Dysregulation of protein argininemethyltransferase in the pathogenesis of cancerpy

Epigenetyka jest dziedziną biologii molekularnej, badającą dziedziczne zmiany ekspresji genów, których nie można wytłumaczyć zmianami w sekwencji kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA, deoxyribonucleic acid) [62]. Mechanizmy epigenetyczne obejmują metylację nici DNA oraz zmiany biochemiczne reszt aminokwasowych białek histonowych [31]. Do najlepiej poznanych modyfikacji potranslacyjnych (PTM, posttranslational modification) histonów zalicza się: metylację, acetylację, fosforylację, sumoilację, rybozylację oraz deiminację [44]. PTM zachodzące w obrębie białek histonowych umożliwiają tworzenie bardziej skomplikowanych sieci interakcji: białko-białko, białko-DNA, białko-RNA, dzięki czemu nadzorują wiele ważnych procesów biologicznych, takich jak: proliferacja, różnicowanie, migracja i apoptoza komórek. Modyfikacje chemiczne genomu w odróżnieniu od mutacji genetycznych są reakcjami odwracalnymi [1, 18, 32].

Metylacja reszt ogonów histonowych uznawana jest za jedną z najtrwalszych modyfikacji epigenetycznych. Pierwsze informacje o metylacji białek pochodzą z 1960 r., gdy odkryto ε-N-metylolizynę w organizmie Salmonella Typhimurium. Wpłynęło to na rozwój epigenetyki i kilka lat później odkryto zjawisko metylacji lizyny, a w 1970 r. zidentyfikowano po raz pierwszy metylowaną argininę [46]. Obecnie znanych jest ponad 60 ludzkich metylotransferaz histonowych (HMT, histone methyltransferases), wśród których można wyróżnić: metylotransferazy lizyny (HKMT, histone lysine methyltransferase) katalizujące transfer grupy metylowej (-CH3) z S-adenozylometioniny (SAM, AdoMet, S-Adenosyl methionine) do aminowej reszty lizyny lub metylotransferazy argininy (PRMT, protein arginine methyltransferase), katalizujące reakcję metylacji reszt argininy [39].

W artykule scharakteryzowano rodzinę metylotransferaz argininy, zaburzenia ich poziomu w chorobach nowotworowych oraz próbę blokowania ich aktywności, jako nowym sposobie terapii chorób onkologicznych.

Prawidłowy wzrost i rozwój komórek tworzących organizm jest możliwy dzięki właściwej regulacji i wzajemnym oddziaływaniom między ścieżkami sygnalizacyjnymi, kontrolującymi podział, różnicowanie oraz śmierć komórek [50]. Reakcja metylacji argininy reguluje poziom ekspresji genów na różnych etapach życia komórek. Nieprawidłowy poziom PRMT może spowodować zmiany aktywności onkogenów i genów supresorowych oraz sprzyjać modyfikacjom wewnątrzkomórkowych szlaków sygnalizacyjnych, promując transformację komórek [47, 71]. W tym rozdziale omówiono w jaki sposób dysregulacja poszczególnych PRMT wpływa na rozwój choroby nowotworowej.

