DiaSulFer
Targetovanje feroptoze u dijabetesu i dijabetičnim komplikacijama vodonik (per)sulfidom
Projekat DiaSulFer istražuje novi pristup u prevenciji i lečenju dijabetesa tipa 1 suprimiranjem novo-otkrivene vrste ćelijske smrti zavisne od gvožđa – feroptoze, korišćenjem specifičnih prirodnih i sintetskih donora vodonika (per)sulfida. Cilj nam je bio da ispitamo da li takav pristup omogućava očuvanje funkcionalne populacije β-ćelija pankreasa, ključnih ćelija za proizvodnju insulina, kao i funkciju ćelija u tkivima pogođenim dijabetesom.
Dijabetes je kompleksno metaboličko oboljenje koji se karakteriše povišenim nivoom glukoze u krvi uzrokovanim nedostatkom/poremećajem delovanja insulina, što dovodi do promena u metabolizmu ugljenih hidrata, lipida i proteina. Nekontrolisana hiperglikemija tokom vremena dovodi do razvoja dijabetičnih komplikacija, povećavajući rizik od prerane smrti. Incidenca dijabetesa je u epidemijskom porastu širom sveta i u našoj zemlji. Posebno zabrinjava procena Međunarodne federacije za dijabetes da će, bez novih pristupa za smanjenje incidence dijabetesa, do 2045. godine biti 629 miliona ljudi koji žive sa ovom bolešću. Ovaj alarmantni porast incidence dijabetesa jasno ukazuje na hitnu potrebu za novim terapijskim pristupima za prevenciju i lečenje dijabetesa.
U osnovi nastanka i progresije kako dijabetesa tipa 1 tako i tipa 2 nalazi se proces ćelijske smrti, budući da je ćelijska smrt uključena u propadanje β-ćelija pankreasa, ključnih ćelija za proizvodnju insulina, kao i ćelija u tkivima pogođenim dijabetičnim komplikacijama. Stoga, jedan od najvećih napora u lečenju dijabetesa danas, kao i glavni cilj projekta DiaSulFer, jeste pronalazak novih pristupa za sprečavanje ćelijske smrti i, posledično, propadanje tkiva pogođenih dijabetesom.
Osim apoptoze i nekroze, koje su bile predmet opsežnih istraživanja decenijama, naš tim je nedavno pokazao uključenost feroptoze, novootkrivene vrste ćelijske smrti zavisne od gvožđa, u propadanje ćelija u dijabetesu i dijabetičnim patologijama. Ovo otkriće omogućilo nam je razvoj novog pristupa u prevenciji i terapiji ovog stanja, zasnovanog na inhibiciji procesa feroptoze. U tu svrhu, projekat DiaSulFer koristiće specifične prirodne i sintetske donore vodonik sulfida (H2S). Prvobitno smatran toksičnim gasom, H2S je danas prepoznat kao gasotransmiter, a njegovi reaktivni metaboliti (RSS), pre svega persulfidi i polisulfidi, predstavljaju redoks signalne molekule koji regulišu važne (pato)fiziološke procese putem posttranslacione modifikacije proteina – persulfidacije. Iz tog razloga, različiti prirodni i sintetski donori H2S/RSS predstavljaju ne samo važna sredstva za istraživanje, već i potentne terapeutske agense.
Stoga je opšti cilj projekta DiaSulFer da identifikuje potencijalne nove pristupe u prevenciji i tretmanu dijabetesa tipa 1 koji se zasnivaju na fiziološki relevantnom suprimiranju feroptoze korišćenjem specifičnih reaktivnih vrsta H2S i njihova potencijalna primena u kliničkoj praksi, što će se sprovesti kroz sledeće specifične istraživačke ciljeve:
Istraživački cilj 1: Determinisanje sintetskog donora H2S/RSS sa najboljim anti-feroptotskim potencijalom u T1D.
Istraživački cilj 2: Ispitivanje mehanizama anti-feroptotskog delovanja odabranih donora H2S/RSS i koreliranje sa remodeliranjem obrazaca persulfidacije proteina u T1D – preklinička studija.
Istraživački cilj 3: Testiranje antidijabetičnih efekata prirodnog donora H2S/RSS, sulforafana, kod pacijenata sa T1D sa aspekta anti-feroptotskog delovanja i ciljane persulfidacije proteina.
