STRESZCZENIE

Najliczniejszą rodzinę białek transportowych tworzą transportery ABC, które pośredniczą w aktywnej translokacji związków przez błonę komórkową wykorzystując do tego celu energię pochodzącą z hydrolizy ATP. Białka te mogą działać jako importery (wyłącznie u Procaryota) lub eksportery (u Procaryota i Eucaryota) określonych substratów. Choć transportery ABC wykazują dość konserwatywny schemat budowy, pełnione przez nie funkcje w organizmie są zróżnicowane. Białka te są ważnymi elementami bariery krew-narząd, uczestniczą w utrzymaniu homeostazy lipidowej, komórkowej odpowiedzi immunologicznej, rozwoju oporności wielolekowej, wpływają na biologię komórek nowotworowych, pełnią rolę kanałów jonowych lub regulatorów ich aktywności. Działanie transporterów ABC jest także ściśle związane z występowaniem pewnych chorób, takich jak mukowiscydoza, zespół Dubina-Johnsona, choroba Tangiera, przetrwała noworodkowa hipoglikemia hiperinsulinomiczna (PNHH) oraz choroby nowotworowe. Ze względu na potencjał terapeutyczny, transportery ABC budzą coraz większe zainteresowanie. Uważa się, że dokładne poznanie mechanizmów działania transporterów ABC oraz systemów regulujących ich aktywność może stworzyć podwaliny do rozwoju medycyny spersonalizowanej, szczególnie w zwalczaniu chorób nowotworowych.

WSTĘP

Transport określonych cząsteczek przez błony lipidowe jest kluczowym procesem zachodzącym we wszystkich organizmach żywych. Wiele spośród swoistych białek wykształciło się w kierunku pełnienia funkcji białek transportowych, zapewniając dostarczanie substancji odżywczych, wydalanie produktów przemiany materii oraz detoksykację organizmu. Zjawisko to ma szczególne znaczenie także w transporcie oraz metabolizmie leków, wpływając na powodzenie zastosowanej farmakoterapii. Losy leków w organizmie, w decydującym stopniu zależą od funkcjonowania transporterów błonowych, zwłaszcza tych przynależących do rodziny białek ABC i SLC. Są one zatem głównymi elementami tzw. osi „drug metabolism – drug transport” [10, 12, 39, 40, 77].

Transportery ABC wykazują ekspresję nie tylko w komórkach nowotworowych, ale także, a może przede wszystkim, odgrywają istotną rolę w ochronie całego organizmu, wykazując ekspresję niemal we wszystkich narządach barierowych. Biorą udział w eliminacji wielu związków potencjalnie niebezpiecznych, takich jak: toksyny środowiskowe, leki czy metabolity. Ograniczenie narażenia komórki na toksyczne ksenobiotyki jest głównym zadaniem mającym na celu zapewnienie przeżycia organizmom żywym [42].

Transportery ABC stanowią integralną część tzw. ludzkiego „transportomu” [43]. Białka biorące udział w transporcie leków stają się przedmiotem coraz większego zainteresowania, zwłaszcza w obszarze poszukiwań nowych leków przeciwnowotworowych. Terapeutyczny potencjał białek z rodziny ABC upatruje się w możliwości zastosowania modulatorów (inhibitorów/induktorów) ich aktywności w procesie regulacji farmakokinetycznych właściwości leków na poszczególnych etapach ich losów w organizmie (ADME). Istotna jest również rola transporterów ABC w rozwoju komórkowej oporności na leki poprzez zwiększenie ich wyrzutu z komórki [16].

PODZIAŁ TRANSPORTERÓW ABC

Jak dotąd, najlepiej poznaną, a zarazem najliczniejszą i najbardziej zróżnicowaną rodziną białek transportowych są transportery ABC [12, 23, 24, 39, 42, 54, 59, 72, 73, 77, 78]. Występują powszechnie we wszystkich królestwach organizmów żywych, od bakterii, poprzez drożdże, po organizm człowieka, co świadczy o ich ważnej ewolucyjnej roli [7, 12, 13, 23, 24, 30, 39, 41, 42, 53, 59, 72, 76]. Wśród transporterów ABC znajdują się importery, charakterystyczne tylko dla Procaryota oraz eksportery, występujące zarówno u Procaryota jak i Eucaryota. Różnice w architekturze domen transbłonowych (TMD) poszczególnych transporterów ABC stały się podstawą do wyróżnienia trzech grup: importery ABC typu I, importery ABC typu II oraz eksportery ABC [10, 12, 13, 39, 40, 41, 47, 54, 59, 70, 72, 76].

Transportery ABC u Eucaryota są odpowiedzialne za wyrzut cząsteczek z komórki. Proces ten wymaga nakładu energii, dlatego transportery ABC wykształciły zdolność wiązania cząsteczki ATP i jej hydrolizy do ADP i Pi, generując energię niezbędną do translokacji cząsteczek w poprzek błony komórkowej [5, 7, 10, 12, 25, 36, 39, 53, 54, 59, 60, 76]. W tym miejscu warto wspomnieć o ogólnej, dość konserwatywnej budowie transporterów ABC. Transportery ABC są złożonymi systemami molekularnymi, zarówno pod względem budowy jak i funkcji. W ich strukturze można wyróżnić domenę wiążącą ATP (NBD), która wykazuje aktywność ATP-azy i odpowiada za hydrolizę ATP, umożliwiając zmiany konformacyjne w obrębie drugiej ważnej składowej transporterów ABC, tj. domeny transmembranowej (TMD). Domeny TMD rozpoznają substraty oraz wyznaczają ścieżki ich translokacji w poprzek błony komórkowej. Podrodziny transporterów ABC mogą być rozpoznawane dzięki obecnym w obrębie NBD wysoce konserwatywnym motywom, takim jak Walker A i Walker B, które są charakterystyczne dla wszystkich białek wiążących ATP oraz motyw C (ABC Signature Motif) o sekwencji „LSGGQ”, który jest swoisty wyłącznie dla rodziny białek ABC. Pozostałymi istotnymi, regionami transporterów ABC są pętle: A, Q, D, H oraz pętla X [5,8,10,13,17,21,24,33,34,37,39,40,47,51,57,59,62,72,76,77].

Geny kodujące transportery ABC należą do grupy genów ewolucyjnie starych i wysoce konserwatywnych [12]. Wykazują duże podobieństwo sekwencji aminokwasowej wśród Eucaryota [10]. Znanych jest 48 transporterów ABC lub według innych źródeł jest ich 49, po uwzględnieniu transportera ABCC13, który z uwagi na brak motywów Walker A i Walker B oraz motywu C jest niefunkcjonalnym białkiem ABC [50]. Ze względu na sekwencję aminokwasów w domenie wiążącej ATP oraz jej organizację strukturalną wszystkie transportery ABC zostały zgrupowane przez Human Genome Organization w 7 podrodzin, tj. od ABCA do ABCG [5,10,12,13,15,16,22,27,36,40-43,47,50,62,70,72-77]. W bazie danych Pfam, rodzina białek ABC została zaklasyfikowana do klanu zawierających pętlę P (motyw Walker A) hydrolaz trifosforanów nukleozydów (CL0023) [72,77].

WYSTĘPOWANIE

Transportery ABC wykazują ekspresję w epitelialnych i endotelialnych tkankach barierowych, ograniczających przenikanie ksenobiotyku między kompartmentami organizmu. Transportery ABC są umiejscowione m.in. w wątrobie, kanalikach nerkowych, epitelium jelita cienkiego, barierze krew-mózg oraz barierze krew-siatkówka [10,11,12,19,23,73]. Znajdują się w błonie plazmatycznej komórki, ale ich obecność stwierdzono także w błonach wewnątrzkomórkowych otaczających organelle komórkowe, np. siateczkę śródplazmatyczną (ABCB2 i ABCB3), peroksysomy (ABCD1), lizosomy (ABCB9) oraz mitochondria (ABCB6, ABCB7, ABCB8, ABCB10) [10,43,47,54,72,74] (por. tab. 1).

Transportery ABC mają swoisty tkankowo wzór ekspresji [10,11,12,19,23,73]. Przykładowo transporter ABCB1 (MDR1) w ludzkim jelicie wykazuje znaczące zwiększenie ekspresji w odcinku dystalnym (najwyższy poziom ekspresji w okrężnicy jelita grubego) w porównaniu do odcinka proksymalnego. Natomiast w przypadku ABCC2 (MRP2) najwyższy poziom ekspresji występuje w dwunastnicy i zmniejsza się w kierunku jelita krętego, osiągając najniższą wartość w okrężnicy [11,19]. Podobnie, dla transportera ABCG2 zaobserwowano malejącą ekspresję w kierunku odbytniczego odcinka jelita grubego [4,27]. Ekspresja tych białek jest szczególnie ważna w aspekcie wchłaniania i biodostępności leków podawanych doustnie, a także zjawiska oporności wielolekowej [19].