Metylotransferaza argininy 1 (PRMT1) jest najlepiej poznanym enzymem z rodziny PRMT. PRMT1 katalizuje powstawanie około 80% zmian epigenetycznych związanych z metylacją argininy w genomie człowieka [46, 69, 71]. Głównym zadaniem PRMT1 jest regulacja embriogenezy, kontrola cyklu podziałowego komórek oraz naprawa uszkodzeń DNA [47, 69]. Podwyższony poziom PRMT1 wykryto m.in. w raku: prostaty, płuc, okrężnicy, pęcherza moczowego, białaczce oraz piersi. W wielu przypadkach stężenie enzymu koreluje ze stopniem zaawansowania choroby oraz jest wiarygodnym czynnikiem prognostycznym [3, 17]. PRMT1 może sprzyjać rozwojowi ostrej białaczki szpikowej (AML, acute myeloid leukemia) przez bezpośrednią interakcję z białkami fuzyjnymi AML1-ETO oraz MLL-EEN, katalizując zaburzoną metylację w docelowych loci i zwiększając ekspresję genów powiązanych z potencjałem hematopoetycznym [52]. W raku piersi PRMT1 uczestniczy w asymetrycznej dimetylacji R260 receptora estrogenowego, umożliwiając powstanie kompleksu mErα/Src/PI3K i aktywację kinazy Akt, skutkiem tego jest zwiększona proliferacja, migracja i przeżycie komórek nowotworowych [43, 46]. Hiperproliferacji komórek raka piersi sprzyja również symetryczna dimetylacja receptora nabłonkowego czynnika wzrostu (EGFR) w pozycjach R198 i R200. Modyfikacja ta zwiększa dimeryzację i aktywację EGFR oraz wykształca oporność na cetuksymab [40, 57]. W wielu typach nowotworów podwyższony poziom PRMT1 powoduje nadmierną proliferację komórek rakowych dzięki aktywacji szlaku sygnałowego Wnt/β-katenina oraz ścieżki NOTCH [66]. Enzym zaburza również proces podziału komórki przez zwiększoną ekspresję genów kodujących cykliny: B1 i D1 oraz obniżenie ekspresji genu CDKN1 [49]. Coraz więcej dowodów wskazuje, że metylotransferaza argininy 1 zwiększa inwazyjny charakter komórek nowotworowych sprzyjając przejściu nabłonkowo-mezenchymalnemu (EMT, epithelial-mesenchymal transition). Enzym asymetrycznie dimetyluje histon H4R3 w regionie promotorowym genów ZEB1 oraz TWIST1. Zmiana ta obniża ekspresję e-kadheryny i powoduje jej degradację; obniża stężenie β-kateniny oraz zwiększa poziom markerów mezenchymalnych (wimentyny, N-kadheryny, Snail), promując EMT [25, 46, 56]. Podwyższona ekspresja genu PRMT1 upośledza funkcję genów uczestniczących w naprawie uszkodzeń nici DNA: TP53, BRCA1, GADD45G oraz moduluje aktywność czynnika wiążącego powtórzenia telomerowe 2 (TRF2), regulując długość i stabilność telomerów. Wykazano, że zmniejszenie ekspresji genu PRMT1 w komórkach nowotworowych zwiększa asocjację TRF2 z telomerami i powoduje ich skracanie [3].

Metylotransferaza argininy 2 (PRMT2) uczestniczy w transaktywacji receptorów jądrowych, takich jak receptor: estrogenowy (ER), progesteronowy (PgR) i androgenowy (AR). Podwyższone stężenie PRMT2 sprzyja więc rozwojowi nowotworów hormonozależnych [46]. Aktywacja receptorów ERα, PgR oraz AR indukuje wzrost i progresję nowotworu, zwiększając tempo kinetyki wzrostu komórek, zaburzając ich cykl podziałowy oraz promując migrację i adhezję [67]. Dysregulacja PRMT2 i jego udział w rozwoju choroby nowotworowej najlepiej przebadano w raku piersi. W warunkach fizjologicznych enzym umiejscawia się w jądrze komórkowym, jednak w tkance nowotworowej dochodzi do jego translokacji i nadmiernego gromadzenia się w cytoplazmie. Zwiększona ekspresja genu PRMT2 w cytoplazmie komórki koreluje ze wzrostem guza oraz ze stopniem jego inwazyjności [68]. Podwyższona ilość enzymu w obecności estrogenu zwiększa ekspresję genu SNAIL oraz zmniejsza ilość E-kadheryny, promując migrację komórek nowotworowych [51]. Zhong i wsp. dowiedli, że utrata ekspresji genu kodującego metylotransferazę argininy 2 w jądrze sprzyja hiperproliferacji komórek nowotworowych, dzięki zwiększonemu powinowactwu ERα do regionu promotorowego genu CNND1. Natomiast ekspresja PRMT2 w jądrze przyczynia się do słabszej proliferacji komórek i do zahamowania aktywności szlaku Akt/GSK-3β/CNND1 [68, 69]. Podwyższone stężenie PRMT2 zaobserwowano również w przypadku glejaka. Enzym uczestniczy w asymetrycznej dimetylacji histonu 3 przy argininie 8. Modyfikacja ta zwiększa ekspresję genów zaangażowanych w progresję cyklu komórkowego: CCNA2, CCNB1, CCND1 oraz sprzyja aktywacji onkogennych ścieżek sygnalizacyjnych: duże stężenie PRMT4 korzystnie wpływa na nadmierną proliferację komórek rakowych, głównie poprzez proliferację komórek nowotworowych, uwrażliwia je na chemio- i radioterapię i obniża ekspresję markerów charakterystycznych dla nowotworowych komórek macierzystych [67].

