Рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR) — чрезвычайно важные участники биологических процессов, являющиеся мишенями для более чем трети используемых лекарств. Для создания новых методов терапии необходимо детально понимать, как устроены и работают GPCR. Поэтому ученые МФТИ изучили один из таких рецепторов — GPR17 — который может стать мишенью для лечения рассеянного склероза, последствий черепно-мозговых травм и ишемии, ожирения и других болезней. Их работа подготовила почву для биомедицинских исследований GRP17 и его дальнейшего использования на практике. Результаты опубликованы в журнале «Биоорганическая химия».
Ученые и медики неутомимо работают над созданием и внедрением в практику все новых лекарственных средств. Поиск уже не полагается на случайные находки, а основан на рациональном дизайне препаратов, знаниях о структуре молекул и предсказании их взаимодействий. Важным подспорьем также стали методы биоинформатики и искусственного интеллекта.
Особое значение для фармакологии имеют рецепторы, сопряженные с G-белками (на английском G-protein-coupled receptors, GPCR), отличительным признаком которых являются семь спиралей, пронизывающих клеточную мембрану. Эти рецепторы нужны для передачи внутрь клетки сигнала и дальнейшего клеточного ответа на связывание различных внешних факторов — гормонов, пептидов, нуклеотидов, ионов, липидов, нейромедиаторов, пахучих веществ, протеаз, лекарственных препаратов, фотонов света и так далее. Рецепторы класса GPCR участвуют во множестве физиологических процессов, а также в развитии многих заболеваний.
Препараты, которые избирательно воздействуют на GPCR, — это чрезвычайно обширная группа лекарств. На их долю приходится 35% препаратов, одобренных FDA (Food and Drug Administration, Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США). Разумеется, список таких лекарств постоянно пополняется, что открывает возможности для лечения все новых болезней и обеспечивает прогресс медицины.
Для точного и предсказуемого эффекта разрабатываемых лекарственных препаратов на белки-мишени сначала необходимо тщательно изучить целевой рецептор. Описать кодирующие и регулирующие его гены, структуру и различные взаимодействия с другими молекулами. Между тем разных GPCR очень много — в геноме человека суперсемейство включает в себя свыше 800 известных представителей. Несмотря на общие принципы работы и эволюционную близость, каждый такой рецептор имеет свою специфику.
На сей раз ученые из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ обратили внимание на GPR17. Это пока мало изученный рецептор, сопряженный с G-белком, который локализован главным образом в мозге и играет важную роль в образовании миелиновой «изоляции» нервных клеток. Поэтому GPR17 — перспективная мишень для терапии нейродегенеративных заболеваний, ишемии, рассеянного склероза, а также метаболического синдрома и других болезней.
Между тем GPR17 — это один из рецепторов-«сирот» (орфанных рецепторов). То есть его природные лиганды — специфически связывающиеся и активирующие рецептор молекулы — не известны. К тому же структура рецептора получена только в активированном состоянии и при недостаточно хорошем разрешении. Так что ученым еще предстоит немалая работа по структурным исследованиям белка GPR17 и его функционировании в норме и при патологии.
Для начала авторы новой статьи провели скрининг различных модификаций GPR17. Они внесли в него множество мутаций и по-разному присоединяли к белку GPR17 белки-партнеры, которые делают его более стабильным (устойчивым при выделении из клеточных мембран и при повышении температуры). Синтез модифицированного белка проводили с помощью векторов на основе бакуловирусов, которыми заражали клетки линии Sf9, исходно полученные из насекомого — бабочки кукурузной совки (Spodoptera frugiperda). Возникли трудности с получением клеточной культуры с нужной локализацией GRP17 — на клеточной мембране — однако, постепенно модифицируя белок, биофизики смогли их преодолеть.
Вся проделанная работа необходима для дальнейшего рентгеноструктурного анализа (РСА), для которого используется закристаллизованный белок. Действуя на белковый кристалл рентгеновским излучением, ученые по картине рассеяния лучей смогут описать трехмерную структуру GPR17 — на сей раз в неактивной форме и с высоким разрешением.
«Исследования структуры и функций белка GPR17 — это важная задача для современной науки и биомедицины. Благодаря всестороннему изучению этого рецептора сопряженного с G-белком мы создали несколько его модифицированных форм и разработали оптимальный способ получения стабильного белкового препарата GPR17. В будущем наш подход может быть применен и к другим рецепторам того же суперсемейства», — подытожила Надежда Сафронова, младший научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G белком Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний ЛФИ МФТИ.
Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-74-10020)
