Их результаты, опубликованные в Nature Communications 4 декабря 2018 года, показывают новый сайт связывания, который будет способствовать разработке более эффективных ингибиторов E1.
Команду возглавил Шон Олсен, Ph.D., доцент кафедры биологии и молекулярной биологии в MUSC и участник программы терапии онкологических заболеваний онкологического центра Холлингса.
Олсен посвятил свою карьеру решению трехмерных структур белков.
Олсен и его команда используют эти белковые структуры для моделирования взаимодействия с другими молекулами, в том числе с потенциальными новыми лекарствами.
В статье Олсен и его команда сообщают, что они обнаружили новый сайт в белке, SUMO E1, который является мишенью для ингибиторов E1. Новый сайт связывания расположен в центре белка и ранее считался недоступным.
Команда Олсена обнаружила альтернативную конформацию белка, которая раскрывает сайт и позволяет новому ингибитору (COH000; City of Hope, Дуарте, Калифорния) связываться.
«Мы определили участок этого фермента, который был ранее неизвестен», – говорит Олсен. «Новый сайт связывания ингибитора полностью недоступен во всех предыдущих структурах, что довольно примечательно. Структуры E1 были решены ранее, и этот сайт скрыт во всех из них."
Ингибиторы E1 нацелены на убиквитиновую протеасомную систему (UPS).
Если вы думаете о ячейке как о фабрике по производству белка, ИБП – это центр контроля качества. Система отвечает за то, чтобы белки соответствовали требованиям кода и могли выполнять свою работу. ИБП помогает поддерживать здоровые белки в клетке; однако, когда он не работает, могут возникнуть такие заболевания, как рак.
На рынке и в клинических испытаниях существует множество лекарств, предназначенных для различных частей ИБП. Например, ингибиторы протеасом обычно используются для лечения множественной миеломы.
Основываясь на доклинических исследованиях, ингибиторы E1 показывают потенциал в качестве противоопухолевых средств, но были препятствия для их доставки в клинику.
«Когда вы разрабатываете лекарство, вы хотите, чтобы он был высокоспецифичным для интересующего вас белка без перекрестной реактивности с другими мишенями или белками, потому что это может вызвать негативные побочные эффекты», – объясняет Олсен.
Было сложно разработать ингибиторы E1, специфичные для интересующей мишени. COH000 был первоначально обнаружен сотрудником Ольсена из City of Hope, который проверил более 300 000 соединений на предмет ингибиторов E1. COH000 был выбран для этого исследования из-за его специфичности для ингибирования ферментов SUMO, но как ингибитор работает и где он связывается с ферментом, было полностью неизвестно.
Благодаря их трехмерной структуре высокого разрешения и новому механизму действия COH000, Олсен и его команда, возможно, нашли новый способ преодолеть это препятствие.
Открытие нового сайта связывания «открывает дверь» для разработки специфических ингибиторов для других родственных ферментов.
«Этот ингибитор отличается от предыдущих ингибиторов», – объясняет Zongyang Lv, Ph.D., докторант в лаборатории Олсена и соавтор исследования. "Карман, в котором связывается ингибитор, предоставляет полезную информацию для усовершенствования этого препарата или разработки аналогичных ингибиторов."
Для определения белковых структур лаборатория Олсена использует мощный метод, называемый рентгеновской кристаллографией. Для этого метода требуется источник высокой энергии, который производит интенсивные рентгеновские лучи, которые попадают на кристаллизованный белок и создают четкую дифракционную картину, используемую для определения трехмерной структуры белка.
Самая важная (и часто самая сложная) часть процесса – получение подходящего кристалла протеина.
«Кристаллы уникальны», – объясняет Ур. "Это упорядоченный повтор одного вещества с возможностью создания дифракционных картин, позволяющих рассчитать электронную плотность."
Результатом является трехмерная модель, которая позволяет им визуализировать взаимодействие потенциальных лекарственных соединений с белками-мишенями (см. Сопроводительное видео).
«Мы изучаем секреты природы, как эти молекулы функционируют, и делаем это таким образом, чтобы мы действительно могли видеть своими глазами», – заявляет Олсен. "Понимая вещи на молекулярном уровне, мы можем использовать их во благо."
Их следующий шаг – использовать информацию из трехмерной структуры для разработки более конкретных и эффективных ингибиторов с сильными противоопухолевыми свойствами.