Metylotransferaza argininy 3 (PRMT3) znajduje się wyłącznie w cytoplazmie, więc enzym bezpośrednio nie wpływa na epigenom [56]. Enzym katalizuje metylację białka rybosomalnego 40s oraz uczestniczy w prawidłowym dojrzewaniu białka rybosomalnego 80s [59]. Dotychczas nie stwierdzono bezpośredniego udziału metylotransferazy argininy 3 w procesie karcynogenezy, jednak podwyższone stężenie enzymu sprzyja wytworzeniu oporności na gemcytabinę w nowotworze trzustki. PRMT3 katalizuje reakcję asymetrycznej dimetylacji hnRNPA1 w pozycji R31, powodując zwiększone powinowactwa białka do mRNA ABCG2 (ATP-binding cassette super-family G member 2). Metylacja hnRNPA1 za pośrednictwem PRMT3 wzmacnia wiązanie z mRNA ABCG2 i znacząco przedłuża jego stabilność [22].

Metylotransferaza argininy 4 (PRMT4) znana jest również pod nazwą CARM1 (coactivator-associated arginine methyltransferase 1). PRMT4 reguluje wiele podstawowych procesów biologicznych, takich jak: składanie RNA, naprawa DNA, progresja cyklu komórkowego oraz autofagia [57]. Podwyższony poziom PRMT4 działa proonkogennie w rakach: piersi, prostaty, płuc oraz nowotworów przewodu pokarmowego [7]. Duże stężenie PRMT4 hamuje proliferację komórek, głównie przez deregulację szlaku β-kateniny [33]. Enzym ten uczestniczy w asymetrycznej dimetylacji białka Rb w pozycji R787, która zaburza funkcję osi Rb/EsF1, upośledza supresorową funkcję białka Rb, a nawet do rozregulowania cyklu komórkowego [35]. PRMT4 specyficznie metyluje BAF155, składową kompleksu przebudowy nukleosomu SWI/SNF. Zmiana ta jest związana ze wzrostem migracji komórek i ich przerzutowaniem. Obecnie asymetryczna dimetylacja BAF155 w pozycji R1064 odgrywa tak istotną rolę w procesie onkogenezy, iż została uznana za niezależny marker prognostyczny nawrotu raka piersi [45, 56]. Enzym może również modyfikować odpowiedź organizmu na stosowane leczenie chemio-terapeutyczne. CARM1 katalizuje przyłączenie grupy metylowej do kompleksu mediatora polimerazy RNA, podjednostki MED12, zwiększając chemiooporność komórek nowotworowych [15]. Coraz więcej dowodów wskazuje, że obniżone stężenie PRMT4 może również niekorzystnie wpływać na procesy przebiegające w komórce. Obniżone stężenie PRMT4 zaobserwowano w raku wątrobowokomórkowym oraz w nowotworze trzustki. W obydwu przypadkach brak ekspresji genu kodującego PRMT4 skorelowany był ze zwiększonym metabolizmem komórek nowotworowych. CARM1 specyficznie metyluje dwa ważne enzymy metaboliczne: GAPDH w pozycji R234 oraz MDH1 w R248, co zmniejsza lub całkowicie wyłącza ich aktywność. Zaburzenie aktywności enzymów: GAPDH i MDH1 prowadzi do zwiększenia przemian energetycznych zachodzących w komórce, czego konsekwencją jest nadmierna proliferacja komórek nowotworowych [58, 70].