Część transporterów jest umiejscowiona w apikalnej, czyli szczytowej części komórek znajdującej się od strony światła tkanki, inne mogą przyjmować położenie bazolateralne, czyli podstawno-boczne [72]. Apikalna lokalizacja transporterów w nabłonku jelitowym zmniejsza wchłanianie leku, z kolei w przypadku barier umiejscowienie takie zmniejsza przenikanie leków do chronionych narządów [72]. Taką polarną dystrybucję transporterów można zaobserwować w przypadku P-gp lub BCRP, białek, które wykazują ekspresję, m.in. na luminalnym biegunie komórek śródbłonka kapilar mózgu [43]. Umiejscowienie transporterów jest ściśle związane z pełnionymi przez nie funkcjami. W przypadku transportera ABCA1, który bierze udział w regulacji homeostazy cholesterolu zaobserwowano, że zwiększona jego ekspresja w wątrobie jest związana z lipidacją powstających cząsteczek Apo-AI w wyniku wzmożonej retroendocytozy [36].

FUNKCJE BIOLOGICZNE TRANSPORTERÓW ABC

Udział transporterów ABC w detoksykacji organizmu

Transportery ABC biorą udział w eliminacji ubocznych produktów przemiany materii z komórek oraz ich ochronie przed ksenobiotykami, w tym toksynami, kancerogenami, cytotoksycznymi składnikami diety oraz lekami [10,11,16,20,23,39,72]. W ochronie komórek przed działaniem szkodliwych czynników uczestniczy m.in. transporter ABCB1 (MDR1, P-gp) wykazujący ekspresję przede wszystkim w wątrobie oraz w obrębie bariery krew-mózg, czy też transportery ABCC2 (MRP2) i ABCG2 (BCRP) o zwiększonej aktywności w jelicie cienkim oraz wątrobie. Białka te hamują biodostępność doustnie przyjmowanych ksenobiotyków. Proces ten może przebiegać w dwojaki sposób, tj. w wyniku bezpośredniego hamowania poboru ksenobiotyków z jelita lub wzmożonej eliminacji ksenobiotyków i ich metabolitów z żółcią. W obydwu przypadkach, w obrębie narządów oraz krążenia systemowego zmniejsza się obciążenie związkami rozpoznawanymi jako potencjalnie szkodliwe dla organizmu. Należy jednak zaznaczyć, że oprócz zmniejszenia ostrej i chronicznej toksyczności ksenobiotyków, zmniejszeniu ulega także działanie tera-peutyczne leków przyjmowanych doustnie. W warunkach zwiększonej ekspresji określonych białek ABC (np. w obrębie guzów nowotworowych) może się rozwinąć oporność wielolekowa. Brak lub niska ekspresja transporterów ABC w wątrobie i jelitach działa odwrotnie [10, 11]. Utrata funkcji przez białko P-gp przyczynia się do zwiększonego wnikania związków będących jego substratami do mózgu, serca, nadnerczy, mięśni, jajników, progenitorowych komórek hematopoetycznych oraz do zwiększenia stężenia leków w osoczu, co wpływa na poprawę ich biodostępności [15].

Transportery błonowe a funkcje barierowe

Wiele białek z rodziny ABC pełni także aktywne funkcje barierowe (blood-organ barriers, “sanctuary” sites [7]), do których zalicza się m.in. barierę krew-łożysko, krew-jądro, krew-nerw oraz krew-mózg. Bariera krew-mózg (BBB) jest rezydującym w endotelium naczyń kapilarnych systemem decydującym o tym co przedostaje się do ośrodkowego układu nerwowego oraz co jest z niego usuwane. W jej skład, oprócz śródbłonka naczyniowego, wchodzą także pericyty, błona podstawna, wypustki astrocytów (tzw. stopki astrocytarne), połączenia barierowe ścisłe (TJs), enzymy metabolizujące (druga linia obrony inaktywująca ksenobiotyki, które przedostały się do śródbłonka kapilar mózgowych) oraz selektywne transportery (importery – SLC oraz eksportery – ABC). Transportery ABC są pierwszą linią obrony, chroniącą mózg przed napływem ksenobiotyków, w tym ogromnej ilości leków [20, 43, 47, 60]. Funkcję taką pełnią m.in. transportery ABCB1 (P-gp) oraz ABCG2 [27, 43, 60]. W przypadku braku P-gp w barierze krew-mózg, penetracja tkanki mózgowej przez substraty P-gp może się zwiększyć nawet 100-krotnie, prowadząc do dramatycznych skutków wynikających z toksycznego działania leku [60]. Pomimo pełnienia funkcji bramkującej transportery ABC mogą być także związane z rozwojem stanów patologicznych w OUN. Zwiększenie ekspresji transporterów ABC w obrębie BBB może powodować częściową oporność na leki przeciwpadaczkowe, przyczyniając się do występowania epizodów niekontrolowanych drgawek, co zdarza się w padaczce lekoopornej [20, 47, 60]. Zwiększona ekspresja P-gp w BBB może być skutkiem kaskady sygnalizacyjnej inicjowanej przez zwiększone stężenie zewnątrzkomórkowego glutaminianu, który oddziałuje na receptory NMDA, fosfolipazę-A2, cyklooksygenazę-2, 17ß-estradiol (E2), receptor 1 prostaglandyny E2 (EP1) oraz NF-κB [43]. Zahamowanie funkcji transportera typu eksporter można osiągnąć przez zastosowanie swoistych modulatorów systemu regulującego jego działanie [20, 47, 60].

Na szczególną uwagę zasługuje funkcja barierowa transporterów ABC w łożysku, gdzie na zasadzie transportu zwrotnego ma miejsce ochrona płodu przed ksenotoksynami oraz lekami obecnymi w krążeniu matki. W większości przypadków bardzo pożądanym zjawiskiem jest słaba penetracja związków do płodu lub jej całkowity brak. Wyjątek stanowi leczenie HIV, gdzie korzystne jest uzyskanie odpowiedniego stężenia leku w płodzie tuż przed porodem, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia wertykalnego transferu infekcji, często zachodzącego w trakcie porodu [4, 60].

Warto także wspomnieć o obecności transporterów ABC w obrębie bariery krew-jądro (BTB). Udokumentowanymi miejscami ich ekspresji w BTB są komórki: Sertolego (np. ABCB1), Leydiga (np. ABCC1), mioidalne (np. ABCG2) oraz śródbłonek naczyniowy (np. ABCB1). Podstawową rolą transporterów ABC w BTB jest zmniejszenie przedostawania się leków do apikalnego kompartmentu nabłonka plemnikotwórczego, chroniąc tym samym rozwijające się plemniki przed potencjalnie szkodliwym wpływem ksenobiotyków. Jest to swoistego rodzaju unikalny mechanizm zapewniający integralność procesu spermatogenezy [60, 65].

Udział transporterów ABC w rozwoju oporności wielolekowej

Oporność wielolekowa (MDR) to zdolność komórek lub całych organizmów do przeciwstawienia się cytotoksycznemu działaniu licznych związków farmakologicznych [43]. MDR może być skutkiem: zmian w obrębie punktów kontrolnych cyklu komórkowego w wyniku zjawiska aresztu cyklu komórkowego, pochłaniania leków przeciwnowotworowych przez lizosomy i organelle wewnątrzkomórkowe, zmniejszonego poboru leków przez komórki oraz zwiększonego wyrzutu leków przez transportery ABC [32, 37]. Zjawisko MDR jest obserwowane zarówno w terapii chorób zakaźnych (bakteryjnych, wirusowych, pasożytniczych), jak i w przebiegu chorób układu nerwowego czy chemioterapii nowotworowej. W większości przypadków fenotyp MDR jest czynnikiem prognostycznym kierunku rozwoju choroby oraz skuteczności terapii [27, 34, 43]. Dowiedziono, że w przypadku raka piersi, u pacjentek wykazujących wysoką ekspresję transportera P-gp, brak odpowiedzi na chemioterapię występuje trzy razy częściej niż u kobiet z niewielką ekspresją tego białka [15]. Mając na uwadze białka z rodziny ABC należy pamiętać, że wiele spośród stosowanych leków jest substratami dla transporterów ABC, a ich ekspresja i związane z nimi kaskady sygnalizacyjne mogą ulec zaburzeniu w przebiegu choroby [43].

