Nowe leki kontrolują zaprogramowaną śmierć komórek
Podczas zaprogramowanej śmierci komórek tworzenie się określonych kompleksów białkowych uruchamia określone szlaki w komórkach. Zahamowanie aktywności niektórych z tych kompleksów białkowych z wykorzystaniem małych cząstek może ograniczyć uszkodzenia związane z chorobą i wykazać skuteczność terapeutyczną. Jednakże prace mające na celu opracowanie leków są utrudnione przez brak narzędzi i testów, które mierzyłyby tworzenie się takich kompleksów.
Innowacyjne testy do badania kompleksów białkowych w trakcie zaprogramowanej śmierci komórek
Twórcy projektu EPIC, działający przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”, rozwiązali te problemy technologiczne i opracowali nowe podejścia do badania takich kompleksów. „Wyjaśnienie mechanizmów zaprogramowanej śmierci komórkowej ułatwi opracowanie inteligentnych cząsteczek, które mogą aktywować lub dezaktywować kompleksy białkowe, zależnie od ich stanu”, wyjaśnia stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”, badacz Howard Fearnhead. Interdyscyplinarny zespół projektu obejmował ekspertów z dziedzin śmierci komórkowej, farmakologii i badań przesiewowych, biologii strukturalnej oraz chemii naturalnych produktów. Badacze skoncentrowali się na apoptozie, podejściu do zaprogramowanej śmierci komórkowej wywoływanym przez stres mitochondrialny lub uszkodzenia komórkowe i obejmującym uwalnianie mitochondrialnego białka cytochrom c. Białko to wywołuje samodzielne powiązanie apoptotycznego czynnika-1 (Apaf-1) aktywującego proteazę, który, wraz z proteazą o nazwie kaspaza-9, aktywuje proces zabijania komórek. Co więcej, naukowcy zbadali też inny mechanizm zaprogramowanej śmierci komórkowej, nekroptozy, aktywowany w odpowiedzi na czynnik martwicy nowotworu, leki przeciwnowotworowe i patogeny. Nekroptoza wiąże się z oligomeryzacją mieszanej linii domeny kinazy, takiej jak pseudokinaza (MLKL) inicjowana przez kinazy białkowe wchodzące w interakcje z receptorem (RIP), która wpływa na przepuszczalność błony i powoduje nekrotyczną śmierć komórkową.
Małe cząsteczki ukierunkowane w zaprogramowaną śmierć komórkową
Według Fearnheada, „aktywatory Apaf-1 mogą działać jako czynniki antynowotworowe, jednak takie cząsteczki są rzadko badane z uwagi na brak testów mierzących aktywność Apaf-1”. Twórcy projektu EPIC wypełnili tę lukę, opracowując test, który potrafi wykrywać funkcję i interakcję z białkami w kompleksie apoptotycznym (apoptosomie). W reakcji tej interakcja z białkiem wytwarza luminescencję, którą wykrywa specjalnie zaprojektowany bioczujnik. Podobnie badacze z projektu EPIC zbudowali i zwalidowali bioczujniki służące do wykrywania interakcji białek nekrosomowych. Będzie to niezwykle pomocne przy identyfikowaniu i testowaniu inhibitorów nekroptozy w formie małych cząsteczek, które mogą chronić przed urazami związanymi z niedokrwieniem, neurodegeneracją oraz nefrotoksycznością wywołaną chemioterapią. Nowe narzędzia eksperymentalne opracowane przez zespół pomogły naukowcom wyjaśnić mechanizm działania i ustalić wiążące strony dwóch wcześniej zidentyfikowanych małych cząsteczek. Odkryli oni również nowy inhibitor kompleksu białkowego występujący u nieopisanego wcześniej organizmu głębinowego zamieszkującego dno północnej części Atlantyku i opisali jego strukturę chemiczną.
Prognozy na przyszłość
Wysokowydajne narzędzia z projektu EPIC zostaną wykorzystane do opracowywania nowych leków jako metoda charakteryzacji właściwości farmakologicznych inhibitorów kompleksów białkowych powodujących śmierć komórkową. Wykorzystanie tych narzędzi do przeprowadzania badań przesiewowych dużych bibliotek chemicznych doprowadzi do odkrycia nowych cząsteczek głównych. „Kolejnym krokiem jest rozszerzenie zastosowań testu na wizualizację kompleksów białkowych w komórkach i tkankach in vivo”, kontynuuje Fearnhead. Badacze z projektu EPIC pracują nad osiągnięciem tych celów poprzez współpracę z ekspertami ds. opracowywania leków w Holandii, biologami rozwojowymi w Hiszpanii i Norwegii oraz ekspertami z zakresu wizualizacji luminescencji w Szwajcarii i Japonii.
Słowa kluczowe
EPIC, zaprogramowana śmierć komórkowa, apoptoza, nekroptoza, kompleks białkowy, inhibitor, bioczujnik
