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Les chercheurs déterminent la structure des protéines principale qui peut mener aux traitements efficaces pour la schizophrénie

La glycine est le plus petit acide aminé - un des synthons de protéines. Elle agit également comme une neurotransmetteur dans le cerveau, permettant à des neurones de communiquer les uns avec les autres et modulant l'activité neuronale.

Beaucoup de chercheurs se sont concentrés sur les niveaux croissants de glycine dans les synapses pour trouver un traitement efficace pour la schizophrénie. Ceci pourrait être fait utilisant des inhibiteurs visant le tambour de chalut 1 (GlyT1), une protéine de glycine qui se repose dans des membranes cellulaires neuronales et est responsable de la prise de la glycine dans des neurones. Cependant, le développement de tels médicaments a été entravé parce que la structure 3D de GlyT1 n'a pas été connue.

Pour déterminer la structure de GlyT1, les chercheurs à l'institut de recherches danois de la neurologie de translation (DANDRITE), qui fait partie du partenariat du nordic EMBL pour le médicament moléculaire, F. Hoffmann-La Roche, EMBL Hambourg, l'université de Zurich, l'université d'Aarhus, et la thérapeutique de Linkster ont joint des forces.

Ce projet a exigé la collaboration multidisciplinaire et les seules compétences de différents laboratoires sur plusieurs années. »

Azadeh Shahsavar, auteur d'étude premiers et professeur adjoint, DANDRITE

Il a exécuté les mesures pour l'étude pendant son temps pendant qu'un postdoc dans le programme interdisciplinaire d'EMBL Postdocs (EIPOD), pendant lequel il a travaillé chez EMBL Hambourg, DANDRITE et Roche.

Poul Nissen, directeur de DANDRITE et un chercheur senior dans l'étude, commente : « Nous sommes immensément reconnaissants pour que le plan de l'EIPOD de l'EMBL et le partenariat du nordic EMBL nous maintienne sur la piste très longtemps et pour nous permet d'explorer des approches très difficiles. Nous n'aurions pas réussi sans elle, et sans persistance d'Azadeh naturellement ! »

Surmontant des défis en étudiant le tambour de chalut 1 de glycine

GlyT1 s'est avéré être particulièrement provocant à l'étude, parce qu'il est instable une fois extrait de la membrane cellulaire. Pour le stabiliser, les scientifiques ont combiné plusieurs approches, telles que produire des variantes plus stables de la protéine. Pour recueillir le tambour de chalut dans une condition cliniquement appropriée, l'équipe avait l'habitude un produit chimique produit par Roche qui grippe et stabilise GlyT1 de l'intérieur, et a conçu un mini-anticorps synthétique (sybody) ce le grippe de l'extérieur.

Les scientifiques ont vérifié 960 conditions différentes et les sont parvenues à obtenir les cristaux GlyT1 dans l'un d'entre eux. « Les cristaux étaient très petits et difficiles à l'image. Nous avons choisi de les mesurer au beamline P14 d'EMBL Hambourg, qui est bien adapté pour des expériences provocantes comme celle-ci, » dit Azadeh.

Le faisceau de rayons X à P14 est en particulier intense et orienté, et son matériel a des caractéristiques réglées pour le travail avec même les cristaux de taille d'un micromètre. Pourtant la qualité des cristaux était variable, qui ont effectué la remise en question de collecte des informations. Éventuellement, la persévérance d'Azadeh épongée. « Je rappelle quand j'ai vu la densité d'électrons de l'inhibiteur pour la première fois. J'ai été ainsi excité, je ne pourrais pas dormir pendant deux nuits, » il dit. « Vous vivez pour ces instants rewarding. »

Le défi final était l'analyse de caractéristiques. Tandis que les cristaux donnaient seulement de faibles diagrammes diffraction dus à leur petite taille, les rayons X intenses ont détruit les cristaux en moins d'une seconde. Un monocristal fournirait seulement des informations partielles sur la structure, ainsi Azadeh a dû rassembler des caractéristiques des centaines de cristaux. Le « traitement de telles une énorme quantité de caractéristiques était grâce possible à la seule infrastructure à EMBL Hambourg, » il dit.

La combinaison des ensembles de données partiels était complexe pour le logiciel existant, mais le groupe de Schneider à EMBL Hambourg a écrit le logiciel particulièrement conçu pour de tels cas. Il a permis à Azadeh de fusionner des ensembles de données dans une image entière de GlyT1 à la définition de 3,4 Å (1 Å, ou au ångström, est un dix-milliardième d'un mètre - au sujet de la taille d'un atome typique). « J'ai réellement eu plaisir à travailler avec des gens avec différents milieux scientifiques. Tout le monde a contribué leurs seules compétences qui ont rendu cette étude possible, » dit Azadeh.

Pour Thomas Schneider, la tête commune des infrastructures de recherches à EMBL Hambourg, l'étude est un parfait exemple mettant en valeur l'importance de l'excellence scientifique et de la disponibilité des infrastructures tranchantes pour la recherche de progrès. « Pour des projets provocants aimez ceci, nous sommes heureux de mettre les compétences méthodologiques de notre personnel pour fonctionner et utiliser pleinement les capacités techniques de nos beamlines et installations de préparation des échantillons. Le faisceau microfocused à haute intensité produit par le synchrotron de PETRA III sur le campus de DESY et le diffractometer à haute précision polyvalent qui a été développé en collaboration entre EMBL Hambourg, EMBL Grenoble, et ARINAX étaient principaux pour ce projet. »

Azadeh convient. « L'excellence, infrastructure, visserie, et le logiciel fourni par EMBL sont du plus de haute qualité, et ils continuellement sont améliorés, » il ajoute.

Modèle pour la thérapeutique neuve

L'analyse a indiqué une structure inattendue de GlyT1. Contrairement à d'autres tambours de chalut de neurotransmetteur, qui sont liés par leurs inhibiteurs du côté extérieur de la membrane cellulaire, GlyT1 est lié par son inhibiteur du côté intérieur. « La structure était une surprise pour nous. Il semble que l'inhibiteur GlyT1 doit la première croix que les membranes cellulaires avant qu'elle puisse atteindre GlyT1 de l'intérieur des neurones, » indique Roger Dawson, un auteur supérieur dans l'étude.

« Cette structure fournit un modèle pour développer les inhibiteurs neufs de GlyT1, soit eux les molécules organiques ou les anticorps, » explique Roger. « Le sybody développé pour cette étude grippe GlyT1 à un accepteur précédemment inconnu et aux blocages il dans une condition dans laquelle il ne peut transporter la glycine plus. Nous pourrions employer cette connaissance pour développer des médicaments visant non seulement GlyT1, mais également d'autres protéines de transport de membrane à l'avenir. »

Source:
Journal reference:

Shahsavar, A., et al. (2021) Structural insights into the inhibition of glycine reuptake. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03274-z.