Cercetătorii de la Dana-Farber au dezvoltat o platformă pentru identificarea adezivului molecular inteligent în celulele canceroase oxidative
Cercetătorii de la Dana-Farber Cancer Institute au creat o platformă pentru descoperirea sistematică a adezivilor moleculare care ar putea deveni candidați pentru medicamentele de degradare a proteinelor.
Această platformă ar putea ajuta dezvoltatorii de medicamente să extindă semnificativ gama de proteine asociate cu bolile care pot fi țintiți terapeutic pentru eliminare prin degradarea proteinelor.
Platforma a permis, de asemenea, descoperirea primului adeziv molecular degrader care este activat metabolic, sugerând că adezivii moleculare ar putea fi mai dependenți de context și potențial ajustabili decât s-a crezut anterior.
Studiul a fost publicat în revista Nature.
„Această platformă novatoare reprezintă o abordare scalabilă interesantă pentru descoperirea adezivilor moleculare care ar putea contribui la expansiunea semnificativă a aplicațiilor lor în tratamentul cancerului și altor boli”, afirmă co-autorul principal și biologul chimic de la Dana-Farber Eric Fischer, PhD.
Degradatorii de proteine elimină proteinele nedorite din interiorul unei celule prin intermediul sistemului de reciclare al celulei. Un adeziv molecular degrader se leagă de o ligază E3, o enzimă care marchează proteinele pentru distrugere, și o redirecționează pentru a marca o proteină asociată cu boala pentru eliminare.
În 2014, Benjamin Ebert, MD, PhD, președinte și CEO al Dana-Farber, a descoperit că mecanismul de acțiune al medicamentului pentru mielomul multiplu, lenalidomid, este un adeziv molecular degrader al unui factor de transcripție. Deoarece factorii de transcripție sunt adesea netezi și au puține zone în care medicamentele inhibitorii se pot lega, s-a crezut că aceștia sunt „indruggable”. Degradarea factorilor de transcripție a deschis o nouă manieră de a gândi despre tratamentul cancerului.
De atunci, mai mulți degradatori de proteine au intrat în teste clinice. Totuși, acești degradatori valorifică doar un număr mic din cele 600 de ligaze E3 din genomul uman.
Există o gamă incredibilă de oportunități pentru descoperirea de noi degradatori moleculare. Această abordare sistematică ar putea accelera descoperirea de degradatori novatori care ar putea schimba modul în care gândim despre tratamentul cancerului.
Platforma de descoperire a degradatorilor începe cu un screening, conceput de co-autorul principal Hojong Yoon, PhD, care a fost cercetător postdoctoral în laboratorul lui Ebert și acum se află la MD Anderson Cancer Center. Screening-ul fixează un subset de ligaze E3 pe bile magnetice într-un puț și le îmbăiază în lisatul celular (complementul complet de proteine găsite într-o celulă) și o bibliotecă de compuși medicamentoși.
Un „hit” apare atunci când unul dintre medicamente se leagă de una dintre ligaze E3 și îi crește afinitatea pentru o proteină celulară dată. Această schimbare face ca instanțele acelei proteine să se adune în apropiere. Echipa a folosit spectrometria de masă pentru a determina ce proteine celulare au afinitate pentru ligaza E3 legată de medicament și ar fi probabil să fie marcate pentru eliminare în interiorul unei celule.
Echipa a testat sistemul prin screening-ul a șapte ligaze E3. Au descoperit că o proteină numită DDX18 a fost atrasă de ligaza E3 DCAF11, care este insuficient studiată. Pentru a determina ce compus medicamentos a facilitat conexiunea, au restrâns repetat pool-ul de medicamente din screening și s-au concentrat pe o moleculă numită M12.
Surprinzător, atunci când echipa a încercat să valideze M12 ca un adeziv molecular degrader într-un model celular pentru a degrada DDX18, aceasta nu a funcționat. Pentru a înțelege de ce, co-autorul principal Franziska Wachter, MD, a utilizat microscopie crio-electronică pentru a analiza mai atent complexul dintre DCAF11 și M12 identificat în screening.
Wachter a descoperit că M12 a fost modificat printr-un proces metabolic numit glutathionilare. M12 ar acționa ca un adeziv molecular doar în interiorul celulelor cu niveluri ridicate de metaboliți legați de stresul oxidativ – un lucru mai comun în celulele canceroase decât în celulele normale.
„Aceasta a fost o mare surpriză și este prima observație a unui adeziv molecular care a fost activat metabolic prin glutathionilare”, afirmă Wachter. „Abilitatea noastră internă de a realiza biologie structurală folosind microscopie crio-electronică a fost esențială pentru a înțelege rapid ce se întâmplă.”
Explorarea ulterioară a activat M12 a relevat că acesta este un degrader versatil asociat cu DCAF11. Prin legarea unor proteine suplimentare la complex, echipa a reușit să ajusteze sistemul pentru a degrada mai multe alte proteine, inclusiv ținte proteice legate de cancer, cum ar fi SMARCA2, WEE1 și CDK7. Aceste descoperiri sunt o dovadă de principiu pentru abordarea de screening, iar mai multe cercetări sunt necesare pentru a identifica cel mai bun degrader molecular de utilizat ca potențial medicament.
„Acesta este un exemplu fabulos despre cât de puternică poate fi expertiza noastră combinată în genomica cancerului, biologia celulară, biologia structurală și biochimia proteinelor”, afirmă Ebert. „Această abordare sistematică de descoperire a degradatorilor moleculare novatori deschide posibilitatea extinderii numărului de proteine care pot fi țintiți pentru degradare ca tratament pentru cancer.”
