Исследование раскрывает влияние нативных липидов на сигнализацию и регенерацию родопсина, с приложениями для разработки лекарств

В новом исследовании Калифорнийского университета в Ирвайне ученые раскрыли влияние нативных липидов на передачу сигнала и регенерацию родопсина. Это может открыть новую парадигму для поиска лекарств, нацеленных на G-белок-сопряженные рецепторы (GPCR).

GPCR — это рецепторы на поверхности клеток, которые реагируют на различные стимулы, активируя сигнальные пути через клеточные мембраны. Все GPCR связаны с мембраной, и их редко изучали в естественной мембранной среде. Недавний прогресс позволил получить атомные структуры ключевых промежуточных продуктов и выявить роль липидов в передаче сигнала. Однако до сих пор было невозможно зафиксировать в реальном времени сигнальные события дикого типа рецептора через нативную мембрану к его нижестоящим эффекторам. Эти рецепторы представляют собой крупнейший класс мишеней для лекарств, и огромное количество одобренных препаратов модулируют их функции.

В новом исследовании, опубликованном в Nature под названием «Захват каскада передачи сигнала рецептора родопсина через нативную мембрану», ученые с помощью масс-спектрометрии исследовали архетипичный GPCR класса A, родопсин, непосредственно в фрагментах нативных дисковых мембран. Они наблюдали в реальном времени фотопревращение темноадаптированного родопсина в опсин, детализируя ступенчатую изомеризацию ретиналя и гидролиз аддукта ретиналь-опсин. Было обнаружено, что эта реакция в естественной мембранной среде протекает значительно медленнее, чем в искусственных детергентных мицеллах.

«На функции GPCR сильно влияют человеческие болезни — от рака до сердечно-сосудистых заболеваний и слепоты. Помимо количественного анализа сигнальной функции, эта новая технология впервые позволила напрямую обнаружить новые потенциальные терапевтические мишени для зрительной системы внутри нативных мембран. Я убежден, что аналогичная работа будет проведена на многих других GPCR-системах», — пояснил Кшиштоф Пальчевски, доктор философии, профессор офтальмологии имени Дональда Брена в Медицинской школе UCI и соавтор-корреспондент.

Анализируя липиды, высвобождаемые вместе с родопсином из мембранных фрагментов в масс-спектрометре, исследователи смогли показать, что опсин может регенерировать в мембранах через фотоизомеризованные конъюгаты ретиналь-липид, а также получить доказательства усиления ассоциации родопсина с ненасыщенным длинноцепочечным фосфатидилхолином во время передачи сигнала.

Команда также зафиксировала вторичные этапы сигнального каскада после активации родопсина. Наблюдая за световой активацией трансдуцина (Gt) и диссоциацией гуанозиндифосфата (GDP) с образованием промежуточного апо-тримерного G-белка, они наблюдали взаимодействие субъединиц Gta.GTP с фосфодиэстеразой 6 (PDE6), обнаруженной в колбочках и палочках фоторецепторов, которая гидролизует молекулу вторичного мессенджера циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ).

«Применяя соединения, нацеленные на родопсин, мы показали, как они либо стимулируют, либо подавляют передачу сигнала через пути родопсин-опсин и трансдуцин», — сказал Пальчевски. «Используя мгновенные вспышки света, синхронизированные с записями на масс-спектрометре, мы смогли зафиксировать сигнальный каскад и продемонстрировать роль липидов и лигандов в передаче сигнала родопсина. Эта работа открывает новые возможности для открытия лекарств в естественных средах и может привести к новому способу исследования фармакологии мембраносвязанных рецепторов».