Исследование пределов возможностей GPCR

Как сигналы извне клетки вызывают ответ внутри нее? Такими внешними сигналами могут быть гормоны или нейротрансмиттеры. Чтобы их заметить, на поверхности клетки есть рецепторы. Один из ключевых классов таких рецепторов — G-белок-сопряженные рецепторы (GPCR). Это белки, расположенные на клеточной мембране. При активации внешним сигналом они запускают внутриклеточные процессы, оказывая влияние на рост, миграцию, метаболизм клетки и межклеточную коммуникацию. Эта группа из более чем 800 рецепторов также играет ключевую роль во многих заболеваниях. Поэтому GPCR стали важными мишенями для лекарств. Фактически, 35% всех препаратов, одобренных FDA, нацелены на GPCR, что составляет годовой рынок в примерно 180 миллиардов долларов США.

Однако в исследовании GPCR существуют серьезные проблемы: многие связывающиеся с ними вещества (лиганды) неизвестны; известные лиганды могут плохо усваиваться или вызывать побочные эффекты; сложно определить конкретные ответы, так как один и тот же рецептор может присутствовать на разных клетках организма, вызывая разные эффекты (например, модуляцию воспаления в иммунных клетках и расслабление мышц в бронхиальной ткани).

«Мы хотели преодолеть эти ограничения и разработали доступный и эффективный инструментарий для всех, кто изучает GPCR», — говорит Рувен Шульц, докторант ISTA и ведущий автор исследования, опубликованного в Nature Communications.

Имитация рецептора

Исследователи создали искусственные реплики GPCR. Эти реплики не реагируют на исходные внешние сигналы, но могут быть активированы специально разработанным препаратом, который сигнализирует только этому рецептору и легко контролируется. Используя подход DREADD (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs), авторы получили химеры практически любого GPCR.

В качестве доказательства концепции они выбрали β2AR — рецептор, имеющий широкое биологическое значение, в том числе у человека. Реплика β2AR избирательно активируется известным препаратом клозапин-N-оксидом. «Создав прототип химеры β2AR, мы успешно воспроизвели многие функции оригинала в живом организме. Удивительно, но химера точно имитирует рецептор во многих аспектах», — объясняет Шульц.

На последнем этапе метод применили к клеткам микроглии — ключевым иммунным клеткам, поддерживающим мозг и центральную нервную систему. «GPCR, в частности β2AR, критически важны для функций микроглии. Оснащенные нашей химерной версией β2AR, клетки микроглии воспроизвели процесс запуска воспаления в нервной системе», — говорят исследователи.

Общая картина

В микроглии и иммунных клетках в целом представлено большое разнообразие GPCR, но причина такого разнообразия пока неизвестна. Часто GPCR классифицируют по основным путям передачи сигнала.

«Но наши данные показывают, что существуют тонкие различия между рецепторами, даже когда они активируют один и тот же общий путь, — говорит доцент Сандра Зигерт. — Это предполагает наличие точно настроенных свойств, выходящих за рамки стандартных канонических путей. Теперь у нас есть возможность изучить эти детали».

В настоящее время группа адаптирует метод для работы с человеческими клетками, используя стволовые клетки. Цель — исследовать, как различные воспалительные характеристики изменяются при стимуляции GPCR.