Ny metode forenkler søgningen efter proteinreceptorkomplekser, fremskynde lægemiddeludviklingen

For at et lægemiddel kan gribe ind i celler eller hele organer, der ikke opfører sig normalt, skal det først binde sig til specifikke proteinreceptorer i cellemembranerne. Receptorer kan ændre deres molekylære struktur på en lang række måder under binding - og kun den rigtige struktur vil "låse op" for lægemidlets terapeutiske virkning.

Nu, en ny metode til at vurdere lægemidlers handlinger ved at matche dem til deres unikke proteinreceptorer har potentiale til i høj grad at accelerere lægemiddeludvikling og reducere antallet af lægemiddelforsøg, der fejler under kliniske forsøg.

Metoden, udviklet af forskerhold fra University of Wisconsin-Milwaukee og University of Glasgow, reducerer tiden og arbejdet med at finde proteinreceptorerne "med det rigtige svar" til lægemiddelkandidater med flere størrelsesordener.

"Det åbner et kæmpe spillerum for at finde narkotikamål og narkotikalagdeling, "sagde Valerica Raicu, UW-Milwaukee professor i fysik. "Ved hjælp af denne metode, vi kan karakterisere, hvordan hver receptor reagerer forskelligt på forskellige lægemiddelkandidater. "

Undersøgelsen vises i dag i tidsskriftet Naturmetoder .

Forskernes metode sporer en kemisk proces kaldet oligomerisering, der opstår, når der findes en receptor som en enkelt underenhed, men skifter derefter til en multistruktur-en oligomer-i nærvær af liganden (lægemiddelforbindelse), eller omvendt.

"Vi plejede at tænke på disse receptorer som binære, "sagde Raicu, der er hovedforfatter på papiret. "De blev enten aktiveret af forbindelsen eller ej. Men nu begynder vi at forstå, at afhængigt af liganden, den samme receptor kan producere mange forskellige reaktioner. "

Forskerne testede først metoden ved hjælp af smeltede fluorescerende proteiner produceret af UW-Milwaukee-assisterende professor Ionel Popa. Derefter validerede de metoden på en receptor for en vækstfaktor, hvor funktionsfejl ofte er forbundet med kræft - den epidermale vækstfaktorreceptor (EGF). Aktivering af receptoren, resulterede i dannelsen af ​​større oligomerer, som forventet.

Holdet anvendte derefter deres metode til et medlem af G-proteinkoblede receptor (GPCR) familien, en gruppe proteiner, der er målrettet af en lang række lægemidler.

Virkningen af ​​forbindelsen mellem ligander og receptorer blev vist i løbet af få timer, sammenlignet med måneder ved hjælp af nuværende teknologier.

"Denne nye metode til karakterisering af proteininteraktioner vil være vigtig i stratificeringen af ​​forskellige lægemidler, der er målrettet mod den samme receptor, "sagde Graeme Milligan, Gardiner Formand for biokemi ved University of Glasgow. "Det vil give os mulighed for at forstå, hvorfor nogle lægemiddelkandidater er effektive, mens andre ikke er og potentielt kan anvendes på forskellige proteinklasser, der er mål i behandlingen af ​​mange sygdomme."

Raicu-laboratoriet bruger fluorescensbaseret billeddannelse for at se proteinreceptorer i oligomere tilstande under forskellige miljøforhold. Ved hjælp af enkelt- eller to-foton-excitationsmikroskopi, forskerne kan producere en slags køreplan for de forskellige former for proteinreceptoroligomerer i fravær eller tilstedeværelse af ligander (eller lægemidler), der binder til dem.

Forskere forestiller protein-receptormolekyler ved at vedhæfte fluorescerende mærker. Denne måde, enkeltmolekyleproteinreceptorer afgiver lys, når de passerer under en laser og er spændte, og disse bursts optages med et kamera. Receptoroligomerer afgiver et mere intens lysudbrud, og de fotograferes også.

"Nu kan du tegne intensiteten og antallet af bursts, "sagde Raicu, "og se, hvor mange der er knyttet til oligomerer - hvor store de er - og hvor de er i prøven. Efter tilsætning af liganden, du kan se, om det fremmer tilknytning af enkeltmolekyler af receptorproteiner til oligomerer, eller nedbrydning af oligomerer til førstnævnte. "