17.08.2022
Биофизики из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных
заболеваний МФТИ в сотрудничестве с зарубежными коллегами изучили структуру и
особенности работы рецептора, играющего важную роль в иммунных и
нейродегенеративных нарушениях, а также в канцерогенезе (процессе зарождения и
развития опухолей). Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Работа рецепторов S1P (семейство сфингозин-1-фосфатных рецепторов из пяти
представителей) влияет на множество клеточных процессов, таких как деление,
миграция и выживание. На сегодня уже разработано несколько терапевтических
препаратов для лечения рассеянного склероза, болезни Крона и других аутоиммунных
заболеваний, нацеленных на рецепторы S1P, однако им не хватает избирательности по
подтипам рецепторов и механизмам действия, что приводит к побочным эффектам.
Для разработки лекарств прицельного действия необходимо изучить их
взаимодействие с рецепторами на молекулярном уровне, а для этого нужно более
глубоко понять строение и механизмы работы самих рецепторов. Биофизики из МФТИ
изучили кристаллическую структуру рецептора S1P 5 с помощью серийной
фемтосекундной кристаллографии (SFX) на рентгеновском лазере на свободных
электронах (XFEL).
«SFX — это один из самых перспективных методов анализа третичных структур
белков, позволяющий исследователям взглянуть на ранее не поддававшиеся анализу
белки. Однако этот подход потребовал разработки множества дополнительных
технических и математических решений. Классическая рентгеновская
кристаллография подразумевает облучение одного кристалла с разных сторон и
совместный анализ картин рассеяния. При SFX кристалл разрушается сразу, при
первом взаимодействии с мощным рентгеновским импульсом, однако, к счастью для
исследователей, дифракционная картина еще целого кристалла появляется на
детекторе раньше. В результате необходимо последовательно облучать множество
мелких кристаллов и анализировать большую серию картин дифракции», —
рассказывает Алексей Мишин, заместитель заведующего лабораторией структурной
биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ.
«В результате нашего исследования впервые получена структура важного рецептора,
относящегося к классу сопряженных с G-белком. Это интересно как с
фундаментальной точки зрения: определен молекулярный механизм работы, так и с
прикладной: структура S1P 5 с высоким разрешением позволяет создать шаблоны для
поиска селективных терапевтических препаратов с целенаправленной функцией и
минимальным количеством побочных эффектов», — добавляет Елизавета Ляпина,
научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с
G-белком, МФТИ, первый автор статьи.
Существующие лекарства, «включающие» S1P 5 , имеют нейропротекторные свойства
при болезнях Альцгеймера и Хантингтона, в то время как подавление активности этого
рецептора приводит к гибели раковых NK-клеток при NK-клеточном лейкозе.
Вещества, воздействующие на данный рецептор, его лиганды, были одобрены для
лечения рассеянного склероза, болезни Крона и других аутоиммунных заболеваний.
Однако фармакологическая роль S1P 5 остается до сих пор не до конца ясной, в
основном из-за отсутствия хорошо охарактеризованных высокоточных веществ
(лигандов), действующих на рецептор с подтвержденной активностью на живых
организмах.
«Структурная информация, подобная той, что мы получили в работе, является
основой для компьютерной разработки лекарственных препаратов (structure-based
drug design), которая радикальным образом ускоряет весь процесс создания лекарств.
В нашей работе мы провели сравнение: насколько экспериментальные результаты
позволяют лучше предсказывать белковые лиганды по сравнению с предсказаниями,
полученными при помощи AlphaFold2 — программы на базе искусственного
интеллекта. Оказалось, что AlphaFold2 успешно предсказывает уникальные
особенности строения белка. Однако, используя экспериментальные структуры, все
же удается намного лучше находить потенциальные лиганды для рецептора, чем с
использованием предсказанных структур. Это означает, что экспериментальная
структурная биология по-прежнему остается важнейшим направлением в области
разработки лекарств», — прокомментировал Валентин Борщевский, заместитель
директора Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных
заболеваний МФТИ.
Проект состоял из большого числа экспериментальных этапов: ученые создавали и
тестировали генно-инженерные конструкции, экспрессировали и выделяли рецептор,
кристаллизировали и определяли его структуру методом рентгено-структурного
анализа при помощи рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL) в
лаборатории ускорителей г. Пхохана (PAL-XFEL) в Южной Корее, именно здесь
находится одна из самых серьезных установок в мире, относящихся к объектам класса
«мегасайенс», обладающая мощнейшим источником рентгеновского излучения. С
полученной структурой проводили компьютерное моделирование и молекулярный
докинг.
Рисунок. Структура S1P 5 и ее сравнение с известными структурами других
рецепторов семейства S1P. Источник: Nature Communications.
«Важность нашего исследования подтверждает тот факт, что мы были одной из
немногих иностранных групп, которые получили экспериментальное время на
конкурсной основе в лаборатории ускорителей Пхохана (PAL-XFEL) в Южной Корее»,
— подытожил Алексей Мишин.
Сфингозин-1-фосфатные рецепторы входят в перечень биомишеней для разработки
схожих по фармакотерапевтическому действию и улучшенных аналогов
инновационных лекарственных препаратов, утвержденный приказами Министерства
промышленности и торговли РФ и Министерства здравоохранения РФ.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ,
Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда.
Пресс-служба МФТИ
Нет комментариев