Už víme, jak flavonoidy působí proti chřipce

Doktorandi Václav Zima z Přírodovědecké fakulty UK a Kateřina Radilová z 1. lékařské fakulty UK sdílí prvoautorské místo na vědecké publikaci, která popisuje mechanismus účinku flavonoidů proti chřipkovému viru.

„Tento konkrétní projekt začal před více než pěti lety na Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB),“ popisuje organický chemik Václav Zima. Výzkumu chřipkových virů a hledání účinných inhibitorů se ale laboratoře dr. Pavla Majera a doc. Jana Konvalinky věnují již delší dobu. Při hledání nových léčiv proti chřipce byl dříve celosvětově studován protein neuraminidasa – enzym na povrchu chřipkového viru, který se podílí na uvolňování nových virových částic z napadené lidské buňky. Na tento enzym byly na trhu dostupné inhibitory – například lék Tamiflu (účinná látka oseltamivir). Protože, obdobně jako jiné viry, i virus chřipky a s ním i jeho proteiny mutují, inhibitory vyvinuté na neuraminidasu mohou časem přestat fungovat.

Pozornost vědců se tedy začala obracet i na další virové proteiny, přes které by mohli zastavit případné epidemie. Jedním z nich je chřipková RNA-dependentní RNA polymerasa (dále jen chřipková polymerasa – poznámka redakce). Ta je pro hledání nových inhibitorů ideální cíl. Pro různé typy chřipkových virů je totiž stejná – konzervovaná a neobjevuje se v savčích buňkách. Obsahuje unikátní podjednotku, která umí „ukrást“‎ část hostitelské RNA. Na druhou stranu má i nevýhody – na rozdíl od povrchové neuraminidasy je chřipková polymerasa uvnitř buněk, takže vědci musí při hledání nových inhibitorů myslet i na průchod buněčnou membránou.

„Chřipková polymerasa má tři podjednotky – PA, PB1, PB2 – každá je důležitá pro určitou část životního cyklu viru. V tomto projektu jsme se společně s Carlosem Berenguerem pod vedením dr. Aleše Machary zaměřili na podjednotku PA,“ popisuje Václav Zima. „Pomocí techniky AlphaScreen, kterou pro tento enzym vyvinul dr. Milan Kožíšek, kolegové otestovali řadu látek a našli, že nejlépe interagují některé flavonoidy. Následovala doplňující studie vztahu mezi strukturou a aktivitou látek, kdy jsem připravoval látky, které se od přírodních flavonoidů jen drobně liší a nejsou komerčně dostupné. Tyto varianty se následně opět testují a hledáme, jaké části jsou důležité pro zachování protivirových účinků. Podle výsledků pak připravujeme další strukturní varianty,“ popisuje svůj podíl Václav Zima.

Technika AlphaScreen má jednoduchý princip: na streptavidinem obalenou „donorovou“‎ kuličku je připojen známý ligand vybavený biotinem (donorová kulička a ligand drží pohromadě právě díky pevné vazbě streptavidin-biotin). Na druhém typu kuliček tzv. „akceptorových“‎ je přes jinou biochemickou interakci (vazbu GST protein-redukovaný glutathion) připojen protein, v tomto případě PA podjednotka chřipkové polymerasy. Pokud dojde k interakci mezi PA podjednotkou a ligandem, kuličky se přiblíží a po osvícení dochází k přenosu vzniklého singletového kyslíku z donorové kuličky na akceptorovou a my pozorujeme emisi světla. V případě, že je v roztoku přítomen inhibitor této interakce, například flavonoid, tak dojde k oddálení kuliček a singletový kyslík nedoputuje k akceptorové kuličce a pozorujeme úbytek emitovaného záření.

