Chimiștii dezvoltă o nouă strategie de descoperire a medicamentelor pentru țintele „incontestabile”

Ilustrație grafică a lucrării: marcarea ADN cu afinitate programată (DPAL) permite screeningul direct al bibliotecilor chimice codificate de ADN (DELs) împotriva țintelor proteice de membrană din celulele vii pentru a crea noi posibilități de descoperire a medicamentelor. Credit: Universitatea din Hong Kong

O echipă de cercetare condusă de Dr. Xiaoyu LI de la Divizia de Cercetare Chimică, Facultatea de Științe, în colaborare cu profesorul Yizhou LI de la Școala de Științe Farmaceutice, Universitatea Chongqing și profesorul Yan CAO de la Școala de Farmacie, Universitatea a doua medicală militară din Shanghai a dezvoltat o nouă metodă detectarea medicamentelor care vizează proteinele membranei din celulele vii.

Proteinele de membrană joacă roluri importante în biologie, iar multe dintre ele sunt ținte de mare valoare, care sunt urmărite intens în industria farmaceutică. Metoda dezvoltată de echipa Dr. Li oferă o modalitate eficientă de a detecta noi liganzi și inhibitori împotriva proteinelor de membrană, care rămân în mare parte ireversibili pentru abordările tradiționale. Dezvoltarea metodologiei și a aplicațiilor sale sunt acum publicate în Chimia naturală, o prestigioasă revistă de chimie a Nature Publishing Group (NPG).

Eticheta ADN a membranei celulare

Reprezentarea artistică a operei: membrana celulară este ca un ocean vast, complex și imprevizibil. Proteinele de membrană sunt roci și insule din ocean. Etichetarea proteinei membrana țintă cu o etichetă ADN este ca și cum ai avea un far în proteina țintă pentru a direcționa screeningul specific al bibliotecilor chimice codificate pentru ADN pentru detectarea medicamentelor. Credit: Universitatea din Hong Kong

fundal

Proteinele de membrană de pe suprafața celulei îndeplinesc o serie de funcții biologice care sunt vitale pentru supraviețuirea celulelor și a organismelor. Nu este surprinzător faptul că numeroase boli umane sunt asociate cu funcții de proteine ​​membranare dezordonate. Într-adevăr, proteinele de membrană ocupă peste 60% din obiectivele tuturor medicamentelor cu molecule mici aprobate de FDA. Doar superfamilia receptorilor cuplați cu proteina G (GPCR), ca cea mai mare clasă de receptori de suprafață celulară, sunt țintele a ~ 34% din toate medicamentele clinice. Cu toate acestea, în ciuda importanței, descoperirea medicamentelor împotriva proteinelor de membrană este extrem de provocatoare, în principal datorită proprietăților speciale ale habitatului lor natural: membrana celulară. Mai mult, proteinele de membrană sunt, de asemenea, dificil de studiat într-o formă izolată, deoarece tind să-și piardă caracteristica celulară esențială și pot fi inactivate. De fapt, proteinele de membrană au fost considerate mult timp un fel de țintă „neinvazivă” în industria farmaceutică.

În ultimii ani, ADNbiblioteca chimică codificată (DEL) a apărut și a devenit o tehnologie puternică de analiză a medicamentelor. Pentru a simplifica, putem folosi ca exemplu o bibliotecă de cărți. Într-o bibliotecă, fiecare carte este indexată printr-un număr de catalog și codificată spațial cu o locație specifică pe un raft. În mod similar, într-un DEL, fiecare compus chimic este atașat la o etichetă ADN unică, care servește ca „număr de catalog” care înregistrează informațiile structurale ale compusului. Cu codificarea ADN, toate compozițiile bibliotecii pot fi amestecate și verificate simultan cu ținta pentru a detecta cele care pot modula funcțiile biologice ale țintei, de ex. inhibarea proteinelor care sunt active în activități canceroase maligne. DEL-urile pot conține un număr extrem de mare de componente de testare (miliarde sau chiar trilioane), iar screening-ul DEL poate fi efectuat în doar câteva ore într-un laborator obișnuit de chimie. Astăzi, DEL este susținută pe scară largă de aproape toate industriile farmaceutice importante din întreaga lume. Cu toate acestea, DEL a întâmpinat, de asemenea, dificultăți considerabile în chestionarea proteinelor de membrană din celulele vii.

2 Constatări cheie: urmărire și creștere

Există două obstacole pe care echipa le-a depășit pentru a permite aplicarea DEL pe celulele vii. În primul rând, suprafața celulei nu are o formă convexă netedă ca un balon; este extrem de complex, cu sute de biomolecule diferite, cu o topologie ruptă; astfel, găsirea țintei dorite pe suprafața celulei este ca și cum ai găsi un singur copac într-o pădure tropicală groasă. Echipa a depășit această problemă de „specificitate țintă” folosind o metodă pe care au dezvoltat-o ​​mai devreme: etichetarea afinității programate de ADN (ADN). Această metodă utilizează un sistem de investigație bazat pe ADN care poate da în mod specific o etichetă ADN proteinei dorite în celulele vii, iar marcarea ADN servește ca un far pentru a ghida afișarea specifică a DEL țintă. Cu alte cuvinte, echipa a instalat mai întâi un „tracker” pe semn pentru a atinge specificitatea recenziei.

