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I ricercatori mettono a punto il nuovo metodo euristico della droga che mira alle proteine della membrana sulle celle in tensione

Un gruppo di ricerca piombo dal Dott. Xiaoyu Li dalla divisione di ricerca per chimica, facoltà di scienza, in collaborazione con il professor Yizhou Li dal banco delle scienze farmaceutiche, dall'università di Chongqing e dal professor Yan cao dal banco della farmacia, università medica in secondo luogo militare a Shanghai ha messo a punto un nuovo metodo euristico della droga che mira alle proteine della membrana sulle celle in tensione.

Le proteine della membrana svolgono i ruoli importanti nella biologia e molti di loro sono obiettivi d'alto valore che stanno perseguendi intensivamente nell'industria farmaceutica. Il metodo messo a punto dal gruppo del Dott. Li fornisce un modo efficace di scoprire i leganti e gli inibitori novelli contro le proteine della membrana, che rimangono in gran parte intrattabili agli approcci tradizionali. L'elaborazione della metodologia e le sue applicazioni ora sono pubblicate in chimica della natura, un giornale prestigioso di chimica dal complesso editoriale della natura (NPG).

Sfondo

Le proteine della membrana sulla superficie delle cellule eseguono una miriade delle funzioni biologiche che sono vitali alla sopravvivenza delle celle e degli organismi. Secondo le aspettative, le numerose malattie umane sono associate con le funzioni aberranti della proteina della membrana. Effettivamente, le proteine della membrana rappresentano più di 60% degli obiettivi di tutte le droghe approvate dalla FDA della piccolo-molecola. La superfamiglia del ricevitore coppia (GPCR) G-proteina da solo, come la più grande classe di ricevitori della cella-superficie, è gli obiettivi di ~34% di tutte le droghe cliniche.

Tuttavia, malgrado il significato, la scoperta della droga contro le proteine della membrana è notoriamente sfidare, pricipalmente dovuto i beni speciali del loro habitat naturale: la membrana cellulare. Inoltre, le proteine della membrana sono egualmente difficili da studiare in un modulo isolato, poichè tendono a perdere la funzionalità cellulare essenziale e possono essere disattivate. Infatti, le proteine della membrana lungamente sono state considerate come tipo di obiettivi “undruggable„ nell'industria farmaceutica.

Negli ultimi anni, la libreria chimica DNA-codificata (DEL) è emerso e si trasformata in in una tecnologia potente della selezione della droga. Per semplificare, possiamo usare una libreria del libro come esempio. In una libreria, ogni libro è indicizzato con un numero di catalogo e nello spazio è codificato con una posizione specifica su uno scaffale per libri. Analogamente, in un DEL, ogni composto chimico è fissato con un tag unico del DNA, che servisce da “la registrazione di numero di catalogo„ le informazioni strutturali del composto. Con la codifica del DNA, tutti i composti delle biblioteche possono essere misti e schermati simultaneamente contro l'obiettivo per scoprire quei che possano modulare le funzioni biologiche dell'obiettivo, per esempio inibenti le proteine che sono aberrante attive nei cancri maligni.

DELs può contenere astonishingly tantissimi composti della prova (miliardi o persino trilioni) e DEL screening può essere condotto appena in alcune ore in un laboratorio di chimica regolare. Oggi, DEL ampiamente è stato adottato da quasi tutta l'industria farmaceutica principale universalmente. Tuttavia, DEL egualmente aveva incontrato le difficoltà significative dentro per interrogare le proteine della membrana sulle celle in tensione.

2 risultati chiave: Tenere la carreggiata ed amplificare

Ci sono due transenne che il gruppo ha sormontato per permettere all'applicazione di DEL sulle celle in tensione. In primo luogo, la superficie delle cellule non è una forma convessa regolare come un pallone; è estremamente complessa con le centinaia di biomolecole differenti con una topologia irregolare; quindi, individuare l'obiettivo desiderato sulla superficie delle cellule è come l'individuazione dell'albero singolo in una foresta tropicale spessa.

Il gruppo ha superato questo “problema di specificità dell'obiettivo„ usando un metodo che precedentemente hanno messo a punto: contrassegno di affinità DNA-programmato (DPAL). Questo metodo utilizza ad un sistema basato a DNA della sonda che può specificamente consegnare un tag del DNA alla proteina desiderata sulle celle in tensione ed il tag del DNA servisce da gavitello dirigere DEL screening obiettivo-specifico. Cioè il gruppo in primo luogo ha installato “un inseguitore„ sull'obiettivo per raggiungere la specificità della selezione.

La seconda sfida è abbondanza dell'obiettivo. Tipicamente, le proteine della membrana esistono in nanomolar a concentrazione micromolar bassa, che è lontana sotto l'alta concentrazione micromolar stata necessaria per catturare la frazione minuscola dei raccoglitori fra miliardi di non raccoglitori in una libreria. Per risolvere questo problema, il gruppo ha impiegato una strategia novella utilizzando le sequenze complementari nel tag del DNA sulla proteina bersaglio e sulla libreria reale, di modo che la libreria può ibridare vicino all'obiettivo, quindi “amplificanti„ l'efficace concentrazione della proteina bersaglio. Cioè “l'inseguitore„ può non solo aiutare la libreria ad individuare l'obiettivo, ma egualmente crea una forza attraente per concentrare la libreria intorno all'obiettivo, non essendo distraendo dalla popolazione dell'non associazione.

Nella pubblicazione, il gruppo riferisce il loro sviluppo dettagliato di metodologia ed egualmente dimostrano la generalità e la prestazione di questo metodo schermando una libreria milione-composta 30,42 contro il ricevitore folico (FR), l'anidrasi carbonica 12 (CA-12) ed il recettore del fattore di crescita dell'epidermide (EGFR) sulle celle in tensione, tutte è obiettivi importanti nella scoperta anticancro della droga. Questo approccio è preveduto largamente ad applicabile a molte proteine della membrana. Per esempio, gli obiettivi classici della droga, quali GPCRs ed i canali ionici, possono essere rivisitati in una regolazione in tensione delle cellule per identificare le nuove opportunità di scoperta della droga sfruttando la potenza di DEL.

Prevediamo all'utilità di questo metodo non siamo limitati per drogare la scoperta, ma anche nella ricerca accademica per esplorare i sistemi biologici stimolanti, quali i complessi della proteina della membrana e le comunicazioni oligomerici della cella-cella.„

Dott. Xiaoyu Li, divisione di ricerca per chimica, facoltà di scienza, università di Hong Kong

il professor Co-corrispondente Yizhou Li dell'autore dall'università di Chongqing ha detto: “Questo metodo ha il potenziale di facilitare la scoperta della droga per le proteine della membrana con la potenza di grande e diversità chimica complessa dalle librerie chimiche DNA-codificate.„ il professor Co-corrispondente Yan cao dell'autore dalla seconda università medica militare a Shanghai ha aggiunto: “Questa tecnologia è un efficace strumento per la caratterizzazione dell'interazione dell'legante-obiettivo; fonderà il nuovo indicatore luminoso sull'elaborazione di alti metodi di vagliatura di capacità di lavorazione e così facilita la pesca dei leganti che mirano alle proteine della membrana.„

Source:
Journal reference:

Huang, Y., et al. (2020) Selection of DNA-encoded chemical libraries against endogenous membrane proteins on live cells. Nature Chemistry. doi.org/10.1038/s41557-020-00605-x.