Разработан новый метод открытия лекарств для мембранных белков

клеточная стенка

Мембранные белки на поверхности клетки выполняют множество биологических функций, которые жизненно важны для клеток и организмов. Многие заболевания человека связаны с нарушением их работы, поэтому мембранные белки являются важными терапевтическими мишенями и представляют огромный интерес для фармацевтической промышленности. Так, именно они составляют более 60% мишеней всех низкомолекулярных препаратов, одобренных FDA. Только суперсемейство рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR), как самый большой класс рецепторов клеточной поверхности, является мишенью для 34% всех клинических препаратов.

В то же время открытие лекарств, действующих на мембранные белки, является сложной задачей, в основном из-за особого свойства их естественной среды обитания: клеточной мембраны. Кроме того, мембранные белки трудно изучать в изолированной форме, поскольку они имеют тенденцию терять основные клеточные свойства и могут быть дезактивированы.

В последние годы появилась химическая библиотека, кодируемая ДНК (DEL), которая стала мощной технологией скрининга лекарств. В DEL к каждому химическому соединению прикреплена уникальная ДНК-метка, которая служит аналогом каталожного номера книги в обычной библиотеке. DEL библиотеки могут содержать поразительно большое количество тестируемых соединений, скрининг которых против той или иной мишени можно проводить практически одновременно, что сильно сокращает время, необходимое для поиска новых потенциальных лекарств.

Сегодня DEL широко применяется почти во всех крупных фармацевтических компаниях мира, однако и эта технология имеет ряд ограничений, когда речь заходит об исследовании мембранных белков живых клеток.

Во-первых, ландшафт поверхности клетки чрезвычайно сложен. В отличие от привычных схематических изображений он ничуть не похож на гладкий шар, а наполнен сотнями различных биомолекул с прочной топологией. Таким образом, обнаружение одного желанного мембранного белка похоже на поиск одного дерева в густом тропическом лесу. 

Китайские ученые решили эту проблему с помощью метода, который называется ДНК-запрограммированное аффинное мечение (DPAL). В этом методе используется система зондов на основе ДНК, которая может специфически доставлять ДНК-метку к желаемому белку в живых клетках, а ДНК-метка служит маяком или «трекером» для управления целенаправленным скринингом DEL. 

Во-вторых, при работе с мембранными белками существует проблема изобилия целей. Обычно мембранные белки существуют в концентрации от наномолярной до низкой микромолярной, что намного ниже, чем необходимо для захвата крошечной фракции связующих среди миллиардов несвязывающих веществ в библиотеке. 

Чтобы решить эту проблему, команда ученых использовала комплементарные последовательности в ДНК-метке на целевом белке и в самой библиотеке, так, чтобы библиотека могла гибридизоваться близко к цели, тем самым «повышая» эффективную концентрацию целевого белка. Другими словами, «трекер» может не только помочь библиотеке найти цель, но также создать притягивающую силу, чтобы сконцентрировать библиотеку вокруг цели, не отвлекаясь на необязательную популяцию.

В своей недавней публикации в журнале Nature Chemistry, китайские ученые продемонстрировали универсальность и эффективность разработанного ими метода, проведя скрининг библиотеки из 30,42 миллионов соединений против рецептора фолиевой кислоты, карбоангидразы 12 и эпидермального рецепторы фактора роста на живых клетках. Все эти мембранные белки являются важными мишенями в открытии противораковых лекарств.

  1. Yiran Huang, Ling Meng, Qigui Nie, Yu Zhou, Langdong Chen, Shilian Yang, Yi Man Eva Fung, Xiaomeng Li, Cen Huang, Yan Cao, Yizhou Li, Xiaoyu Li. Selection of DNA-encoded chemical libraries against endogenous membrane proteins on live cellsNature Chemistry, 2020; 13 (1): 77 DOI: 10.1038/s41557-020-00605-x
Прокрутить вверх