestou. Buněčná smrt může nastat dvojím způsobem – apoptózou nebo nekrózou.

Apoptóza představuje „ekologický“ způsob buněčné smrti. Buňka se na procesu svého zániku podílí způsobem, který při likvidaci jejích pozůstatků nevede k druhotným zánětlivým procesům (viz Vesmír 73, 550, 1994/10). Za fyziologických poměrů je apoptóza reakcí na signál týkající se celkového plánu vývoje nebo záchovy organizmu (ničí opotřebované, nefunkční, popřípadě cizí buňky). Za poměrů patologických vede k poruše integrity organizmu, k ztrátám některých funkcí a souhry orgánů. Zvýšená indukce apoptózy může vyvolat některé degenerativní choroby (roztroušenou sklerózu, Parkinsonovu chorobu). Ztráta schopnosti apoptózy se u některých buněk stává potenciálním ložiskem nádorového bujení.

Nekróza nemá „ekologický charakter“. Nejprve bobtná cytoplazma, je narušena funkce buněčných organel, pak se rozloží buněčná membrána. Buňka nepřipravuje svůj zánik v souhře s celkem, a tak se organizmus brání zánětem. Buď situaci zvládne a zanícené místo se zajizví, nebo ji nezvládne a zanikne (viz Vesmír 83, 468, 2004/8).

Dvě složky nezbytné pro tvorbu laktózy

Lundští badatelé zkoumali, které látky v mateřském mléce apoptózu nádorových buněk spouštějí. Účinnou složkou je mléčná bílkovina alfa-laktalbumin (ALA), ovšem ve vícemolekulárním trojrozměrném útvaru (mmALA). Zdálo se, že jenom v této podobě silně zvyšuje hladinu vápníkových iontů a má širokou cytotoxickou aktivitu.

V sekreční buňce laktující mléčné žlázy je alfa-laktalbumin jednou ze dvou bílkovinných složek enzymatického systému nezbytného pro tvorbu laktózy. Tou druhou je enzym galaktosyltransferáza, který je v buňce nelaktující mléčné žlázy (i v buňkách jiných orgánů) využíván samostatně pro stavbu molekul glykoproteinového typu. Tento typ bílkovin se liší od běžné bílkovinné molekuly (řetězce specifického sledu většího počtu aminokyselin) tím, že větší nebo menší procento struktury tvoří sacharidy vázané na aminokyseliny (k tomuto typu patří většina bílkovin v séru a buněčných membránách). A právě tyto sacharidy tvoří na povrchu transformovaných nádorových buněk jiný, hustší „les cukerných antén“, trčících do jejich nejbližšího okolí.

Forma alfa-laktalbuminu v mateřském mléce

V roce 1999 publikovali badatelé z Lundu výsledky studie charakterizující bílkovinný komplex lidského mléka, který probouzí apoptózu u nádorových buněk, ale šetří buňky zdravé. Zjistili, že aktivní frakce je směs, v níž vedle monomerního alfa-laktalbuminu exis tují i jeho formy oligomerní a multimerní (o menším nebo větším počtu monomerů), které jsou stabilní (nerozpadají se na monomery). Skladebné prvky si víceméně uchovávají původní strukturu, liší se však tím, že jsou uspořádány prostorově. Zároveň se podařilo prokázat rozdíly v biologických vlastnosech a účincích molekul alfa-laktalbuminu při různém stupni „sbalení“.

Multimerní forma alfa-laktalbuminu se od ostatních spouštěčů apoptózy liší především tím, že prochází membránou, cytoplazmou a vstupuje do jádra, kde vyvolává fragmentaci DNA.

HAMLET a mitochondrie

Badatelé z Lundu také zkoumali, zda by se dal monomerní alfa-laktalbumin přeměnit na formu probouzející apoptózu pouhou změnou konformace („natočením vazeb“). Použili alfa-laktalbumin ze syrovátky lidského mléka a syntetickou rekombinantní bílkovinu exprimovanou v Escherichia coli. Experiment se jim podařil; dokonce již definovali podmínky potřebné k docílení takových změn, aby výsledná forma usmrcovala nádorové buňky. Tuto formu, jíž dali název HAMLET, 2) tvoří částečně nesbalený alfa-laktalbumin asociovaný s kyselinou oleovou. Ta zajišťuje stabilitu „částečného nesbalení“.

HAMLET mění prostupnost mitochondriální membrány; mitochondrie zbytní a z jejího mezimembránového prostoru začnou unikat některé bílkoviny. Tyto změny jsou závislé na vápníkových iontech. HAMLET i multimerní alfa-laktalbumin zvyšují v izolovaných mitochondriích respiraci. Příčinou tohoto molekulárního procesu je podle autorů i přítomnost mastných kyselin v trojrozměrném komplexu alfa-laktalbuminu. Mastná kyselina pravděpodobně těmto účinkům spíše pomáhá, než by je vyvolávala. Na základě výsledků svých studií vyslovili badatelé hypotézu, že HAMLET vyvolává v mitochondriích změnu propustnosti a únik mitochondriálního proteinu cytochromu c, který v transformované buňce aktivuje kaspázovou kaskádu, součást signální cesty apoptotické smrti.