Wśród transporterów ABC są także białka związane z opornością wielolekową (MRP). Obecnie 15 ludzkich białek wykazuje taki potencjał [37, 63, 66], w tym transportery należące do podrodzin ABCB, ABCC oraz ABCG, np.: ABCB1 (P-gp), ABCC1 (MRP1) czy ABCG2 (BCRP). Transportery te wykazują często wysoką ekspresję w obrębie tkanek zmienionych nowotworowo, mając tym samym znaczenie prognostyczne w przebiegu chorób nowotworowych. Cytostatyki są wówczas nadmiernie wyrzucane poza obszar komórki, co zmniejsza ich stężenie w komórkach nowotworowych skutkując tym samym niepowodzeniem terapii oraz narażając zdrowe komórki na szkodliwe działanie leku. Nawet, jeśli układ naczyniowy tkanki guza nowotworowego oraz bariera krew-guz staje się nieszczelna, wówczas ekspresja transporterów umiejscowionych w błonie komórek nowotworowych może stymulować oporność na dany lek [4, 5, 10, 12, 15, 20, 22, 28, 32, 34, 40, 41, 42, 43, 60, 66, 72, 76].

W badaniach kierowanych przez Huang i wsp. [28]. wykazano wysoką ekspresję P-gp w komórkach wyizolowanych z ludzkiego śródbłonka naczyniowego w obrębie guza nowotworowego, czyniąc go bardziej opornym na działanie leków w porównaniu do ekspresji tego białka w śródbłonku naczyń tkanek zdrowych. Za prawdziwe należy zatem przyjąć stwierdzenie, iż transportery ABC w pewnym stopniu są zaangażowane w proces kancerogenezy [20]. Ponadto zauważono, że zarówno promieniowanie, jak i chemiczne oraz wirusowe czynniki kancerogenne mogą indukować oporność na leki cytostatyczne przez zwiększenie ekspresji genów oporności wielolekowej [12, 67].

Transportery ABC stały się zatem głównym celem w walce z opornością wielolekową, szczególnie u pacjentów onkologicznych. W badaniach nad zjawiskiem oporności wielolekowej ważne jest określenie, które z aminokwasów w sekwencjach białek ABC są kluczowe w procesie rozpoznawania i transportu leków, a które z nich są odpowiedzialne za wiązanie i hydrolizę ATP [34].

W ciągu ostatnich lat pojawiło się wiele narzędzi ułatwiających poznanie działania transporterów ABC. Można wśród nich wymienić, m.in. inhibitory transportu, swoiste przeciwciała, zwierzęta transgeniczne – pozbawione genów dla wybranych białek ABC, edycja genów w systemie CRISPR/Cas9, nanotechnologia medyczna, techniki obrazowania in vivo (np. PET-CT) oraz narzędzia bioinformatyczne służące do identyfikacji miejsc wiązania białko-ligand [43, 66]. Należy też wspomnieć o możliwości modulacji ekspresji transporterów związanych z opornością wielolekową, będącą od pewnego czasu istotną strategią terapeutyczną [11, 42]. Odpowiednio wyselekcjonowane czynniki blokujące mogą zahamować efekt MDR. Należą do nich m.in.: małocząsteczkowe inhibitory kinazy tyrozynowej (np. nilotinib), leki pochodzenia naturalnego (np. flawonoidy, kumaryna, terpenoidy, alkaloidy, chinony, kurkumina), interferencja RNA (RNAi) np. przez zastosowanie małego interferującego RNA (siRNA) w celu wyciszenia ekspresji genu, a także regulacja epigenetyczna. Jako przykład może posłużyć leczenie kostniakomięsaka (OS) z zastosowaniem trichostatyny A (inhibitora DNMT oraz HDAC), przyczyniając się do odwrócenia aberracji epigenetycznej oraz przeprogramowania komórek z MDR na proces różnicowania osteoblastów [5, 43, 66].

W celu przełamania oporności wielolekowej duże nadzieje wiąże się również z modulacją ścieżek transdukcji sygnału, w których uczestniczą np. mediatory odpowiedzi zapalnej, takie jak TNF-α, IL-1β, IL-6, IFN-γ oraz ET-1 [5, 20, 43, 66]. Ważną koncepcją wydaje się również terapia kombinatoryczna z zastosowaniem zidentyfikowanych inhibitorów transporterów ABC związanych z opornością wielolekową oraz leków przeciwnowotworowych. Takie rozwiązanie służy zarówno poprawie odpowiedzi na terapię, jak i stwarza podwaliny do badań nad opracowaniem skutecznych środków chemiouwrażliwiających [5, 43]. Obecnie, poza badaniami klinicznymi, stosowanie inhibitorów np. transportera MDR1 w chemioterapii onkologicznej nie jest praktykowane [5, 11, 43].

Udział transporterów ABC w zachowaniu homeostazy lipidowej

Niektóre z transporterów, w tym należące do podrodziny ABCA biorą udział w utrzymaniu homeostazy lipidowej [3, 10, 36, 72]. Zdolność do wydzielania cholesterolu, fosfolipidów (PL) oraz innych związków do żółci ma podstawowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Jako przykład może służyć umiejscowione w wątrobie białko ABCB4, które bierze udział w wydzielaniu fosfatydylocholiny (PC) do żółci [10]. Ze względu na to, iż translokacja lipidów fosfatydylocholinowych jest bardzo powolnym procesem, w transporcie z wewnętrznej do zewnętrznej części dwuwarstwy lipidowej uczestniczy flopaza MDR3 (ABCB4) napędzana wiązaniem i hydrolizą ATP. Udział transportera MDR3 w przenoszeniu fosfolipidów po raz pierwszy wykryto u homozygotycznych myszy pozbawionych genu Mdr2 (Mdr2-/-) będącego odpowiednikiem ludzkiego genu MDR3. U myszy tych stwierdzono całkowity brak PL w żółci [33, 64]. Białko MDR3 jest zdolne do wiązania wyłącznie fosfolipidów cholinowych, co potwierdzono stosując ich fluorescencyjnie znakowane łańcuchy [33]. W początkowych etapach transportu zwrotnego cholesterolu (RCT), transporter ABCA1 pośredniczy w przekazywaniu cholesterolu i fosfolipidów z komórek obwodowych na ApoA-I, prowadząc tym samym do powstawania cząstek HDL [22, 36]. Pojawiły się jednak wątpliwości odnośnie zdolności białka ABCA1 do bezpośredniego wiązania cholesterolu, co może wskazywać na funkcję regulatorową tego transportera względem wypompowywania cholesterolu. Transportery ABCG5 i ABCG8 uczestniczą w wydzielaniu cholesterolu i steroli roślinnych do żółci oraz do światła przewodu pokarmowego. Białko ABCG1 pośredniczy w komórkowym eksporcie cholesterolu do lipidowanych cząstek lipoprotein. Wykazano również, że transportery ABCA1 oraz ABCG1 mogą przeprowadzać synergistyczną translokację cholesterolu w warunkach in vitro oraz współuczestniczyć w promowaniu makrofagowego RCT w warunkach in vivo. Myszy pozbawione genów dla ABCA1 oraz ABCG1 wykazywały wzmożoną syntezę komórek piankowatych oraz przyspieszony proces aterogenezy. Działanie to wskazuje na złożony, ochronny wpływ transporterów ABCA1 oraz ABCG1 w przebiegu patogenezy miażdżycy [36]. Aktywność występujących w mózgu białek ABCA1, ABCG1 i ABCG4 biorących udział w transporcie cholesterolu jest zależna od typu komórek. Wykazano, że białka ABCA1 oraz ABCG1 translokują cholesterol wyłącznie z astrocytów do apolipoprotein, z kolei ABCG4 przemieszcza cholesterol głównie z neuronów. Wskazuje to na rolę tych transporterów w regulacji wypływu cholesterolu z astrocytów i neuronów, przekładającej się na całkowity stan homeostazy cholesterolu w mózgu [36, 43]. W przypadku transporterów ABCD wskazuje się na ich ważną rolę w metabolizmie kwasów tłuszczowych [10].

Rola transporterów ABC w prezentacji antygenu – komórkowa odpowiedź immunologiczna

Transporter związany z przetwarzaniem antygenu (TAP) o charakterze heterodimeru, składający się z dwóch podjednostek – TAP1 (748 aa, 81 kDa, kodowanej przez gen ABCB2) oraz TAP2 (zależnie od izoformy: 653-703 aa, 72-78 kDa, kodowanej przez gen ABCB3) ma zasadnicze znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania komórkowej odpowiedzi immunologicznej. Brak podjednostek transportera TAP jest związany z rozwojem chorób zakaźnych oraz nowotworowych [13].

