Formskiftende receptorer kan forklare mystiske lægemiddelfejl

For at sukker smager sødt og for at kaffe er stimulerende, eller endda for lys at blive set, først skal de alle lande på en G-proteinkoblet receptor. Allestedsnærværende og mangfoldig, disse receptorer er en celles kemiske detektionssystem:de registrerer stoffer i omgivelserne og starter intracellulære veje, der ligger til grund for stort set alle fysiologiske processer - fra smag og syn til hormonregulering og neuronal kommunikation. Næsten en tredjedel af alle terapeutiske lægemidler virker ved at binde til disse celleoverfladereceptorer.

Alligevel har det været svært at finde flere lægemiddelmål blandt denne gruppe, og ny forskning kan forklare hvorfor. Rockefeller -forskere har fundet ud af, at mange af disse receptorer, heraf er der næsten 800, interagere med såkaldte receptoraktivitetsmodificerende proteiner, eller RAMP'er, får dem til at optage andre konfigurationer inde i kroppen end i laboratoriet.

Fundet blev muliggjort af en ny teknik, der kan undersøge hundredvis af receptorer på én gang for at afsløre tidligere ukendte RAMP'er, der påvirker deres struktur og funktion. Indsigt fra denne forskning, beskrevet i Videnskab fremskridt , kunne have betydelige konsekvenser for opdagelse af lægemidler og hjælpe forskere med at forstå en række sygdomme.

En manglende komponent

Selvom det er vidt undersøgt, G-proteinkoblede receptorer viser sig stadig at være undvigende. Mange lægemidler, der med succes målrettede dem i prækliniske undersøgelser, mislykkes i sidste ende i menneskelige forsøg. Og for over hundrede af disse receptorer, forskere har ikke engang været i stand til at identificere, hvilket hormon eller protein i kroppen de binder sig til.

"En hypotese er, at der mangler en komponent, "siger Thomas P. Sakmar, Richard M. og Isabel P. Furlaud Professor og leder af Rockefellers Laboratory of Chemical Biology and Signal Transduction. "Denne komponent kan være RAMP."

RAMP blev opdaget alvorligt for 20 år siden, da et team af forskere, der arbejdede på en G -proteinkoblet receptor, eller GPCR, stødte på et mærkeligt problem:den samme receptor udtrykt i to forskellige cellelinjer bundet til forskellige forbindelser. Denne variation, fandt forskerne, blev forklaret af et ekstra protein til stede i den ene cellelinje og ikke den anden.

I dag er der tre kendte RAMP'er, der danner komplekser med GPCR'er, hvilket fører til en ændring i receptorens konfiguration og derfor dets affinitet til et hormon eller et lægemiddel. Tidligere forskning fandt, at dette var sandt for en håndfuld GPCR'er, men forskere mistænkte, at når det kommer til RAMP'er, de så kun toppen af ​​isbjerget.

For eksempel, RAMP -mutationer er forbundet med flere sygdomme, og sletning af dem i mus fører til en lang række resultater. "Forskellige beviser tyder på, at de interagerer med mange flere GPCR'er, end vi har værdsat, "siger Emily Lorenzen, en kandidatstuderende i Sakmars laboratorium.

Lorenzens egne undersøgelser, udgivet i 2017 og 2019, bekræftede denne mistanke, så hun besluttede at se nærmere på.

Den store søgning

Med tre RAMP'er og 775 receptorer, at søge igennem alle de mulige kombinationer er en skræmmende opgave. Lorenzen vidste, at hun var nødt til at udvikle et assay for samtidig at screene et stort antal proteiner og deres potentielle interaktioner.

Ideen sendte hende til Sverige for et samarbejde med forskere ved Karolinska Institute, KTH Royal Institute of Technology, og Science for Life Laboratory. Teamet opnåede antistoffer fra Human Protein Atlas -projektet, som de koblede til magnetiske perler, og derefter inkuberet med en flydende blanding af celler konstrueret til at lave en kombination af både en RAMP og en receptor.

Perlerne er præfarvede med 500 forskellige farvestoffer, og RAMP'erne kan detekteres med et sekund, fluorescerende antistof. Når perlerne passerer gennem et detektionsinstrument i en enkelt fil, deres farve -id'er læses, og deres tilhørende receptorer og RAMP'er identificeres.

I Science Advances -artiklen, holdet præsenterer deres resultater ved at teste teknikken på 23 GPCR'er. Resultaterne validerede ikke kun kendte interaktioner, men afslørede også tidligere uidentificerede RAMP -interaktioner i yderligere receptorer.

"Jeg ville have været glad for bare at finde et eller to nye interaktioner, "Lorenzen siger." I stedet fik vi omkring et dusin eller deromkring. "

Komplet billede

Inspireret af denne succes, holdet anvender teknikken på resten af ​​receptorerne med det formål at kortlægge deres interaktion med alle de tre RAMP'er, "oprettelse af hele GPCR-RAMP-interaktomet, ”Siger Sakmar.

Indtil nu, resultaterne har været konsistente:GPCR-RAMP-interaktionerne er meget mere udbredt end tidligere antaget, et fund, der har vigtige praktiske konsekvenser. "Når man studerer GPCR -farmakologi, du skal overveje status for RAMP i dit system, "Sakmar siger." Det egentlige mål for et lægemiddel kan være GPCR-RAMP-komplekset i cellemembranen, ikke receptoren isoleret. "

Den idé har han allerede omsat i praksis. Hans team revurderer en lille underfamilie af receptorer, der er involveret i immunsygdomme, tidligere undersøgt som vigtige lægemiddelmål. "Vi tror, ​​vi ved, hvorfor tidligere forsøg på lægemiddelopdagelse ikke har været en succes, "Sakmar siger." Der er en RAMP -interaktion, som ingen har værdsat. "

Teamet håber også at løse det nysgerrige tilfælde af glaukom, menes at være forårsaget af mutationer i RAMP'er. Disse mutationer har været forvirrende for forskere, siden RAMP'erne i sig selv tilsyneladende ikke spillede nogen rolle i sygdommen. Sakmars team tager nu et nyt kig på glaukom og et par lignende forvirrende sygdomme for at finde ud af, om en GPCR -interaktion kan være det manglende led.

At bringe RAMP'er ind i billedet kan også løse mysteriet om omkring hundrede såkaldte forældreløse receptorer, som aktiveres af ukendte proteiner. "Fremadrettet, vi vil fokusere på at finde ud af, hvad disse forældreløse GPCR'er binder til, "Lorenzen siger." Jeg håber, at dette også vil tilskynde andre mennesker til at se nærmere på det. "