Биоинженеры изобрели способ ускорить разработку лекарств
Человеческое тело можно представить как сложную машину, рабочие части которой — это белки. Они меняют форму, позволяя органам и тканям выполнять задачи: дышать, есть или мыслить.
Из миллионов белков особое значение для разработки лекарств имеют 500 белков семейства киназ. Киназы — это мессенджеры: они передают сигналы, регулирующие и координирующие действия других белков. Нормальная активность киназ поддерживает здоровье, а её нарушения связаны с раком и другими заболеваниями. Поэтому многие лекарства направлены на усиление или подавление активности киназ.
Биоинженеры из Стэнфорда изобрели способ наблюдать и отслеживать поведение этих сигнальных белков в живых клетках.
«Мы смогли наблюдать работу нескольких киназ в живых клетках, чего раньше никто не делал», — сказал Маркус Коверт, доцент биоинженерии в Стэнфорде и ведущий автор статьи, опубликованной 19 июня в журнале Cell.
«Рак может возникнуть, когда киназа неуместно говорит клетке "расти, расти, расти"», — отметил Коверт. «Обратное тоже верно: если клетка достигает конца нормального жизненного цикла, но киназа никогда не говорит "умри, умри, умри"».
Используя новую технику, исследователи могут наблюдать и сравнивать активность киназ в здоровых и больных клетках, а затем вводить экспериментальный препарат, чтобы увидеть, как он влияет на живую клетку.
До этого исследователям приходилось разрушать образец клеток, извлекать нужную киназу и измерять её уровень. Если они разрабатывали лекарство, его нужно было вводить в другую клеточную культуру, затем разрушать этот образец и извлекать данные об активности киназ.
Новая стэнфордская методика позволяет исследователям отслеживать активность нескольких киназ в живых клетках и, вводя экспериментальный препарат, наблюдать изменения в том же образце клеток.
Коверт считает, что этот процесс ускорит разработку новых лекарств от рака и других состояний, связанных с нарушениями работы киназ. Более двух десятков таких препаратов уже на рынке или в разработке у компаний, включая Genentech, Amgen, Novartis, Roche и Takeda.
Создание маячка
Серхи Регот, постдок в лаборатории Коверта, потратил более года на разработку и совершенствование процесса, который он описал как первый автор статьи в Cell.
Всё начинается с концептуального понимания того, как киназы-мессенджеры передают сигналы.
Сигнализация белков — это сложный каскад физических событий внутри клетки. Сам белок — это длинная цепь атомов. Разные группы атомов в цепи выполняют разные функции. Некоторые атомы служат антенной или приёмником, направляющим киназу в определённое место. Прибыв в пункт назначения, киназа доставляет своё сообщение, инструктируя белок выполнить действие внутри клетки.
Таким образом, киназа имеет две части: одна находит «адрес» внутри клетки, а другая доставляет сообщение.
Чтобы отслеживать активность этой сигнальной системы в живых клетках, Регот предложил создать ложную цель для киназы. Он назвал эту приманку Kinase Translocation Reporter (KTR). Он пометил KTR флуоресцентным белком, чтобы отслеживать их местоположение внутри клетки с помощью специальных микроскопических инструментов. Он добавил ещё один ключевой элемент в KTR: молекулярный переключатель, указывающий, активна киназа или нет.
«Всё это было легче придумать, чем осуществить, но в конце концов у нас получилось», — сказал Регот.
Отслеживая интенсивность флуоресценции KTR, биоинженеры могли определить, активна киназа или нет. Киназы — важные регуляторы клеточной активности. Техника Стэнфорда позволяет исследователям увидеть, как конкретные уровни активности киназ способствуют здоровью или запускают болезнь внутри живой клетки.
Команда Коверта потратила более года на работу над методикой. Пока что они успешно применили подход KTR к пяти киназам и считают, что технологию KTR можно расширить на другие киназы, сделав её широко доступным и полезным инструментом в разработке лекарств.
«Представьте, что вы хотите открыть новое лекарство», — сказал Коверт. «Вы можете внедрить KTR в клеточную культуру и наблюдать за активностью киназ в различных условиях».