Białko TAP znajdujące się w retikulum endoplazmatycznym (ER) [1, 13, 17, 49, 51, 57, 62] cechuje zdolność translokowania antygenów w postaci krótkich peptydów z cytoplazmatycznego kompleksu proteasomów (szlak ubikwityna-proteasomy) do światła ER. Peptyd oraz ATP niezależnie od siebie przyłączają się do białka TAP, jednak dopiero związanie obydwu substratów indukuje allosteryczne wiązanie domeny NBD z TMD. Tym samym, następująca dimeryzacja dwóch domen NBD oraz indukcja przełączenia stanu TMD z zamkniętego na otwarty, umożliwia transport peptydów z cytozolu do światła ER. Hydroliza ATP przywraca transporter TAP do stanu przedtraslokacyjnego [13, 57, 62]. W ER peptydy są przekazywane cząsteczkom MHC klasy I (MHC I). Okres półtrwania stabilnego kompleksu MHC I-peptyd wynosi 5-7 dni [62]. Po przejściu do aparatu Golgiego, kompleks MHC I–peptyd ulega glikozylacji, a następnie zostaje umieszczony na powierzchni komórki, w celu prezentacji antygenu immunokompetentnym cytotoksycznym limfocytom CD8+ Tc (por. ryc.1) [1, 10, 12, 13, 17, 41, 49, 51, 57, 62, 76]. Zatem białko TAP, oprócz cząsteczek MHC I, białek chaperonowych (tapazyny, kalneksyny, kalretikuliny, BiP), β2-mikroglobuliny (β2m) oraz oksydoreduktazy tiolowej ERp57 jest nieodłącznym elementem systemu odpowiedzialnego za załadunek peptydów i prezentację antygenu [14, 17, 62]. TAP posiada 2×6 transbłonowych helis, które otaczają kieszeń wiążącą peptyd, wyznaczając ścieżkę translokacji peptydu oraz unikalną N-terminalną domenę TMD0, kluczową dla wiązania tapazyny, która tworzy pomost łączący donor peptydu (TAP) z jego akceptorem (MHC I) i dodatkowo stabilizuje tę interakcję. Tapazyna jest zaangażowana w tworzenie w pełni funkcjonalnego kompleksu odpowiedzialnego za załadunek peptydów (PLC), a także uczestniczy w ich edycji i korekcie [13, 14, 51, 57, 62]. Antygeny (peptydy) mogą mieć różne pochodzenie, w tym mogą być wadliwymi produktami rybosomów (DRiPs). Jako przykład mogą służyć polipeptydy powstające w przebiegu nieprawidłowego procesu translacji [13, 56, 57].

Ryc. 1. Udział transportera TAP w przetwarzaniu i prezentacji antygenu prze MHC I. β2m – β2-mikroglobulina, BiP – białko chaperonowe (białko 70 kDa szoku cieplnego), ER – siateczka śródplazmatyczna, MHC I – główny kompleks zgodności tkankowej, TAP – transporter związany z przetwarzaniem antygenu (wg [1] zmodyfikowano)

Udział białek ABC w transporcie związków poprzez kanały jonowe

W obrębie podrodziny ABCC znajdują się przenośniki białkowe pełniące istotne funkcje w transdukcji sygnałów oraz wydalaniu toksyn grzybiczych i bakteryjnych [72]. W przeciwieństwie do większości białek podrodziny ABCC, transporter ABCC7 wykazuje pewne unikalne właściwości, gdyż jako błonowy regulator przewodnictwa (CFTR) jest odpowiedzialny za transport jonów chlorkowych. Mutacja genu kodującego to białko powoduje rozwój mukowiscydozy [10, 72].

Białko ABCC7 ma dwie wyróżniające go cechy. Pierwsza wynika z tego, iż białko CFTR jest jedynym transporterem ABC tworzącym kanał dla jonów chlorkowych w błonie komórkowej, podczas gdy wszystkie pozostałe funkcjonują jako transportowe ATP-azy. Drugim wyróżnikiem jest to, iż białko CFTR jest jedynym kanałem jonowym bramkowanym ligandem, który zużywa swój ligand (ATP), co jest następstwem jego aktywności hydrolitycznej wynikającej z przynależności do rodziny białek ABC [76]. Białko CFTR jest kanałem anionowym, a jony chlorkowe są transportowane za pośrednictwem dyfuzji biernej. Białko to zawiera 2 domeny TMD, 2 domeny NBD oraz dodatkowo, swoistą tylko dla tego transportera, domenę regulatorową R, znajdującą się między NBD1 oraz TMD2 (por. ryc.2). Stabilne wiązanie ATP przez NBD1 oraz wiązanie ATP i jego hydroliza przez NBD2 wraz z fosforylacją domeny R zmienia allosteryczne interakcje między tymi domenami oraz wpływa na cykl bramkowania tego kanału [21, 29, 62]. Aktywność kanału chlorkowego jest niezbędna do prawidłowego utrzymania homeostazy soli i płynów tkankowych [21, 29].

Ryc. 2. Uproszczony model topologiczny struktury kanału chlorkowego CFTR z uwzględnieniem cytoplazmatycznego końca aminowego (N) oraz karboksylowego (C), dwóch domen wiążących nukleotydy (NBD1, NBD2), domeny regulatorowej (R) oraz domen transbłonowych (TMD1 i TMD2) (wg [29] zmodyfikowano)

Regulatory aktywności kanałów jonowych

Transportery SUR1 (ABCC8) oraz SUR2 (ABCC9) to kolejne unikatowe białka ABC. Pełnią funkcję regulatorów kanałów jonowych, gdyż same nie mają zdolności transportujących. ATP-wrażliwy kanał potasowy (KATP) jest współtworzony przez oktameryczny kompleks czterech podjednostek białka Kir6.2 otoczonych przez cztery regulatorowe podjednostki SUR1. Aktywność ATP-azy w domenach wiążących nukleotydy transportera SUR1 skutkuje wzrostem prawdopodobieństwa otwarcia kanału KATP, natomiast związanie ATP z Kir6.2 prowadzi do zamknięcia tego kanału. Efektem zablokowania kanałów KATP jest depolaryzacja błony komórkowej, stymulacja aktywności elektrycznej i wydzielania insuliny, podczas gdy ich otwarcie odwraca to działanie. Leki będące pochodnymi sulfonylomocznika pobudzają egzocytozę insuliny z komórek β trzustki przez bezpośrednie zamknięcie kanałów KATP (por. ryc.3) [2, 12, 18, 23, 24, 35, 39, 41, 58, 62].

Ryc. 3. Udział ATP-wrażliwego kanału potasowego (KATP) w egzocytozie insuliny z komórek β trzustki. Kanał KATP współtworzą cztery podjednostki białka Kir6.2 otoczone przez cztery regulatorowe podjednostki SUR1 (wg [18], zmodyfikowano)

Wpływ SUR1 na funkcjonowanie białka Kir6.2 jest wielokierunkowy, przede wszystkim zwiększa współczynnik prawdopodobieństwa otwarcia kanału z 0,1 do 0,4 oraz 10-krotnie zwiększa czułość kanału na ATP, przy czym stężenie ATP wymagane do zahamowania aktywności kanału w 50% (IC50) maleje z 100 μM do ok. 10 μM. Warto zauważyć, że SUR1 zwiększa podatność kanału na aktywację przez nukleotydy związane z jonem Mg2+ (MgATP i MgADP), uwrażliwia kanał na leki, które wiążą się bezpośrednio z SUR1 hamując aktywność kanału KATP (np. glibenklamid) oraz na leki pobudzające aktywność kanału KATP przez jego otwarcie (np. diazoksyd). Istnieją dowody wskazujące na fakt, że podjednostki białka Kir6.2 także wpływają na funkcję SUR1. W obecności Kir6.2, stała Michaelisa-Menten (Km) dla hydrolizy ATP wzrasta z 0,1 do 0,3 mM. Niestety dokładne mechanizmy molekularne, leżące u podłoża interakcji między tymi dwoma białkami nie zostały jak dotąd dokładnie poznane [2, 12, 23, 24, 39, 41, 58, 62].

Wpływ transporterów ABC na biologię nowotworu

Chociaż rola transporterów ABC w rozwoju oporności wielolekowej jest już powszechnie uznanym faktem, wciąż niewiele wiadomo na temat niezależnego od translokacji leków wpływu tych białek na biologię nowotworu. Zahamowanie bądź całkowita utrata funkcji transporterów ABC może wpływać na fenotyp komórek nowotworowych, ściśle związany ze stopniem ich złośliwości, czyli tempem proliferacji i różnicowania komórek, ich migracją oraz inwazyjnością [15, 37]. Warto podkreślić, że próby zrozumienia, w jaki sposób funkcje fizjologiczne transporterów ABC, takie jak usuwanie endogennych metabolitów oraz cząsteczek sygnałowych wpływają na biologię nowotworu, wciąż nie przyniosły zadowalających rezultatów [15].

Zaobserwowano także znaczący udział transporterów z rodziny ABC w obronie przed przeciwnowotworowymi kaskadami regulatorowymi, np. w dysregulacji i zahamowaniu ścieżek molekularnych prowadzących do apoptozy czy cytotoksyczności wywołanej przez układ dopełniacza [37].