Kateřina Radilová se podílela na pomyslném konci projektu a její krystalografické výsledky ukázaly a potvrdily vazbu flavonoidů do aktivního místa podjednotky PA chřipkového viru. „Měla jsem štěstí, že jsem přišla již k rozběhnutému projektu. První část – produkce superčistého proteinu, už byla optimalizovaná. Mým úkolem bylo ‘jen’ najít, při jakých podmínkách by proteiny vykrystalizovaly,“ popisuje. Nalézt vhodné podmínky krystalizace nebývá vždy jednoduché. „Občas se s nadsázkou říká, že krystalografie je takové čarodějnictví – že záleží kolik aut projede kolem budovy či v jaké je fázi měsíc,“ komentuje se smíchem. V tomto případě měla štěstí – protein podjednotky PA chřipkového viru krystalizuje do druhého dne. „Nepodařilo se nám, ale vytvořit krystal proteinu s předem navázaným ligandem, ten jsme tam museli navázat až v druhém kroku,“ popisuje drobný zádrhel, který je prý ale v krystalografii běžn‎ý.

Vzniklý krystal komplexu PA podjednotky chřipkového viru s navázaným flavonoidem, podobný zrnku soli, se následně pomocí rentgenového záření změří a ze získaných obrazců se poté zpětně určuje struktura proteinů. „To trvá i tři a více měsíců,” říká mladá vědkyně. „Spolu s docentem Jiřím Bryndou ze skupiny strukturní biologie dr. Pavlíny Řezáčové se nám navíc podařilo změřit i anomální signál a to se moc často nestává. Jedná se o zvláštní mapu elektronových hustot, kterou mají kovy nebo těžké prvky – v tomto případě dva manganaté ionty v aktivním místě enzymu,“ dodává.

Oba mladí vědci několikrát zdůrazňují, že nenašli nové léčivo: „To ani nebyl náš cíl – o to se snaží velké farmaceutické firmy. My jsme nově popsali mechanismus účinku přírodních látek – flavonoidů s polymerasou viru chřipky – což jsou velmi cenné znalosti pro další výzkum a cílené hledání nových léčiv,“ popisuje Václav Zima. „Doteď byla známá jen jedna studie zmiňující vazbu flavonoidu ze zeleného čaje epigalokatechinu galátu (EGCG) s chřipkovou polymerasou. My jsme k tomu navíc odhalili, po otestování přibližně 80-ti látek, i jiné způsoby, jak se flavonoidy váží do aktivního místa enzymu, což se doposud nevědělo,” dodává.

„O flavonoidech se dlouhodobě spekuluje, že mají antioxidační, protizánětlivé účinky, působí blahodárně na kardiovaskulární systém a pravděpodobně i ovlivňují signální dráhy složitých biologických procesů. V Mongolsku dokonce pijí pohankový čaj, který obsahuje flavonoid orientin – nejlepší v naší studii – proti chřipce,“ vyjmenovává Kateřina Radilová. „Pohanka k obědu vám neuškodí, ale rozhodně bych na to nespoléhala jako na prevenci nebo dokonce léčivo. Ve studii jsme popsali interakci flavonoidů s chřipkovou polymerasou na molekulární úrovni, daleko od složitosti lidského těla. Bude záležet na způsobu podání, dávce,... A nesmíme opomenout, že flavonoidy jsou velmi rychle metabolizovány – jsou potřeba další studie!“ zdůrazňuje a dodává, že i oni pokračují v dalších projektech týkajících se výzkumu chřipky, ale i aktuálního koronaviru SARS-CoV-2.

Mgr. Václav Zima

Pod vedením dr. Aleše Machary dokončuje doktorské studium v oboru Organická chemie na Přírodovědecké fakultě UK a na Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB), Ve vědecké kariéře plánuje pokračovat – aktuálně si domlouvá postdoktorandskou stáž u profesora Františka Turečka v Seattlu.

Mgr. Kateřina Radilová

Studuje třetím rokem doktorský program Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie na 1. lékařské fakultě UK. Na ÚOCHB se zabývá strukturní biologií a krystalografií. Jejím vedoucím je dr. Milan Kožíšek ze skupiny doc. Jana Konvalinky.