Иллюстрация к статье

29 декабря 2020 г.

PharmVesti.ru

Фармация Наука

Исследователи разрабатывают новый метод открытия лекарственных препаратов, нацеленный на мембранные белки живых клеток

Дата публикации: 29 декабря 2020 г.

Исследовательская группа во главе с доктором Сяоюй Ли из отдела исследований химии факультета естественных наук в сотрудничестве с профессором Ичжоу Ли из школы фармацевтических наук Университета Чунцин и профессором Ян Цао из фармацевтической школы Второго военно-медицинского университета в Шанхае разработала новый метод открытия лекарств, нацеленный на мембранные белки на живых клетках.

Мембранные белки играют важную роль в биологии, и многие из них являются важными целями, которые интенсивно преследуются в фармацевтической промышленности. Метод, разработанный командой доктора Ли, обеспечивает эффективный способ открытия новых лигандов и ингибиторов против мембранных белков, которые остаются в значительной степени трудноразрешимыми для традиционных подходов. Разработка методологии и ее применения теперь публикуются в Nature Chemistry, престижном химическом журнале, издаваемом Nature Publishing Group (NPG).

Цели и предпосылки исследования

Мембранные белки на поверхности клетки выполняют множество биологических функций, жизненно важных для выживания клеток и организмов. Неудивительно, что многочисленные заболевания человека связаны с нарушением функций мембранных белков. Действительно, на мембранные белки приходится более 60% мишеней всех низкомолекулярных препаратов, одобренных FDA. Только огромное семейство рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR), как самый большой класс рецепторов клеточной поверхности, является мишенью для ~ 34% всех клинических препаратов.

Важность исследований направленных на открытие действующих веществ взаимодействующих с мембранными белками неоспорима. Однако, как известно, их открытие является сложной задачей, в основном из-за особого свойства их естественной среды обитания: клеточной мембраны. Более того, мембранные белки также трудно изучать в изолированной форме, поскольку они имеют тенденцию терять важные клеточные свойства и могут быть деактивированы. Фактически, мембранные белки долгое время рассматривались в фармацевтической промышленности как тип «недосягаемых» мишеней.

В последние годы появились ДНК-кодированные химические библиотеки (DEL), которая стала мощной технологией скрининга лекарств. Для упрощения мы можем использовать в качестве примера библиотеку книг. В библиотеке каждая книга индексируется каталожным номером и кодируется с указанием определенного места на книжной полке. Аналогично, в DEL к каждому химическому соединению прикреплена уникальная ДНК-метка (подобно штрих-коду), которая служит «каталожным номером», записывающим структурную информацию о соединении. Этот метод позволяет массовое создание и опрос библиотек посредством аффинного отбора, обычно на иммобилизованной белковой мишени, чтобы обнаружить те, которые могут модулировать биологические функции мишени, например ингибирование белков, которые аномально активны в злокачественных опухолях.

DEL могут содержать поразительно большое количество тестируемых соединений (миллиарды или даже триллионы), а DEL-скрининг может быть проведен всего за несколько часов в обычной химической лаборатории. Сегодня DEL широко применяется почти во всех крупных фармацевтических предприятиях мира. Однако применять DEL достаточно трудно при исследовании мембранных белков живых клеток.

2 ключевые задачи: Поиск и слежение

Чтобы применить DEL к живым ячейкам команде исследователей пришлось преодолеть два препятствия. Во-первых, поверхность клетки не имеет гладкой выпуклой формы, она подобна воздушному шару; оболочка чрезвычайно сложена с сотнями различных биомолекул с различной топологией; таким образом, обнаружение желаемой цели на поверхности клеток похоже на поиск одного дерева в густом тропическом лесу.

Команда решила эту проблему с помощью метода, который они разработали ранее: ДНК-запрограммированное аффинное мечение (DPAL). В этом методе используется система зондов на основе ДНК, которая может специфически доставлять ДНК-метку к желаемому белку в живых клетках, а ДНК-метка служит маяком для управления целенаправленным скринингом DEL. Другими словами, команда сначала установила на цель «метку», чтобы добиться специфичности скрининга.

Вторая проблема - изобилие целей. Обычно мембранные белки существуют в концентрации от наномолярной до низкой микромолярной, что намного ниже высокой микромолярной концентрации, необходимой для захвата крошечной фракции связующих среди миллиардов несвязывающих веществ в библиотеке. Чтобы решить эту проблему, команда использовала новую стратегию, используя комплементарные последовательности в теге ДНК на целевом белке и в самой библиотеке, так что библиотека может гибридизоваться близко к мишени, тем самым «повышая» эффективную концентрацию целевого белка. . Другими словами, «метка» может не только помочь библиотеке найти цель, но также создать притягивающую силу, чтобы сконцентрировать библиотеку вокруг цели, не отвлекаясь на сторонние химические структуры.

В публикации команда сообщает о своей детальной разработке методологии, а также демонстрирует универсальность и эффективность этого метода путем скрининга библиотеки из 30,42 миллионов соединений против рецептора фолиевой кислоты (FR), карбоангидразы 12 (CA-12) и эпидермального рецепторы фактора роста (EGFR) на живых клетках - все они являются важными мишенями в открытии противоопухолевых препаратов. Ожидается, что этот подход будет широко применим ко многим мембранным белкам. Например, классические мишени для лекарств, такие как GPCR и ионные каналы, могут быть пересмотрены в условиях живых клеток, чтобы определить новые возможности открытия лекарств, используя возможности DEL.

"Мы ожидаем, что полезность этого метода не ограничивается открытием лекарств, но и академическими исследованиями для изучения сложных биологических систем, таких как олигомерные белковые комплексы мембран и межклеточные коммуникации." Д-р Сяоюй Ли, Исследовательский отдел химии, факультет естественных наук, Гонконгский университет.

Соавтор-корреспондент профессор Ичжоу Ли из Университета Чунцина сказал: «Этот метод может способствовать открытию лекарств для мембранных белков с мощью большого и сложного химического разнообразия из химических библиотек, кодируемых ДНК». Соавтор-корреспондент профессор Ян Цао из Второго военно-медицинского университета в Шанхае добавил: «Эта технология является эффективным инструментом для характеристики взаимодействия молекулы-лиганда и молекулы-мишени; она прольет новый свет на разработку высокопроизводительных методов скрининга и, таким образом, упростит определение соединений, нацеленных на мембранные белки".


Источник на английском языке