Metylotransferaza argininy 5 (PRMT5) jest enzymem powszechnie występującym we wszystkich tkankach eukariontów. Aktywność PRMT5 jest związana z represją transkrypcji spowodowaną zmianą struktury chromatyny [10, 50]. Poziom PRMT5 ulega podwyższeniu przede wszystkim w raku: płuc, jelita grubego, piersi oraz w czerniaku. Stężenie enzymu w transformowanych komórkach jest związane z ich hiperproliferacją, zaburzeniem cyklu komórkowego oraz zniesieniem programowanej śmierci komórki [2, 61]. W większości przypadków nadekspresja genu kodującego PRMT5 skraca czas przeżycia pacjentów z chorobami nowotworowymi [30]. Na rokowanie chorego może wpływać umiejscowienie komórkowe enzymu. Udowodniono to w przypadku nowotworu gruczołu krokowego. Frakcja jądrowa PRMT5 w komórkach łagodnego raka stercza hamuje proliferację komórek nowotworowych, podczas gdy cytoplazmatyczna go nasila [2, 30]. PRMT5 sprzyja proliferacji komórek nowotworowych przez zwiększenie ekspresji cyklin fazy G1 cyklu komórkowego: D1, D2, E1 [10, 50]. Dzięki symetrycznej dimetylacji histonów H3R8 i H4R3 obniża się ekspresja głównych genów supresorowych: ST7, RB, NM23 oraz TP53 [1, 32, 50]. Zwiększone stężenie frakcji jądrowej enzymu może sprzyjać nadmiernej proliferacji transformowanych komórek przez metylację EGFR w pozycji R1175 i wzmocnieniu sygnalizacji Erk [28, 32]. Ponadto enzym uczestniczy w aktywacji szlaku NF-қB, celując w podstawowe geny antyapoptyczne, takie jak: BCL2L1 oraz IAP-2, hamując w ten sposób apoptozę komórek nowotworowych i podtrzymując ich proliferację [23]. Metylotransferaza argininy 5 zwiększa ekspresję pluripotencjalnych czynników transkrypcyjnych, dzięki czemu podtrzymuje populację nowotworowych komórek macierzystych i uodparnia je na stosowaną chemioterapię. Zmniejszenie stężenia PRMT5 może mieć podstawowe znaczenie w terapii chorób nowotworowych, gdyż prowadzi do apoptozy zróżnicowanych komórek nowotworowych, a niezróżnicowane komórki rakowe uwrażliwia na działanie cytostatyków [5, 23].

Metylotransferaza argininy 6 (PRMT6) reguluje procesy jądrowe, takie jak: ekspresja genów i naprawa nici DNA [29]. Zwiększona ekspresja genu kodującego PRMT6 obserwowana jest w wielu tkankach nowotworowych, m.in. w guzach litych: płuc, stercza, piersi oraz wątroby [46, 67]. Podwyższone stężenie PRMT6 prowadzi do asymetrycznej dimetylacji H3R2 w miejscu rozpoczynającym transkrypcję p21 i p27. Utrata ekspresji obydwu inhibitorów cyklu komórkowego sprzyja nadmiernej proliferacji komórek nowotworowych oraz zapobiega ich starzeniu [29, 56]. Dimetylacja białka p21 w pozycji R156 promuje fosforylację treoniny 145, sprzyjając lokalizacji cytoplazmatycznej p21. Nadmierne gromadzenie białka p21 w cytoplazmie komórek działa antyapoptycznie i znosi ich wrażliwość na chemioterapeutyki [41]. W wielu nowotworach wysokie stężenie PRMT6 zwiększa migrację komórek nowotworowych i angiogenezę przez zahamowanie ekspresji naturalnego inhibitora wyżej wymienionych procesów - trombospondyny 1 (TSP1). W raku piersi PRMT6 wchodzi w interakcję ze znanym protonkogenem PELP1 i uczestniczy w aktywacji receptora estrogenowego. Zahamowanie ekspresji genu kodującego PRMT6 w istotny sposób redukuje aktywację ER za pośrednictwem PELP1 oraz zmniejsza proliferację komórek nowotworowych i tworzenie przez nie kolonii [38].

