Biyofizikçiler Astım İlaçlarının Moleküler Etkilerini İnceliyor

MIPT'nin Yaşlanma ve Yaşla İlgili Hastalıkların Moleküler Mekanizmaları Merkezi'nden bir araştırma ekibi, CysLT1 reseptörünün mekansal yapısını belirlemek için ABD, Kanada, Fransa ve Almanya'dan gelen meslektaşları ile işbirliği yaptı.

Biyofizikçiler Astım İlaçlarının Moleküler Etkilerini İnceliyor

Aktivasyonundan sorumlu CysLT1 reseptörünün segmentleri, diğer G protein-bağlantılı reseptörlerin yanında turuncu renkle gösterilmiştir. Resim Kredi: Luginina ve ark./Science Advances

MIPT'nin Yaşlanma ve Yaşla İlgili Hastalıkların Moleküler Mekanizmaları Merkezi'nden bir araştırma ekibi, CysLT1 reseptörünün mekansal yapısını belirlemek için ABD, Kanada, Fransa ve Almanya'dan gelen meslektaşları ile işbirliği yaptı. Makale 9 Ekim 2019'da Science Advances'te yayınlandı .

G protein-bağlı reseptörler veya GPCR'ler, hücre zarlarına katılan moleküler makinelerdir. Bu reseptörler dışardan belirli sinyalleri alır ve bunları hücreye iletir. Sinyaller, ışık fotonları, yağ molekülleri, küçük proteinler ve DNA fragmanları dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan gelir. Bir GPCR hücrede bölünme, yer değiştirme ve hatta ölüm gibi çeşitli olayları tetikleyebilir.

GPCR aracılı hücresel "iletişim" bir organizmanın işleyişi için çok önemlidir. Bu alıcıların bir şekilde vücudumuzdaki tüm işlemlere dahil olmalarına şaşmamalı. Onlar da mevcut ilaçların yaklaşık% 40'ının hedefi. Bu nedenle yapısal biyologların bu biyolojik makinelerin işleyiş mekanizmalarını anlamaları ve daha özgün ve daha az yan etkiye sahip yeni ilaçlar geliştirerek onları etkilemenin bir yolunu bulmaları ilginçtir.

Yapısal biyoloji, fizik ve biyoloji arayüzünde, proteinler gibi biyolojik makromoleküllerin 3B düzenlemesini incelemekle ilgilenen, disiplinler arası bir alandır. Yapısal çalışmalar, genetik mühendisliği, yapay protein üretimi, saflaştırma ve kristalizasyonu içerir. Protein kristali elde edildikten sonra, fizik devreye girer: Araştırmacılar, protein kristalini, kırınım paternleri oluşturmak için güçlü X ışınlarına maruz bırakır. Elde edilen veriler, belirli bir protein molekülünün ayrıntılı bir 3D atom yapısını birkaç angstrom hassasiyetiyle geri kazanmak için matematiksel olarak işlenebilir.

Yapısal çalışmalar güçlü X-ışını kaynaklarına dayanır. Bunlar tipik olarak iki çeşit gelir: senkrotronlar ve daha yeni geliştirilen serbest elektron lazerleri. Her iki durumda da, elektronlar neredeyse ışık hızında hızlandırılır. Daha sonra hızlarını veya hareket yönlerini değiştirmeye zorlanarak X-ışını emisyonuna yol açarlar. Bir senkrotronda, elektronlar kavisli, neredeyse dairesel bir yörünge boyunca hareket eder. Serbest bir elektron lazerinde, bir sıyırıcı olarak bilinen iki sırayla zıt yönelimli mıknatıslar arasındaki bir geçiş boyunca ilerlerler.

Yapısal biyologlar 1970'lerden bu yana senkrotronlar kullanırken, serbest elektron lazerleri, protein kristalografisi araç setine nispeten yakın bir eklemedir. 2010'ların başında tanıtıldıkları, çok güçlü radyasyon üretiyorlar ve minik 1 mikrometre kristallerinin X ışını kırınım analizini mümkün kılıyorlar. Bu yeni araç zaten birkaç yüz yapının keşfedilmesini sağlamıştır.

MIPT araştırmacıları, CysLT1 olarak bilinen bir GPCR'nin yapısını araştırdılar. Enflamatuar süreçlerde rol alır ve küresel popülasyonun yaklaşık% 10'unu etkileyen astım dahil alerjik hastalıklarda önemli bir rol oynar. Biyofizikçiler ekibi, zafirlukast ve pranlukast molekülleriyle reseptörün detaylı 3B yapısını elde etti (Şekil 1). Bunlar astımlı, alerjik rinit ve ürtiker hastalarına verilen iki ilaçtır.

Çalışmada nispeten büyük, 0.3 milimetre kristalli pranlukast kristalleri yetiştirilirken, zafirlukastlı kristaller sadece birkaç mikrometre boyutuna ulaştı. Eski örnekler Fransa'nın Grenoble kentindeki ESRF senkrotronunda araştırıldı. Sonuncusu, ücretsiz bir elektron lazeri olan Stanford Üniversitesi tarafından işletilen Linac Tutarlı Işık Kaynağı kullanılarak incelenmiştir. Kanada’lı araştırmacıların meslektaşları, CysLT1 üzerinden sinyal iletim mekanizmalarını keşfetmeye yardımcı oldu.

G Protein-Birleştiğinde Reseptörlerin Yapısal Biyolojisi Laboratuvarı'ndan ortak yazar Aleksandra Luginina, “Bunlar şüphesiz benzersiz yapılar ve biz de onları çok sevdik” dedi. “CysLT1 reseptörünün çalışma mekanizması, GPCR protein alt gruplarının işleyişini nasıl gördüğümüzü günceller. Ayrıca, zafirlukast ve pranlukast molekülleri için bağlanma yerlerini tespit ederek, astım ilaçlarının iyileştirilmesi - verimlerinin arttırılması ve yan etkilerin azaltılması için temel oluşturuyoruz. ”

GPCR'ler yapısal çalışmalar için çok zor nesnelerdir. Dünya çapında yalnızca bir avuç laboratuar bu tür araştırma projelerini tamamlamayı başardı. MIPT ekibi, bir Enstitü laboratuvarının şimdi aralarında olduğuna sevindi.


Referans: “Antiastmatik ilaçlar tarafından inhibe edilen sisteinil lökotrien reseptör inhibisyonunun yapı temelli mekanizması” Aleksandra Luginina, Anastasiia Gusach, Egor Marin, Alexey Mishin, Rebecca Brouillette, Petr Popov, Anna Shiriaeva, Élie Besserer-Offroy, Jean-Michel Longpré, Elizaveta Lyapina , Andrii Ishchenko, Nilkanth Patel, Vitaly Polovinkin, Nadezhda Safronova, Andrey Bogorodskiy, Evelina Edelweiss, Hao Hu, Uwe Weierstall, Wei Liu, Alexander Batyuk, Valentin Gordeliy, Gye Kazandı, Philippe Sarret, Vsevolod Katritch, Valentin Borshchevskiy 9 Ekim 2019, Bilimsel Gelişmeler.