Сегодня - 22.07.2019

Сибирские ученые придумали метод, ускоряющий разработку новых лекарств

27 ноября 2018

Сотрудники Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН разрабатывают новый подход к локализации небольших молекул внутри мембранных белков. 

 
Николай ИсаевЭто фундаментальное исследование в перспективе может ускорить процесс создания фармакологических средств, прицельно и предсказуемо воздействующих на мембранные белки, участвующие в развитии многих недугов, включая рак, диабет, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания.
 
Молодые ученые пытаются понять, как наиболее удачно присоединить к мембранному белку внешнюю молекулу (в идеале — лекарство). Отработку методики они ведут на белковых системах бактерий совместно с российскими и зарубежными коллегами.
 
Мембранные белки выделяются как основной класс возможных мишеней для терапии, поскольку именно они обеспечивают непосредственную передачу сигналов в живые клетки. «Количество мембранных белков среди известных белковых структур — около 2 %, несмотря на то, что они кодируются в среднем 1/3 генов и являются мишенью для порядка 2/3 существующих лекарств, — комментирует научный сотрудник ИХКиГ СО РАН кандидат физико-математических наук Николай Павлович Исаев. — Мы решили применить существующие методологические наработки в области электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и спиновых меток для обнаружения небольших молекул внутри мембранных белков».
 
В качестве спиновых меток ученые используют стабильные радикалы, в структуре которых есть неспаренный электрон, — нитроксилы. «Они могут годами оставаться активными и не вступать в химические реакции со всем подряд, как часто бывает с другими радикалами», — комментирует Николай Исаев. Направленно внедряя в нужное место белка аминокислоту цистеин с прикрепленной к ней спиновой меткой, исследователи могут увидеть область порядка одного нанометра вокруг этой метки с помощью методов магнитной спектроскопии. 
 
Компьютерная модель гистидинового транспортера, связанного с дейтерированным субстратом гистидином-д5, и рассчитанное распределение двух нитроксильных спиновых меток
 
Основная сложность заключается в необходимости близкого прикрепления спиновой метки к центру связывания (участку, где происходит присоединение к белку другого вещества). «Дело в том, что метка может помешать внешней молекуле в присоединении, поскольку сопоставима с ней по размерам. Наша задача — детектировать молекулу и ее ориентацию в белке, не внося при этом искажений в сам центр связывания», — поясняет Николай Исаев.
 
Найти такую позицию ученые попытались методом перебора на трех белковых системах, представляющих собой «аминокислотные насосы», которые закачивают аминокислоты внутрь бактерии, снабжая ее пищей. Схожие структуры работают и в наших клетках.
 
На первой белковой системе исследователям не удалось с высокой точностью рассчитать позиции прикрепления меток. На середине проекта они подключили вторую систему, которая также показала результат не сразу. «Тогда мы стали искать другие пути, — рассказывает Николай Исаев, — и в тесном сотрудничестве с младшим научным сотрудником ФИЦ “Институт цитологии и генетики СО РАН” Никитой Владимировичем Иванисенко смогли разработать процедуру детального расчета места прикрепления спиновой метки, обеспечивающую и возможность присоединения внешней молекулы, и его последующее обнаружение меткой. Благодаря этой методике мы смогли с 30-й попытки обнаружить присоединенный субстрат на второй белковой системе, а на третьей нам уже удалось угадать три из пяти удачных локаций для прикрепления». 
 
В данный момент исследователи оттачивают компьютерную обработку экспериментальных результатов, получая информацию о локализции молекул в ряде бактериальных белков. Это позволяет смоделировать структуру самого центра связывания, что можно сравнить с узнаванием кода замка: подобная информация значительно упрощает изготовление «отмычки» с нужными свойствами, в перспективе — молекулы-лекарства для белка-мишени, даже без полной информации о структуре самого белка.
 
Работа ведется при поддержке немецкого Фонда Александра фон Гумбольдта в сотрудничестве с несколькими лабораториями Германии и Голландии. «Мы разрабатываем методологию, которая, как мы надеемся, может быть полезна всему человечеству, — отмечает Николай Исаев. — Пока мы не выходим за рамки фундаментальной науки, но проект уже на этой стадии требует дальнейшего развития».
 
Цель ученых — проведение скрининга потенциальных лекарств для актуальных мишеней, например из семейства белков GPCR. Это подразумевает исследование эффективности связывания целого ряда молекул потенциальных лекарств к одному спин-меченому белку-мишени. Такой подход поможет отбирать самые эффективные молекулы и в перспективе ускорит разработку новых лекарств и снизит затраты на их производство.
 
Юлия Клюшникова
 
Фото автора, иллюстрация Николая Исаева
 
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 4.7 (7 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus