Нові мішені для лікарських препаратів для рецепторів клітинних мембран
Рецептори, що знаходяться на поверхні наших клітин, можуть бути використані для викликання фізіологічних ефектів і, отже, бути мішенню для молекул з терапевтичним ефектом.
В останні десятиліття зміни у нашому способі життя (шкідлива їжа, осідання, урбанізація, забруднення тощо) у поєднанні зі старінням населення прискорили розвиток таких захворювань, як рак, ожиріння, діабет. Однак досягнення науки і техніки дозволяють дослідникам та фармацевтичним компаніям розробляти нові терапевтичні молекули для більш ефективного та/або більш конкретного спрямування на ці патології.
Майже 70% препаратів, які отримали дозвіл на продаж у всьому світі, націлені на мембранні рецептори. Це білки, розташовані на поверхні клітин наших тканин і органів. Ці рецептори здатні взаємодіяти з іншими білками, які називаються лігандами, за допомогою фізичного зв’язку. Взаємодія ліганду з його рецептором дозволяє передавати сигнал всередині клітин. Цей сигнал при обробці клітинами призводить до загальної фізіологічної реакції організму. Візьмемо приклад з рецептора OBR, розташованого на поверхні певних нейронів, який взаємодіє зі своїм лігандом лептину, щоб зменшити споживання їжі та збільшити витрати енергії. Таким чином, нейрональна система OBR/лептин допомагає підтримувати енергетичний баланс людського тіла, а отже, і ваги нашого тіла.
Існує велика різноманітність мембранних рецепторів і лігандів. Їхня ключова роль у передачі сигналів між зовнішнім та внутрішнім елементами клітин пояснює їх привабливість як поточні та майбутні терапевтичні цілі. У цьому контексті дослідження спрямоване на виявлення нових молекул, здатних взаємодіяти з цими рецепторами (штучними лігандами) та/або здатних модулювати зв’язування природного ліганду з його рецептором.
Флуоресценція для виявлення нових терапевтичних молекул
Для того, щоб ідентифікувати такі молекули, дослідники повинні спочатку мати можливість виявити та кількісно визначити фізичну взаємодію між лігандом та його рецептором. Для цього в системі in vitro встановлюють "тести на зв'язування": клітини, що мають рецептор, що цікавить їх мембрану, поміщають у пластикові пластини, в яких проводять тест на зв'язування.
Існує багато тестів на зв’язування, що мають свої переваги та недоліки. Нещодавно була розроблена методика HTRF, яка використовується як аналіз зв'язування in vitro. Ця методика заснована на передачі енергії між донором та акцептором енергії. Цей перенос енергії можливий лише в тому випадку, якщо донор і акцептор досить близькі в просторі, максимальна відстань становить 100 Ангстрем (1 Ангстрем коштує 10-10 метрів, що еквівалентно порядку розміру атома). Донор енергії та акцептор - це два флуорофори: це хімічні речовини, які флуоресцирують при збудженні джерелом енергії. Основний інтерес техніки HTRF заснований на фізико-хімічних властивостях донора енергії, розроблених в роботі професора Жана-Марі Лен, Нобелівської премії з хімії 1987 р.
Як провести тест на зв’язування на основі техніки HTRF ?
Методи біохімічної інженерії дозволяють поєднати, з одного боку, мембранний рецептор, що цікавить, з донором енергії ("рецептор-донор"), а з іншого боку, цікавить ліганд з акцептором енергії ("ліганд-акцептор") . In vitro клітини, на мембрані яких є «рецептор-донор», вводяться в контакт з «лігандом-акцептором», а потім стимулюються джерелом енергії (для активації донорського флуорофору).
Таким чином, цей тест на посилання дозволяє:
виміряти здатність зв'язування "ліганд-акцептор" на "рецепторі-донорі" шляхом кількісної оцінки передачі енергії
виявити нові молекули, здатні збільшити зв'язування ліганд/рецептор (більший перенос енергії)
виявити інші молекули, які перешкоджають зв'язуванню ліганд/рецептор (відсутність передачі енергії)
Принцип тесту на зв'язування на основі техніки HTRF. Клара Ружо, CC BY
Різні програми: скринінг високої пропускної здатності
Система пластикових пластин in vitro, в якій проводяться ці аналізи зв’язування, може вмістити до 1536 лунок. Тому дослідники можуть провести тест на зв'язування, паралельно протестуючи до 1536 нових молекул! Це перевірка високої пропускної здатності.
Існує багато застосувань через різноманітність мембранних рецепторів, їх вирішальну роль у різних фізіологічних функціях та їх наслідки в патологічних ситуаціях.
Нещодавно ми розробили тест на зв'язування, заснований на техніці HTRF для рецептора OBR та його ліганду лептину. Таким чином, ідентифікація молекул, що модулюють взаємодію OBR/лептин, може представляти терапевтичний інтерес у контексті ожиріння, враховуючи роль нейрональної системи OBR/лептину в підтримці енергетичного балансу.
Ми також розробили аналіз зв'язування на основі методики HTRF для рецептора VEGFR2 та його ліганду VEGF (6). Оскільки зв’язування VEGF з рецептором VEGFR2 бере участь у процесах пухлинного ангіогенезу (утворення судин у ракових пухлинах) та метастазування, виявлення молекул, що перешкоджають цій взаємодії, було б проривом у дослідженні раку.
Ця стаття опублікована в журналі The Conversation під ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю.