Рецептор с «резиновой лентой» открывает путь к новым препаратам от боли и рака
Рецептор P2X4 человека играет важную роль при хронической боли, воспалении и некоторых типах рака. Исследователи из Боннского университета и Университетской клиники Бонна (UKB) обнаружили механизм, способный ингибировать этот рецептор. Их результаты, недавно опубликованные в журнале Nature Communications, открывают путь для разработки новых лекарств.
Рецептор P2X4 находится в мембране многих клеток. Он действует как своего рода дверь, которая обычно закрыта. Снаружи у него есть «защелка», которую может нажать только особая молекула — АТФ. Если это происходит, рецептор открывается и позволяет ионам кальция и натрия поступать в клетки, меняя их поведение.
Например, определенные иммунные клетки с рецептором P2X4 активируются АТФ и призывают на помощь другие части защитной системы организма, что приводит к воспалению. Некоторые нервные клетки при такой активации генерируют болевые стимулы.
«Этот рецептор часто гиперактивен при таких состояниях, как хроническое воспаление или хроническая боль, — объясняет профессор Криста Мюллер. — То же самое верно для некоторых опухолевых клеток, которые АТФ побуждает к непрерывному делению, что также может способствовать образованию метастазов».
Молекулы, замороженные в мгновение ока
Исследовательская группа Мюллера разработала ингибитор — производное антрахинона PSB-0704. Чтобы понять механизм его действия, они использовали метод крио-ЭМ (криогенной электронной микроскопии).
«Для этого мы приготовили раствор рецептора P2X4 и производного антрахинона PSB-0704, а затем мгновенно заморозили его, — объясняет ведущий автор публикации доктор Джессика Нагель. — Образовавшаяся ледяная пленка содержала миллионы молекул рецептора вместе со связанным ингибитором, которые мы смогли изучить под электронным микроскопом».
Совместно с исследователями из Университетской клиники Бонна, в частности с доктором Грегором Хагелюкеном, команда проанализировала данные. Поскольку молекулярные комплексы лежат во льду в разных ориентациях, их можно рассмотреть под разными углами. «Комбинируя эти виды с помощью специального ПО, мы можем создать детальное 3D-изображение», — поясняет Хагелюкен.
Молекулярная «резиновая лента» делает карман связывания меньше
Метод позволил определить сайты связывания ингибитора с рецептором и его влияние. «Когда ингибитор связывается, он заставляет части молекулы P2X4 сместиться так, что открытие ионного канала становится невозможным, — объясняет Нагель. — Это означает, что дверь остается закрытой, даже если с рецептором связывается АТФ».
Однако PSB-0704 ингибирует открытие P2X4 не очень эффективно и начинает действовать только при относительно высоких концентрациях. Исследователи теперь понимают причину: вещество связывается внутри кармана в рецепторе, который довольно мал, и молекула PSB-0704 плохо в него помещается. Это связано с молекулярной «резиновой лентой», которая стягивает карман.
«Мы создали рецептор без этой резиновой ленты, — говорит Нагель. — И в результате ингибитор PSB-0704 стал почти в 700 раз более мощным».
Этот результат дает новое понимание для разработки более эффективных лекарств. «С одной стороны, мы можем попытаться создать препараты, которые «разрезают» молекулярную резиновую ленту перед связыванием с рецептором P2X4, — объясняет Мюллер. — Альтернатива — поиск более мелких молекул, которые легче помещаются в карман связывания».
Опубликованные результаты вселяют надежду, что в среднесрочной перспективе можно будет разработать новые препараты, более эффективно ингибирующие открытие рецептора P2X4. Однако, как подчеркивает Мюллер, впереди еще долгий путь. «Тем не менее, наше совместное исследование заложило основу, на которой мы могли бы успешно достичь этой цели».