Исследовательская группа во главе с доктором Сяоюй Ли из Исследовательского отдела химии факультета естественных наук в сотрудничестве с профессором Ичжоу Ли из Школы фармацевтических наук Чунцинского университета и профессором Янь Цао из фармацевтической школы Второго военно-медицинского университета в г. Шанхай разработал новый метод открытия лекарств, нацеленный на мембранные белки живых клеток.

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 мембранных белков, которые в значительной степени не поддаются лечению традиционными подходами. Разработка методологии и ее применения теперь опубликованы в Nature Chemistry престижном химическом журнале Nature Publishing Group (NPG).

Справочная информация

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 суперсемейство рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR), как самый большой класс рецепторов клеточной поверхности, является мишенью для ~ 34% всех клинических лекарств.

Однако, несмотря на важность, открытие лекарств против мембранных белков, как известно, 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 основные клеточные свойства и могут быть дезактивированы. Фактически, мембранные белки долгое время рассматривались в фармацевтической промышленности как тип "недосягаемых" мишеней.

В последние годы появилась химическая библиотека, кодируемая ДНК (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 пространственно кодируется с указанием определенного места на книжной полке. Аналогично, в DEL к каждому химическому соединению прикреплена уникальная ДНК-метка, которая служит «каталожным номером», записывающим структурную информацию о соединении. С помощью кодирования ДНК все соединения библиотеки могут быть смешаны и скринингованы против мишени одновременно, чтобы обнаружить те, которые могут модулировать биологические функции мишени, например ингибирование белков, которые аномально активны при злокачественных опухолях.

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

2 Основные выводы: Отслеживание и ускорение

Есть два препятствия, которые команда преодолела, чтобы применить DEL к живым клеткам. Во-первых, поверхность клетки не имеет гладкой выпуклой формы, как воздушный шар; он чрезвычайно сложен с сотнями различных биомолекул с прочной топологией; таким образом, обнаружение желаемой цели на поверхности клеток похоже на поиск одного дерева в густом тропическом лесу.

Команда преодолела эту проблему "целевой специфичности" с помощью метода, который они разработали ранее: ДНК-запрограммированного аффинного мечения (DPAL). В этом методе используется система зондов на основе ДНК, которая может специфически доставлять ДНК-метку к желаемому белку на живых клетках, а ДНК-метка служит маяком для управления целенаправленным скринингом DEL. Другими словами, команда сначала установила «трекер» на цель, 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 цели, тем самым «повышая» эффективную концентрацию целевого белка. . Другими словами, «трекер» может не только помочь библиотеке найти цель, но и создать притягивающую силу, чтобы сконцентрировать библиотеку вокруг цели, не отвлекаясь на необязательную популяцию.

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 рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) на живых клетках, все они являются важными мишенями в открытии противораковых лекарств. Ожидается, что этот подход будет широко применим ко многим мембранным белкам. Например, классические лекарственные мишени, такие как GPCR и ионные каналы, могут быть пересмотрены в условиях живых клеток, чтобы выявить новые возможности открытия лекарств, используя силу DEL.

Мы ожидаем, что полезность этого метода не ограничивается открытием лекарств, но также 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 имеет потенциал для облегчения открытия 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 лиганд-мишень; она прольет новый свет на разработку высокопроизводительных методов скрининга и, таким образом, упростит вылов лиганды, нацеленные на мембранные белки "

Source link