Wzrost ekspresji białka ABCG2 jest często obserwowany w populacji komórek nowotworowych o zwiększonej zdolności do samoodnawiania oraz wykazujących charakter kancerogenny. Może to wskazywać na znaczenie nowotworowych komórek macierzystych, jako potencjalnego celu terapeutycznego w hamowaniu aktywności transportera BCRP [15, 46]. Konieczne są jednak dalsze badania nad identyfikacją transporterów ABC, będących markerami nowotworowych komórek macierzystych. Taką próbę podjęto wskazując na koekspresję markera CD133 oraz transportera ABCG2 [27].

Prawdopodobnie o roli transporterów ABC w biologii nowotworu w istotnym stopniu decyduje ich zdolność do translokacji endogennych metabolitów oraz cząsteczek sygnałowych. Co może być motorem napędowym dla takiej funkcji transporterów ABC? Wśród rozpatrywanych czynników znalazły się, m.in.: cAMP, eikozanoidy oraz glutation. Nie można jednak wykluczyć mechanizmów na poziomie interakcji białko-białko, których potwierdzenie wymaga dalszych badań [15].

Pozostałe funkcje transporterów z rodziny ABC

Interesującym przypadkiem jest transporter ABCA1, najprawdopodobniej uczestniczący w pochłanianiu komórek apoptotycznych. Zaobserwowany w przebiegu mysiej embriogenezy wzór ekspresji tego transportera jest ściśle związany z tymi obszarami, w których apoptoza występuje. Na uwagę zasługuje to, iż swoiste względem ABCA1 przeciwciała hamują zdolność makrofagów do fagocytowania apoptotycznych tymocytów [12].

Ciekawym przykładem jest również transporter ABCC3 (MRP3), który w przypadku dysfunkcji białka ABCC2 (MRP2) przejmuje jego rolę. Zaobserwowano zwiększoną ekspresję MRP3 w boczno-podstawnej błonie hepatocytów wątroby u pacjentów z zespołem Dubina-Johnsona, związanej z utratą funkcji transportera MRP2 [12].

W obrębie dużej rodziny transporterów ABC występują także białka biorące udział w organizacji chromatyny i chromosomów, ochronie telomerów, przemieszczaniu mRNA przez pory jądrowe, translacji oraz naprawie DNA [35, 39, 54].

Białka ABC uczestniczą w jednokierunkowym aktywnym transporcie szerokiego spektrum cząsteczek do przestrzeni pozakomórkowej wbrew gradientowi stężeń [7,8,10,11,15,54,60,72,76]. W większości transportery ABC są wielofunkcyjnymi systemami oddziałującymi na różnorodne procesy fizjologiczne i patofizjologiczne zachodzące w organizmie człowieka. Obecnie są uznawane za jedne z najważniejszych spośród wszystkich białek [7,23,39,72]. Znaczenie aktywności transportowej można ocenić na podstawie kosztów metabolicznych pompowania cząsteczek przez błonę komórkową. Szacuje się, że w zależności od warunków pochłaniają one 10-60% zapotrzebowania na energię pochodzącą z hydrolizy ATP [59]. Należy zaznaczyć jednak, że aktywność i funkcja danego transportera może ulec zmianie wskutek modyfikacji transkrypcyjnych, potranskrypcyjnych, potranslacyjnych oraz zjawiska polimorfizmu genetycznego [4,43].

W mikroorganizmach, transportery ABC są odpowiedzialne za wykształcenie oporności na antybiotyki i środki przeciwgrzybicze, np. oporność Plasmodium sp. na leki przeciwmalaryczne [9,23,24]. W roślinach, ich obecność wiąże się z opornością na herbicydy [24], natomiast ludzkie transportery ABC pełnią w organizmie wiele ważnych funkcji, m.in. uczestniczą w transporcie lipidów i leukotrienów, detoksykacji organizmu, rozwoju oporności wielolekowej, prezentacji antygenu, mitochondrialnej homeostazie żelaza, regulacji ATP-zależnych kanałów jonowych, wydzielaniu określonych białek oraz transdukcji sygnałów [13,23,24,59]. Zmieniona ekspresja tych transporterów jest także związana z występowaniem określonych chorób (por. tab. 1) [23,24].

TRANSPORTERY ABC A ZDROWIE CZŁOWIEKA

Ponad 20 genów kodujących białka ABC jest związanych z chorobami genetycznymi, przede wszystkim o charakterze recesywnym [10, 70]. Wśród chorób jednogenowych związanych z mutacjami w obrębie genów kodujących wybrane transportery ABC wyróżnić można m.in.: dystrofię Stargardta (ABCA4), retinopatię barwnikową oraz związane z wiekiem zwyrodnienie plamki żółtej (ABCA4), mukowiscydozę (ABCC7), zespół Dubina-Johnsona (ABCC2) oraz przetrwałą hipoglikemię hiperinsulinemiczną noworodków PHHI (ABCC8). Mutacje w obrębie genów dla transporterów ABCB4 oraz ABCB11 są odpowiedzialne za rozwój różnych postaci postępującej rodzinnej cholestazy wewnątrzwątrobowej PFIC. Z kolei mutacja genu dla związanego z błoną mitochondrialną transportera ABCB7 koreluje z fenotypem dziedzicznej, związanej z chromosomem X anemii syderoblastycznej z ataksją XLSA/A. Również w badaniach asocjacyjnych obserwuje się związane ze zjawiskiem polimorfizmu genetycznego zwiększenie ryzyka wystąpienia określonych jednostek chorobowych. Wśród nich wymienić można choroby neurologiczne/neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera (ABCA2/ABCA7), zesztywniające zapalenie stawów kręgosłupa (ABCB2), a także zaburzenia akumulacji steroli oraz miażdżyca (ABCG) (por. tab. 1) [6, 10, 20, 22, 24, 36, 39, 42, 45, 47, 53, 54, 60, 68, 72, 76].

