Новое исследование раскрыло структуру белкового рецептора, называемого рецептором CysLT1, который вовлечен в ряд аллергических и сердечно-сосудистых заболеваний, а также некоторых типов рака. Опубликованная в Science Advances статья показывает, как исследователи использовали методы структурной биологии для достижения этой цели.

Рецептор цистеиниллейкотриенового типа 1 (CysLT1) является частью рецептора, связанного с G-белком, или GPCR, которые находятся как неотъемлемые части клеточной мембраны. После активации воспалительными молекулами, называемыми лейкотриенами, они передают информацию извне клетки внутрь, будь то в виде легких фотонов, молекул жира или небольших белков или последовательностей ДНК. Результатом обычно является инициирование каскада клеточных событий, которые могут привести к делению клеток, миграции или гибели клеток. Этот сигнальный путь является фундаментальным для клеточного метаболизма.

По этой причине, GPCR были нацелены на 40% всех лекарств, используемых сегодня. Тем не менее, структура этих жизненно важных клеточных компонентов была неизвестна из-за сложности и сложности этого исследования – до тех пор, пока структурные биологи в Центре молекулярных механизмов старения и связанных с возрастом болезней МФТИ не рассмотрели его вместе со своими коллегами из других стран. как Франция, Германия, США и Канада. Когда механизм действия этих рецепторов известен, могут быть разработаны новые лекарственные средства, которые могут избирательно воздействовать на эти лекарственные средства, с меньшим воздействием не по назначению и, следовательно, с более низкой токсичностью.

Что такое структурная биология?

Область структурной биологии пересекает границу, объединяя физику и биологию. Выясняет структуру макромолекул в живых организмах. Он включает использование генной инженерии для производства синтетических белков, их очистки и, наконец, их кристаллизации. Чистый кристалл белка затем рассматривается на основе фундаментальных физических принципов. Сначала это рентгеновские лучи с мощными лучами, чтобы получить дифракционную картину, где лучи огибают различные атомы и группы в молекуле белка, чтобы дать характерные картины. Затем они обрабатываются с помощью мощных и точных математических моделей, что приводит к мелкому плану трехмерной структуры белка на атомном уровне. Модель обычно точна до уровня ангстрема.

Рентгеновские лучи, используемые в структурной биологии, поступают из двух источников, синхротонов и лазеров на свободных электронах. В то время как синхротоны существуют с 1970-х годов, лазеры на свободных электронах появились совсем недавно, они появились менее десяти лет назад. Оба работают по одному и тому же принципу, передавая электронам энергию, чтобы ускорить их почти до скорости света. Следующим шагом является перенаправление хода движения электронов. В синхротроне путь почти круговой, в то время как с лазером на свободных электронах они стреляют через проход, образованный двойной линией магнитов, чередующихся в противоположных направлениях – ондулятором. Это вызывает испускание рентгеновских лучей. Однако энергия рентгеновского излучения, излучаемого лазером на свободных электронах, намного мощнее, что позволяет дифракции анализировать крошечные кристаллы диаметром всего лишь микрон. Его изобретение уже привело к открытию нескольких сотен белковых структур.

Рецептор CystLT1

В настоящем исследовании рассматривался GPCR, называемый рецептором CystTL1, который часто является участником воспаления и аллергии. Поэтому он также участвует в производстве симптомов астмы. Астмой страдает около 10% населения во всем мире.

Чтобы получить структуру этого рецептора, исследователи исследовали его связывание с двумя молекулами, называемыми зафирлукаст и пранлукаст. Они используются для лечения пациентов с аллергической астмой, аллергическим ринитом и крапивницей. Хотя известно, что они расширяют дыхательные пути легких и борются с воспалением, они не всегда эффективны против астмы. Кроме того, они часто вызывают желудочно-кишечные и психиатрические симптомы в качестве побочных эффектов. Кристаллы пранлукаста были выращены примерно до 0,3 мм, тогда как кристаллы зафирлукаста имели диаметр всего несколько микрон.

Исследования на кристаллах пранлукаста и зафирлукаста, которые имели диаметр около 0,3 мм и несколько микрон соответственно, проводились в нескольких международных центрах. Исследователи обнаружили трехмерную структуру комплексов, простирающуюся по всей толщине мембраны. Они обнаружили новую дисульфидную связь в структуре CysLT1-pranlukast, которая соединяет две длинные трансмембранные спирали. Специфические особенности наблюдались в форме функциональных мотивов или микровыключателей, которые изменяют степень его реакции на лейкотриены. Они также смогли идентифицировать лигандсвязывающие карманы в обоих комплексах, что однозначно отличается от всех ранее наблюдаемых молекул GPCR. Они обнаружили различные точки взаимодействия между каждой из двух молекул лекарственного средства с рецептором. Исследователь Александра Лугинина ласково говорит о своей работе: «Это уникальные структуры, и мы их очень полюбили».

Последствия

Структура и механизм рецепторов изменяют понимание того, как функционируют GPCR. Кроме того, знание того, как эти лекарственные средства связываются с рецептором, помогает разрабатывать более селективные лекарственные средства для лечения астмы, что позволяет избежать побочных эффектов при оптимизации эффективности. Все эти открытия помогли понять, как лиганды связываются с молекулами рецепторов на основе жира, а также показать, как рецепторы могут адаптироваться, чтобы связывать двух антагонистов с различной химической структурой.

Показывая возможный механизм активации рецептора, он также предлагает способ разработки более эффективных лекарств, предназначенных для соответствия известной структуре, а также инструменты, помогающие обнаружить молекулы-кандидаты. Исследователи могут по праву порадоваться, что они заняли свое место среди очень немногих лабораторий, которым удалось раскрыть трехмерную структуру одного из этих рецепторов.