Cryo-EM mengungkapkan interaksi antara target obat utama

Anonim

Untuk pertama kalinya, para ilmuwan telah memvisualisasikan interaksi antara dua komponen penting dari jaringan komunikasi seluler yang luas, penemuan yang dapat mengarah pada obat yang lebih efektif dengan lebih sedikit efek samping untuk kondisi mulai dari migrain hingga kanker.

Gambar resolusi yang mendekati atom, yang diterbitkan hari ini di Nature , menunjukkan reseptor berikatan G-protein (GPCR) yang disebut rhodopsin yang terikat dengan protein G penghambatan, dan menyediakan cetak biru untuk merancang obat yang lebih tepat dan selektif sementara juga memecahkan masalah lama di bidang.

"Memvisualisasikan kompleks ini menyelesaikan bab yang hilang dalam cerita GPCR dengan akhirnya mengungkapkan bagaimana kedua molekul berinteraksi dalam detail yang sangat indah, " kata H. Eric Xu, Ph.D., seorang profesor di Van Andel Research Institute (VARI) dan salah satu penulis senior studi. "Segala sesuatu dalam biologi didasarkan pada interaksi molekuler sehingga semakin kita tahu tentang bagaimana struktur dari kedua molekul ini bekerja bersama, posisi yang lebih baik adalah mendesain obat yang lebih baik dengan lebih sedikit efek yang tidak diinginkan."

Penemuan hari ini dimungkinkan melalui penggunaan teknik revolusioner yang disebut cryo-electron microscopy (cryo-EM), yang memungkinkan para ilmuwan untuk melihat molekul yang sulit divisualisasi dalam kejelasan yang mengejutkan.

"Penggunaan teknologi cryo-EM untuk memperoleh informasi struktural pada target farmasi penting seperti GPCR di berbagai negara menunjukkan bahwa kita sekarang dalam posisi untuk menerapkan metode ini untuk aplikasi penemuan obat, " kata Sriram Subramaniam, Ph.D., peneliti di National Cancer Institute of National Institutes of Health dan penulis senior studi ini.

Tertanam dalam membran sel, GPCR bertindak sebagai saluran antara sel dan lingkungannya, berinteraksi dengan protein G dan molekul sinyal lainnya yang disebut arrestins untuk menyampaikan pesan penting ke dan dari sel yang mengatur keseluruhan fungsi fisiologis, termasuk pertumbuhan, respon imun dan persepsi indrawi.

Ketika dihubungkan dengan GPCR, protein penghambat G mengatur produksi kurir kimia sekunder yang memiliki efek di seluruh tubuh, dari interaksi dengan reseptor serotonin di otak dan usus, yang membantu mengatur suasana hati dan nafsu makan, untuk berinteraksi dengan reseptor dopamin di otak, yang mengontrol respons hadiah dan gerakan sukarela, di antara banyak lainnya.

Interaksi luas dengan protein G dan arrestin, ditambah dengan aksesibilitasnya di luar sel, menjadikan GPCR sebagai target yang menarik untuk pengembangan terapeutik. Saat ini, lebih dari 30 persen obat di pasar bekerja dengan berinteraksi dengan GPCRs.

"Informasi yang diungkapkan oleh temuan kami akan membantu memfasilitasi desain obat generasi baru, " kata Yanyong Kang, Ph.D., seorang ilmuwan penelitian di Laboratorium Xu dan co-penulis pertama studi ini. "Karena ini adalah kompleks protein G-G penghambatan GPCR pertama yang secara struktural ditentukan, kami percaya metode kami akan membantu mengarah pada karakterisasi GPCR penting lainnya, namun sulit untuk memvisualisasikan."

Gambar 3-D yang dihasilkan oleh tim mengungkapkan heliks khusus di ujung protein G penghambatan yang bertindak sebagai tanda tangan struktural, yang membantu GPCR seperti rhodopsin membedakan antara protein G penghambatan dan jenis lain dari protein G yang dikenal sebagai protein G stimulasi. .

Penemuan hari ini adalah yang terbaru dalam serangkaian pengalaman pertama untuk Xu dan timnya, yang meliputi sebuah studi Nature 2015 landmark yang pertama kali menggambarkan struktur rhodopsin dan arrestin dalam kompleks bersama. Karya ini, yang dipuji sebagai terobosan besar di lapangan, meraih penghargaan Xu Neurath dari The Protein Society dan Hans Neurath Foundation pada tahun 2016.

Dalam studi lanjutan yang dipublikasikan di Cell pada tahun 2017, Xu dan kolaboratornya semakin menyempurnakan struktur awal dari kompleks rhodopsin-arrestin, dan mengungkapkan serangkaian kode fosforilasi yang menentukan perakitan kompleks GPCR-arrestin.

GPCRs sangat sulit untuk divisualisasikan menggunakan metode kristalografi X-ray tradisional; hingga saat ini, hanya 40 dari lebih dari 800 GPCR total yang telah ditentukan strukturnya, termasuk kompleks rhodopsin-arrestin Xu.

Untuk menentukan struktur hari ini, tim ini memanfaatkan mikroskop cryo-elektron Titan Krios bertenaga VARI, yang mampu mencitrakan molekul 1/1000 lebar rambut manusia dan dapat lebih mudah memvisualisasikan molekul seperti GPCR yang tertanam dalam membran sel.. The Institute's Krios, yang merupakan bagian dari Mikroskopi Mikroskopi Mikroskop David Van Andel Lanjutan, adalah salah satu dari kurang dari 120 mikroskop seperti itu di dunia.

Subramaniam dan timnya telah memelopori penggunaan cryo-EM untuk menentukan beberapa struktur resolusi tertinggi yang dilaporkan sejauh ini menggunakan cryo-EM, termasuk beberapa kompleks ligan-protein yang relevan secara klinis.

menu
menu