Transporter	Umiejscowienie	Funkcja	Choroba	Ref.
ABCA
ABCA1	wątroba (hepatocyty), jelito cienkie, pęcherz moczowy, śródbłonek kapilar mózgowych, płuca (pneumocyty typu II), łożysko, nadnercza, prostata, hematopoetyczne komórki macierzyste, multipotencjalne komórki progenitorowe, makrofagi tkankowe, aparat Golgiego	transport fosfolipidów (fosfatydyloseryny, fosfatydylocholiny) i cholesterolu; biogeneza HDL; udział w RCT; wchłanianie apoptotycznych komórek przez makrofagi; potencjalny czynnik ateroprotekcyjny; promuje sekrecję α-tokoferolu, apoE, IL-1β, peptydów; pośrednie działanie przeciwnowotworowe poprzez ułatwienie uwalniania cytochromu-C z mitochondriów	choroba Tangiera, rodzinna hipoalfalipoproteinemia, miażdżyca, choroba Alzheimera, nowotwory: jajnika (EOC), prostaty, mózgu (chłoniak OUN)	[10, 12, 15, 22, 36, 43, 47, 53, 54, 69, 70, 72]
ABCA2	mózg (oligodendrocyty), płuca, nerki, wątroba, serce, lizosomy, aparat Golgiego.	homeostaza lipidowa – udział w obiegu wolnego cholesterolu pochodzącego z LDL, eliminacja leków z mózgu, oporność lekowa	nowotwór prostaty, choroba Alzheimera	[10, 12, 36, 42, 43, 54, 74]
ABCA3	płuca (pneumocyty typu II – ciałka lamelarne), wątroba, żołądek, nerki, trzustka, mózg, serce, mięśnie szkieletowe	translokacja cholesterolu i fosfolipidów (fosfatydydylocholina, fosfatydyloglicerol); biogeneza ciał lamelarnych – pęcherzykowe wydzielanie surfaktantu	niedobór surfaktantu u noworodków, zwłóknienie płuc, zaćma wrodzona	[10, 12, 36, 47, 54, 70, 74]
ABCA4	fotoreceptory siatkówki (pręciki)	lipaza eksportująca pochodne retinylowe	dystrofia Stargardt’a/dno żółto-plamiste, retinopatia barwnikowa, dystrofia czopkowa, dystrofia czopkowo-pręcikowa	[10, 12, 43, 47, 54, 69, 70, 72]
ABCA5	mięśnie szkieletowe, serce, jądra	marker diagnostyczny dla nowotworów śródmiąższowych prostaty	nowotwory: jajnika, prostaty	[10, 22, 72]
ABCA6	wątroba, jajniki	makrofagowa homeostaza cholesterolu	rak jajnika	[10, 22, 36]
ABCA7	śledziona, grasica, płuca, nadnercza, mózg (neurony hipokampa i kory mózgowej), tkanka tłuszczowa biała	homeostaza lipidowa mózgu; translokacja fosfolipidów oraz cholesterolu	choroba Alzheimer’a	[10, 12, 36, 53, 54, 69, 70]
ABCA8	jajniki	homeostaza lipidowa, synteza mieliny	rak jajnika	[10, 22]
ABCA9	serce, mózg, płuca, układ pokarmowy, nerki, pęcherz moczowy, jądra, prostata, jajniki, macica, tkanka piersiowa, łożysko, skóra	makrofagowa homeostaza cholesterolu	rak jajnika	[10, 22, 36, 69]
ABCA12	żołądek	homeostaza lipidowa	płód arlekin (rybia łuska arlekinowa)	[10, 54, 70]
ABCB
ABCB1 (MDR1, P-gp,)	śródbłonek kapilar mózgowych oraz jąder, okołonaczyniowe astrocyty, śródbłonek naczyniowy guza nowotworowego, nabłonek splotu naczyniówkowego, komórki wyściółki komory serca, rdzeń kręgowy, nadnercza, nerki, wątroba, przewód pokarmowy (żołądek, jelito cienkie – enterocyty kosmków jelitowych, jelito czcze, jelito kręte, okrężnica, błona śluzowa jelit), płuca, skóra, śledziona, mięśnie szkieletowe, prostata, jajniki, łożysko, progenitorowe krwiotwórcze komórki CD34+, limfocyty T CD8+, komórki NK	oporność wielolekowa; transport związków kationowych, lipofilnych oraz amfipatycznych cząsteczek hydrofobowych (hormonów, leków przeciwnowotworowych, inhibitorów kanału wapniowego, inhibitorów kalmoduliny, leków immunosupresyjnych, przeciwwirusowych, przeciwarytmicznych, przeciwpsychotycznych i in); transport kancerogenów i amyloidu β (Aβ); u chorych na AIDS: oporność wobec inhibitorów proteaz; zmniejszenie wchłaniania leków w przewodzie pokarmowym po podaniu doustnym; funkcja barierowa w łożysku, mózgu, komórkach macierzystych; efflux ksenobiotyków do światła jelita, żółci, moczu i krwi; udział w adenozynergicznej i purynergicznej neuromodulacji	wrzodziejące zapalenie okrężnicy, AIDS, indukowana przez pestycydy choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, padaczka, udar niedokrwienny, stwardnienie rozsiane, stwardnienie zanikowe boczne (ALS), nowotwory: jelit, nerki, mózgu (chłoniak OUN), ostra białaczka szpikowa	[5, 8, 10, 11, 12, 15, 16, 20, 28, 37, 39, 42, 43, 47, 60, 69, 74]
ABCB2 (TAP1)	siateczka śródplazmatyczna (ER)	współtworzą transporter TAP uczestniczący w prawidłowym funkcjonowaniu komórkowej odpowiedzi immunologicznej (transport peptydów (antygenów) z cytoplazmy do ER i ich łączenie z MHC-I)	niedobór odporności, zesztywniające zapalenie stawów kręgosłupa (ZZSK), zespół nagich limfocytów typu I (BLS-1), cukrzyca typu 1 (T1DM), stwardnienie rozsiane (MS), infekcje wirusowe: cytomegalowirus, Herpes simplex typu I (HSV-1); nowotwory: nerki, drobnokomórkowy rak płuc	[10, 12, 17, 47, 62, 69, 70, 72]
ABCB3 (TAP2)
ABCB4 (MDR3)	wątroba (hepatocyty), bariera krew-mózg, serce, nowotworowe i zdrowe komórki piersi, okrężnica	translokacja fosfatydylocholiny do żółci; transport leków (digoksyna, paklitaksel, winblastyna); oporność wielolekowa; funkcja barierowa w mózgu	PFIC 3 i inne typy cholestazy	[6, 10, 12, 33, 47, 70, 74, 78]
ABCB5	wątroba, woreczek żółciowy, napletek, komórki nowotworowe	produkcja żółci (transport fosfatydylocholiny), udział w rozwoju chemooporności nowotworów; melanogeneza	schorzenia wątroby, nowotwory: rak okrężnicy, czerniak	[10, 12, 41, 61, 69, 72]
ABCB6	zewnętrzna błona mitochondrium, ER, aparat Golgiego	transport żelaza, transport porfiryny	coloboma, rodzinna pseudohiperkaliemia, akropigmentacja Dohiego (dyschromatosis universalis hereditaria)	[10, 12, 38, 45, 69, 72, 79]
ABCB7	wewnętrzna błona mitochondrium, bariera krew-mózg	homeostaza Fe (transport hemu z mitochondriów do cytozolu); transport centrum żelazowo-siarkowego; udział w hematopoezie, funkcja barierowa w mózgu	XLSA/A (ASAT)	[10, 12, 70, 72, 74]
ABCB8	wewnętrzna błona mitochondrium	transport cząsteczek organicznych i nieorganicznych pomiędzy wnętrzem mitochondrium a cytoplazmą komórki; homeostaza żelaza	nowotwory: jelita grubego piersi, szyjki macicy, jajników	[12, 69]
ABCB9	serce, mózg, lizosomy, komórki rozrodcze, jądra, migdałki, macica	transport peptydów z cytoplazmy do światła lizosomów	nowotwory: piersi, jelita grubego, jąder, białaczka	[10, 12, 62]
ABCB10	wewnętrzna błona mitochondrium, kości, szpik kostny, limfa, płuca, żołądek	ochrona przed stresem oksydacyjnym; erytropoeza i biosynteza hemu	choroby neurodegeneracyjne, nowotwory: trzustki, jelita grubego	[12, 38, 69, 79]
ABCB11	wątroba, woreczek żółciowy	wydzielanie cholesterolu do żółci, transport soli i kwasów żółciowych (zmniejszenie ich wewnątrzkomórkowego stężenia), regulacja jelitowo-wątrobowego krążenia kwasów żółciowych	PFIC 2 (choroba Byler’sa), cholestaza ciężarnych, noworodkowy zespół niewydolności oddechowej, nowotwór wątroby	[6, 10, 12, 41, 69, 70]
ABCC
ABCC1 (MRP1)	guzy nowotworowe (naczynia krwionośne i tkanka śródmiąższowa), nowotworowe komórki macierzyste, jelito cienkie (enterocyty), mózg (śródbłonek kapilar mózgowych), bariera krew – płyn mózgowo-rdzeniowy, nabłonek splotu naczyniówkowego, komórki wyściółki komory serca, jednojądrzaste komórki krwi obwodowej, układ hematopoetyczny, płuca, jądra, nerki, wątroba, nabłonek dróg moczowo-płciowych (kanaliki dystalne i zbiorcze nerek), oddechowych oraz gruczołów wydzielania wewnętrznego, nabłonek rogówki oka, zewnętrzna błona pęcherzyków wewnątrzkomórkowych i aparatu Golgiego	oporność wielolekowa (leki antyneoplastyczne, przeciwnowotworowe, przeciwpadaczkowe); transport, związków ujemnie naładowanych, anionów organicznych pochodzących z I i II fazy metabolizmu ksenobiotyków, amfipatycznych jonów organicznych, leukotrienów cysteinylowych LTC4, metali ciężkich (np. arsen), cząsteczek sygnałowych (np. prostaglandyna A2), glutationu zredukowanego i utlenionego, koniugatów glutationu (GSH), glukuronianu oraz kwasu siarkowego z ksenobiotykami, związkami endogennymi i ich metabolitami (2,4-dinitrofenyl-S-glutation, glukuronian bilirubiny, glukuronian estradiolu, sprzężone sole żółciowe, disiarczek glutationu); ochrona przed stresem oksydacyjnym; funkcja barierowa; udział w różnicowaniu i proliferacji komórek (wpływ na biologię nowotworu); metabolizm komórkowy; komunikacja międzykomórkowa; udział w adenozynergicznej i purynergicznej neuromodulacji	przewlekła obturacyjna choroba płuc, astma, padaczka lekooporna, choroby układu sercowo-naczyniowego, udar niedokrwienny, zaburzenia neurologiczne, stany zapalne, choroby immunologiczne, AIDS, związana z wiekiem degeneracja plamki żółtej, nowotwory: układu krwiotwórczego (białaczka szpikowa podtyp M4Eo, AML, ALL), mózgu (chłoniak OUN, glejak), piersi, okrężnicy, pęcherza moczowego, prostaty, neuroblastoma, retinoblastoma, niedrobnokomórkowy rak płuc	[6, 7, 10, 12, 15, 19, 20, 28, 31, 39, 42, 43, 60, 69 73, 74]
ABCC2 (MRP2)	wątroba (hepatocyty), nabłonek kanalika proksymalnego nerek, jelito cienkie (enterocyty kosmków jelitowych), łożysko, bariera krew-mózg	transport żółciowy sprzężonych i niesprzężonych anionów organicznych oraz fosfatydylocholiny; transport nieobdarzonych ładunkiem związków amfipatycznych, sekrecja egzo- i endogennych koniugatów GSH, glukuronianu i kwasu siarkowego; transport utlenionej formy GSH oraz dostarczanych z pożywieniem (pre-)kancerogenów, zwalczanie stresu oksydacyjnego, oporność wielolekowa, detoksykacja jelitowa; ochrona przed trójtlenkiem arsenu	zespół Dubina-Johnsona (DJS), choroby jelit (choroba Crohna), nowotwory: płuc, jelita grubego, rak jasnokomórkowy nerki, rak wątrobowokomórkowy	[5, 6, 10, 11, 12, 19, 20, 31, 42, 60, 69, 70, 72, 74]
ABCC3 (MRP3)	wątroba (hepatocyty), nabłonek woreczka żółciowego, mózg, bariera krew-mózg, jelito cienkie (enterocyty), okrężnica, trzustka, nerki (kanalik dystalny i ramię wstępujące pętli Henlego), nadnercza, płuca, komórki nowotworowe (naczynia krwionośne oraz tkanka śródmiąższowa)	oporność wielolekowa (leki przeciwnowotworowe); transport anionów organicznych oraz egzo- i endogennych związków sprzężonych z glukuronianem, GSH, kwasem siarkowym; w nadnerczach – eliminacja koniugatów sterydowych (E217G); krążenie wątrobowo-jelitowe soli żółciowych (zmniejszenie wewnątrzkomórkowego stężenia kwasów żółciowych w hepatocytach); funkcja barierowa w mózgu	zespół Dubina-Johnsona, choroby wątroby (cholestaza), hiperbilirubinemia, rak mózgu (glejak)	[6, 10, 12, 20, 31, 42, 60, 69 74]