Lundští badatelé zkoumali, zda rozvolnění prostorové struktury alfa-laktalbuminu stačí nastartovat buněčnou smrt. Došli k závěru, že rozvolnění sice představuje nezbytný impulz, ale samo o sobě nestačí. Aktivita komplexu HAMLET je dána jak bílkovinnou složkou, tak lipidovou. Funkční vazebné místo pro vápníkové ionty není pro přeměnu alfa-laktalbuminu na komplex způsobující apoptózu nutné, lipidy (mastná kyselina) nové sbalení stabilizují i bez něj.

Přeměna alfa-laktalbuminu na komplex HAMLET a jeho účinky na linie nádorových buněk mohou najít uplatnění v terapii nádorů. Klinické studie začaly velmi opatrně. V Lundu zkoušeli účinek místní aplikace komplexu HAMLET na kožní virové bradavice, aby podali důkaz, že apoptóza opravdu postihuje pouze „vadné“ buňky. V randomizované, placebem kontrolované, dvojitě slepé studii měřili u 40 nemocných objem 166 kožních papilomů odolávajících léčbě konvenčními způsoby. Výsledky jsou nadějné. Rozdíly mezi hodnotami zmenšení papilomů léčených „placebem“ a léčených komplexem HAMLET byly významné, účinek byl trvalý. Po léčbě byli nemocní sledováni 1,8 až 2,8 roku. Bradavice za čas vymizely a už se nevrátily. Nebyl rozdíl mezi skupinami nemocných s běžnou a potlačenou imunitou. Ve zdravé kůži kolem bradavic nebyla zjištěna patologická reakce.

Molekulárně-biologické zkoumání mechanizmu, jímž multimerní alfa-laktalbumin apoptózu vadných epiteliálních buněk vyvolává, může vést také k objevům dalších protinádorových látek.

Literatura

Hakansson A., Zhivotovsky B., Orrenius S., Sabharwal H., Svanborg C.: Apoptosis induced by a human milk protein, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 8064–8068, 1995
Svensson M., Fast J., Mossberg A. K., Duringer C., Gustafsson L., Hallgren O., Brooks C. L., Berliner L., Linse S., Svanborg C.: Alpha-lactalbumin unfolding is not sufficient to cause apoptosis, but is required for the conversion to HAMLET (human alpha-lactalbumin made lethal to tumor cells), Protein Sci. 12, 2794–2804, 2003
Gustafsson L., Leijonhufvud R. N., Aronsson A., Mossberg A.-K., Svanborg C.: Treatment of skin papillomas with topical α-lactalbumin – oleic acid. N. Engl. J. Med. 350, 2663–2672, 2004
Birkmayer J. C. D.: Tumorbiologie. Eine Einfürung in die Biologie von Krebszellen, S. Karger, Basel pp. 214-215, 1984
Booth D. R., Sunde M., Bellotti V. ad.: Nature 385, 787-793, 1997
Svensson M., H?kansson A., Mossberg A.-K., Linse S., Svanborg C.: Conversion of α-lactalbumin to a protein inducing apoptosis, PNAS 97, 4221-4226, 2000
Köhler K., Gogvadze V., H?kansson A., Svanborg C., Orrenius S., Zhivotovsky B.: A folding variant of human α-lactalbumin induces mitochondrial permeability transition in isolated mitochondria, Eur. J. Biochem. 268, 186-191, 2001
Bouwes Bavinck .J. N., Feltkamp C. W.: Milk of human kindness? - HAMLET, human papillomavirus, and warts, N. Eng. Med. 350, 2639-2642, 2004

Poznámky

1) Hakansson A., Zhivotovsky B., Orrenius S., Sabharwal H., Svanborg C., Köhler K. a Gogvadze V.
2) HAMLET = human α-lactalbumin made lethal to tumor cells. Nativní α-laktalbumin konvertovaný in vitro na variantu této bílkoviny, vyvolávající v komplexu s kyselinou oleovou apoptózu.

HLEDÁNÍ IDEÁLNÍHO LÉKU PŘED PŮL STOLETÍM

Přibližně před 55 roky jsem byl, ještě jako medik, pomocným asistentem v Biologickém ústavu v Olomouci u profesora Františka Šantavého, který ve snaze najít právě vhodný protirakovinný lék, izoloval řadu látek z ocúnu jesenního – a mezi nimi i látky kolchicinového typu. Při nástupu jsem dostal za úkol osvojit si metodiku testování biologických vlastností těchto látek na krysách, včetně působení na buněčné dělení. Spolu s jinými, tehdy ještě také mediky-demonstrátory, jsme testovali kolchicinové látky na jejich schopnost ovlivnit mitózu a zjistili jsme, že řada z nich skutečně zastavuje buněčné dělení v jisté fázi dělení chromozomů. Nejúčinnější a nejméně toxická byla látka nazvaná F. Šantavým demekolcin, která se v cytologických laboratořích používá dodnes. Byla velmi účinná, ale stejným způsobem postihovala jak nádorové, tak normální buňky. Od té doby vyvinul farmakologický průmysl řadu nových a účinných protinádorových chemoterapeutik, ale žádné z nich zatím nesplnilo zmíněný cíl: neohrožovat život a funkci ostatních, zdravých lidských buněk.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Molekulární biologie

O autorovi

Bohumír A. Lang

Em. prof. MUDr. Bohumír A. Lang (*1924) vystudoval Lékařskou fakultu v Brně a Olomouci. V Masarykově onkologickém ústavu v Brně se zabývá signálními cestami molekulární onkobiologie.

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné