Po­tran­skryp­cyj­ne me­cha­ni­zmy re­gu­la­cji COX­-2

Ostat­nio prze­pro­wa­dzo­ne ba­da­nia wy­ka­za­ły, że re­gu­la­cja ge­nu COX­-2 od­by­wa się głów­nie na po­zio­mie po­tran­skryp­cyj­nym.¹⁴ Szcze­gól­nie waż­ny me­cha­nizm re­gu­la­cji COX­-2 re­pre­zen­to­wa­ny jest przez nie­pod­le­ga­ją­cy trans­la­cji re­gion 3’ (3’-UTR) COX­-2, któ­ry mo­że wpły­wać na sta­bil­ność mRNA i wy­daj­ność pro­ce­su trans­la­cji.¹⁵ Re­gion ten za­wie­ra wie­le ko­pii ele­men­tów bo­ga­tych w ade­ni­nę i ura­cyl (AU­-rich) (ARE) zbu­do­wa­nych z se­kwen­cji 5’-AU­UUA­-3’. Ele­men­ty te, wy­stę­pu­ją­ce tak­że w ob­rę­bie 3’-UTR mRNA wie­lu pro­to­on­ko­ge­nów i cy­to­kin, za­pew­nia­ją po­tran­skryp­cyj­ną kon­tro­lę eks­pre­sji, dzia­ła­jąc ja­ko de­ter­mi­nan­ty nie­sta­bil­no­ści mRNA lub ja­ko skła­do­wa ha­mu­ją­ca trans­la­cję.¹⁶

Wie­le grup ba­daw­czych wy­kry­ło po­li­pep­ty­dy swo­iście od­dzia­łu­ją­ce z ARE.¹⁷ Do tych re­gu­lu­ją­cych czyn­ni­ków na­le­ży wie­le bia­łek wią­żą­cych cy­to­pla­zma­tycz­ny mRNA, za­an­ga­żo­wa­nych w de­sta­bi­li­za­cję, sta­bi­li­za­cję i prze­twa­rza­nie mRNA oraz trans­port ją­dro­wo­-cy­to­pla­zma­tycz­ny. Opi­sa­no wie­le bia­łek wią­żą­cych mRNA i roz­po­zna­ją­cych ARE, acz­kol­wiek ma­ło po­zna­ne są me­cha­ni­zmy, za po­śred­nic­twem któ­rych czyn­ni­ki te wpły­wa­ją na de­gra­da­cję mRNA oraz ha­mo­wa­nie trans­la­cyj­ne.

Obec­nie pro­wa­dzo­ne są ba­da­nia nad ro­lą tych bia­łek w po­tran­skryp­cyj­nej kon­tro­li COX­-2. Su­ge­ru­je się w szcze­gól­no­ści, że HuR – biał­ko wią­żą­ce się z mRNA na­le­żą­ce do ro­dzi­ny ELAV (em­bry­onic le­thal ab­nor­mal vi­sion) – mo­że pro­wa­dzić do zwięk­sze­nia eks­pre­sji COX­-2. Wią­za­nie in­nych bia­łek, ta­kich jak TIA­-1,¹⁸ TIAR, oraz tri­ste­tra­pro­li­ny¹⁹ zmniej­sza eks­pre­sję COX­-2. In­ne biał­ka, jak AUF­-1, tak­że mo­gą od­gry­wać ro­lę za­rów­no w de­gra­da­cji, jak i sta­bi­li­za­cji mRNA ko­du­ją­ce­go COX­-2. W koń­cu wy­ka­za­no,²⁰ że CUGB­P2 ha­mu­je trans­la­cję mRNA dla COX­-2 mi­mo spo­wol­nie­nia je­go de­gra­da­cji.

Po­cząw­szy od po­ja­wie­nia się da­nych z ba­dań in vi­tro, któ­re do­wo­dzą, że HuR zmniej­sza nad­mier­ną eks­pre­sję biał­ka COX­-2, przez przy­łą­cza­nie do ARE mRNA dla COX­-2 za­pro­jek­to­wa­li­śmy ba­da­nie²¹ ma­ją­ce na ce­lu spraw­dze­nie hi­po­te­zy o mo­du­lu­ją­cym wpły­wie HuR na eks­pre­sję mRNA dla COX­-2 w przy­pad­ku nie­sta­bil­no­ści blasz­ki miaż­dży­co­wej. Ana­li­zo­wa­li­śmy eks­pre­sję HuR w blasz­kach miaż­dży­co­wych tęt­nic szyj­nych u bez­ob­ja­wo­wych i ob­ja­wo­wych pa­cjen­tów, od­no­sząc to do eks­pre­sji COX­-2 i kli­nicz­nych wy­kład­ni­ków de­sta­bi­li­za­cji blasz­ki miaż­dży­co­wej. HuR i COX­-2 cha­rak­te­ry­zo­wa­ły się więk­szą eks­pre­sją w blasz­kach miaż­dży­co­wych tęt­nic szyj­nych pa­cjen­tów ob­ja­wo­wych. Co cie­ka­we, za­rów­no ba­da­nia im­mu­no­hi­sto­che­micz­ne w skraw­kach bla­szek miaż­dży­co­wych, jak i im­mu­no­flu­ore­scen­cyj­ne z po­dwój­nym zna­ko­wa­niem wy­ka­za­ły sil­ny zwią­zek mię­dzy eks­pre­sją Hur i COX­-2. Dla­te­go ba­da­nie to wy­da­je się po­twier­dzać, że HuR mo­że przy­czy­niać się do nie­sta­bil­no­ści blasz­ki miaż­dży­co­wej w tęt­ni­cach szyj­nych w wy­ni­ku opóź­nie­nia de­gra­da­cji mRNA dla COX­-2.

Zło wcie­lo­ne: COX­-2 czyn­no­ścio­wo zwią­za­ne z syn­ta­zą mPGE

Obec­nie uwa­ża się, że w pa­to­ge­ne­zie ate­ro­trom­bo­zy zmniej­sze­nie za­war­to­ści ele­men­tów ma­cie­rzy cza­pecz­ki włók­ni­stej – szcze­gól­nie ko­la­ge­nu fi­bry­lar­ne­go – spo­wo­do­wa­ne nie­rów­no­wa­gą mię­dzy pro­ce­sa­mi syn­te­zy i roz­pa­du, pro­wa­dzi do jej scień­cze­nia. To z ko­lei na­ra­ża cza­pecz­kę włók­ni­stą na sa­mo­ist­ne pęk­nię­cie pod wpły­wem czyn­ni­ków he­mo­dy­na­micz­nych lub in­nych bodź­ców.²² Od­po­wie­dzial­ność za na­si­lo­ne pro­ce­sy roz­pa­du przy­pi­su­je się ro­dzi­nie me­ta­lo­pro­te­inaz de­gra­du­ją­cych ma­cierz, w szcze­gól­no­ści MMP­-1, MMP­-2, MMP­-3 i MMP­-9, któ­re wy­stę­pu­ją w ko­mór­kach za­pal­nych bla­szek miaż­dży­co­wych (ma­kro­fa­gi, ko­mór­ki pian­ko­wa­te) oraz w mniej­szym stop­niu w ko­mór­kach mię­śni gład­kich i ko­mór­kach śród­błon­ka.²³

War­to nad­mie­nić, że syn­te­za MMP­-2 i MMP­-9 przez ma­kro­fa­gi od­by­wa się szla­kiem za­leż­nym od PGE₂/cy­klicz­ne­go ade­no­zy­no­mo­no­fos­fo­ra­nu (cAMP).²⁴ Prze­ka­zy­wa­nie sy­gna­łu w tym szla­ku mo­du­lo­wa­ne jest przez COX­-2 i syn­ta­zę PGE (PGES). Opi­sa­no trzy izo­for­my PGES: cy­to­zo­lo­wą PGES (cPGES), oraz typ 1 i typ 2 mi­kro­so­mal­nej PGES (mPGES). O ile cPGES i w du­żym stop­niu mPGES­-2 wy­stę­pu­ją kon­sty­tu­tyw­nie, o ty­le mPGES­-1 po­ja­wia się w od­po­wie­dzi na bodź­ce za­pal­ne, co wska­zu­je, że en­zym ten za­an­ga­żo­wa­ny jest w two­rze­nie pro­sta­glan­dyn w prze­bie­gu cho­rób za­pal­nych.²⁵

Praw­do­po­do­bień­stwo, że wy­wo­ła­na za­pa­le­niem jed­no­cze­sna in­duk­cja COX­-2 oraz mPGES­-1 mo­że być me­cha­ni­zmem uszka­dza­ją­cym płyt­kę miaż­dży­co­wą, skło­ni­ło nas do zba­da­nia,²⁶ czy wpły­wa to na pro­duk­cję me­ta­lo­pro­te­inaz ma­cie­rzy przez ma­kro­fa­gi w ludz­kich płyt­kach miaż­dży­co­wych. Da­ne wska­zu­ją na zwięk­szo­ną eks­pre­sję ak­tyw­nej en­zy­ma­tycz­nie MMP­-2 i MMP­-9 przez ma­kro­fa­gi w po­dat­nych na uszko­dze­nie re­gio­nach nie­sta­bil­nych bla­szek miaż­dży­co­wych, naj­praw­do­po­dob­niej z powodu nasilenia syntezy PGE₂ wy­wo­ła­nej in­duk­cją czyn­no­ścio­wo po­łą­czo­nych COX­-2/mPGES­-1. Dla­te­go też miej­sco­wy wzrost ak­tyw­no­ści me­ta­lo­pro­te­inaz ma­cie­rzy za­leż­nych od PGE₂ po­ten­cjal­nie przy­czy­nia się do pęk­nię­cia blasz­ki miaż­dży­co­wej.

Pa­to­fi­zjo­lo­gicz­ną ro­lę czyn­no­ścio­wo po­łą­czo­nych COX­-2/ /mPGES­-1 po­twier­dza­ją tak­że ba­da­nia wska­zu­ją­ce, że eks­pre­sja mPGES­-1 jest istot­nie zwięk­szo­na przez czyn­ni­ki pro­za­pal­ne w ko­mór­kach ścia­ny na­czy­nio­wej, a ule­ga zmniej­sze­niu pod wpły­wem dek­sa­me­ta­zo­nu²⁷ przy od­po­wied­nich zmia­nach eks­pre­sji COX­-2 i opóź­nio­nej ge­ne­ra­cji PGE₂. Dla­te­go w pro­ce­sie miaż­dży­co­wym u lu­dzi nad­mier­na eks­pre­sja funk­cjo­nal­nie po­łą­czo­nych COX­-2/mPGES­-1 w ma­kro­fa­gach mo­że sta­no­wić do­mi­nu­ją­cy szlak prze­mian kwa­su ara­chi­do­no­we­go, pro­wa­dzą­cy do zwięk­szo­nej bio­syn­te­zy PGE₂ i MMP za­leż­nych od PGE_2.

Z te­go wzglę­du zwięk­sze­nie ak­tyw­no­ści COX­-2, czyn­no­ścio­wo po­łą­czo­nej z pro­za­pal­ną mPGES­-1, jest klu­czo­wym en­zy­mem w pro­ce­sie roz­wo­ju nie­sta­bil­nej blasz­ki miaż­dży­co­wej.

Ry­ci­na 1. Szlak prze­mian kwa­su ara­chi­do­no­we­go (AA) – re­ak­cje ka­ta­li­zo­wa­ne przez syn­ta­zę pro­sta­glan­dy­ny D ty­pu li­po­ka­li­ny (L­-PGDS) i typ 1 mi­kro­so­mal­nej syn­ta­zy pro­sta­glan­dy­ny E (mPGES­-1) oraz wpływ me­ta­bo­li­tów wy­żej wy­mie­nio­nych szla­ków na eks­pre­sję me­ta­lo­pro­te­inaz ma­cie­rzy (MMP). Pod wpły­wem L­-PGDS i mPGES­-1 pro­sta­glan­dy­na (PG) H₂ mo­że zo­stać prze­kształ­co­na od­po­wied­nio w PGD₂ i PGE₂. PGD₂ prze­kształ­ca się do 15-de­oxy, δ12-14 (15d)-PGJ₂, któ­ra z ko­lei ha­mu­je eks­pre­sję MMP po­przez blo­ko­wa­nie re­cep­to­ra ak­ty­wo­wa­ne­go pro­li­fe­ra­to­ra­mi pe­rok­sy­so­mów γ (PPARγ), czyn­ni­ka ją­dro­we­go (NF) κB oraz mPGES­-1. Cią­gle nie­ja­sne jest, czy 15d­-PGJ₂, po­przez re­cep­tor DP2 dla PGD₂, mo­że wpły­wać na two­rze­nie MMP. Nie wia­do­mo tak­że, czy PGD₂ mo­że wpły­wać na bio­syn­te­zę MMP za po­śred­nic­twem swo­ich re­cep­to­rów DP1 i DP2. PGE₂ wy­two­rzo­na przez mPGES­-1 pro­mu­je two­rze­nie MMP po­przez zwią­za­ny z biał­kiem G hep­ta­he­li­kal­ny re­cep­tor EP4. COX­-2 – cy­klo­ok­sy­ge­na­za 2; cPLA2 – cy­to­zo­lo­wa fos­fo­li­pa­za A₂; sPLA₂ – wy­dziel­ni­cza fos­fo­li­pa­za A₂

