ساختار پروتئینی که سلول های سرطانی را در برابر شیمی درمانی مقاوم می کند شناسایی شد

یک تیم تحقیقاتی در موسسه تحقیقاتی اسکریپس اولین نگاه اجمالی به پروتئینی را به دست آوردند که مواد خاصی از جمله بسیاری از داروها را از سلول ها دور نگه می دارد. این پروتئین که P-glycoprotein یا به اختصار P-gp نامیده می شود، یکی از دلایل اصلی مقاومت سلول های سرطانی به داروهای شیمی درمانی است. درک ساختار آن ممکن است به دانشمندان در طراحی داروهای مؤثرتر کمک کند.

تحقیق جدید در شماره 27 مارس 2009 مجله Science شرح داده شد.

جفری چانگ، نویسنده ارشد این مطالعه، استادیار پژوهش اسکریپس، می گوید: «این ساختار پیشرفت مهمی است و امیدواریم این فقط آغاز پیشرفت های بیشتر برای ما باشد."ساختار ابزار خوبی برای درک نحوه انتقال داروها به خارج از سلول ها توسط P-gp و طراحی داروهایی برای جلوگیری از مقاومت دارویی P-gp است. بسیار هیجان انگیز است."

P-gp، پروتئینی که برای اولین بار در سال 1976 شناسایی شد، در غشایی که سلول‌های انسان را احاطه کرده است، از جمله سلول‌های روده، روده، کلیه و مغز قرار دارد، جایی که به عنوان محافظ دروازه عمل می‌کند و مضرات بالقوه را بیرون می‌زند. عوامل مشکل ساز، P-gp نه تنها مواد مضر را به خارج از سلول منتقل می کند، بلکه داروهایی را که برای سلول های سرطانی و سلول های آلوده به HIV و همچنین برخی از درمان ها با هدف کاهش شرایط روانی هدف قرار می گیرند، به خارج از سلول منتقل می کند.

ژان چین گفت: «ما مدت‌هاست که می‌دانستیم که P-گلیکوپروتئین نقش کلیدی در مقاومت چند دارویی در بیماران سرطانی ایفا می‌کند، و این کار به ما کمک می‌کند بفهمیم که پروتئین چگونه می‌تواند روی چنین طیف وسیعی از ترکیبات عمل کند. دکتری، مؤسسه ملی علوم پزشکی عمومی (NIGMS) مؤسسه ملی بهداشت (NIH)، که تا حدی از این کار حمایت کرد."در آینده، دانشمندان ممکن است بتوانند از این ساختارهای کریستالی برای طراحی مواد شیمیایی استفاده کنند که فعالیت P-گلیکوپروتئین را مسدود کرده و حساسیت به عوامل شیمی درمانی را بازگرداند."

حل ساختار

تیم که شامل دانشمندانی از مرکز علوم بهداشتی دانشگاه فناوری تگزاس و همچنین تحقیقات اسکریپس بود، ساختار P-gp را با استفاده از تکنیکی در زیست شناسی ساختاری به نام کریستالوگرافی اشعه ایکس، که شامل ساخت کریستال های مرتب شده است، تعیین کرد. آرایه های پروتئین و سپس انفجار کریستال های منجمد با اشعه ایکس. اتم های موجود در کریستال های پروتئین باعث پراش اشعه ایکس می شوند و دانشمندان الگوی پراش را جمع آوری و تجزیه و تحلیل می کنند تا ساختار سطح اتمی پروتئین ها را حل کنند.

"بزرگترین چالش دریافت پروتئین کافی برای خالص سازی و ساختن کریستال از آن بود."

هنگامی که دانشمندان موفق به انجام کریستالوگرافی اشعه ایکس و حل ساختار شدند، دریافتند که پروتئین P-gp موش، که 87 درصد مشابه همتای انسانی خود است، به شکل "v" وارونه است. یا تیپی با یک حفره بزرگ در داخل. داخل حفره با اسیدهای آمینه پوشانده شده است که به مواد مختلف متصل می شوند و آنها را در جای خود نگه می دارند. قسمت بالایی تیپی در داخل غشای سلولی قرار دارد و دارای دو دهانه برای ورود مواد است. قسمت پایینی داخل سلول بیرون می‌آید و به دو بازوی دمبل‌شکل ختم می‌شود.

این شکل کلی به طرز شگفت انگیزی شبیه پروتئین دیگری به نام MsbA است که لیپیدها را از باکتری ها خارج می کند. این شباهت نشان می‌دهد که P-gp با کنار هم قرار دادن دو بازوی دمبل‌شکل در داخل سلول و باز کردن انتهای بسته به سمت خارج سلول عمل می‌کند و اساساً جهت "v" یا tipi را معکوس می‌کند تا هر ماده‌ای که در داخل سلول گیر کند. حفره پروتئین از سلول خارج می شود.

در حالی که مطالعه جدید شباهت دیگری را بین MsbA و P-gp نشان می دهد - هر دو حفره اتصال با اسیدهای آمینه آبگریز پوشیده شده اند - معلوم شد که P-gp پستانداران دارای تعداد بیشتری از این اسیدهای آمینه و تنوع بیشتری از آنها است. از جمله آمینو اسیدهای معطر که به بسیاری از مواد مختلف (موادی که توسط آنزیم ها عمل می کنند) شناخته شده اند.

چانگ می گوید: برخلاف پروتئین باکتریایی، P-gp پستانداران طوری طراحی شده است که طیف وسیعی از بسترها را داشته باشد. "وجود بسیاری از باقیمانده های آبگریز و معطر توضیح می دهد که چگونه این اتفاق می افتد."

راهی به سوی داروهای بهتر

مطالعه جدید همچنین بینش هایی را با نشان دادن ساختارهای P-gp متصل به برخی از بسترهای آن ایجاد کرد. چانگ و آلر با Qinghai Zhang، استادیار در Scripps Research، که چندین ترکیب طراحی کرده بود که می تواند عملکرد P-gp را مسدود کند، همکاری کردند. این ترکیبات در داخل حفره P-gp متصل می شوند و از ورود مواد دیگر جلوگیری می کنند.چانگ و آلر توانستند ساختار دو ترکیب ژانگ را در داخل P-gp بدست آورند.

آلر می گوید: «هر دو در یک حفره می روند و به اسیدهای آمینه متفاوتی متصل می شوند، اما با مقداری همپوشانی. "آنچه این به ما می گوید این است که یک مجموعه هسته ای بسیار مهم از اسیدهای آمینه در P-gp وجود دارد که همه مواد را متصل می کند، و اسیدهای آمینه اضافی برای تنظیم دقیق اتصال به داروهای خاص وجود دارد."

دانستن اینکه حفره اتصال P-gp چگونه به نظر می رسد و دقیقاً کجا مواد به آن متصل می شوند ممکن است به محققان اجازه دهد داروهای بهتری طراحی کنند، به عنوان مثال با استفاده از شیمی برای تغییر بخش هایی از آن دارو به طوری که بتواند مخفیانه از P-gp عبور کند و به داخل آن وارد شود. سلول ها.

چانگ می‌گوید: «[یکی از مزیت‌های این فرآیند این است] که ما مجبور نیستیم داروهای کاملاً جدید طراحی کنیم، بلکه داروهای موجود را دوباره طراحی کنیم تا عملکرد بهتری داشته باشند. "اسکریپس مکان مناسبی برای این نوع مطالعات است زیرا آزمایشگاه های شیمی و زیست شناسی بزرگی در اینجا وجود دارد.ما به راحتی می توانیم همکاران پیدا کنیم."

علاوه بر چانگ، آلر و ژانگ، نویسندگان همکار این مطالعه "ساختار P-گلیکوپروتئین یک مبنای مولکولی برای اتصال دارویی چند خاص را نشان می دهد" شامل جودی یو، اندرو وارد، یو ونگ و سرینیواس چیتابوینا هستند. از Scripps Research و Ina L. Urbatsch، Rupeng Zhuo، Patina M. Harrell، و Yenphuong T. Trinh، از مرکز علوم بهداشتی دانشگاه فناوری تگزاس در Lubbock تگزاس.