Højopløselige billeder giver spor til at forbedre design af kvalme mod kvalme

En ny undersøgelse ved hjælp af en særlig type elektronmikroskop ved hjælp af prøver afkølet til ekstremt kolde temperaturer giver kritisk information til lægemiddeludviklere, der søger at reducere kvalme og opkastning af bivirkninger ved kræftbehandlinger. Udgivet i Naturkommunikation , undersøgelsen giver et indblik i, hvordan meget anvendte kvalme mod kvalme lægger sig til deres målprotein i mave-tarmkanalen. Højopløselige billeder opnået ved denne metode giver vigtige detaljer om, hvordan stofferne fastgøres i en bindingslomme på proteinet og giver spor til, hvordan deres design kan forbedres.

Undersøgelsen fokuserede på en bestemt klasse af lægemidler, der bruges til at håndtere kvalme, opkastning, og irritabel tarmsyndrom, kaldet setroner. Setroner tolereres generelt godt, men nogle kræftpatienter reagerer ikke på dem, forklarede studieleder Sudha Chakrapani, Ph.d., lektor i fysiologi og biofysik ved Case Western Reserve University School of Medicine.

"Kræftpatienter, der får opkast senere i deres behandlingsplaner- forsinket opblødning- har ikke en tendens til at reagere på setroner, "Chakrapani sagde." Der er et konstant behov for bedre lægemidler. "Forbedring af lægemidler er blevet stoppet af mangel på modeller, der viser præcis, hvordan lægemidler som setroner fæstner til deres målprotein i kroppen-; serotonin (3) receptoren. Uden en præcis model, lægemiddeludviklere har ikke været i stand til at forstå præcis, hvilke elementer i setron-receptor-interaktioner, der er vigtigst, og hvordan man kan forbedre dem.

Den nye undersøgelse giver de hidtil højeste billeder af en setron, der sætter sig inde i bindelommen på en serotonin (3) receptor. Forskere sporede receptor-lægemiddelinteraktionerne, til mindre end en milliarddel af en meter-; ved hjælp af et kryo-elektronmikroskop. Cryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) er først for nylig blevet tilgængelig for små proteinmål og var fokus for Nobelprisen 2017 i kemi.

Cryo-EM-billeder afslørede, at setroner bruger det samme fastgørelsessted som receptorens naturlige bindingspartner i kroppen, serotonin, men tag en lidt anden "pose", der ændrer receptorformen lidt. Forskellene hjalp forskerne med at opbygge en mere præcis model af, hvordan setroner arbejder på et molekylært niveau.

Sagde Sandip Basak, med førsteforfatter på papiret:

I fortiden, vi havde ikke tillid til at modellere lægemidlet i sin bindelomme. Nu kan vi præcist gøre det. Vi kan også se stoffet bevæge sig i lommen ved hjælp af molekylære dynamiksimuleringer. "

Chakrapani samarbejdede med kolleger på Mount Sinai for at identificere de mest stabile interaktioner mellem setroner og serotoninreceptorer. Holdet så på, da setroner sno sig og vendte sig i lommen, afsløring af centrale dele af lægemidlet og receptoren, der er nødvendige for en tæt forbindelse. De muterede derefter de vigtigste dele, som eliminerede setrons affinitet for serotoninreceptorerne. Sammen, eksperimenterne hjalp med at afsløre, hvilke dele af setroner og serotoninreceptorer, der er vigtigst, og kan være mest lovende at forbedre terapeutisk.

"Identificering af bindingslommen og de interaktioner, der er vigtigst, og lægemidlets orientering i bindingslommen, lægger grundlaget for at designe lægemidler, der bliver mere effektive, "sagde Yvonne Gicheru, der er medforfatter på papiret.

Billederne i høj opløsning blev samlet på et Titan Krios kryo-elektronmikroskop i samarbejde med kolleger ved Stanford University. Installationen af ​​det første Titan Krios-mikroskop ved cryo-EM Core her i Case Western Reserve er netop afsluttet og er nu et af to operationelle mikroskoper i det nordøstlige Ohio.

Undersøgelsen kommer på halerne af to andre fra Chakrapani-laboratoriet-; begge offentliggjort i det forløbne år. Den første, også i Naturkommunikation , afslørede serotoninreceptorstrukturen i fuld længde for første gang. Dataene gav grundlag for en efterfølgende Natur publikation, der viste præcis, hvordan serotonin fysisk aktiverer dets receptor. Næste, Chakrapani planlægger at fordybe sig i specifikke molekylære interaktioner mellem nye setronlægemiddelmolekyler og serotoninreceptorer.

• Tidlig udsættelse for husdyr kan føre til robust udvikling af immunsystemet
• Mikrobiel forbindelse fundet i spædbarns tarm øger allergi,