:

با توجه به شیوع روز افزون انواع سرطان به عنوان یکی از مهمترین بیماری های تهدید کنندۀ سلامت انسان، دستیابی به روش های موثرتر در درمان سرطان به ویژه انتخاب ترکیبات دارویی با عوارض جانبی کمتر بیش از گذشته مورد توجه محققین قرار گرفته است.

آنزیم ال-آسپاراژیناز به صورت اختصاصی اسیدآمینه ال-آسپاراژین را به ال-آسپارتات و آمونیاک کاتالیز کرده و نقش مهمی را در متابولیسم همه ارگانیسم های زنده و نیز در داروشناسی بازی می کند(2). دو نوع ترکیب از ال-آسپاراژیناز وجود دارد : ال-آسپاراژیناز l، یک آنزیمconstitutive  داخلی، و ال-آسپاراژیناز ll، یک آنزیم خارجی می باشد. این دو آنزیم از لحاظ بیوشیمیایی و ساختار ژنتیکی متفاوتند. ال-آسپاراژیناز ll به صورت گسترده در سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی وجود دارد و بیش از پنج دهه مورد مطالعه فراوان قرار گرفته است(66). این آنزیم از منابع گوناگون مانند سلول های گیاهی و حیوانی، قارچ ها، مخمرها و باکتری ها جدا شده است(61).

ال-آسپاراژینازll  یک عامل شیمی درمانی مهم می باشد که برای درمان نوعی از اختلالات لنفوپرولیفراتیو و لنفوما، به ویژه لوکمی لنفوبلاستیک حاد یا ALL[1] بکار برده می شود. این آنزیم بخش اصلی ترکیب پروتوکل های شیمی درمانی است که در درمان ALL  اطفال به مدت تقریباً 30  سال استفاده می شود (6،5،4،3،2،1). بر این اساس، همچنین این آنزیم در جدیدترین رژیم های درمانی چند عاملی برای ALL  بالغین قرار دارد (8،7). ال-آسپاراژیناز به عنوان یک دارو، اثربخشی خود را در درمان و مراحل بعدی استراتژی های مختلف شیمی درمانی اثبات کرده است. بزرگ ترین محدودیت استفاده از ال-آسپاراژیناز حساسیت شدید بالینی در دز اثر بخشی است، که در 78-3 درصد بیماران تحت درمان با فرم های اصلاح نشده آنزیم ظاهر می شود (11،10،9،3). با گذشت بیش از 10 سال به نظر می رسد پگ-ال-آسپاراژیناز به عنوان یک ترکیب جانشین برای ال-آسپاراژیناز ، مشکلات ناشی از انواع ترکیبات طبیعی را اصلاح کرده است (13،12). در این

 تحقیق سعی بر این شد تا با ایجاد جهش در باکتریKIAU  E. coli ، ارزیابی میزان تولید آنزیم ال-آسپاراژینازll  در سویه جهش یافته، و دستیابی به ترتیب توالی جدید در ژن این آنزیم و کلون کردن آن، بتوان ال-آسپاراژینازی استخراج کرد که از نظر فعالیت ویژه و اختصاصیت در سطح بالاتری نسبت به نوع استاندارد قرار داشته باشد. همچنین با تاثیر این پروتئین آنزیمی بر رده سلولی سرطانی و ارزیابی فعالیت و درصد کشندگی آن بر این سلول ها، بتوان به آنزیم ال-آسپاراژیناز موثرتر، با کارایی بالا و عوارض جانبی کمتر دست یافت.

