استراتژی جدید برای شناسایی مولکول های کوچک، مسیر امیدوارکننده ای را برای کشف داروهای هدفمند ارائه می دهد

دانشمندان Scripps Research استراتژی جدیدی برای شناسایی مولکول‌های کوچکی که می‌توانند عملکرد پروتئین‌ها را تغییر دهند، ایجاد کرده‌اند و مسیر امیدوارکننده‌ای را برای کشف داروهای هدفمند ارائه می‌دهند. این گروه با همکاری دانشمندان سایر مؤسسات، از رویکرد جدید خود برای یافتن مولکول‌های کوچکی استفاده کردند که می‌توانند فعالیت پروتئین‌های دخیل در سرطان را تغییر دهند.

این تحقیق، منتشر شده در سلول مولکولی در 20 آوریل، روش‌های قبلی را بهبود می‌بخشد که می‌توانست مولکول‌های کوچک به طور انتخابی به پروتئین‌ها متصل شوند، اما نه اینکه آیا آنها بر فعالیت‌های بیولوژیکی پروتئین‌ها تأثیر می‌گذارند یا خیر. روش جدید حول محور استفاده از دو نسخه آینه ای از یک مولکول کوچک و مقایسه نحوه تغییر اندازه کمپلکس های پروتئینی در سلول ها است.

توانایی مولکول های کوچک برای اتصال اختصاصی به پروتئین و ایجاد یک پیامد بیولوژیکی، اساس اساسی اکثر داروها امروزه است. با این روش، ما در حال گسترش توانایی خود برای کشف این مولکول‌های کوچک هستیم که نه تنها پروتئین‌ها را متصل می‌کنند، بلکه اثرات عملکردی نیز دارند.”

بنجامین کراوات، دکترا، نویسنده ارشد، کرسی زیست شناسی شیمیایی گیلولا در تحقیقات اسکریپس

در سال‌های اخیر، آزمایشگاه کراوات مجموعه‌ای از مواد شیمیایی کوچک را طراحی کرده است که می‌توانند به‌طور برگشت‌ناپذیری به بخش‌های خاصی از پروتئین‌ها متصل شوند. با این حال، غربالگری این کتابخانه‌های شیمیایی برای کشف تأثیر احتمالی آن‌ها بر عملکرد پروتئین، عموماً فرآیندی کند و خسته‌کننده بود. از آنجایی که تک تک پروتئین‌ها نقش‌های متفاوتی در زیست‌شناسی سلولی دارند، محققان اغلب مجبورند برای هر پروتئین مورد نظر، صفحه نمایش‌های کاربردی تخصصی ایجاد کنند. به عنوان مثال، یک صفحه نمایش ممکن است تعیین کند که آیا مواد شیمیایی بر رشد سلول تأثیر می گذارد یا خیر، در حالی که دیگری ممکن است تعیین کند که آیا مواد شیمیایی سطوح یک مولکول متفاوت را تغییر داده اند یا خیر.

جارت رمزبرگ، نویسنده اول، دکترا، که این کار را به عنوان محقق پسادکتری انجمن سرطان آمریکا انجام داد، می‌گوید: «فقط به این دلیل که یک مولکول کوچک پروتئین را از نظر فیزیکی درگیر می‌کند، به این معنی نیست که عملکرد پروتئین را در سلول تغییر می‌دهد. آزمایشگاه کراوات در تحقیقات اسکریپس. مایکل لازر، دانشجوی پیشین فارغ التحصیل، دکترا و دکتر مارتین یاگر، دانشجوی فوق دکترا نیز اولین نویسندگان مقاله بودند.

در کار جدید، گروه کراوات از ترکیب پروتئین ها به کمپلکس ها به عنوان نماینده ای برای عملکرد آنها استفاده کردند. پروتئین ها اغلب با اتصال به پروتئین های دیگر کار می کنند – اگر این اتصال اتفاق نیفتد یا اگر القا شود که اتفاق بیفتد، نشان می دهد که عملکرد پروتئین ممکن است تغییر کرده باشد.

تیم تحقیقاتی جفت مولکول‌های «تصویر آینه‌ای» به نام استریوایزومرها را طراحی کردند که هر کدام می‌توانستند به‌طور برگشت‌ناپذیری به پروتئین‌ها متصل شوند، همانطور که کتابخانه‌های شیمیایی قبلی‌شان کار می‌کردند. جفت استریو ایزومرها به آنها این امکان را می دهد که مطمئن شوند که تأثیر هر مولکول کوچک به دلیل ساختار منحصر به فرد آن است (اگر فقط یک نسخه از یک مولکول عملکرد پروتئین ها را تغییر دهد، احتمالاً یک برهمکنش خاص و مستقیم است). هنگامی که سلول‌ها را در معرض جفت‌های استریو ایزومر قرار دادند، با استفاده از تکنیکی به نام کروماتوگرافی حذف اندازه که در آن پروتئین‌ها از طریق دانه‌هایی با منافذ با اندازه‌های مختلف الک می‌شوند، آزمایش کردند که آیا پروتئین مورد علاقه در یک مجموعه اندازه متفاوت است یا خیر.

برای نشان دادن سودمندی این رویکرد، محققان مجموعه ای از مولکول های کوچک را از نظر توانایی آنها در تغییر اندازه مجتمع های پروتئینی در سلول های سرطانی پروستات غربال کردند. آنها مولکولی به نام MY-1B را مشخص کردند که به طور انتخابی مجموعه ای از پروتئین های معروف به PA28 را که قبلاً نقشی در تجزیه پروتئین ها در سرطان دارد، مختل می کند. کار بیشتر در سلول‌های لوسمی تأیید کرد که با اتصال خاص به پروتئین PMSE1، MY-1B یا یک ترکیب مرتبط (اما نه تصاویر آینه‌ای آن‌ها) می‌تواند به طور موثری کمپلکس PA28 را غیرفعال کند.

کراوات و همکارانش همچنین مشاهده کردند که یک ماده شیمیایی متفاوت، EV-96، اندازه یک مجتمع پروتئینی را تغییر می‌دهد که در پیوند رشته‌های RNA درون سلول‌ها نقش دارد. این تیم کشف کردند که EV-96 رشد سلول‌های سرطانی را کند می‌کند و SF3B1 را به‌عنوان پروتئینی که ماده شیمیایی به آن متصل می‌شود، مشخص کردند.

در هر دو مورد، مواد شیمیایی جدید نشان دهنده اولین باری است که دانشمندان توانسته اند مجتمع های پروتئینی را هدف قرار دهند. PA28 و به اصطلاح spliceosome-; با مواد شیمیایی مصنوعی کوچک و ساده.

رامسبرگ می گوید: «این بدان معناست که محققان ابزارهای شیمیایی جدیدی در زرادخانه خود دارند که قبلاً نداشتند. “این فرصتی برای درک بهتر این پروتئین ها و همچنین بررسی فرصت های درمانی بالقوه است.”

این تیم امیدوار است که رویکرد آنها بتواند برای استفاده از بازخوانی های کاربردی دیگر به جز اندازه های پیچیده گسترش یابد و آنها قصد دارند از آن برای مطالعه انواع مختلف سلول در آینده استفاده کنند.

کراوات می‌گوید: «ایده بلندمدت این است که ما می‌توانیم از این رویکرد برای کشف ترکیبات شیمیایی استفاده کنیم که بر هر بازخوانی تأثیر می‌گذارند.» “مطمئناً بازخوانی های دیگری وجود دارد که امیدواریم بتوانیم در آینده به آنها نگاه کنیم.”