Рецепторы, сопряженные с G-белком, или GPCR имеют огромное значение как мишени воздействия многих лекарств. Их изучение необходимо поставить «на поток», чтобы эффективно создавать новые препараты. Поэтому коллектив авторов из МФТИ и их коллеги впервые применили анализ температурного сдвига для изучения взаимодействия GPCR с их целевыми молекулами — лигандами. Такой подход отличают доступность и высокая производительность, и потому он будет полезен для фармакологических исследований. Результаты опубликованы в Protein Science. Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 22-74-10036 (https://rscf.ru/ru/project/22-74-10036/) и № 24-74-10020 (https://rscf.ru/project/24-74-10020/).
Трудно переоценить значение рецепторов суперсемейства GPCR для фармакологии. Это мембранные белки, способные реагировать на различные воздействия извне (например, при связывании специальных молекул-лигандов или на свет) и в ответ изменять процессы внутри клетки. В этом им помогают взаимодействующие партнеры — G-белки, которые расщепляют молекулы ГТФ и тем запускают целый каскад реакций в цитоплазме.
Таким образом, GPCR делают клетку регулируемой системой и помогают ей жить и делиться. С другой стороны, эти рецепторы вовлечены в развитие множества заболеваний. И чтобы их лечить, необходимо точно и избирательно менять состояние нужных GPCR. Рецепторы таргетируют более 30% всех одобренных сейчас лекарственных средств, причем список постоянно пополняется.
Представителей этого суперсемейства очень много — у человека в геноме найдено более 800 кодирующих GPCR генов. Все такие белки объединяет схожая структура (семь спиралей, пронизывающих мембрану) и общие принципы действия. Но каждый GPCR имеет и уникальные свойства, в том числе специфические взаимодействия с молекулами-активаторами или блокаторами — лигандами. Для прогресса медицины необходимо быстро и точно описывать такие взаимодействия у все новых рецепторов.
Методы, которые обычно используют для изучения комплексов GPCR-лиганд, дорого стоят и имеют другие ограничения. В том числе потому, что рецепторы — это «живущие» в мембранах белки с особыми свойствами, трудно поддающиеся выделению в чистом виде и описанию.
Поэтому авторы новой публикации — ученые МФТИ, Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Института биологического приборостроения РАН (Пущино) и Института Бридж (США) предложили альтернативный подход.
Они обратили внимание на анализ температурного сдвига (thermal shift assay, TSA). Метод основан на изменении флуоресценции специального красителя в зависимости от характера его взаимодействий с изучаемым белком. Исходно TSA применяли для оценки стабильности белковых молекул, то есть описания их плавления. В физиологических условиях большинство белков имеют фиксированную структуру, но при нагреве и других воздействиях могут пройти фазовый переход. Температура, при которой он происходит — это важная характеристика белка.
Но недавно анализ температурного сдвига стали применять и для изучения взаимодействий между молекулами. Формирование комплексов белков с лигандами описывают на основе роста температуры плавления по мере увеличения концентрации лиганда.
Авторы использовали типичный белок суперсемейства GPCR — аденозиновый рецептор 2 типа (A2AAR), а также сильно отличающийся от него лейкотриеновый рецептор 1 типа (CysLT1R). Оба имеют большое клинической значение и множество физиологических функций. Например, A2AAR регулирует работу сердца и иммунитета, а CysLT1R участвует в развитии воспаления.
В работе описано множество взаимодействий рецепторов A2AAR и CysLT1R с различными лигандами. Среди них были как агонисты (активируют рецептор), так и антагонисты (блокируют его); ортостерические лиганды, которые связывают «рабочую поверхность» рецептора, а также аллостерические лиганды (взаимодействуют с другими частями молекулы белка).
«С помощью ряда экспериментов с аденозиновым рецептором 2 типа и лейкотриеновым рецептором 1 типа, а также нескольких математических моделей (для обработки данных) мы показали, что при помощи метода TSA вполне возможно рассчитать константу диссоциации комплекса GPCR-лиганд. Это верно как для ортостерических, так и аллостерических лигандов. Таким образом, предложенный нами подход может стать доступной альтернативой существующим методам, выигрывая у них по стоимости реактивов и оборудования, скорости получения результата и простоты эксперимента», — отметил Дмитрий Дашевский, сотрудник Центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний и Лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком МФТИ.