فصل اول: کلیات

1-1- پیشینه تاریخی

نظریه اولیه که به منظور گسترش ال-آسپاراژیناز به عنوان یک عامل بالقوه آنتی نئوپلاستیک ثابت شد بسیار با اهمیت بوده و توسط Clementi  در سال 1922 طرح شد(20). وی آشکار ساخت که  فعالیت بالای ال-آسپاراژیناز در سرم خوکچه هندی دیده می شود. فعالیت بالای ال-آسپاراژیناز فقط در سرم خوکچه هندی مشاهده می شد، درحالیکه در سایر پستانداران این آنزیم یافت نمی شد. در سال 1953، Kidd عود لنفوماهای پیوندی در موش ها و رت ها را با خوکچه هندی مقایسه کرد و شرح داد(39). این فعالیت سایتوتوکسیک در سرم اسب یا خرگوش وجود نداشت. Neuman و McCoy  در سال 1956 این نظریه ها را گسترش دادند(45). آنها ثابت کردند که رشد لاین سلولی که از کارسینوسارکومای Walker مشتق شده مستلزم ال-آسپاراژین است. Haley در سال 1961 با استفاده از لاین سلولی مربوط به لوکمی موش نتایج مشابهی بدست آورد (29). و بالاخره Broome بود که در سال 1961 درحالیکه در آزمایشگاه Kidd کار می کرد ، یافته های Kidd مربوط به مهار رشد را با اولین نظریه که توسط Clementi ارائه شد مقایسه کرد و با موفقیت نتیجه گرفت که فعالیت آنتی لنفوما در سرم های خوکچه های هندی ناشی از ال-آسپاراژیناز موجود در سرم این حیوان می باشد (12).  تحقیقات بیشتر این شخص خصوصیت نهفته درمانی این آنزیم را تایید کرد (12،11). Yellin   وWriston   در سال 1966، موفق به خالص سازی جزئی دو ایزوفرم ال-آسپاراژیناز از سرم خوکچه هندی شدند (63). بطور قابل توجه ، فقط یک ایزوفرم در شرایط in vivo  فعالیت آنتی لنفوما را آشکار می ساخت (64،63) .

از آنجاییکه استخراج این آنزیم به مقادیر کافی از سرم خوکچه هندی مشکل بود ، سایر منابع نظیر میکروبها بررسی شدند. Mashburn و Wriston ، در سال 1964  و Campbell و Mashburn در سال 1969 از خالص سازی ال-آسپاراژیناز E. coli  خبر دادند، و ثابت کردند که فعالیت تومورکشی آن شبیه به نوع سرمی خوکچه هندی می باشد(64،15).  این یافته ها پایه عملی تولید آنزیم با مقادیر زیاد را برای تحقیقات بالینی و پیش بالینی فراهم کرد(17،16،15) . Oettgen در سال 1967 اولین کسی بود که تأثیر ال-آسپاراژیناز در انسان های مبتلا به لوکمی را نشان داد (46). بطور همزمان بررسی مهم دیگری توسط Old  انجام شد که فعالیت آنتی توموری این آنزیم را در شرایط in vivo در یک مدل سگی مبتلا به لنفوسارکوما  اثبات می کرد(47).

درمان  با استفاده از پروتئین ها در انسان ها محدودیت دارد زیرا منجر به ایمنی زایی دارو می شود که مشکلی اساسی می باشد. واکنش های حساسیت شدید نسبت به ال-آسپاراژیناز E. coli  بطور متوسط عمومیت دارد. یک بررسی هم زمان بر روی ال-آسپاراژیناز E. coli و Erwinia carotovora  فقدان واکنش تقاطعی را نشان می دهد (24). هرچند هردو آنزیم به میزان زیادی  سبب تحریک سیستم  ایمنی می گردند. تلاش ها در این زمینه موجب کاهش ایمنی زایی این دارو ها شده است و این در حالیست که فعالیت آنزیمی آن حفظ شده است. مشخص شده است اتصال این آنزیم به  پلی اتیلن گلایکل یا PEG[1] به عنوان یک پردازش، واکنش های ایمنی زایی این دارو را از بین می برد بدون آنکه در ویژگی آنتی نئوپلاستیک آن تغییر ایجاد کند(27). این ترکیب اصلاح شده دارو در مدل های حیوانی باعث کاهش تشکیل آنتی بادی در مقایسه با ترکیب بومی آن می شود، و بطور محسوس مدت اثرش را طولانی می کند(57،27). در سال های اخیر، استفاده از ال-آسپاراژیناز در درمان لوکمی و سایر اختلالات لنفوپرولیفراتیو بطور وسیع افزایش یافته است. در اوایل از آن تنها برای  بهبود  بیماران مبتلا به ALL استفاده می شد (36،35،34،33،32،31،30،2،1)؛ اما پس از  تحقیقات اخیر به منظور تقویت درمان بدخیمی های لنفوئید، عملکرد این آنزیم را به مدت 30-20 هفته تجویز می گردد(57) . به این دلایل است که ال-آسپاراژیناز به عنوان یک جزء ضروری در روش های نوین شیمی درمانی چند دارویی قرار گرفته است.

2-1- آماده سازی ال-آسپاراژیناز قابل استفاده برای درمان

تحقیقات اولیه با نتایج مثبت با استفاده از ال-آسپاراژیناز خوکچه هندی انجام شد، اما ثابت شد که آماده سازی حجم انبوه از این آنزیم میسر نمی باشد. اگرچه ال-آسپاراژیناز در گونه های مختلف گیاهی و حیوانی یافت شده است، اما به دلیل روش سخت استخراج این آنزیم، سایر منابع نظیر میکروارگانیزم ها نیز بررسی شدند. میکروارگانیزم ها ثابت کردند که برای تولید این آنزیم منابعی مؤثرتر و ارزان تر هستند. سهولت کشت آنها به تولید فراوان  این آنزیم کمک می کند. دامنه وسیعی از میکروب ها شامل باکتری ها ، قارچ ها ، مخمرها ، اکتینومایست ها و جلبک ها از نظر تولید این آنزیم مؤثرترند، اما خصوصیات آنزیمی از ارگانیسمی به ارگانیسم دیگر تغییر می کند ( جدول 1 ). برای تولید مقادیر بالای این آنزیم فقط از دو گونه باکتری استفاده می شود 1-. E. coli  و2- Erwinia caratovora . مشخص شده که در بین تنوع وسیع آنزیم های مشابه با فعالیت آنتی توموری شناخته شده، آنزیم این دو منبع سمیت کمتری دارد (24،8،7،6،5،4،3،2،1) .

امروزه، ال-آسپاراژیناز مورد استفاده در بیمارستان با سه نوع ترکیب در دسترس می باشد: دو فرم تغییر نیافته  یا فرم های طبیعی، خالص شده از منابع باکتریایی، و یک فرم اصلاح شده از یکی از ترکیبات طبیعی. ترکیبات طبیعی E. coli (از نظر تجاری توسط Merck & Co به عنوان  Elsperعرضه می شود)، و Erwinia caratovora  (قابل استفاده به عنوان ال-آسپاراژیناز Erwinia از Ogden Bioservices Pharmaceutical Repository  در ایالات متحده) می باشند. محصول Erwinia از نظر تجاری در کانادا و اروپا به عنوان ارویناز[1] در دسترس است، که توسط Porton عرضه می شود.  

هردو ترکیب طبیعی از نظر استفاده برای درمان بیماران ردیف اول و دچار عود بیماری، تأیید شدند. در اروپا، دو ترکیب از ال-آسپاراژیناز E. coli با تفاوت مختصر در خصوصیات فارماکوکنتیک، بنام های     کراسنیتین و ال-آسپاراژینازMedac  در دسترس می باشد (11) . این آنزیم ها به عنوان یک دارو از دو منبع، مکانیزم عمل و سمیت یکسانی دارند، اگرچه خصوصیات فارماکوکنتیک آن دو متفاوت است، و بیمارانی که دارای حساسیت شدید به یکی از دو ترکیب هستند اغلب می توانند ال-آسپاراژیناز دیگر را استفاده کنند بدون اینکه با عامل دوم آلرژی ایجاد شود.

سومین ترکیب، پگ-ال-آسپاراژیناز[1] ( نام غیر اختصاصیpegasparaginase )، یک ترکیب از آنزیم می باشد که بطور شیمیایی تغییر داده شده است. درواقع ال-آسپاراژیناز بومی E. coli به صورت کووالانسی به PEG متصل می شود. پگ-ال-آسپاراژیناز، که اکنون به عنوان pegasparaginase یا  pegasparagase ارجاء داده می شود، در سال های 1970 و 1980 گسترش یافته و در 1980 تحت کنترل آزمایشات بالینی قرار گرفته بود. Pegasparaginase ( در دسترس به صورت تجاری توسط Rhone Poulenc Rorer به عنوان Oncaspar ) توسط وزارتخانه غذا و دارو تأیید شد تا در ترکیب شیمی درمانی به منظور درمان بیماران ALL ، کسانی که به ترکیب طبیعی ال-آسپاراژیناز E. coli حساسیت شدید دارند، قرار گیرد.

[1] PEG-L-asparaginase

[1] Erwinase

[1] Poly ethylene glycol

[1] Acute lymphoblastic leukemia