Клетки непрерывно контролируют и перерабатывают свои белки благодаря четко организованной системе удаления ненужных компонентов. Белки, утратившие свою функциональность, идентифицируются и разрушаются с помощью специфических клеточных процессов. Современные разработки в фармацевтике сосредоточены на использовании этой системы для лечения различных болезней.
Клеточная стратегия предполагает применение молекулярных «клеёв» — небольших соединений, способствующих взаимодействию между белками, которые в нормальных условиях не соединяются. В случае, если белок, приводящий к развитию заболевания, контактирует с клеточным ферментом, разрушающим белки, клетка выборочно устраняет его.
Несмотря на это, до настоящего времени большинство молекулярных клеев были обнаружены в результате случайных открытий, что сдерживает их широкое использование в терапии.
Новый метод, разработанный в исследовательском центре молекулярной медицины CeMM в Вене, позволяет преодолеть это ограничение. Исследователи взяли небольшую молекулу, которая связывается с целевым белком, и создали тысячи химических вариантов, систематически присоединяя к ней различные молекулярные блоки. Каждый вариант слегка изменяет форму поверхности белка, создавая новые возможности для межбелковых взаимодействий.
Следует подчеркнуть, что данные соединения подвергались испытаниям непосредственно на живых клетках, без предварительной очистки. Для оценки, разрушается ли целевой белок, применялся высокочувствительный анализ, что обеспечило оперативную идентификацию активных соединений среди обширного перечня химических веществ.
«Наша стратегия объединяет высокоэффективные химические реакции и функциональное тестирование на клеточных культурах, — объясняет Микель Муньос-и-Ордоньо, первый автор публикации. — Такой подход даёт возможность изучать химическое разнообразие в объёмах, ранее считавшихся невозможными, и одновременно определять, какие соединения проявляют необходимый биологический эффект».
Для проверки своей гипотезы ученые обратили внимание на ENL — белок, имеющий важное значение в развитии определенных типов острого лейкоза. Проанализировав тысячи различных веществ, исследователи идентифицировали соединение, способное эффективно и специфически вызывать разрушение ENL в клетках, пораженных лейкозом.
Более глубокое изучение выявило, что данное соединение преимущественно воздействует на ENL и генные программы, регулируемые этим белком, что вызывает заметное снижение скорости роста лейкемических клеток, нуждающихся в ENL. Установлено, что соединение проявляет кооперативный механизм действия, свойственный молекулярным «клеевым» веществам. Вместо прочной фиксации со всеми участниками взаимодействия, оно вначале соединяется с ENL, а затем формирует платформу для взаимодействия, которая притягивает клеточную убиквитинлигазу, осуществляющую пометку ENL для последующего разрушения.
«Именно благодаря такому совместному механизму действия молекулярные клеи обладают высокой эффективностью и избирательностью, — поясняет Уинтер. — Связывание активируется лишь в конкретных молекулярных условиях, что позволяет предотвратить нежелательные последствия».
Помимо конкретного примера с ENL, исследование, опубликованное в Nature Chemical Biology, представленная методика демонстрирует универсальный подход к поиску. Благодаря объединению высокопроизводительной химии и функционального скрининга на клеточном уровне, ученые продемонстрировали, как преобразовать поиск молекулярных «клеев» из хаотичного в упорядоченный и систематизированный процесс.
«Мы стремимся к тому, чтобы поиск препаратов, обеспечивающих эффект близости, стал логичным и воспроизводимым процессом, — отмечает Уинтер. — В будущем это может привести к появлению принципиально новых терапевтических подходов для белков, которые ранее не рассматривались как перспективные мишени для разработки лекарственных средств».
[Фото: © Miquel Muñoz / CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences ]