Los investigadores esperan diseñar una nueva generación de medicamentos contra una serie de enfermedades mortales. Sin embargo, la tarea es costosa, ardua y a menudo ineficaz. Uno de los desafíos clave es comprender una clase particular de proteínas que adornan las superficies celulares, que sonobjetivos de la mayoría de las drogas farmacéuticas.
Ahora Wei Liu y sus colegas en el Instituto de Biodiseño de ASU, junto con un equipo dirigido por Haitao Zhang y Vadim Cherezov de USC han examinado un objetivo prometedor de drogas con detalles luminosos, utilizando un dispositivo conocido como láser de electrones sin rayos X, oXFEL.
Sus resultados, que aparecen en la edición avanzada en línea de la revista Naturaleza , arrojan nueva luz sobre AT2R, un receptor celular crítico, cuyo rango de funciones los investigadores solo han comenzado a descubrir. Los hallazgos del grupo podrían acelerar el desarrollo de nuevos compuestos que aborden afecciones cardiovasculares, dolor neuropático y crecimiento de tejidos.
AT2R pertenece a una familia de receptores celulares conocidos como GPCR por sus siglas en inglés, receptor acoplado a proteína G, la familia más grande de receptores de membrana celular en el genoma humano. Como explica Liu, los GPCR son candidatos muy atractivos para ser atacados por nuevos medicamentos porqueProporcionar líneas esenciales de comunicación entre el entorno externo de una célula y su funcionamiento interior.
"Los humanos tienen más de 800 GPCR", dice Liu "y cada uno de ellos es importante, porque reconocen miles de entidades diferentes desde fuera de la célula, incluidas moléculas pequeñas, péptidos, proteínas e incluso fotones".La rodopsina GPCR, por ejemplo, es crítica para la visión, los receptores olfativos representan el sentido del olfato, mientras que la cafeína en el café actúa uniéndose a los receptores de adenosina, y así sucesivamente.
Además de sus funciones vitales de limpieza, los GPCR proporcionan objetivos farmacológicos para el tratamiento de una miríada de enfermedades humanas. "Para casi cualquier enfermedad con la que estamos luchando, las proteínas GPCR podrían ser los posibles objetivos farmacológicos: receptores de quimiocinas para el VIH, receptores de serotoninapara el Alzheimer, los receptores de dopamina para la drogadicción y el Parkinson ", dice Liu.
Los científicos descubrieron nuevos detalles estructurales del receptor de angiotensina II AT2R que han intrigado a los investigadores durante dos décadas. Utilizando potentes rayos X de la Fuente de luz coherente Linac LCLS de SLAC y la Fuente avanzada de fotones APS del Laboratorio Nacional de Argonne.dos receptores de angiotensina II, y su par, AT1R, se ha utilizado con éxito como objetivo para medicamentos para la presión arterial alta.
La información revelada por el estudio podría dar a los desarrolladores de medicamentos un nuevo camino para los compuestos que combaten el dolor y la inflamación o promuevan la regeneración de tejidos al acoplarlos cómodamente en un bolsillo en la elaborada forma tridimensional de AT2R.
"A diferencia de su hermano AT1R, el receptor AT2 no se ha entendido completamente", dijo Cherezov, profesor de química en la Universidad del Sur de California e investigador principal del estudio. "A través de este estudio descubrimos muchos detalles importantes sobre el receptor AT2".estructura y cómo se une a los compuestos químicos, información que estimulará más estudios de la función del receptor y podría permitir un emocionante próximo paso en el descubrimiento de fármacos ".
Dos receptores, muchos misterios
Ambos receptores de angiotensina II, AT1 y AT2, son componentes clave de un sistema hormonal que ayuda a regular la presión sanguínea y los niveles de sodio en la sangre. Se conocen como "proteínas de membrana" porque se colocan en las membranas plasmáticas de las células, donde recibenseñales de hormonas fuera de la célula y transmitirlas a los compañeros solubles dentro de la célula, como las proteínas G o las \ beta - arrestinas, desencadenando una cascada de eventos que propagan la señal por toda la célula.