ABCC4 (MRP4)	mózg, wątroba, woreczek żółciowy, jelito cienkie (jelito czcze), trzustka, nerki (kanalik proksymalny nerki), śledziona, migdałki, grasica, płuca, pęcherz moczowy, mięśnie szkieletowe, gruczoł cewkowo-pęcherzykowy prostaty, jądra	oporność wielolekowa (leki przeciwnowotworowe, antywirusowe i analogi nukleotydowe); transport cyklicznych nukleotydów (cAMP, cGMP), kwasu foliowego i folinowego (leukoworyna), glukuronianu- 17-β-estradiolu, kwasów żółciowych, prostaglandyny E; migracja komórek dendrytycznych	rak mózgu (chłoniak OUN), choroby spichrzania lizosomalnego, AIDS	[6, 10, 15, 19, 20, 31, 42, 43, 60, 69 74]
ABCC5 (MRP5)	mózg (astrocyty, neurony piramidowe), jelito cienkie (enterocyty), okrężnica, wątroba, nerki, mięśnie szkieletowe, nabłonek rogówki oka, komórki nowotworowe (naczynia krwionośne oraz tkanka śródmiąższowa)	oporność wielolekowa; deponowanie macierzy zewnątrzkomórkowej; wymiana tkanki łącznej; transport cyklicznych nukleotydów (cGMP, cAMP), analogów nukleotydowych, anionów organicznych	rak mózgu (glejak), hirsutyzm dziedziczny, AIDS	[6, 10, 12, 20, 31, 42, 43, 60, 69 70, 73, 74]
ABCC6 (MRP6)	mózg, bariera krew-mózg, siatkówka oka, gruczoły ślinowe, skóra, dwunastnica, okrężnica, wątroba, nerki, pierwotne prekursorowe komórki hematopoetyczne, komórki leukemiczne	oporność wielolekowa, deponowanie macierzy zewnątrzkomórkowej; wymiana tkanki łącznej; transport: anionów amfipatycznych, anionów organicznych, małych peptydów biorących udział w sygnalizacji komórkowej, funkcja barierowa w mózgu	zespół Grönblada-Strandberga (PXE), białaczka	[10, 12, 20, 31, 42, 69, 70, 74]
ABCC7 (CFTR)	komórki nabłonkowe nosa, tchawicy i oskrzeli, płuca; światło przewodów gruczołów potowych oraz podśluzówkowych, gruczoły ślinowe, komórki kosmków dwunastnicy i jelita czczego, komórki kubkowe jelit	kanał jonów Cl-, regulator innych ścieżek transportu (np. przewodnictwo jonów Na+)	mukowiscydoza, wrodzony brak nasieniowodów, zapalenie trzustki, zapalenie oskrzeli, rak nabłonkowy jajnika	[10, 12, 15, 31, 47, 69, 70, 72]
ABCC8 (SUR1)	komórki β trzustki	sensor zmian stężenia ATP i ADP; regulator aktywności kanałów K+ oraz wydzielania insuliny; wiązanie sulfonylomocznika w terapii cukrzycy typu 2 (T2DM)	przetrwała hipoglikemia hiperinsulinemiczna noworodków, hiperinsulinizm wrodzony, T2DM	[10, 12, 31, 69, 70]
ABCC9 (SUR2)	mózg, serce, płuca, nerki, mięśnie, nowotworowe i zdrowe komórki piersi	regulator aktywności ADP- wrażliwych kanałów K+	przetrwała hipoglikemia hiperinsulinemiczna noworodków, stwardnienie hipokampa, kardiomiopatia rozstrzeniowa z tachykardią komorową (typ 1O), T2DM	[10, 12, 31, 43, 69, 70]
ABCC10 (MRP7)	mózg, skóra, wątroba, żołądek, okrężnica, śledziona, nerki, jądra	oporność wielolekowa; pozakomórkowy wyrzut glukuronianu-17β-estradiolu oraz leukotrienu C4; transport lipofilnych anionów; funkcja barierowa w mózgu	nowotwory: piersi, jajników, nerek, drobnokomórkowy rak płuc	[10, 31, 69, 74]
ABCC11 (MRP8)	mózg, wątroba, łożysko jądra, nowotworowe i zdrowe komórki piersi	oporność wielolekowa, transport kwasów żółciowych, skoniugowanych steroidów i cyklicznych nukleotydów; warunkuje typ woskowiny usznej	nowotwory: piersi, tarczycy, przewodów żółciowych, wątroby, napadowa choreoatetoza kinezygeniczna	[6, 10, 31, 42, 47, 68, 69]
ABCC12 (MRP9)	mózg, mięśnie szkieletowe, jajniki, jądra, nowotworowe i zdrowe komórki piersi	oporność wielolekowa	nowotwory: piersi, prostaty, glejak, tarczycy, napadowa choreoatetoza kinezygeniczna	[6, 10, 31, 42, 68, 69]
ABCD
ABCD1	błona peroksysomów	metabolizm długołańcuchowych kwasów tłuszczowych; import kwasów tłuszczowych i / lub długołańcuchowego acylo-CoA, transport leków do peroksysomów – miejsca metabolizmu leków; integralność aksonalna i mielinizacja w OUN	adrenoleukodystrofia sprzężona z chromosomem X, adrenomieloneuropatia sprzężona z chromosomem X	[10, 12, 43, 47, 70, 72, 74]
ABCD2	nadnercza, mózg, serce, błona peroksysomów	funkcjonalna rekompensata i/lub modyfikacja działania transportera ABCD1, transport leków do peroksysomów; transport długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, długołańcuchowego acylo-CoA; integralność aksonalna i mielinizacja w OUN	zespół Zellwegera (ZS), choroba demielinizacyjna (adrenoleukodystrofia)	[10, 12, 47, 69, 74]
ABCD3	wątroba (hepatocyty), błona peroksysomów	modyfikacja działania ABCD1; transport leków do peroksysomów; import długołańcuchowych kwasów tłuszczowych i / lub długołańcuchowego i rozgałęzionego acylo-CoA do peroksysomów; biogeneza peroksysomów, synteza kwasów zółciowych	ZS, MS, hepatosplenomegalia, nowotwory: piersi, prostaty, wątroby, płuc, jelita grubego, endometrium, jajników	[12, 43, 47, 69,70, 72, 74]
ABCD4	błona peroksysomów, ER	modyfikacja działania i fenotypu ABCD1; transport leków do peroksysomów; biogeneza peroksysomów; transport lipidów do ER, transport długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, długołańcuchowego acylo-CoA	ZS, wrodzone zaburzenie metabolizmu witaminy B12, nowotwory: pęcherza moczowego, trzustki	[10, 12, 47, 50, 69 70, 72, 74]
ABCE
ABCE1	mózg, tchawica, płuca, śledziona, wątroba i woreczek żółciowy, przewód pokarmowy, trzustka, nerki, pęcherz moczowy, szpik kostny, mięśnie, jajniki, prostata, jądra, guzy nowotworowe	oporność wielolekowa; rozpoznawanie oligoadenylatów wytwarzanych w odpowiedzi na określone infekcje wirusowe: inhibicja aktywności rybonukleazy L; promocja działania interferonu; wiązanie anionów organicznych; funkcje barierowe w mózgu; udział w kancerogenezie; udział w procesie translacji	AIDS (HIV-1), nowotwory: jelita grubego, endometrium, trzustki, prostaty, żołądka, jąder, pęcherza moczowego, płuc, piersi, chłoniak	[10, 55, 69, 71, 72, 74]
ABCF
ABCF1	kompleks rybosomalny, mózg, migdałki, szpik kostny, węzły chłonne, wątroba, woreczek żółciowy, przewód pokarmowy, nerki, pęcherz moczowy, jądra, jajniki	aktywacja kinazy podjednostki alfa czynnika eIF-2; udział w translacji mRNA; udział w procesach zapalnych; regulator wrodzonej odpowiedzi immunologicznej	autoimmunologiczne zapalenie trzustki, zapalenie stawów, nowotwory: prostaty, jąder, szyjki macicy	[10, 69, 72, 74, 75]
ABCF2	mózg, skóra, przewód pokarmowy, trzustka, jądra, jajniki	chemooporność nowotworów, progresja nowotworu	nowotwory: jąder, jajników, tarczycy, piersi, jelita grubego, czerniak	[10, 12, 48, 61, 69]
ABCF3	mózg, skóra, tarczyca, przytarczyce, przewód pokarmowy, wyrostek robaczkowy, woreczek żółciowy, trzustka, nerki, pęcherz moczowy, nadnercza, jądra, nasieniowody, łożysko, macica, szpik kostny, adipocyty, śledziona	regulator translacji – fosforylacja czynnika eIF2α; udział w apoptozie	nowotwory: mózgu (glejak), jąder, tarczycy, wątroby	[10, 12, 26, 69]
ABCG
ABCG1	makrofagi tkankowe, komórki śródbłonka naczyniowego, komórki β trzustki, hematopoetyczne komórki macierzyste, multipotencjalne komórki progenitorowe, wewnątrzkomórkowe endosomy, ER, aparat Golgiego	homeostaza lipidowa (regulacja transportu cholesterolu do HDL i zlipidowanych Apo-AI, makrofagowy transport cholesterolu i fosfolipidów; usuwanie cholesterolu z komórek śródbłonka i ochrona przed rozwojem jego dysfunkcji, zmniejszenie zawartości cholesterolu w kaweolach); regulacja aktywności eNOS; wydzielanie insuliny	miażdżyca, cukrzyca, rak skóry	[10, 12, 36, 53, 69, 72]
ABCG2 (BCRP)	mózg (śródbłonek kapilar mózgowych), nabłonek rogówki i spojówki oka, nabłonek barwnikowy siatkówki, serce, rdzeń kręgowy, gruczoły łojowe, płuca (pneumocyty), żołądek, jelito cienkie (enterocyty), okrężnica, trzustka, wątroba (hepatocyty, pęcherzyk żółciowy), nadnercza, nerki (kanalik proksymalny), pęcherz moczowy, zdrowe i nowotworowe komórki piersi (tkanka gruczołu sutkowego, zwłaszcza podczas laktacji; zraziki i przewody mleczne, śródbłonek kapilar i żył), macica, jajniki, komórki syncytiotrofoblastu łożyska (kosmki kosmówki), jądra (komórki Sertoli-Leydiga, komórki mioidalne, śródbłonek), nasieniowody, prostata, hematopoetyczne komórki macierzyste	oporność wielolekowa; transport: barwinków fluorescencyjnych (Hoechst33,462, Hoechst 33342), toksycznych metabolitów z płodu do krwi matki, steroidów (cholesterol, estradiol, progesteron, testosteron), koniugatów z glukuronianem i kwasem siarkowym, substratów hydrofobowych, kwasu moczowego z komórek jelita, amyloidu β, anionów organicznych, porfiryny/hemu, kwasu foliowego, moczanów, inhibitorów kinazy tyrozynowej, antybiotyków, leków immunosupresyjnych, fotosensybilizatorów (feoforbid A i protoporfiryna IX); zmniejszenie wątrobowo-jelitowego wchłaniania ksenobiotyków; wydalanie leków z moczem i żółcią; transport substratów z kanalików nasiennych;. funkcje barierowe w łożysku, mózgu, komórkach macierzystych; udział w laktacji	choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, ALS, MS, biegunka indukowana lekami, hiperurykemia, epilepsja, dna moczanowa, AIDS, nowotwory: piersi, mózgu (glejak, chłoniak OUN), nerki, trzustki, wątroby, układu chłonnego (chłoniak rozlany z dużych komórek B), płaskonabłonkowy rak szyjki macicy, mięsaki, ostra białaczka szpikowa, ostra białaczka limfoblastyczna	[4, 5, 6, 10, 11, 12, 15, 16, 20, 27, 28, 36, 39, 42, 43, 44, 47, 60, 69, 70, 72, 73, 74]
ABCG4	mózg, warstwa neuronalna siatkówki, wątroba, śledziona, makrofagi	transport cholesterolu z komórek do HDL; neuroplastyczność (poprzez przemieszczanie lipidów)	nowotwory: trzustki, głowy, piersi, tarczycy, jelita grubego	[10, 36, 52, 53, 72]
ABCG5	jelito cienkie, jelito grube, wątroba	homeostaza lipidowa: regulacja komórkowej zawartości steroli (zmniejszenie wchłaniania jelitowego steroli oraz stymulacja ich wydalania wraz z żółcią), regulacja metabolizmu triglicerydów; produkcja żółci	sitosterolemia, choroby sercowo-naczyniowe, dysfunkcja wątroby, kamica żółciowa, hipercholesterolemia	[10, 36, 41, 47, 69, 70, 72]
ABCG8	mózg, tarczyca, przytarczyce, jelito cienkie, jelito grube, wątroba i woreczek żółciowy, płuca, nadnercza, łożysko, macica, tkanka piersiowa, jajowód, tkanka tłuszczowa, skóra	zmniejszenie wchłaniania jelitowego steroli oraz stymulacja ich wydalania wraz z żółcią; transport zwrotny steroli, regulacja metabolizmu triglicerydów; produkcja żółci	sitosterolemia, choroby sercowo-naczyniowe, kamica żółciowa, dysfunkcja wątroby, hipercholesterolemia, nowotwory: piersi, jelita grubego, jajników, czerniak, rakowiak	[10, 36, 41, 47, 69, 72]

