Charakterystyka i znaczenie proteinaz cysteinowych w procesie nowotworzenia

• Authors: Paulina Młudzik , Marek Mirowski

Title variants

EN

The characterization and importance of cysteine proteases in cancer development

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

Proteinazy cysteinowe, nazywane również proteinazami tiolowymi lub sulfhydrolowymi, to enzymy odpowiedzialne za katalizowanie reakcji hydrolizy wiązań peptydowych w białkach. Biorą udział w licznych procesach fizjologicznych oraz patologicznych. Ich nieprawidłowa aktywność może prowadzić do wielu stanów chorobowych, w tym rozwoju nowotworów. Zaangażowane są one w proces kancerogenezy na wielu poziomach – uczestniczą w inwazji, transformacji nowotworowej, angiogenenezie, apoptozie i powstawaniu przerzutów. Najlepiej scharakteryzowanymi proteinazami cysteinowymi są, należące do rodziny papainy, lizosomalne katepsyny. Dotychczas poznano 11 ludzkich katepsyn cysteinowych: B, L, H, S, K, F, V, X, W, O i C. Biorą one udział w aktywacji wielu proenzymów i prohormonów, pośredniczą w prezentacji antygenu MHC–II, przebudowie kości, procesie reprodukcji oraz apoptozie. Badania nad udziałem proteinaz cysteinowych w procesie kancerogenezy wykazały podwyższoną ekspresję mRNA lub aktywność enzymatyczną katepsyn w wielu ludzkich nowotworach np. raku piersi, płuc, mózgu, żołądkowo–jelitowym, głowy, szyi oraz czerniaku. Do grupy proteinaz cysteinowych należy również prokoagulant nowotworowy, którego struktura, jak i pełnione przez niego funkcje są wciąż przedmiotem badań wielu naukowców. Podwyższony poziom aktywności, jak i stężenia antygenu prokoagulanta nowotworowego w surowicy krwi osób z chorobą nowotworową oraz w pooperacyjnym materiale tkankowym w stosunku do wartości obserwowanych u ludzi zdrowych, świadczy o możliwości wykorzystania tego czynnika w diagnostyce onkologicznej. Liczne badania przedkliniczne dowiodły, że zatrzymanie proliferacji oraz obniżenie potencjału metastatycznego komórek nowotworowych jest prawdopodobne przy użyciu inhibitorów proteinaz cysteinowych. Daje to duże nadzieje na możliwość zastosowania ich w terapii przeciwnowotworowej.

EN

Cysteine proteases also known as thiol or sulfhydryl proteases are enzymes responsible for catalyzing the hydrolysis of peptide bonds in proteins. They take part in many physiological and pathological processes. Their abnormal activity can lead to a number of disease states including tumor growth. They are involved in the process of carcinogenesis at multiple levels– they participate in the invasion, transformation, angiogenesis, apoptosis and metastasis. The best characterised cysteine proteases are the lysosomal cathepsins, that belong to the papain family. So far 11 cysteine cathepsins have been identified: B, L, H, S, K, F, V, X, W, O and C. They take part in the activation of many proenzymes and prohormones, MHC–II–mediated antigen presentation, bone remodeling, reproduction and apoptosis. Research on the role of cysteine proteases in carcinogenesis showed elevated expression of mRNA or enzymatic activity of cathepsins in many human cancers, eg. breast, lung, brain, gastrointestinal tract, head and neck and melanoma. Cancer procoagulant also belongs to the group of cysteine proteases, however its structure and functions are still the subject of research for many scientists. Elevated levels of activity and concentrations of cancer procoagulant in the serum and tissues from patients with cancer disease compared to those observed in healthy people, provides the possibility of using this factor in the diagnosis of cancer. Many preclinical studies have shown that achieving a stop proliferation and reducing the metastatic potential of tumor cells is possible with the use of cysteine proteinases inhibitors. That gives great hope for the possibility of their application in anticancer therapy.

Keywords

EN

cancer procoagulant; cancerogenesis; cathepsin; cysteine proteases; kancerogeneza; katepsyny; prokoagulantnowotworowy; proteinazy cysteinowe

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Łódzkie Towarzystwo Naukowe
• Journal: Folia Medica Lodziensia
• Year: 2015
• Volume: 42
• Issue: 2
• Pages: 93-106

Contributors

author

Paulina Młudzik

• Zakład Biochemii Farmaceutycznej i Diagnostyki Molekularnej z Pracownią Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki, Międzywydziałowa Katedra Diagnostyki Laboratoryjnej i Molekularnej, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

author

Marek Mirowski

• Zakład Biochemii Farmaceutycznej i Diagnostyki Molekularnej z Pracownią Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki, Międzywydziałowa Katedra Diagnostyki Laboratoryjnej i Molekularnej, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

