Hamowanie sygnałów wywołujących chorobę
Poważne choroby ludzkie, w tym choroby układu krążenia, nerek i cukrzyca są przyczyną ogromnej śmiertelności i zachorowalności na skalę globalną. Z biomedycznego punktu widzenia, wykorzystują wspólną sieć połączeń chemicznych – cykliczny skompartmentalizowany jednofosforan adenozyny (cAMP). Cykliczny AMP generowany jest przez cyklazy adenylinowe (AC) w odpowiedzi na wiele sygnałów występujących na zewnątrz komórki. Głównym efektorem cAMP jest kinaza proteinowa A (PKA). Elementami łączącymi są białka kotwiczące kinazę A (AKAP), które koordynują sygnałowanie cAMP poprzez łączenie PKA z rozmaitymi systemami przedziałów komórkowych, takimi jak błona komórkowa i zewnętrzna błona mitochondrialna – tak zwaną kompartmentalizację. Zarówno kompartmentalizacja, jak i jakakolwiek interakcja międzybiałkowa mająca miejsce w biochemicznym świecie cAMP są wysoce precyzyjne i oferują gospodarzowi możliwości interwencji leczniczych. Celem projektu finansowanego przez UE pt. THERA-CAMP było zidentyfikowanie małych cząsteczek jako potencjalnych genów docelowych dla leku, które mają wpływ na interakcje białek sygnalizujących z białkami odpowiedzialnymi za kotwiczenie do komór komórkowych. Naukowcy z zespołu THERA-CAMP głównie skupili sie na cząsteczkach, które wymagają działania AC, AKAP i PKA. Zespół użył nowoczesnych bioczujników opartych na technologii rezonansowego przeniesienia energii w mechanizmie Förstera (FRET) oraz rezonansowego przeniesienia energii wzbudzenia bioluminescencji (BRET). Odpowiednie reakcje międzybiałkowe zostały scharakteryzowane biochemicznie przy użyciu cząsteczkowych badań modelowania. Naukowcy ustanowili także systemy przesiewowych w celu identyfikacji elementów zakłócających działanie małych molekuł w obrębie skompartmentalizowanych sieci cAMP. Przy użyciu prób komórkowych BRET, odkryto szereg tropów dotyczących chorób neurologicznych. Naukowcy odkryli dynamiczne interakcje angażujące Lis, białko, które po zmutowaniu prowadzi do zapalenia mózgu. Zespół THERA-CAMP wydobył także na światło dzienne Ndel1, białko, które wchodzi w interakcję z DISC1, które mutuje w przypadku schizofrenii. Przesiewając zbiór 20 tys. cząsteczek zidentyfikowano różne klasy związków, które albo promują, albo hamują relokację cząsteczki cAMP. Jednym z przykładów jest fosfodiesteraza, powiązana z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP), zwłóknieniem i zaburzeniami snu. Ponadto, w wyniku tego samego badania przesiewowego, zidentyfikowano cząsteczki przydatne w leczeniu chorób powiązanych z zatrzymywaniem wody w organizmie, takich jak przewlekła niewydolność serca czy marskość wątroby. Zdolność do identyfikacji małych cząsteczek przy użyciu konkurencyjnych prób opartych na powierzchniowym rezonansie plazmowym (SPR) okazało się wyjątkowa owocna. Opisano około 140 cząsteczek o potencjale do przerwania wiązania AKAP-PKA. Co ciekawe, 20 spośród tych związków to związki naturalne – flawonoidy i polifenole. Projekt THERA-CAMP ukazał zupełnie nowe spojrzenie na mechanikę interferencji z kaskadami biochemicznymi, które powodują chorobę. Przy wykorzystaniu protokołów projektu badawczego, da się dokładniej określić efekty uboczne terapii z użyciem małych cząsteczek. Co więcej, skompartmentalizowane sygnałowanie cAMP można wykorzystać w leczeniu chorób, które nie reagują na konwencjonalną farmakoterapię.
