Кристально ясный вид ключевого нейронального рецептора открывает путь для новых таргетных препаратов
Во время развития мозга миллиарды нервных клеток-нейронов должны найти точный путь, чтобы сформировать триллионы нейронных цепей, обеспечивающих когнитивное, сенсорное и эмоциональное благополучие. Для этой точной навигации мигрирующие нейроны используют специальные белковые рецепторы, которые "ощущают" окружающую среду. Редкие дефекты в этих белках наведения могут привести к тяжелым неврологическим состояниям, таким как атаксия и эпилепсия.
В новом исследовании, опубликованном в Cell, ученые из Университета Бар-Илан и их коллеги сообщают об открытии сложного молекулярного механизма, который позволяет рецептору наведения Robo реагировать на сигналы среды, избегая преждевременной активности.
Одна из важнейших белковых сигнальных систем, контролирующих наведение нейронов, состоит из рецептора на поверхности клетки Robo и его внешнего сигнального лиганда Slit. Дефицит любого из этих белков приводит к дефектам в структуре и функции мозга. Например, их отсутствие нарушает способность мозга формировать правильные связи через мозолистое тело — область, где нейронные отростки из двух полушарий пересекаются.
"Slit и Robo высоко консервативны в эволюции и обнаруживаются практически у всех животных с нервной системой — от нематоды длиной в миллиметр до человека, что подчеркивает их важность", — объясняет профессор Ярден Опатовски.
С помощью рентгеновской кристаллографии Опатовски, аспирантка Реут Барак и их коллеги определили несколько атомных структур Robo. "Нам потребовалось шесть лет, чтобы получить нужную структуру, но это была лишь первая фаза исследования", — говорит Опатовски. Структуры наглядно показали, как два рецептора Robo образуют димеры и как их димеризация может блокироваться.
Комплексная модель активации Robo
С момента их открытия около двух десятилетий назад был достигнут прогресс в понимании функции Slit-Robo и их роли в развитии. Однако у ученых оставалось неполное понимание того, как Slit активирует Robo и что предотвращает его активацию в отсутствие Slit.
Основываясь на новых кристаллографических наблюдениях, команда Опатовски разработала новый биохимический анализ, позволивший отслеживать димеризацию Robo в культивируемых клетках. Они подтвердили структурную модель саморегуляции олигомерного состояния Robo и показали, что тот же механизм существует у других родственных рецепторов.
Для проверки модели в живой биологической системе ученые использовали нематоду C. elegans. "Эволюционное расстояние между человеком и C. elegans составляет около 500 миллионов лет, и все же все наши эксперименты указывают на сходный молекулярный механизм Robo", — отмечает Опатовски.
Robo — привлекательная мишень для лекарств
Неправильная экспрессия Robo и Slit связана с формированием и прогрессией различных состояний, таких как возрастная макулярная дегенерация, потеря костной массы и болезни почек. Особый интерес для исследователей представляет их вовлеченность в рак.
В персонализированной терапии рака, основанной на генетическом профиле опухоли пациента, препараты блокируют "захваченные" рецепторы, лишая раковые клетки жизненно важных сигналов. "Slit и Robo аномально экспрессируются при раке, и их таргетирование давно считается перспективным терапевтическим подходом для неизлечимых подтипов рака поджелудочной железы, кожи и молочной железы", — говорит Опатовски.
"Однако в настоящее время нет препаратов, направленных на Robo. Мы предположили, что это связано с недостаточным структурным и механистическим пониманием его активации и сигналинга. Наши открытия впервые предоставляют информацию, необходимую для разработки эффективных препаратов, нацеленных на рецепторы Robo. В частности, кристаллические структуры выявили молекулярные сайты на поверхности Robo, нацеливание на которые позволит манипулировать его активацией и ингибированием у пациентов, открывая новые возможности для лечения в войне с раком".