Fra nyrerne til blodet
Nye lægemidler, som udvikles til behandling af kræft eller HIV, er ofte små peptider, som skal cirkulere i en vis tid i blodet for at virke. I nyrerne bliver peptiderne enten udskilt med urinen eller returneret til blodbanen. Nyreceller kan bruges til at undersøge potentielle lægemiddelstoffers skæbne i nyrerne.
Af Silvina A. Bravo, Carsten Uhd Nielsen, Sven Frøkjær og Birger Brodin.
Fra Lægemiddelforskning 2003
Udviklingen af lægemidler til behandling af globale sygdomme som HIV og kræft er i dag i stort omfang baseret på peptider eller peptidlignende molekyler. Peptider er små proteindele, og de er sammensat af aminosyrer, som findes naturligt i kroppen.
Det medicinske potentiale er stort, men i praksis er der mange problemer med at anvende peptider som lægemiddelstoffer; de skal passere mave-tarmkanalen uden at blive nedbrudt, og når peptiderne kommer ud i blodet, skal de cirkulere i blodbanen længe nok til at kunne udøve deres virkning. Derfor er det vigtigt at finde ud af, hvordan peptider omsættes i maven, tarmene og nyrerne.
I nyrerne bliver peptider enten udskilt med urinen eller sendt retur til blodet. Om der sker det ene eller det andet, afhænger af lægemiddelstoffernes kemiske struktur.
Nyrerne har et naturligt system til at returnere små peptider til blodet. Det skyldes, at en stor del af proteinerne fra føden passerer tarmvæggen og kommer ud i blodet som di- og tripeptider, der indeholder to eller tre aminosyrer. Når nyrerne ekspederer de små peptider tilbage til blodet, udnyttes aminosyrerne i føden effektivt.
Nyrecellerne løser opgaven ved hjælp af to proteiner, der fungerer som transportører. Proteinerne kaldes h(uman)PEPT1 og hPEPT2.
De genkender di- og tripeptider og sikrer, at peptiderne genoptages i kroppen fremfor at blive udskilt med urinen. For en lang række lægemiddelstoffer, der er baseret på peptider af samme størrelse, vil transportørerne have en væsentlig betydning for, hvor lang tid lægemiddelstoffer findes i blodbanen og dermed er i stand til at udøve deres terapeutiske virkning.
Cellelinie fra rottenyrer
Vi bruger en nyrecellelinie til at undersøge, hvordan di- og tripeptider optages i nyrerne for bagefter at blive returneret til blodet. En cellelinie består af celler, der kan vokse i laboratoriet, men som stadig har de egenskaber, som dens »forfædre« i kroppen havde. Vi har valgt en cellelinie, som er udviklet fra en rottenyre.
Cellelinien hedder SKPT, og den danner kun én af de to naturlige transportører, proteinet PEPT2. Dermed kan vi undersøge PEPT2, uden at den anden transportør i nyrerne, PEPT1, påvirker vore observationer og resultater.
Alligevel er det både nødvendigt og vigtigt, at man tester sin valgte model grundigt. Derfor har vi karakteriseret transportørens kapacitet i cellerne ved at anvende et radioaktivt dipeptid, Gly-Sar, som transportøren genkender.
- Figuren viser optaget i SKPT-nyreceller af peptidet Gly-Sar via peptidtransportøren PEPT2 som funktion af koncentrationen af Gly-Sar. Den øverste kurve viser optaget i ubehandlede celler, mens den nederste kurve viser optaget, når cellerne har været behandlet med epidermal vækstfaktor, EGF. Det ses tydeligt, at denne vækstfaktor sænker transportaktiviteten.
Hormoner og vækstfaktorer
- Et optisk snit af et monolag af SKPT-celler optaget med konfokal mikroskopi. Den grønne farve stammer fra en farvning af cellemembranen. Den røde farve stammer fra cellekernerne, der er mærket med propidiumiodid. Cellerne til venstre er dyrket i vækstmedium uden EGF, mens cellerne til højre er dyrket i vækstmedium tilsat EGF. Det ses, at de behandlede og ubehandlede celler er meget forskellige.
Nyrecellernes evne til at returnere di- og tripeptider til blodet påvirkes af koncentrationerne af hormoner og vækstfaktorer i nyrerne, som kan variere i forhold til alder og køn samt i forbindelse med sygdom. Derfor ønsker vi at opklare, hvordan hormoner og vækstfaktorer påvirker transportørernes evne til at sikre en effektiv genoptagelse i blodet af di- og tripeptider.
Epidermal vækstfaktor (EGF) er specielt interessant i denne sammenhæng, fordi nyresygdomme ofte medfører store svingninger i nyrens EGF-niveau. Cellelinien har traditionelt været dyrket med store mængder af EGF i dyrkningsmediet.
I bestræbelserne på at undersøge hvordan dyrkningsmediets indhold af vækstfaktorer påvirker transportkapaciteten af PEPT2, har vi målt, hvilken effekt EGF har på transportøren. Målingerne viste, at nyrecellerne optager væsentligt mere af det radioaktivt mærkede peptid, når der ikke er EGF tilstede i dyrkningsmediet. Det betyder, at EGF nedregulerer transporten af di- og tripeptider til blodet i den levende nyre.
Ved at fjerne denne vækstfaktor fra dyrkningsmediet får man altså en cellelinie med en høj transportkapacitet, hvilket gør cellelinien langt mere brugbar til studier af peptidtransport. Det kan f.eks. være undersøgelser af, hvilke typer peptider og lægemiddelstoffer transportøren er i stand til at optage og returnere til blodbanen.
EGF påvirker cellerne
Forskellige koncentrationer af EGF i vækstmediet bevirker, at transportkapaciteten via PEPT2 varierer. Jo højere niveauer, jo mindre bliver nyrecellernes evne til at optage di- og tripeptider.
Desuden ændrer tilstedeværelsen af vækstfaktoren nyrecellernes udseende. Uden EGF i vækstmediet er cellernes struktur ensartet, hvorimod celler behandlet med EGF varierer i størrelse og form.
Vi har tidligere vist, at en tilsvarende relation gælder for reguleringen af den anden transportør i nyrerne, PEPT1. Det er således klart, at EGF har indflydelse på, hvor effektivt di- og tripeptider og peptidlignende lægemiddelstoffer genoptages i nyrerne og returneres til blodet. Derfor vil koncentrationerne af EGF i nyrerne sandsynligvis kunne påvirke den terapeutiske effekt af di- og tripeptider og lignende lægemiddelstoffer.
Model for nyrerne
SKPT cellerne er sandsynligvis en brugbar model for, hvordan hormoner og vækstfaktorer påvirker PEPT2's evne til at sikre en effektiv genoptagelse i blodet af di- og tripeptider. Men det er stadig uafklaret, hvordan EGF sænker cellernes evne til at genoptage di- og tripeptider, og spørgsmålet er i øjeblikket genstand for videre undersøgelser i vort laboratorium. De resultater, man opnår med cellelinier, skal altid tolkes med forsigtighed, og derfor må resultaterne senere evalueres i naturligt væv.
Desuden er det uklart, i hvilke sygdomssituationer koncentrationen af EGF i nyrerne ændrer sig. Man har foreslået, at det sker, når nyrernes naturlige barriere er beskadiget. EGF kan i så fald stimulere gendannelsen af barriereegenskaberne.
Da niveauet af hormoner og vækstfaktorer kan variere i forhold til alder og køn samt i forbindelse med sygdom, skal man kunne koble ændringerne til specifikke sygdomstilstande. Vi vil i fremtiden undersøge, hvordan en række sygdomme påvirker nyrernes evne til at returnere peptidbaserede lægemiddelstoffer til blodbanen.
Vores studie er det første af sin art, der rent faktisk viser en fysiologisk/patologisk regulering af PEPT2. Samtidig har resultaterne åbnet op for, at vi og andre forskere nu har en langt mere anvendelig cellelinie til rådighed til transportstudier - simpelt hen ved at udelade tilsætning af vækstfaktorer til dyrkningsmedierne.