Muchos medicamentos para la hipertensión actualmente en el mercado apuntan al receptor AT1 debido a su papel bien entendido en la regulación de la presión arterial; bloquean el AT1 para reducir la presión arterial. El receptor AT2, por otro lado, sigue siendo un objetivo esquivo del medicamentoa pesar de los múltiples estudios de su función. Algunos, pero no todos, han demostrado que contrarresta los efectos de AT1; otros señalan su potencial para la protección y regeneración de los tejidos; y aún otros sugieren que podría desempeñar un papel en el bloqueo del dolor.
Si bien todavía no hay medicamentos aprobados que actúen sobre los receptores AT2, las compañías farmacéuticas están buscando agresivamente compuestos que los activen o los bloqueen. Uno de estos compuestos, llamado EMA401, se está probando en pacientes para el tratamiento del dolor neuropático.
El último estudio aborda dos objetivos: comprender cómo AT2 difiere de AT1, para enfocarse selectivamente en él; y explorar por qué AT2, que tiene todas las características clásicas de un GPCR, al igual que AT1, no puede activar las proteínas G,que propagan señales dentro de las células, o interactúan con arrestin, apagando esas señales.
Biología bajo luz de rayos X
En los experimentos, los investigadores observaron dos tipos diferentes de muestras, que se formaron en cristales para examinarlas con rayos X. En una, el receptor AT2 estaba unido a un compuesto selectivo, uno que se une solo a AT2. Estos cristaleseran tan pequeños que solo podían estudiarse en el láser LCLS de rayos X de rayos libres de SLAC, donde se transmitían a través de un haz de pulsos de rayos X ultrarrápidos.
En el otro, un compuesto no selectivo se unió a AT1 y AT2. Estas muestras, que formaron cristales más grandes, se sondearon en la fuente de luz sincrotrón APS de Argonne.
Resultados inesperados
Los resultados de los experimentos fueron sorprendentes de varias maneras. Primero, aunque ambos compuestos fueron diseñados para bloquear y desactivar los receptores, dejaron AT2 en un estado que parecía estar activo. Además, aunque se pensaba que AT1 y AT2 estabanmuy similares, los bolsillos donde los receptores se unen a los compuestos exhibieron marcadas diferencias.
"Esto es algo que nunca hemos visto con GPCR", dijo Cherezov. "La idea siempre fue que los receptores que se unen a los mismos compuestos tendrían bolsillos muy similares, por lo que los esfuerzos para desarrollar medicamentos que actúen en AT2 comenzaron con la misma baseestructuras como fármacos que actúan sobre AT1. Ahora vemos que es posible que tengamos que comenzar con moléculas similares a fármacos completamente diferentes que se adaptan para adaptarse al receptor AT2, lo que podría establecer el proceso de descubrimiento de fármacos en una dirección diferente ".
Los participantes de ASU ayudaron con el análisis de datos, así como con la preparación y caracterización de muestras. Liu, anteriormente miembro del equipo de USC, también ayudó con el diseño, la purificación y la cristalización de la construcción del receptor.
Liu enfatiza que muchas proteínas GPCR importantes adecuadas para objetivos farmacológicos solo pueden formar cristales muy pequeños menos de 100 micras de longitud en el laboratorio. Históricamente, la capacidad de producir cristales de proteínas grandes en el laboratorio era un requisito previo para estudiar susEstructura 3D a altas resoluciones, ya que los cristales más pequeños serían destruidos por la radiación sincrotrón. Ahora, sin embargo, el estudio de estas moléculas ha sido revolucionado mediante el uso de la tecnología XFEL, que expone los cristales del tamaño de micras a explosiones de radiación tan cortas que permanecenintacto.
ASU es pionera en este nuevo dominio de estudio, combinando su experiencia en la producción de pequeños cristales adecuados para el análisis de proteínas GPCR con la capacidad de obtener imágenes de dichas muestras a una resolución extremadamente alta usando XFEL.
El Biodesign Institute ha emprendido recientemente un audaz proyecto para construir un XFEL compacto primero en su tipo, capaz de llevar a cabo este tipo de análisis estructural de proteínas de alta resolución, reduciendo radicalmente los costos y mejorando la accesibilidad. Actualmente, solo 3existen grandes máquinas XFEL, la instalación SLAC en Stanford, DESY en Hamburgo, Alemania y la SACLA XFEL, en Harima, Japón.
"XFEL abre la puerta a todos estos objetivos de proteínas de membrana", dice Liu, enfatizando que el campo de la cristalografía de rayos X ahora está listo para un rápido avance.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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