Cercetătorii de la Harvard propun o strategie pentru a aborda provocarea receptorilor orfani
O nouă revizuire subliniază cum biologia sintetică, inteligența artificială și omica spațială ar putea transforma descoperirea ligand-receptor dintr-un proces de căutare unul câte unul într-o cartografiere la nivel de rețea.
Celulele comunică prin intermediul proteinelor de semnalizare secretate, care reglează metabolismul, imunitatea, dezvoltarea și repararea țesuturilor. Totuși, pentru multe dintre aceste molecule, oamenii de știință nu știu încă ce receptori primesc semnalele lor, o problemă de lungă durată care limitează atât biologia de bază, cât și descoperirea de medicamente.
Într-o revizuire recent publicată în EXO – Beyond the Cell, cercetători de la Harvard Medical School propun o foaie de parcurs pentru abordarea acestei provocări legate de receptorii orfani. Studiul evaluează metodele actuale de deorphanizare și conturează modul în care tehnologiile de nouă generație ar putea transforma descoperirea ligand-receptor dintr-un proces lent, în care fiecare interacțiune este identificată pe rând, într-o analiză scalabilă la nivel de rețea.
Autorii au examinat trei abordări principale utilizate în domeniu. Metodele biochimice, cum ar fi purificarea afinității prin spectrometrie de masă (AP-MS), detectează direct interacțiunile ligand-receptor, dar adesea întâmpină dificultăți în captarea evenimentelor de legare extracelulară slabe sau tranzitorii. Platformele de screening genetic, inclusiv metodele bazate pe RNAi și CRISPR, pot oferi relevanță fiziologică sau scalabilitate înaltă; totuși, depind de fenotipuri celulare măsurabile, care sunt adesea necunoscute pentru liganzii orfani. Instrumentele computaționale, cum ar fi AlphaFold-Multimer și AlphaFold3, au extins dramatic predicția interacțiunilor la scară largă, dar modelele actuale rămân limitate în capacitatea lor de a ține cont de procesarea proteinelor și modificările post-translaționale care influențează legarea receptorului în realitate.
Pentru a nu susține o singură strategie, revizuirea argumentează că viitorul domeniului constă în integrare. O direcție majoră implică platforme de screening multiplexate capabile să testeze simultan întregi biblioteci de liganzi și receptori, permițând descoperirea la nivel de rețea în loc de identificarea fiecărui cuplu în parte.
Revizuirea subliniază, de asemenea, tehnologii emergente concepute pentru a depăși una dintre cele mai mari bariere tehnice ale domeniului: interacțiunile extracelulare slabe și tranzitorii. Abordări precum AVEXIS și sistemele de captare covalentă, inclusiv SpyTag/SpyCatcher, pot stabiliza evenimentele de legare efemere care altfel sunt dificil de detectat.
Printre cele mai promițătoare progrese, autorii subliniază sistemele de biologie sintetică, cum ar fi synNotch, JUPITER și PAGER. Spre deosebire de abordările tradiționale care depind de forța legăturii, aceste sisteme înregistrează evenimentele fizice de contact. Chiar și întâlnirile scurte dintre ligand și receptor pot declanșa semnale fluorescente sau genetice durabile, ajutând cercetătorii să depășească provocările de lungă durată asociate interacțiunilor cu afinitate scăzută și internalizarea receptorilor.
Revizuirea argumentează în continuare că descoperirea ligand-receptor trebuie integrată cu tehnologiile de transcriptomică la nivel de celulă unică și spațială pentru a înțelege unde sunt produse moleculele de semnalizare, ce celule exprimă receptorii lor și cum operează rețelele de comunicare în cadrul țesuturilor native. Instrumente precum CellPhoneDB, FlyPhoneDB2, MERFISH și Slide-seq permit tot mai mult această viziune la nivel de sisteme.
Autorii concluzionează că eforturile viitoare de deorphanizare vor combina cel mai probabil stabilizarea biochimică, screeningul de înaltă capacitate, predicția bazată pe inteligență artificială, biologia sintetică și abordările de omică spațială. Împreună, aceste tehnologii ar putea îmbunătăți substanțial modul în care cercetătorii cartografiază rețelele de semnalizare care coordonează fiziologia în cadrul țesuturilor și organelor.
