Белок p27 входит в число примерно одной трети белков человека, называемых внутренне неупорядоченными белками (IDP), которые не складываются спонтанно в определенные трехмерные формы. p27 помогает регулировать деление клеток; снижение уровня белка связано с распространением рака груди и других видов рака. Это исследование, однако, было вызвано доказательствами возможных преимуществ ингибирования p27, в частности, для помощи в регенерации сенсорных волосковых клеток внутреннего уха для борьбы с потерей слуха.
Результаты также вселяют большие надежды на разработку лекарств, направленных на неупорядоченные белки. Неупорядоченные белки вызывают широкий спектр заболеваний, включая диабет и нейродегенеративные расстройства, но до сих пор усилия по разработке лекарств не увенчались успехом.
Большинство лекарств работают за счет связывания со стабильной трехмерной формой белков, которой у неупорядоченных белков нет.
Белок p27 работает путем связывания с ферментом и образования комплекса, который блокирует деление клеток. Этот тип регулирования необходим для того, чтобы держать клетки под контролем, если нет других указаний на деление.
В этом исследовании St. Исследователи Jude использовали ЯМР-спектроскопию, чтобы идентифицировать 36 небольших молекул, которые связываются с двумя разными, но частично перекрывающимися областями p27, где белок связывается с ферментом. ЯМР-спектроскопия использует магнитные свойства атомов для обнаружения структурных деталей различных молекул и особенно того, как они взаимодействуют друг с другом. Большинство лекарств – это небольшие молекулы.
Одна из малых молекул в этом исследовании ингибировала функцию p27 в биохимических анализах, демонстрируя, в принципе, что небольшие молекулы могут нарушать и, возможно, регулировать функцию неупорядоченных белков.
«Идея заключалась в том, что небольшие молекулы не будут специфически связываться с неупорядоченными белками», – сказал соавтор-корреспондент Ричард Кривацки, Ph.D., сотрудник кафедры структурной биологии. "Это исследование демонстрирует, что небольшие молекулы, идентифицированные путем скрининга библиотеки соединений, не только связываются с неупорядоченным белком, но и изолируют и подавляют активность белка."
Ученые начали разработку соединения, которое образует более прочную связь и охватывает сайт связывания фермента p27.
«Концепция ингибирования p27 как возможной стратегии регенерации волосковых клеток существует уже более 15 лет, но до сих пор никому не удавалось это сделать», – сказал соавтор-корреспондент Цзянь Цзо, доктор философии.D., член Св.
Джуд, Отдел нейробиологии развития, изучающий регенерацию волосковых клеток. «Я знал, что Ричард был специалистом по внутренне неупорядоченным белкам, таким как p27, поэтому я обратился к нему; и он выступил с новаторской, некоторые сказали бы сумасшедшей, идеей скрининга малых молекул на ингибирование p27."
Волосковые клетки во внутреннем ухе преобразуют звуковые колебания в электрические сигналы, которые передаются в мозг через слуховой нерв. У кур, рыб и земноводных волосковые клетки регенерируются из окружающих клеток, называемых поддерживающими клетками, но человеческие волосковые клетки, утраченные из-за травм, болезней или возраста, не восстанавливаются. Такое повреждение является основной причиной потери слуха.
Лабораторные эксперименты показали, что поддерживающие клетки мышей можно уговорить превратиться в волосковые клетки, частично блокируя выработку p27.
Используя ЯМР-спектроскопию, исследователи проверили библиотеку малых молекул на предмет связывания p27, которое может нарушить функцию белка. Исследователи специально искали небольшие молекулы, которые связывают p27, где белок обычно связывает свой ферментный партнер и блокирует деление клетки. Первый автор Луиджи Иконкару, Ph.D., а св.
Джуд, постдокторант, возглавил работу. Соавтор Ананг Шелат, Ph.D., помощник члена Санкт-Петербургского. Джуд, Департамент химической биологии и терапии, разработал библиотеку малых молекул, используя молекулы, которые были немного крупнее и сложнее, чем традиционно используемые для скрининга разработки лекарств.
Удивительно, но исследователи обнаружили две отдельные группы небольших молекул, которые связывают отдельные, но перекрывающиеся сегменты p27. Небольшие молекулы позволили понять, как связываются неупорядоченные белки, включая динамическое взаимодействие между небольшими молекулами и короткоживущими сайтами связывания, созданными различным расположением аминокислот, составляющих p27.
«Следующий шаг – связать вместе небольшие молекулы и сайты связывания, идентифицированные в этом исследовании, для образования более крупных соединений, которые связывают p27 в нескольких сайтах с большей аффинностью и специфичностью», – сказал Цзо. «Хотя низкомолекулярные соединения еще далеки от клиники, эти результаты – еще один маленький шаг на долгом пути к лекарству от потери слуха, которое можно было бы вводить в улитку для образования новых волосковых клеток."