La scoperta della struttura della proteina chiave può contribuire a migliorare la progettazione della droga

Gli scienziati al The Scripps Research Institute (TSRI) hanno scrutato in profondità nel cuore di una proteina chiave utilizzata nella progettazione della droga e nelle funzionalità strutturali dinamiche scoperte che possono piombo ai nuovi modi mirare alle malattie. La proteina, chiamata il ricevitore dell'adenosina di A2A (A2aAR), è un membro della famiglia G-proteina-accoppiata (GPCR) del ricevitore, che sono gli obiettivi di approssimativamente 40 per cento di tutti i prodotti farmaceutici approvati.

La nuova, immagine più dettagliata del meccanismo di segnalazione di A2aAR rivela le parti fondamentali di sui funzionamenti interni, compreso un amminoacido che agisce come “un interruttore basculante„ per gestire la segnalazione attraverso la membrana cellulare.

“Questa conoscenza di base è potenzialmente utile per il miglioramento della progettazione della droga,„ dice il premio Nobel Kurt Wthrich, il PhD, il Cecil H. e l'IDA M. Green professore di biologia strutturale a TSRI ed autore senior dello studio.

I risultati sono stati pubblicati oggi nella cella del giornale.

La tecnica di rappresentazione rivela come la proteina deforma

Tutte le cellule umane contengono A2aAR e l'altro GPCRs incassati in loro membrana di plasma. Più di 800 GPCRs sono stati scoperti nel corpo umano e ciascuno ha un ruolo nella regolamentazione della funzione corporea. Per esempio, A2aAR regolamenta il flusso sanguigno e l'infiammazione e media gli effetti di caffeina. A2aAR è egualmente un obiettivo convalidato per il trattamento della malattia del Parkinson e un obiettivo relativamente nuovo per l'ottimizzazione dei cancri.

“GPCRs fa appena circa tutto che possiate immaginare,„ dice Wthrich. “Ma a lungo, la progettazione della droga stava facenda senza sapere GPCRs ha guardato.„

Per il nuovo studio, i ricercatori miranti per capire meglio la relazione fra la funzione di A2aAR ed i cambiamenti dinamici in sua struttura per contribuire ad informare progettazione della droga.

La ricerca sviluppata sugli studi precedenti dove gli scienziati hanno usato una tecnica di rappresentazione chiamata cristallografia a raggi x per determinare la struttura tridimensionale di A2aAR. Le immagini hanno indicato che A2aAR assomiglia ad una catena che incrocia la membrana cellulare ed ha un'apertura sul rivestimento laterale dalla cella. La regione della struttura di GPCR che attacca dalla membrana interagisce con le droghe ed altre molecole per segnalare per partner le proteine dentro la cella.

Sebbene i sistemi cristallini forniscano un profilo chiave della forma del ricevitore negli stati inattivi e del tipo di attivo, non potrebbero mostrare il moto ed i cambiamenti in struttura quando A2aAR incontra i nuovi partner obbligatori, quali i candidati farmaceutici. In breve, i ricercatori nel nuovo studio stato necessario per studiarlo perché A2aAR funziona il modo fa.

Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata la spettroscopia a risonanza magnetica (NMR) nucleare, che crea i forti campi magnetici per individuare le posizioni delle sonde in un campione. Wthrich è una guida di fama mondiale nel campo RMN ed ha estratto il premio Nobel in chimica nel 2002 per l'esplorazione del lavoro in RMN per studiare le strutture delle molecole biologiche. Con RMN, gli scienziati possono determinare le strutture delle proteine e studiare i loro beni dinamici in soluzione alle temperature fisiologiche--il modo esistono nel corpo umano.

Nel lavoro condutto dal gorgo del Matthew di TSRI, il PhD, primo autore di nuovo studio, i ricercatori ha usato RMN per osservare A2aAR in molte conformazioni differenti, fare luce su come deforma sulla superficie delle cellule umane in risposta ai trattamenti della droga.

D'importanza, RMN lasci il gruppo prevedere i cambiamenti nell'architettura interna di A2aAR. Ciò li ha catturati oltre gli studi RMN della soluzione precedente, che hanno messo a fuoco sull'osservazione tecnicamente meno esigente delle sonde di RMN-osservabile fissate alle parti flessibili di GPCRs, principalmente posizionate nei pressi della superficie del ricevitore. L'approccio nel nuovo studio ha permesso ai ricercatori di seguire gli effetti dell'associazione della droga alla superficie extracellulare sui cambiamenti in struttura della proteina ed alla dinamica alla superficie intracellulare--la base strutturale del trasferimento del segnale--attraverso il cuore del GPCR.

Era come i ricercatori aveva veduto un'automobile e con RMN, potrebbero definitivo ispezionare il suo motore.

Ripensando come progettiamo le droghe

Due dettagli in struttura di A2aAR hanno dato a ricercatori la comprensione in come le droghe future potrebbero manipolare il ricevitore. Una individuazione chiave era quella che sostituisce un amminoacido particolare nel centro del ricevitore ha distrutto la capacità del ricevitore di inviare i segnali nella cella.

“Con questa individuazione, possiamo dire “Un-ha! È questo cambiamento in struttura che uccide l'attività di segnalazione. “Forse possiamo fare un cambiamento in una droga per sormontare questo limite,„ dice Wthrich.

I ricercatori egualmente hanno rivelato l'attività “di un interruttore basculante„ in A2aAR. Gli studi precedenti hanno suggerito che uno degli amminoacidi del triptofano in A2aAR lanciasse su e giù di concerto con attività di A2aAR. Con RMN, gli scienziati direttamente hanno osservato che questo triptofano unico come ha cambiato gli orientamenti in risposta alle droghe differenti. I chimici potrebbero potenzialmente modificare le droghe per manipolare questa opzione e per gestire la segnalazione di A2aAR.

I ricercatori sottolineano che questo nuovo studio è potenzialmente pertinente per gran parte della famiglia numerosa di GPCRs. Infatti, i dettagli strutturali da questo studio potrebbero applicarsi a più di 600" classe A„ GPCRs nei nostri organismi.