References

• Grzonka Z, Jankowska E, Kasprzykowski F, Kasprzykowska R, Łankiewicz L, Wiczak W i wsp. Structural studies of cysteine proteases and their inhibitors. Acta Biochem Pol. 2001; 48: 1–20.
• Wyrwińska A, Torliński L. Proteazy cysteinowe i cystatyny w chorobach nowotworowych. Część I. Diagnostyczna i prognostyczna wartość oznaczania cystatyn i/lub proteaz cysteinowych. Nowiny Lekarskie. 2003; 72: 228–233.
• Rzychon M, Chmiel D, Stec–Niemczyk J. Modes of inhibition of cysteine proteases. Acta Biochem Pol. 2004; 51: 861–873.
• http://merops.sanger.ac.uk (data dostępu 23–10–2013).
• Stoka V, Turk B, Turk V. Lysosomal Cysteine Proteases: Structural Features and their Role in apoptosis. IUBMB Life. 2005; 57: 347–353.
• Kamocka M, Mielicki W. Prokoagulant nowotworowy: charakterystyka biochemiczna oraz wpływ na rozwój choroby nowotworowej. Postępy Biochemii. 2003; 49: 168–174.
• Szajda S, Snarska J, Skrzydlewski Z, Zwierz K. Nowotworowy prokoagulant (CP) w chirurgicznej diagnostyce onkologicznej. Współczesna Onkologia. 2005; 9: 409–413.
• Mielicki W. Biochemistry of cancer procoagulant. Haemostasis. 2001; 3: 8–10.
• Kaplińska K, Mielicki WP. Direct analysis reveals an absence of g–carboxyglutamic acid in cancer procoagulant from human tissue. Blood Coagulation and Fibrynolysis 2009; 20: 315–320.
• Mielicki W, Sobolewska M. Cancer Procoagulant (EC 3.4.22.26): The kinetics of its inhibition by E–64 and Modulation of the Activity by Cadmium, Copper and Tin Ions. Cancer Research Therapy and Control. 2001; 11: 135–141.
• Gordon S. G, Mielicki W. Cancer procoagulant: a factor X activator, tumor marker and growth factor from malignant tissue. Blood Coagul Fibrinolysis. 1997; 8: 73–86.
• Mielicki W, Tenderenda M, Wierzbicki R. Usefulness of polyclonal antibody for detection of cancer procoagulant (EC 3.4.22.26) in extracts from human malignant tissue. Biomedical Letters. 1997; 56: 151–157.
• Berdowska I, Siewiński M, Zarzycki–Reich A, Jarmułowicz J, Noga L. Activity of cysteine protease inhibitors in human brain tumors. Med Sci Monit. 2001; 7: 675–679.
• Berdowska I, Siewiński M. Rola katepsyn cysteinowych oraz ich inhibitorów w procesach fizjologicznych i nowotworowych. Postępy Biochemii. 2000; 46: 73–84.
• Yano M, Hirai K, Naito Z, Yokoyama M, Ishiwata T, Shiraki Y. Expression of cathepsin B and cystatin C in human breast cancer. Surg Today. 2001; 31: 385–389.
• Ebert W, Knoch H, Werle B, Trefz G, Muley Th, Spiess E. Prognostic value of increased lung tumor tissue cathepsin B. Anticancer Res. 1994; 14: 89–90.
• Schweiger A, Staib A, Werle B. Cysteine proteinase cathepsin H in tumours and sera of lung cancer patients: relation to prognosis and cigarette smoking. Br J Cancer. 2000; 82: 728–788.
• Sivaparvathi M, Sawaya R, Wang SW, Rayford A, Yamamoto M, Liotta L i wsp. Overexpression and localization of cathepsin B during the progression of human gliomas. Clin Exp Metastasis. 1995; 13: 49–56.
• Berdowska I. Cysteine proteases as disease markers. Clin Chim Acta. 2004; 342: 41–69.
• Strojan P, Budihna M, Smid L, Svetic B, Vrhovec I, Kos J i wsp. Prognostic significance of cysteine proteinases cathepsins B and L and their endogenous inhibitors stefins A and B in patients with squamous cell carcinoma of the head and neck. Clin Cancer Res. 2000; 6: 1052–1062.
• Frohlich E, Schlagenhauff B, Mohrle M, Weber E, KlessenC, Rassner G. Activity, expression, and transcription rate of the cathepsins B, D, H, and L in cutaneous malignant melanoma. Cancer 2001; 91: 972–982.
• Poręba W, Gawlik K, Gutowicz J. Katepsyna B a proces inwazji nowotworowej. Postępy Biochemii. 2002; 48: 111–120.
• Smolarczyk K, Błasiak J. Rola proteaz w progresji nowotworów. J Oncol. 2001; 51: 420–427.
• Mai J, Finley R, Waisman D, Sloane B. Human Procathepsin B Interacts with the Annexin II Tetramer on the Surface of Tumor Cells. J Biol Chem. 2000; 275: 12806–12812.
• Alexander B, Pechet L, Kliman A. Proteolysis, fibrynolysis and coagulaton significance in thrombolytic therapy. Circulation. 1962; 26: 596–611.
• Palermo C, Joyce J. Cysteine cathepsin proteases as pharmacological targets in cancer. Trends Pharmacol Sci. 2008; 29: 22–28.

• Document Type: paper