- Projekat DiaSulFer.
- Projekat DiaSulFer.
- Projekat DiaSulFer.
Feroptoza:
Mehanizmi gvožđe-zavisne ćelijske smrti
Feroptoza je oblik regulisane ćelijske smrti koja se karakteriše indukcijom gvožđe-zavisne lipidne peroksidacije, koja se razlikuje od drugih tipova programirane ćelijske smrti kao što su apoptoza ili nekroza u pogledu biohemijskih puteva, glavnih okidača i regulatora ovog procesa, kao i po specifičnim morfološkim karakteristikama. Feroptoza je otkrivena relativno skoro i od tada je pokazano da je ovaj tip ćelijske smrti uključen u različita fiziološka i patološka stanja. Pojam „feroptoza“ prvi put je upotrebljen 2012. godine da bi opisao poseban oblik ćelijske smrti izazvan erastinom, malim molekulskim jedinjenjem koje selektivno cilja tumorske ćelije sa mutiranim onkogenim RAS-om. Dalja istraživanja su otkrila da feroptoza uglavnom nastaje usled disbalansa u metabolizmu gvožđa i posledične lipidne peroksidacije. Konkretno, nakupljanje unutraćelijskog slobodnog gvožđa katalizuje Fentonovu reakciju, čiji su krajnji produkti reaktivne vrste kiseonika (engl. Reactive oxygen species, ROS) koje započinju oksidativna oštećenja na ćelijskim membranama, posebno fosfolipidima koji sadrže polinezasićene masne kiseline (PUFA), tačnije lančani proces lipidne peroksidacije, koji na kraju kulminira pucanjem membrane i smrću ćelije.
Nekoliko faktora je ključno za regulaciju procesa feroptoze:
Metabolizam gvožđa: Slobodno gvožđe je ključni igrač u procesu feroptoze, jer disbalans njegovog sadržaja, konkretno višak unutarćelijskog slobodnog gvožđa, katalizuje Fentonovu reakciju i produkciju ROS. Proteini koji regulišu metabolizam gvožđa poput feritina, transferina i feroportina strogo kontrolišu nivo ćelijskog gvožđa i na taj način utiču na podložnost feroptozi. Stoga je disbalans unutarćelijske homeostaze gvožđa u korist preopterećenja gvožđem ključan za indukciju feroptoze.
Lipidna peroksidacija: Enzimi uključeni u metabolizam lipida, poput lipooksigenaza (LOXs) član porodice acil-CoA sintetaza dugog lanca 4 (ACSL4), igraju važne uloge u pokretanju lipidne peroksidacije i aktivaciji feroptotske ćelijske. ACSL4 olakšava ugrađivanje PUFAs u fosfolipide, čineći tako ćelije podložnijim oksidativnim oštećenjima.
Glutation (GSH) i glutation peroksidaza 4 (GPX4): GSH je snažan antioksidant, a za feroptozu je naročito bitan, budući da služi kao kofaktor za specifičnu membransku izoformu GSH-zavisne peroksidaze, GPX4. Naime, selenoprotein GPX4 je jedinstveni enzim za uklanjanje lipidnih peroksida, koji katalizuje redukciju lipidnih hidroperoksida u njihove odgovarajuće alkohole, čime se sprečava ćelijska smrt izazvana lipidnom peroksidacijom, tj. feroptoza.
Sistem xCT (cistin/glutamatni antiporter): Sistem xCT je važan faktor koji određuje unutarćelijsku sintezu glutationa, jer posreduje u razmeni ekstraćelijskog cistina i unutarćelijskog glutamata i na taj način reguliše unutarćelijsku redoks ravnotežu. Inhibicija xCT sistema dovodi do iscrpljivanja unutarćelijskog cisteina, prekursora za sintezu GSH, što slabi ćelijsku antioksidativnu odbranu i povećava osetljivost na feroptozu.
Transkripcioni faktor Nrf2: Nrf2 se smatra glavnim regulatorom genske ekspresije faktora koji su bitni za ferroptozu, uključujući GPX4 i xCT. Pored toga, Nrf2 reguliše i proteine uključene u metabolizam gvožđa, te je stoga bitan za održavanje homeostaze gvožđa preko regulacije sinteze i degradacije feritina.
