В новом исследовании ученые из Исследовательского института Скриппса (TSRI) определили лекарственные препараты-кандидаты, которые могут повысить способность клетки улавливать "опечатки" в производстве белка, который может вызвать смертельное заболевание, называемое амилоидозом.
"Это исследование раскрывает новый подход к лечению болезней человека," сказал Люк Уайзман, доцент TSRI и соавтор нового исследования с Джеффри Келли, Лита Анненберг Хазен, профессор химии в TSRI.
Исследование было опубликовано сегодня в журнале eLife.
Новый подход
В каждой человеческой клетке есть небольшая фабрика, называемая эндоплазматическим ретикулумом (ER), где белки складываются в правильную трехмерную форму перед выходом из клетки.
Когда ER замечает опечатку в этих белках – событие неправильного свертывания – он набирает "сопровождающий" белки для улавливания неправильно свернутых белков до того, как они попадут в кровоток и образуют токсичные кластеры, или амилоид. Амилоидные отложения в сердце, печени, сетчатке или других органах при заболеваниях амилоидозом приводят к дегенерации этих тканей.
К сожалению, иногда не хватает шаперонов, чтобы уловить все неправильно свернутые белки. Чтобы исправить это, ученые изучают возможные стратегии активации Unfolded Protein Response (UPR) ER, сигнальной сети, которая сообщает клеткам производить больше белков-шаперонов для улучшения редактирования или контроля качества белка.
"Мы пытаемся сделать этих помощников более эффективными," сказал Келли, который также является председателем отделения молекулярной и экспериментальной медицины и является членом Института химической биологии Скаггса при TSRI.
Но в этом подходе есть одна загвоздка – клетка умрет, если все три сигнала "руки" UPR активированы слишком долго.
Однако интригующее исследование 2014 года, проведенное лабораториями Уайзмана и Келли, показало, что может быть способ активировать только один "рука" UPR, пути ATF6, чтобы улавливать неправильно свернутые белки, не вызывая гибели клеток. Для нового исследования исследователи объединились с Центром молекулярного скрининга TSRI в кампусе института во Флориде, чтобы реализовать этот потенциальный подход к разработке новых методов лечения.
Сужая поле
Из библиотеки, состоящей из сотен тысяч молекул, исследователи идентифицировали почти 14 000 молекул, которые потенциально могут взаимодействовать с ATF6. Затем команда сузила эту библиотеку, используя метод, называемый профилированием множественной экспрессии генов, и в конечном итоге получила 79 потенциальных молекул, которые активируют плечо ATF6 UPR.
Затем исследователи задали ключевой вопрос: "Какие молекулы будут предпочтительно активировать ATF6 без запуска всей сети UPR?"
Чтобы выяснить это, исследователи использовали подход, называемый транскрипционным профилированием, который позволил ученым увидеть, действительно ли молекулы нацелены только на ATF6-плечо UPR.
Затем исследователи выделили восемь многообещающих "структурные семейства"- шаблоны для соединений, которые оказались эффективными. Аспирант ЦНИИ Райан Дж. Паксман возглавлял усилия по синтезу соединений из этих семейств для подтверждения и понимания того, как они активируют ATF6.
Точная настройка будущих терапий
В экспериментах с человеческой печенью и плазматическими клетками исследователи обнаружили, что некоторые из соединений могут "фенокопия," или имитировать нормальную активацию клетками AFT6, что приводит к образованию шапероновых белков, которые могут помочь предотвратить события неправильной укладки, связанные с заболеванием.
Интересно, что эти соединения активировали ATF6 в различной степени – в некоторых случаях даже вызывая небольшую активацию других ветвей UPR. Исследователи сравнили эти соединения с ручками реостата, тщательно настраивая определенные клеточные пути вверх и вниз.
Например, одно соединение активировало ATF6 примерно на 40 процентов, но этого было достаточно, чтобы вызвать положительный ответ со стороны ER в двух моделях амилоидного заболевания человека.
"Теперь мы можем настроить процесс контроля качества ER," сказал научный сотрудник TSRI Ларс Плейт, который был соавтором исследования вместе с Кристиной Б. Кули, научный сотрудник TSRI на момент исследования, сейчас доцент Университета Тринити.
Следующими шагами будут испытания нескольких других малых молекул в качестве потенциальных кандидатов в лекарства и разработка моделей для изучения этих соединений при различных заболеваниях, в которых секреция белка играет роль.
"Это класс препаратов, которые также могут работать при диабете и других нейродегенеративных заболеваниях, связанных с неправильным свертыванием белков, таких как болезнь Альцгеймера," сказал Келли.