Do­dat­ko­wym aspek­tem zło­żo­no­ści te­go za­gad­nie­nia jest fakt, że ist­nie­je wię­cej niż je­den re­cep­tor, któ­ry po­śred­ni­czy w dzia­ła­niu PGE₂. PGE₂ mo­że dzia­łać za po­śred­nic­twem co naj­mniej czte­rech róż­nych re­cep­to­rów hep­ta­he­li­kal­nych (EP1­-4) zwią­za­nych z biał­ka­mi G. Ostat­nio za­su­ge­ro­wa­no, że EP4 mo­że być głów­nym re­cep­to­rem za­an­ga­żo­wa­nym w pa­to­fi­zjo­lo­gię uwal­nia­nia MMP (ryc. 1).²⁸ McCoy i wsp.²⁸ w ba­da­niach na my­szach po­zba­wio­nych każ­de­go spo­śród czte­rech zna­nych re­cep­to­rów EP wy­ka­za­li, że tyl­ko my­szy EP4­–/– cha­rak­te­ry­zu­ją się znacz­ną opor­no­ścią na roz­wój eks­pe­ry­men­tal­ne­go reu­ma­to­idal­ne­go za­pa­le­nia sta­wów, a w prób­kach z ich ko­ści stwier­dzo­no istot­nie mniej­szą eks­pre­sję MMP­-2 niż u my­szy EP4+/+ le­czo­nych za po­mo­cą PGE₂.²⁹

Stąd praw­do­po­do­bień­stwo, że nad­mier­na eks­pre­sja jed­ne­go swo­iste­go re­cep­to­ra dla PGE₂ mo­że wpły­wać na me­cha­nizm za­leż­nej od PGE₂ de­sta­bi­li­za­cji blasz­ki miaż­dży­co­wej, co z ko­lei skło­ni­ło nas do zba­da­nia,³⁰ czy je­den z czte­rech re­cep­to­rów EP mo­że swo­iście mo­du­lo­wać pro­duk­cję MMP przez ma­kro­fa­gi bla­szek miaż­dży­co­wych. Do­wie­dli­śmy,³⁰ że re­cep­tor EP­-4 za­an­ga­żo­wa­ny jest w za­leż­ną od PGE₂ nad­mier­ną eks­pre­sję MMP w blasz­kach miaż­dży­co­wych wy­wo­łu­ją­cych ob­ja­wy kli­nicz­ne. Za­no­to­wa­li­śmy więk­szą eks­pre­sję EP4 w prób­kach z tęt­nic szyj­nych pa­cjen­tów z nie­daw­no prze­by­tym uda­rem mó­zgu niż w prób­kach po­cho­dzą­cych od pa­cjen­tów bez­ob­ja­wo­wych.

Co wię­cej, po­nie­waż wy­ka­za­no,³¹ że PGE₂ mo­że wzmac­niać eks­pre­sję COX­-2 w ko­mór­kach za­pal­nych w me­cha­ni­zmie za­leż­nym od EP­-4, nad­mier­na eks­pre­sja EP­-4 w ma­kro­fa­gach bla­szek miaż­dży­co­wych tęt­nic szyj­nych mo­że wy­wo­łać sa­mo­na­pę­dza­ją­cy się au­to­kryn­ny i pa­ra­kryn­ny me­cha­nizm sprzę­że­nia zwrot­ne­go, wzmac­nia­ją­cy i prze­dłu­ża­ją­cy re­ak­cję za­pal­ną za­leż­ną od COX­-2, pro­wa­dząc do po­stę­pu­ją­cej de­sta­bi­li­za­cji blasz­ki miaż­dży­co­wej (ryc. 1). Obec­nie, kie­dy EP4 wy­da­je się być uni­kal­nym re­cep­to­rem za­an­ga­żo­wa­nym w de­sta­bi­li­zu­ją­ce dzia­ła­nie PGE­-2, je­go blo­ka­da mo­że być ide­al­nym ce­lem dzia­łań za­pew­nia­ją­cych sta­bi­li­za­cję blasz­ki miaż­dży­co­wej.

Anioł: COX­-2 czyn­no­ścio­wo po­łą­czo­na z PGI₂ oraz syn­ta­zą PGD₂

Za­nie­po­ko­je­nie nie­ko­rzyst­nym wpły­wem kok­sy­bów na układ krą­że­nia zo­gni­sko­wa­ło uwa­gę śro­do­wi­ska na­uko­we­go na pro­tek­cyj­nej ro­li COX­-2 wy­stę­pu­ją­cej w ko­mór­kach śród­błon­ka i czyn­no­ścio­wo po­łą­czo­nej z syn­ta­zą PGI₂. Jed­no­znacz­nie wy­ka­za­no, że PGI₂ nie jest wy­łącz­nie sil­nym związ­kiem ro­zur­cza­ją­cym na­czy­nia i an­ty­agre­ga­cyj­nym, ale tak­że ma dzia­ła­nie prze­ciw­za­pal­ne i prze­ciw­miaż­dży­co­we.³² W od­róż­nie­niu od PGI₂, w pro­ce­sie ate­ro­trom­bo­zy mniej ja­sna (lub bar­dziej zło­żo­na) jest ro­la PGD₂.

COX­-2 jest tyl­ko po­śred­nim en­zy­mem w szla­ku me­ta­bo­licz­nym kwa­su ara­chi­do­no­we­go, a pro­dukt COX­-2, ja­kim jest PGH₂, jest da­lej me­ta­bo­li­zo­wa­ny przez in­ne izo­me­ra­zy do róż­nych pro­sta­no­idów (PGE₂, PGD₂, PGF₂α, PGI­₂, trom­bok­san A₂). Dla­te­go też sto­sun­ko­wo du­ża ilość jed­ne­go swo­iste­go pro­sta­no­idu w po­rów­na­niu z in­ny­mi jest skut­kiem eks­pre­sji i ak­tyw­no­ści swo­istej izo­me­ra­zy, i je­dy­nie współ­ist­nie­ją­ca eks­pre­sja czyn­no­ścio­wo po­łą­czo­nych COX­-2 i PGES mo­że pro­wa­dzić do bio­syn­te­zy me­ta­lo­pro­te­inaz ma­cie­rzy za­leż­nych od PGE₂ w ob­rę­bie blasz­ki miaż­dży­co­wej (ryc. 1). Jest to szcze­gól­nie waż­ne, bio­rąc pod uwa­gę, że pro­sta­glan­dy­ny, po­dob­nie jak krą­żą­ca syn­ta­za PGD (PGDS), ma­ją wła­ści­wo­ści prze­ciw­za­pal­ne (ryc. 1).

Krą­żą­ca PGDS oka­za­ła się być czyn­ni­kiem chro­nią­cym przed re­ste­no­zą u pa­cjen­tów pod­da­wa­nych prze­zskór­nej an­gio­pla­sty­ce na­czyń wień­co­wych. Co wię­cej, wy­ka­za­no, że po­chod­na PGDS – 15-de­oxy, δ12-14-PGJ₂ (15d­-PGJ₂) – jest sil­nym in­hi­bi­to­rem czyn­ni­ka ją­dro­we­go κB (NF­-κB)³³ oraz IκK,³⁴ i że po­przez me­cha­nizm obej­mu­ją­cy po­bu­dze­nie re­cep­to­rów ak­ty­wo­wa­nych pro­li­fe­ra­to­ra­mi pe­rok­sy­so­mów γ (PPARγ) mo­że już w ilo­ściach pi­ko­gra­mo­wych dzia­łać prze­ciw­za­pal­nie (ryc. 1).³⁵ W świe­tle te­go na­le­ży pa­mię­tać, że przy wy­ko­rzy­sta­niu me­tod bar­wie­nia wy­kry­to 15d­-PGJ₂ w ma­kro­fa­gach ludz­kich tęt­nic szyj­nych wraz z eks­pre­sją COX­-2.³⁶

Ist­nie­ją dwie róż­ne izo­for­my PGDS. Pierw­szą jest krwio­po­chod­na PGDS (H­-PGDS), dru­gą zaś PGDS ty­pu li­po­ka­li­ny (L­-PGDS), któ­ra wy­stę­pu­je w blasz­kach miaż­dży­co­wych u lu­dzi.³⁷ War­to wspo­mnieć, że czyn­ni­ki pro­za­pal­ne, ta­kie jak TNFα wy­kry­ty w zmia­nach miaż­dży­co­wych, zmniej­sza­ją syn­te­zę PGD₂ oraz zwięk­sza­ją uwal­nia­nie PGE₂,³⁸ pod­czas gdy glu­ko­kor­ty­ko­idy ma­ją dzia­ła­nie prze­ciw­ne.³⁹ Dla­te­go też sto­sun­ko­wo du­ża ilość swo­istych pro­sta­no­idów jest skut­kiem eks­pre­sji i ak­tyw­no­ści swo­istych izo­me­raz, zaś do­mi­nu­ją­ca eks­pre­sja mPGES­-1 w po­rów­na­niu z L­-PGDS mo­że pro­wa­dzić do na­si­le­nia pro­ce­su za­pal­ne­go oraz uszko­dze­nia blasz­ki miaż­dży­co­wej w ob­rę­bie tęt­nic szyj­nych.