Blinkende enzymer kunne lyse vejen til bedre kræftmedicin

En ny test, der skal vise egenskaberne af biologisk vigtige enzymer, kan være med til at strømline udviklingen af ​​nye behandlinger.

"Blink, glimt, lille kinase. Hvor undrer jeg mig over, hvilken form du er..."

Det er måske ikke det bedste børnerim, men en tilgang, der ser proteiner 'glitre' som stjerner på nattehimlen, giver ny indsigt i en vigtig klasse af enzymer, der er involveret i sygdom.

Ved at mærke enzymerne med fluorescerende farvestoffer, forskere ved Imperial har været i stand til at afsløre nye egenskaber, som de siger kunne hjælpe med at udvikle bedre lægemidler mod parasitære infektioner, inflammatorisk sygdom og kræft.

Enzymerne, kaldet proteinkinaser, hjælpe med at regulere celler og koordinere deres reaktioner på, hvad der foregår omkring dem i kroppen. De er enormt vigtige i cellesignalering og til at slå alarm, når cellens DNA er beskadiget, sætter gang i svaret.

Imidlertid, når enzymerne går galt, kan de forårsage en lang række problemer nedstrøms – såsom ukontrolleret vækst, fører til tumorer – hvilket har gjort dem til et attraktivt mål for lægemiddelproducenter, der udvikler nye kræftbehandlinger.

Tidligere forskning i deres struktur har afsløret, at enzymerne har 'aktive' og 'inaktive' former, afhængig af formen og placeringen af ​​en 'aktiveringsløkke'. Ud over dette, imidlertid, det var ikke muligt at måle, hvordan enzymerne skiftede mellem tilstande, eller hvis de havde brug for et molekyle til at konvertere, og det kan være svært at stabilisere deres tilstand.

Nu, en gruppe ledet af Dr. Charlotte Dodson, en forsker i Imperial's National Heart and Lung Institute, har fundet en måde at vise andelen af ​​aktive og inaktive former og hvordan enzymet ændrer sig som reaktion på molekyler og hæmmere.

"Vi har i omkring 15 år vidst fra krystalstrukturer, at disse enzymer stort set falder i to klasser strukturelt, " forklarede dr. Dodson. "I den aktive form, enzymet er "klar til at gå" og til at udføre sin biologiske funktion, men i sin inaktive form er den ude af stand til at udføre sit arbejde."

Skifter tilstande

I samarbejde med Institut for Kræftforskning, Dr. Dodsons laboratorium var i stand til at mærke fluorescerende markører til to forskellige områder af enzymet.

Når enzymerne var i aktiv tilstand, var farvestofmolekylerne langt fra hinanden og fluorescerede, fremstår som lysende prikker under mikroskopet. Når enzymerne skiftede til den inaktive tilstand, de to områder mærket med farvestoffet kom i tæt kontakt, slukker farvestoffet og får fluorescensen til at blinke ud.

Afhængigt af om de tilføjede molekyler, der fremmede aktive eller inaktive tilstande, holdet fandt ud af, at de kunne ændre andelen af ​​stater i en prøve, og de var i stand til at måle det som en ændring i fluorescens.

"Ved at måle fluorescens, vi kan se, hvilken form kinaserne er i, " sagde Dr. Dodson. "Når vi gør dette kontinuerligt over tid og ser på individuelle molekyler ned i et mikroskop, det ligner en nattehimmel med masser af blinkende små prikker.

"Fordi vi kan måle fluorescensen af ​​individuelle molekyler, vi ved, at de ændrer sig i løsningen, og det er noget, ingen har været i stand til før."

Ifølge forskerne, i praksis, tilgangen kunne bruges til at hjælpe med at forfine lægemidler, der retter sig mod enzymerne, ved at vise, hvordan de påvirker blandingen af ​​aktive og inaktive tilstande.

For eksempel, hvis en inhibitor skubbede en prøve af kinaser til 70 procent inaktive 30 procent aktive, lægemiddelproducenter kunne justere molekylet og måle virkningen på en population af kinaser. Hvis blandingen efter justering af lægemidlet ændres til 90 procent inaktiv, det ville vise, at inhibitoren har en større effekt end tidligere.

Kræft er i øjeblikket det største mål for kinasehæmmere, med et marked, der vurderes at være værd $30 mia. (USD) eller mere, men forskere undersøger kinasernes rolle på andre områder, herunder sygdomme i hjerte og lunger.

Dr. Dodson tilføjede:"Vi har udviklet testen og udført et principbevis i en bestemt kinase for at vise, at den virker og for at udforske, hvad der foregår. Det næste skridt er at tage tingene på sig og anvende dette på andre kinaser af interesse. .

"Jeg tror, ​​at efterhånden som flere og flere mennesker indser, at disse enzymer er vigtige i andre sygdomme, viden opnået fra onkologi kan overføres til nye terapiområder."

Hun tilføjede:"Jo mere information vi kan give på designstadiet af lægemiddeludvikling, des bedre. Ved at bruge denne tilgang kunne vi gøre det muligt for lægemiddelproducenter at designe nye behandlinger mere effektivt, hvilket kunne spare tid og penge. Det kan føre til, at nye inhibitorer kommer hurtigere til klinikken."