Metylotransferazę argininy 7 (PRMT7) uważa się za marker komórek pluripotencjalnych [58]. Enzym umożliwia utrzymanie puli mięśniowych komórek satelitarnych, a jego brak opóźnia aktywację różnicowania miogennego i utratę właściwości komórek macierzystych, powodując niezdolność zaangażowania się do naprawy tkanek i defekty regeneracyjne mięśni [59]. Metylotransferaza argininy 7 uczestniczy głównie w progresji choroby nowotworowej przez regulację genów zaangażowanych w przejście nabłonkowo-mezenchymalne [18]. Dotychczasowe badania sugerują, że PRMT7 promuje EMT i przerzutowanie za pośrednictwem e-kadheryny. Autometylacja enzymu w pozycji R531me1 koreluje ze złośliwością raka piersi, a powstała modyfikacja biochemiczna nasila interakcje PRMT7 z czynnikiem transkrypcyjnym YY1, wyciszając ekspresję genu kodującego e-kadherynę [16, 56]. Zwiększone stężenie enzymu wiąże się również z podwyższeniem ekspresji genów: TWIST, SNAIL, ZEB1, ZEB2, MMP-2 i MMP-9, promujących migrację komórek nowotworowych [4].

W warunkach fizjologicznych metylotransferaza argininy 8 (PRMT8) występuje jedynie w ośrodkowym układzie nerwowym [21]. Enzym wykazuje bardzo duże podobieństwo do PRMT1, a sekwencje nukleotydowe obydwu metylotransferaz pokrywają się ze sobą prawie w 80% [20]. Podwyższone stężenie metylotransferazy argininy 8 stwierdza się w nowotworowych komórkach macierzystych, głównie tych wywodzących się z guzów litych szyjki macicy, piersi, okrężnicy oraz tarczycy [36]. Zaobserwowano występowanie korelacji między ekspresją genu kodującego PRMT8 a czasem przeżycia pacjentów w kilku różnych typach nowotworów. Wykazano pozytywny związek między nadekspresją genu PRMT8 a przewidywanym czasem życia chorych z rakiem piersi i jajnika. Natomiast u pacjentów z rakiem żołądka z dużym stężeniem enzymu w komórkach obserwuje się skrócenie czasu przeżycia do około 2 lat od chwili rozpoznania [21]. Duże stężenie PRMT8 zwiększa proliferację, migrację oraz lekooporność transformowanych komórek. Ponadto enzym może indukować powstawanie nowotworowych komórek macierzystych odpowiedzialnych za powstawanie przerzutów. Asymetryczna dimetylacja białka Sox2 katalizowana przez PRMT8, zmniejsza jego degradację, a to zwiększa zawartość białka i podnosi inne pluripotencjalne czynniki transkrypcyjne, m.in. NANOG i OCT4 [20, 36].