A doua provocare este abundența dorită. De obicei, proteinele de membrană există în concentrații micromolare nanomolare până la scăzute, care este cu mult sub concentrația micromolară ridicată necesară pentru a capta fracția mică de liganzi dintre miliardele de non-liganzi dintr-o bibliotecă. Pentru a rezolva această problemă, echipa a folosit o nouă strategie folosind secvențe complementare în eticheta ADN de pe proteina țintă și biblioteca actuală, astfel încât biblioteca să poată hibridiza aproape de țintă, „crescând” concentrația efectivă de proteine ​​a vizat. Cu alte cuvinte, „trackerul” nu numai că poate ajuta biblioteca să localizeze ținta, ci și să creeze o forță atractivă pentru a focaliza biblioteca în jurul țintei, fără a fi distras de populația care nu este obligatorie.

În publicație, echipa raportează dezvoltarea detaliată a metodologiei și demonstrează, de asemenea, generalitatea și performanța acestei metode verificând o bibliotecă de 30,42 milioane de componente împotriva receptorilor de folat (FR), anhidrază carbonică 12 (CA-12) și receptorul factorului de creștere epidermic (EGFR) în celulele vii, sunt toate ținte importante în descoperirea medicamentelor împotriva cancerului. Se așteaptă ca această abordare să fie aplicată pe scară largă pe multe proteine ​​de membrană. De exemplu, țintele clasice de medicamente, cum ar fi GPCR-urile și canalele ionice, pot fi revizuite într-un mediu de celule vii pentru a identifica noi oportunități de descoperire a medicamentelor folosind puterea DEL.

„Ne așteptăm ca utilitatea acestei metode să nu se limiteze la descoperirea medicamentelor, ci și la cercetarea academică pentru explorarea sistemelor biologice provocatoare, cum ar fi complexele de proteine ​​de membrană oligomerice și comunicațiile celulă-celulă”, a spus Dr. Xiaoyu Li.

Co-corespondentul profesorului Yizhou Li de la Universitatea Chongqing a declarat: „Această metodă are potențialul de a facilita descoperirea medicamentelor pentru proteinele de membrană cu puterea varietății chimice mari și complexe din bibliotecile chimice codificate cu ADN”. Co-corespondentul profesor Yan Cao de la a doua universitate medicală militară din Shanghai a adăugat: „Această tehnologie este un instrument eficient pentru caracterizarea interacțiunii ligand-țintă; va arunca o nouă lumină asupra dezvoltării metodelor de screening cu randament ridicat și facilitând astfel pescuitul liganzilor care vizează proteinele de membrană. “

Referință: „Selectarea bibliotecilor chimice codificate cu ADN împotriva proteinelor endogene de membrană din celulele vii” de către Yiran Huang, Ling Meng, Qigui Nie, Yu Zhou, Langdong Chen, Shilian Yang, Yi Man Eva Fung, Xiaomeng Li, Cen Huang , Yan Cao, Yizhou Li și Xiaoyu Li, 21 decembrie 2020, Chimia naturală.
DOI: 10.1038 / s41557-020-00605-x

Despre echipa de cercetare
Cercetarea a fost realizată de o echipă condusă de Dr. Xiaoyu Li de la divizia de cercetare chimie. Coleg postdoctoral Dr. Yiran Huang din grupul Dr. Li este primul autor. Profesorul Yizhou Li de la Școala de Științe Farmaceutice, Universitatea Chongqing și profesorul Yan Cao de la Școala de Farmacie, a doua Universitate Medicală Militară din Shanghai sunt autorii corespondenței. Alți oameni de știință HKU din Divizia de Cercetări Chimice care contribuie la cercetare includ Miss Ling MENG, doctorand; Dr. Yu ZHOU, coleg postdoctoral; Dr. Yi Man Eva FUNG, cercetător; Dr. Xiaomeng LI, coleg postdoctoral; și domnul Cen HUANG, doctorand.

Această lucrare a fost susținută de Consiliul de Granturi pentru Cercetare din Hong Kong, Laboratorul de Chimie Sintetică și Biologie Chimică din [email protected] al Comisiei pentru inovare și tehnologie din Hong Kong, Fundația Națională pentru Științe Naturale din China și principalul laborator de stat de chimie sintetică de la Universitatea din Hong Kong. Mulțumim Centrului pentru Genomică al Centrului de Științe PanorOmic (CPOS) de la HKU pentru susținerea analizei.

Despre Dr. Xiaoyu Li
Dr. Xiaoyu Li este profesor asociat la Divizia de Cercetare a Chimiei de la Universitatea din Hong Kong. Interesele sale de cercetare se află în domeniile biologiei chimice, concentrându-se pe dezvoltarea de noi metode și facilitând instrumente atât pentru cercetarea de bază, cât și pentru descoperirea drogurilor. Activitățile sale de cercetare s-au concentrat pe trei domenii: biblioteca chimică codificată de ADN (DEL) și aplicațiile sale, etichetarea și profilarea proteinelor, precum și identificarea și studiul țintit al mecanismului compușilor bioactivi.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.