Tím vedcov z Univerzity v Ženeve (UNIGE) v spolupráci s Univerzitou v Zürichu (UZH) vyvinul inovatívnu stratégiu na štúdium membránových proteínov, cieľov mnohých liekov.
Membránové proteíny sú kľúčovými cieľmi mnohých liekov. Nachádzajú sa medzi vonkajškom a vnútrom našich buniek. Niektoré z nich, nazývané „transportéry“, presúvajú určité látky do a von z bunkového prostredia. Ich extrahovanie a ukladanie na pozorovanie je však obzvlášť zložité. Tím vedcov zo Ženevskej univerzity (UNIGE) v spolupráci s Univerzitou v Zürichu (UZH) vyvinul inovatívnu metódu na štúdium ich štruktúry v ich pôvodnom prostredí: bunke. Táto technika je založená na elektrónovej spinovej rezonančnej spektroskopii. Tieto výsledky, práve publikované v odbornom časopise Science Advances, môžu uľahčiť budúci vývoj nových liekov.
V živých organizmoch je každá bunka obklopená bunkovou membránou (alebo „cytoplazmatickou membránou“). Táto membrána pozostáva z dvojitej vrstvy lipidov. Oddeľuje obsah bunky od jej priameho prostredia a reguluje látky, ktoré môžu do bunky vstúpiť alebo z nej vystúpiť. Proteíny pripojené k tejto membráne sa nazývajú „membránové proteíny“.
Nachádzajú sa na rozhraní medzi vonkajškom a vnútrom bunky, prenášajú rôzne látky cez membránu – do bunky alebo z bunky – a zohrávajú kľúčovú úlohu v bunkovej signalizácii, t. j. v komunikačnom systéme buniek, ktorý im umožňuje koordinovať ich metabolické procesy, vývoj a organizáciu. Výsledkom je, že membránové proteíny predstavujú viac ako 60 % súčasných cieľov liečiv.
Náročné predmety na štúdium
Biofyzikálne štúdium ich štruktúry – priestorovej organizácie jednotlivých aminokyselín – je preto nevyhnutné. Na ich charakterizáciu musia vedci extrahovať tieto proteíny z bunkovej membrány, v ktorej sa nachádzajú, a izolovať ich od všetkých ostatných proteínov. Po extrakcii sa membránové proteíny nedajú študovať vo vodných roztokoch. Musia byť udržiavané v tekutých roztokoch zložených z čistiacich prostriedkov. Môžu byť tiež vložené do umelých membrán nazývaných „nanodisky“, ktoré sú vyrobené z proteínov a lipidov, alebo do čistých lipidových membrán.
V každom prípade ich tieto stratégie odstraňujú z ich fyziologického prostredia a neumožňujú presne pozorovať ich fungovanie in situ. Proteíny mimo ich prirodzeného prostredia môžu vykazovať odlišné štrukturálne vlastnosti, čo vedie k zavádzajúcemu vývoju lieku.
Revolučná metóda
Tím vedený Enricou Bordignon, riadnou profesorkou na Katedre fyzikálnej chémie Prírodovedeckej fakulty UNIGE, v spolupráci s docentom Markusom A. Seegerom z Ústavu lekárskej mikrobiológie UZH vyvinul novú metódu na štúdium membrán proteínov pôsobiacich v živých bunkách; presnejšie vo vnútorných bunkových membránach črevnej baktérie E. coli. Na dosiahnutie tohto cieľa sa výskumný tím spoliehal na špecifický „nástroj“: nanobody.
Ako vysvetlila Enrica Bordignon: „Sú to fragmenty protilátok, ktoré sú schopné veľmi efektívnym spôsobom rozpoznať a viazať sa na špecifický cieľ, ako je antigén alebo v našom prípade membránový transportér.“ Vedci tak umelo vyrobili špecifické nanobody pre membránový transportér a pomocou nich priamo informovali o jeho štruktúre. Ako vysvetlil Markus A. Seeger: „Dve nanobody vložené do buniek E. coli sa zameriavajú na požadovaný membránový proteín na vnútornej membráne bunky a pripájajú sa k nej.“ Súčasťou multidisciplinárneho tímu boli aj vedci z Ruhr University Bochum (klaster excelentnosti RESOLV) a University of Osnabrück, Nemecko, a University of Southampton, UK.
Nové ciele pre určité lieky
Predtým bola ku každej nanobody pripojená malá magnetická sonda (molekula nesúca nepárové elektróny). Ako vysvetlila Enrica Bordignon: „Keď sa dve nanobody naviažu na transportér, môžeme pomocou našich metód EPR zmerať vzdialenosť medzi dvoma magnetickými sondami v bunkách.“ Táto technika sa nazýva „spektroskopia elektrónovej paramagnetickej rezonancie“ (EPR) alebo „elektrónová spinová rezonancia“. Nameraná vzdialenosť je v rozsahu nanometrov (jedna milióntina milimetra). Ako ďalej dodala Enrica Bordignon: „Po prvý raz sa nám podarilo získať jasný obraz o konformácii membránového proteínu v jeho skutočnom prostredí a mohli sme sledovať zmenu vyvolanú modifikáciou jednej jedinej aminokyseliny na inú.“
Ako ďalej zdôraznila výskumníčka: „Vývoj tejto novej stratégie je výsledkom vynikajúcej a náročnej tímovej práce medzi našimi dvoma skupinami v UNIGE a UZH. Najmä vďaka odolnosti dvoch prvých autorov, Dr. Laury Galazzo (UNIGE) a Dr. Gianmarca Meiera (UZH), bol tento projekt po piatich rokoch výskumu úspešný.“
Táto nová stratégia umožňuje presné určenie vlastností membránových proteínov v ich priamom prostredí. Ponúka možnosť lepšieho pochopenia toho, ako tieto proteíny transportujú určité látky do bunky a von z nej. Táto metóda má tiež výhodu v tom, že je ľahko transponovateľná do buniek cicavcov. Potom by sa dala použiť na lepšie pochopenie a teda lepšie zacielenie membránových proteínov, ktoré odmietajú určité protirakovinové lieky mimo bunky, a tak bojovať proti fenoménu rezistencie voči viacerým liekom.
Zdroj: https://www.unige.ch; zverejnené: 25. 10. 2022, autor: rpa