Metylotransferaza argininy 9 (PRMT9) uczestniczy w regulacji alternatywnego splicingu oraz moduluje dojrzewanie małych rybonukleoprotein jądrowych [27]. Podwyższony poziom PRMT9 wykryto w: chłoniaku, czerniaku, raku jąder, raku wątrobowokomórkowym (HCC, hepatocellular carcinoma) oraz w nowotworze trzustki [17]. Niewiele jeszcze wiadomo o roli enzymu w procesie karcynogenezy. Nadekspresja genu kodującego PRMT9 odgrywa istotną rolę w metastazie komórek raka wątrobowokomórkowego, co sprzyja przejściu epitelialno-nabłonkowemu. Duże stężenie enzymu wiąże się ze zwiększonym poziomem markerów mezenchymalnych (wimentyny i fibronektyny). Jiang i wsp. dowiedli, iż ma to związek z aktywacją szlaku PI3K/AKT/GSK-3b/Snail przez PRMT9, która prowadzi do stabilizacji białka Snail i jego akumulacji w jądrze, ułatwiając migrację komórek i tworzenie odległych przerzutów [27].

Odkrycie związku między podwyższonym poziomem metylotransferaz argininy a rozwojem chorób nowotworowych zapoczątkowało poszukiwania substancji chemicznych, które skutecznie i selektywnie zahamowałyby nadmierną aktywność PRMT i w przyszłości mogłyby się stać bezpieczną, celowaną terapią u pacjentów onkologicznych. Pierwsze inhibitory PRMT (iPRMT, PRMT inhibitors) odkryto w latach 2004/2005 [56]. Obecnie ze względu na sposób działania inhibitory metylotransferaz argininy można podzielić na 5 głównych grup. Inhibitory PRMT klasy I, II i III to substancje wykazujące powinowactwo odpowiednio do: kieszeni wiążącej AdoMet, kieszeni wiążącej substrat lub do obydwu miejsc jednocześnie. Inhibitory klasy IV to substancje selektywnie hamujące PRMT5 przez blokowanie motywu αY/THW i częściowo kieszeni wiążącej substrat. Natomiast inhibitory klasy V wpływają na dimeryzację metylotransferaz argininy i ich aktywność allosteryczną [54].

Większość substancji hamujących aktywność metylotransferaz argininy to tzw. paninhibitory PRMT, czyli analogi SAM, mające małą selektywność. Substancje te bardzo często wykazują powinowactwo nie tylko do PRMT, lecz również do HKMT [34]. Wspólną cechą inhibitorów naśladujących kofaktor jest to, że działają w niskich stężeniach mikromolowych i mogą wywołać globalny spadek poziomu metylacji w żywym organizmie. Do prostych analogów SAM zalicza się: sinefunginę, SAH oraz MTA [24, 63].

Pierwszą grupą związków swoiście hamujących aktywność metylotransferaz argininy była rodzina inhibitorów AMI (arginine methyltransferase inhibitor), składająca się z 9 członków (AMI-1 – AMI-9). Dalsze badania wykazały, iż jedynie AMI-1 i AMI-8 są swoiste dla PRMT i nie wpływają na aktywność metylotransferaz lizyny [24]. Spośród tych dwóch substancji AMI-1 wykazuje większą aktywność, z tego względu związek ten został mianowany pierwszym selektywnym, małocząsteczkowym inhibitorem PRMT [12, 63]. Ze względu na swoją strukturę AMI-1 wykazuje podobieństwo do peptydyloargininy: mocznik jest podobny do neutralnej grupy guanidynowej, a hydrofobowy układ pierścienia naftalenu ma podobną długość do łańcucha alkilowego argininy [12]. Modele ilościowej zależności między strukturą chemiczną a aktywnością (QSAR quantitative structure-activity relationship) wskazują, iż AMI-1 pozycjonuje się pomiędzy miejscem wiązania SAM i argininy, zatem substancja działa przez blokowanie dostępu obydwu kieszeni enzymu [11, 14]. Początkowo uważano, iż inhibitor jest ukierunkowany jedynie na PRMT klasy I, jednak dalsze eksperymenty udowodniły jego skuteczność również w stosunku do enzymów klasy II [64]. Wkrótce po odkryciu AMI-1 pojawiły się inne swoiste inhibitory PRMT, takie jak: stilbamidyna i allentodapson [15, 61].

Dalsze badania dotyczące iPRMT skoncentrowano na poszukiwaniu związków bardziej specyficznych dla danej klasy metylotransferaz argininy bądź ukierunkowanych na konkretne enzymy. Poszukiwanie nowych iPRMT, wśród substancji wykazujących powinowactwo do kieszeni wiążącej substrat, jest najbardziej uzasadnione dlatego, że wszystkie metylotransferazy cechuje to samo miejsce wiązania [59, 61]. Obiecującym podejściem do opracowywania nowych skutecznych inhibitorów PRMT jest wyszukiwanie substancji powodujących modyfikacje substratu w obrębie grupy guanidynowej argininy. Dzięki zastosowaniu sekwencji peptydu flankującego dokonuje się modyfikacji N-końcowych atomów reszt argininy, w celu stworzenia swoistego wiązania pomiędzy nim a członkami rodziny PRMT [55]. Powstałe inhibitory PRMT, bazujące na sekwencji aminokwasowej wykazują duże powinowactwo i dużą selektywność w stosunku do substratu. Jednak substancje te ze względu na dużą zawartość argininy i lizyny w fizjologicznym pH są niestabilne metabolicznie. Związki te mogą być wykorzystywane jako sondy chemiczne do badania funkcji i mechanizmu działania PRMT oraz są modelem dla leków opartych na peptydomimetykach [24].

W grupie inhibitorów metylotransferaz argininy klasy I znajdują się substancje hamujące aktywność wszystkich członków PRMT I, poszczególnych członków tej grupy lub wybiórcze enzymy. Substancją o szerokim zakresie działania jest MS023. Związek ten opracowano z użyciem dwóch wcześniej znanych inhibitorów: CUPP-1 i EPZ020411. MS023 zajmuje miejsce wiązania substratu peptydowego, dzięki czemu skutecznie hamuje asymetryczną dimetylację argininy wszystkich PRMT I z wyjątkiem PRMT6 [13]. Innymi substancjami selektywnie hamującymi aktywność PRMT klasy I są: WO2014153214A1, WO2014153235A2 i WO2016044626A1 [34]. Wśród inhibitorów PRMT I jest duża grupa małocząsteczkowych substancji ukierunkowana na zahamowanie aktywności PRMT4. Związki te współzawodniczą z argininą o wiązanie z CARM1, ale nie zakłócają wiązania kofaktora. Substancjami działającymi na tej zasadzie są pochodne pirazolu, benzo[d]imidazol, N-benzylpieridin-4-amine, pyrole, fenoksybenzamid oraz pochodne fenyloeterowe [48]. Do znanych inhibitorów PRMT4 zalicza się również TP-064, DC C11, DC C66. Związki te w sposób zależny od dawki wykazują działanie przeciwnowotworowe, gdyż hamują proliferację komórek rakowych i zatrzymują ich cykl podziałowy [27, 42].

Inhibitory PRMT klasy II ukierunkowane są głównie na PRMT5, ponieważ enzym ten odpowiada za powstanie większości SDMA w organizmie człowieka. Pierwszy selektywny związek hamujący aktywność PRMT5 - CMP5 odkryto w 2015 r. [42]. Od tego czasu lista znanych inhibitorów metylotransferaz argininy 5 powiększyła się o: EPZ015666, EPZ015938, JNJ-64619178, DC_Y134, LLY-283, NCT02783300, GSK3326595. Wszystkie te substancje sprawdzane są pod kątem właściwości przeciwnowotworowych [56, 61].

Na ryc. 1 przedstawiono podział inhibitorów PRMT ze względu na ich selektywność w stosunku do metylotransferaz argininy.

Ryc. 1

Obecnie prowadzone są badania, w których podejmowane są próby jednoczesnego zastosowania inhibitorów PRMT klasy I i II w celu uzyskania lepszego działania przeciwnowotworowego. Ponadto inhibitory PRMT łączone są z innymi substancjami wykazującymi aktywność w stosunku do enzymów epigenetycznych. W glejakach o dużej złośliwości połączono inhibitor PRMT5 (CMP5) z substancją hamującą aktywność deacetylazy histonowej – trichostatyną A (TSA, trichostatin A). Wykazano, że PRMT ma lepszą aktywność na resztach argininy w histonach H4R3 i H3R8, gdy sąsiednie reszty lizyny są acetylowane. Zastosowane leczenie kombinowane okazało się skuteczniejsze i spowodowało znaczną apoptozę komórek glejaka [34].

