Membranforankring og peptiders terapeutiske effekt

Peptider har et stort potentiale som lægemiddelstoffer, men desværre er de samtidig ustabile i blodet. Derfor er det ofte nødvendigt at modificere peptider for at opnå en forbedret terapeutisk effekt. Det kan bl.a. gøres ved at koble en kulbrintekæde på peptidet.

Kæden kaldes for en acylkæde, og nye undersøgelser viser, at acyleringen kan forlænge peptidets halveringstid i plasma markant. Årsagen er endnu ikke fuldt klarlagt, men meget tyder på, at acylerede peptider bindes til plasmaproteiner. Derved opnås en slags depoteffekt, fordi det acylerede peptid frigives over længere tid fra plasmaproteinerne.

Insulin, der anvendes til behandling af sukkersyge, og desmopressin, der hæmmer vandladning, er eksempler på peptider, som er blevet acyleret for at opnå teraputiske fordele. I dyreforsøg har de acylerede udgaver vist sig at være mere effektive end de naturligt forekommende peptider. Det potentiale, som acylerede peptider har som lægemiddelstoffer, er forholdsvis uudnyttet, og der ligger et stort arbejde foran os med at afklare, hvad der egentlig sker, når de indgives i kroppen og vekselvirker med kroppens celler.

At acylering øger levetiden af peptider i blodet er næppe den eneste forklaring på, at acyleringen i nogle tilfælde forbedrer den terapeutiske virkning. En anden mulig virkningsmekanisme er, at acyleringen kan fremme peptidets evne til at forankre sig i cellemembranen.

Der findes mange naturligt forekommende membranproteiner, som er acylerede, og acyleringen menes at være naturens måde at sikre en membranforankring, som er nødvendig for den videre signalvej i cellemembranen. Desuden besidder membranproteiner ofte områder med positivt ladede aminosyrer, som kan bindes elektrostatisk til negativt ladede lipider i cellemembranen. Man mener således, at både acylkæden og områderne med ladede aminosyrer har betydning for forankringen og vekselvirkningen mellem membranproteiner og cellemembranen.

Liposomer er kugleformede lipidaggregater, som afhængig af deres komposition besidder forskellige egenskaber. Liposomer er opbygget af lipider, som er vandopløselige i den ene ende og fedtopløselige i den anden. Liposomernes membran er opbygget af to lipidlag, som vender de vandopløselige hoveder udaf og de fedtopløselige haler indad. Fedtopløselige stoffer vil derfor placere sig inde mellem lipidernes haler og vandopløselige stoffer vil placere sig enten på indersiden eller ydersiden af membranen. Hermed kan man anvende liposomer som målrettede transportører af lægemiddelstoffer.

Imidlertid har liposomer også en anden interessant egenskab. Liposomernes membran ligner cellemembraner, og derfor anvendes liposomer ofte som modelsystemer for cellemembraner.

For at klarlægge nogle af de grundlæggende spørgsmål omkring acylerede peptiders vekselvirkning med membraner har vi brugt liposomer som modelsystemer. Her undersøger vi, hvordan acylerede peptider påvirker liposommembranen, og hvilken effekt membranforankringen har på peptidets rumlige struktur.

For at få svar på ovenstående spørgsmål har vi fremstillet tre peptider, som er opbygget af de samme 10 aminosyrer - forskellen består i længden af acylkæden, som består af henholdsvis 2, 8 og 14 kulstofatomer. Peptiderne er positivt ladet, idet de indeholder den basiske aminosyre, histidin. Ved at undersøge de tre peptiders binding til liposomer håber vi at kunne svare på, om bindingen til membranen fortrinsvis sker på grund af acylkæden, eller på grund af elektrostatisk tiltrækning mellem det positivt ladede peptid og de negativt ladede lipider i liposomets membran.

Peptiderne indeholder den fluorescerende aminosyre tryptofan, og derfor er det muligt at undersøge bindingen til liposomerne ved hjælp af fluorescensspektroskopi. Her belyses peptiderne, hvilket får tryptofan til at udsende flourescerende lys. Intensiteten og bølgelængden af dette lys afhænger af det fysisk-kemiske miljø, som omgiver peptidet.

Når et peptid befinder sig i en vandig opløsning, er lysudsendelsen svag, men intensiteten stiger, når der tilsættes liposomer til opløsningen. Desuden ændres den bølgelængde, som hovedparten af lyset udsendes ved, fra 350 nanometer til 340 nanometer. Denne ændring i fluorescensintensitet og flytningen af emissionsmaximum indikerer, at peptidet binder sig til liposomet. Ændringen skyldes, at tryptofans mikroomgivelser skifter fra at være polære, når peptidet befinder sig i vand, til at være mere apolære, når peptidet binder sig til lipidmembranen.

En anden metode til at bestemme bindingen af peptider til liposomer er fluorescens-energioverførsel. Denne teknik kræver to fluorescerende molekyler. Ved at belyse peptidet med lys med en bestemt bølgelængde kan tryptofan videresende energien til et fluoreserende stof i liposomet, som derved udsender lys ved en længere bølgelængde end tryptofan.

Energioverførslen kan kun finde sted hvis de to fluoreserende molekyler er i tæt kontakt, det vil sige hvis peptidet er bundet til membranen. Energioverførslen afhænger af afstanden mellen de to fluorescerende molekyler. Ved at placere fluorescerende stoffer i forskellige dybder i liposomets membran kan man få yderligere information om, hvordan peptidet bindes til lipidmembranen.

Undersøgelserne viser bl.a., at acylerede peptider kan bindes både til neutrale og delvist negativt ladede membraner, hvilket understreger acylkædens betydning for bindingen. Bindingsevnen stiger dog, når dele af membranen er negativt ladet, hvilket tyder på, at elektrostatisk tiltrækning ligeledes spiller en rolle for bindingen til membranen.