Tabela 1. Umiejscowienie i funkcje transporterów z rodziny ABC oraz skorelowane z nimi jednostki chorobowe

Niektóre transportery są czynnikami prognostycznymi odpowiedzi na chemioterapię oraz mają wpływ na rokowanie w przebiegu określonych chorób, np. wysoka ekspresja MRP1 świadczy o złym rokowaniu w przebiegu neuroblastomy. Podobnie wysoka ekspresja genu BCRP w przebiegu ostrej białaczki szpikowej jest niekorzystnym czynnikiem prognostycznym. Swoisty wzór ekspresji wykazują także białka z podrodziny ABCA w przypadku raka jajnika. Należy jednak pamiętać, że w rozwoju guzów litych znaczącą rolę odgrywają czynniki wzrostu oraz mediatory odpowiedzi zapalnej obecne w bezpośrednim mikrośrodowisku rozwijającego się guza nowotworowego. Przykładem substratu transportowanego przez ABCA1 do HDL jest S1P (sfingozyno-1-fosforan), sfingolipid pełniący rolę sygnałową. Udowodniono, że S1P dostarczony do HDL wykazuje zwiększoną aktywność angiogenną w patogenezie raka jajnika, promuje migrację komórek jajnika i rozwój guza o desmoplastycznym fenotypie. Inhibicja translokacji S1P z komórki (przez knockout genu ABCA1) może tłumaczyć zahamowanie tempa wzrostu komórek nowotworowych oraz zmniejszenie ich migracji [12, 22].

PODSUMOWANIE

Ewolucja w pełni wykorzystała zdolność transporterów z rodziny ABC do translokacji wielu różnorodnych substratów poza komórkę w celu zapewnienia organizmom żywym cytoprotekcji oraz prawidłowej homeostazy. Multifunkcjonalność transporterów z rodziny ABC oraz ich udział w rozwoju oporności lekowej i odpowiedzi na chemioterapię, dodatkowo komplikowanych przez osobniczą zmienność reakcji na leczenie powinny stać się stymulatorami do dalszych badań. Wyjaśnienie mechanizmów translokacji cząsteczek w poprzek błony komórkowej przez transportery ABC, regulacja tych procesów, zarówno na poziomie transkrypcyjnym, jak i modulacja aktywności przez czynniki egzogenne oraz ich oddziaływanie ze składnikami nisz, w których się znajdują wydaje się być kierunkiem wiodącym. Podejście takie umożliwia dokładne poznanie roli transporterów ABC w przebiegu licznych chorób, stwarza nowe możliwości zastosowania terapii celowanej oraz daje podwaliny do rozwoju medycyny spersonalizowanej, w której stawia się na indywidualizację procesu leczenia, poprawę jego skuteczności i bezpieczeństwa.

Pełna treść artykułu