Przeciwnowotworowe działanie inhibitorów PRMT sprawia, że substancje te w przyszłości mogą się stać lekami epigenetycznymi; trwają badania kliniczne 3 inhibitorów PRMT. GSK3326595 to inhibitor PRMT1 testowany pod kątem doustnego stosowania u pacjentów z nawracającym i/lub opornym na leczenie zespołem mielodysplastycznym (MDS, myelodysplastic syndrome), ostrą białaczką szpikową poprzedzoną zespołem mielodysplastycznym czy przewlekłą białaczką mielomonocytową (CMML, chronic myelomonocytic leukemia). Natomiast GSK3326595 i JNJ-64619178 to inhibitory PRMT5, których skuteczność badana jest w nawracających guzach litych oraz w chłoniaku nieziarniczym (NHL, non-Hodgkin lymphoma) [8, 26, 34].

Metylotransferazy argininy są rodziną enzymów odpowiedzialnych za metylację reszt argininy w ogonach histonowych oraz białkach niehistonowych. Wśród rodziny PRMT wyróżnia się dziewięć enzymów (PRMT1 - PRMT9). Ze względu na przebieg katalizowanej reakcji metylotransferazy argininy podzielono na trzy klasy: I, II i III. Wśród metylotransferaz argininy należących do klasy I są PRMT: 1, 2, 3, 4, 6, 8. Głównym zadaniem tych enzymów jest katalizowanie powstania NG-monometyloargininy i asymetrycznej ω-N^G,N^G-dimetyloargininy. Asymetryczna dimetylacja argininy zwiększa acetylację białek histonowych, a więc enzymy działają jako koaktywatory transkrypcji. Do PRMT II należą: PRMT5 i PRMT9. Ich rola polega na przeniesieniu grupy metylowej do niezmodyfikowanego atomu azotu guanidynowej monometyloargininy, tworząc białka o symetrycznych resztach dimetylowanych. Enzymy te słabiej poznano, w większości przypadków ich aktywność jest związana z represją transkrypcji. Członkiem metylotransferaz argininy klasy III jest jedynie PRMT7, katalizuje powstanie monometyloargininy.

Metylacja argininy pełni wiele krytycznych funkcji, niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Uczestniczy m.in. w kontroli transdukcji sygnału, regulacji splicingu mRNA oraz kontroluje podstawowe szlaki wewnątrzkomórkowe.

Metylotransferazy argininy w istotny sposób wpływają na aktywność chromatyny, a dysregulacja ich poziomu może sprzyjać rozwojowi stanów patologicznych. Enzymy te działają jako aktywatory lub represory transkrypcji. Zatem mogą wpływać na zaburzenie podstawowych procesów zachodzących w komórkach oraz modulować ich odpowiedź na sygnały pochodzące ze środowiska zewnątrzi wewnątrzkomórkowego. Udowodniono, iż podwyższone lub obniżone stężenie PRMT sprzyja rozwojowi chorób rozrostowych układu krwiotwórczego oraz guzów litych.

Coraz większe zainteresowanie wzbudza innowacyjna terapia chorób onkologicznych z wykorzystaniem małocząsteczkowych inhibitorów PRMT. Związki te mogą być ukierunkowane na wszystkie metylotransferazy argininy, na jedną z klas enzymów lub na konkretne PRMT. Obecnie trzy substancje hamujące aktywność PRMT znajdują się w fazie badań klinicznych i być może w niedalekiej przyszłości będą używane w leczeniu pacjentów z chorobami rozrostowymi układu krwiotwórczego.