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I ricercatori determinano la struttura chiave della proteina che può piombo agli efficaci trattamenti per la schizofrenia

La glicina è il più piccolo amminoacido - una delle particelle elementari delle proteine. Agisce egualmente come neurotrasmettitore nel cervello, permettendo ai neuroni di comunicare a vicenda e modulando l'attività di un neurone.

Molti ricercatori hanno messo a fuoco ai livelli aumentanti della glicina nelle sinapsi per trovare un efficace trattamento per la schizofrenia. Ciò potrebbe essere fatta facendo uso degli inibitori che mirano al trasportatore 1 (GlyT1), una proteina della glicina che si siede in membrane cellulari di un neurone ed è responsabile dell'assorbimento di glicina nei neuroni. Tuttavia, lo sviluppo di tali droghe è stato ostacolato perché la struttura 3D di GlyT1 non è stata conosciuta.

Per determinare la struttura di GlyT1, i ricercatori all'istituto di ricerca danese della neuroscienza di traduzione (DANDRITE), che fa parte dell'associazione del nordico EMBL per medicina molecolare, F. Hoffmann-La Roche, EMBL Amburgo, l'università di Zurigo, l'università di Aarhus e la terapeutica di Linkster hanno unito le forze.

Questo progetto ha richiesto la collaborazione pluridisciplinare e la competenza unica dai laboratori differenti in parecchi anni.„

Azadeh Shahsavar, autore di studio primi e assistente universitario, DANDRITE

Ha realizzato le misure per lo studio durante il suo tempo mentre un postdoc nel programma interdisciplinare di EMBL Postdocs (EIPOD), durante cui ha lavorato a EMBL Amburgo, a DANDRITE e a Roche.

Poul Nissen, Direttore di DANDRITE e un ricercatore senior nello studio, osservazioni: “Siamo immenso riconoscenti affinchè lo schema del EIPOD del EMBL e l'associazione del nordico EMBL ci teniamo sul cingolo per tanto tempo e permettere che noi esploriamo gli approcci molto difficili. Non saremmo riuscito senza e senza persistenza di Azadeh naturalmente!„

Sormontando le sfide nello studio del trasportatore 1 della glicina

GlyT1 è risultato essere particolarmente provocatorio allo studio, perché è instabile una volta estratto dalla membrana cellulare. Per stabilizzarlo, gli scienziati hanno combinato parecchi approcci, come creazione delle varianti più stabili della proteina. Per catturare il trasportatore in uno stato clinicamente pertinente, il gruppo ha usato un prodotto chimico creato da Roche che lega e stabilizza GlyT1 dall'interno ed ha progettato un mini-anticorpo sintetico (sybody) quel lo lega dall'esterno.

Gli scienziati hanno verificato 960 circostanze differenti e sono riuscito ad ottenere i cristalli GlyT1 in uno di loro. “Gli a cristallo erano molto piccoli e difficili all'immagine. Abbiamo scelto di misurarli al beamline P14 di EMBL Amburgo, che è ben adattato per gli esperimenti provocatori come questo,„ diciamo Azadeh.

Il raggio di raggi x a P14 è specialmente forte e messo a fuoco e la sua strumentazione ha funzionalità adattate per lavoro con anche i cristalli micrometro di taglia. Eppure la qualità degli a cristallo era variabile, che hanno fatto sfidare della raccolta di dati. Finalmente, ripagato della perseveranza di Azadeh. “Mi ricordo quando ho veduto per la prima volta la densità di elettrone dell'inibitore. Ero così emozionante, non potrei dormire per due notti,„ dice. “Vivete per quei momenti rewarding.„

La sfida definitiva era l'analisi di dati. Mentre gli a cristallo stavano dando soltanto i reticoli di diffrazione deboli dovuto il loro di piccola dimensione, i forti raggi x hanno distrutto i cristalli in di meno che un secondo. Un monocristallo renderebbe soltanto le informazioni parziali sulla struttura, in modo da Azadeh ha dovuto raccogliere i dati dalle centinaia di cristalli. “Elaborare un tal gran quantità dei dati era grazie possibili all'infrastruttura unica a EMBL Amburgo,„ dice.

La combinazione dei gruppi di dati parziali era complessa per il software attuale, ma il gruppo di Schneider a EMBL Amburgo ha scritto il software specificamente progettato per tali casi. Ha permesso a Azadeh di fondere i gruppi di dati in un'immagine completa di GlyT1 ad una risoluzione di 3,4 Å (1 Å, o ad un ångström, è un dieci-bilionesimo di un metro - circa la dimensione di un atomo tipico). “Realmente ho goduto di di lavorare con la gente con differenti ambiti di provenienza scientifici. Tutti hanno contribuito la loro competenza unica che ha permesso questo studio,„ dicono Azadeh.

Per Thomas Schneider, la testa della giunzione delle infrastrutture della ricerca a EMBL Amburgo, lo studio è un esempio perfetto che evidenzia l'importanza sia di eccellenza scientifica che della disponibilità delle infrastrutture di avanguardia per la ricerca di progressione. “Per i progetti provocatori gradisca questo, siamo felici di mettere la competenza metodologica del nostro personale per lavorare ed utilizzare pienamente le capacità tecnologiche dei nostri beamlines ed impianti di preparato del campione. Il raggio microfocused ad alta intensità prodotto dal sincrotrone di PETRA III sulla città universitaria di DESY ed il diffractometer di alta precisione versatile che è stato sviluppato in una collaborazione fra EMBL Amburgo, EMBL Grenoble e ARINAX erano chiave per questo progetto.„

Azadeh acconsente. “L'eccellenza, l'infrastruttura, hardware ed il software fornito da EMBL è del più di alta qualità e stanno migliorandi costantemente,„ aggiunge.

Cianografia per nuova terapeutica

L'analisi ha rivelato una struttura inattesa di GlyT1. Contrariamente ad altri trasportatori del neurotrasmettitore, che sono limitati dai loro inibitori dal lato esterno della membrana cellulare, GlyT1 è limitato dal suo inibitore dal lato interno. “La struttura era una sorpresa per noi. Sembra che l'inibitore GlyT1 debba primo incrocio che le membrane cellulari prima che possa accedere a GlyT1 dall'interno dei neuroni,„ dice Roger Dawson, un autore senior nello studio.

“Questa struttura fornisce una cianografia per sviluppare i nuovi inibitori di GlyT1, è essi molecole organiche o gli anticorpi,„ spiega Roger. “Lo sybody sviluppato per questo studio lega GlyT1 ad una sede del legame precedentemente sconosciuta ed ai blocchi in uno stato in cui non può trasportare la glicina più. Potremmo usare questa conoscenza per sviluppare le droghe che mirano non solo a GlyT1, ma anche altre proteine di trasporto della membrana in futuro.„

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.