Högupplösta bilder ger ledtrådar för att förbättra designen mot illamående

En ny studie med en speciell typ av elektronmikroskop med prov som kyls till extremt kalla temperaturer ger viktig information för läkemedelsutvecklare som vill minska illamående och kräkningar av cancerbehandlingar. Publicerad i Naturkommunikation , studien ger en inblick i hur allmänt använda läkemedel mot illamående fäster vid sitt målprotein i mag-tarmkanalen. Högupplösta bilder erhållna med denna metod ger viktiga detaljer om hur läkemedlen fäster i en bindande ficka på proteinet och ger ledtrådar till hur deras design kan förbättras.

Studien fokuserade på en specifik klass av läkemedel som används för att hantera illamående, kräkningar, och irritabelt tarmsyndrom, kallas setroner. Setroner tolereras i allmänhet väl, men vissa cancerpatienter svarar inte på dem, förklarade studieledning Sudha Chakrapani, Doktorsexamen, docent i fysiologi och biofysik vid Case Western Reserve University School of Medicine.

"Cancerpatienter som har kräkningar senare i sina behandlingsplaner- försenad uppkomst- tenderar inte att svara på setroner, "Chakrapani sa." Det finns ett ständigt behov av bättre läkemedel. "Läkemedelsförbättringen har stoppats av brist på modeller som visar exakt hur läkemedel som setroner fäster till sitt målprotein i kroppen-; serotonin (3) -receptorn. Utan en exakt modell, läkemedelsutvecklare har inte kunnat förstå exakt vilka element i setron-receptorinteraktioner som är viktigast, och hur man förbättrar dem.

Den nya studien ger de högsta upplösningsbilderna hittills av en setron som sätter sig inuti bindningsfickan på en serotonin (3) -receptor. Forskare spårade receptor-läkemedelsinteraktioner, till mindre än en miljarddel av en meter-; med hjälp av ett kryo-elektronmikroskop. Cryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) har först nyligen blivit tillgängligt för små proteinmål och var i fokus för Nobelpriset 2017 i kemi.

Cryo-EM-bilder avslöjade att setroner använder samma anslutningsplats som receptorns naturliga bindningspartner i kroppen, serotonin, men ta en något annorlunda "pose" som förändrar receptorformen något. Skillnaderna hjälpte forskarna att bygga en mer exakt modell av hur setroner fungerar på molekylär nivå.

Sa Sandip Basak, medförste författare på tidningen:

Förr, vi hade inte förtroendet att modellera läkemedlet i sin bindficka. Nu kan vi exakt göra det. Vi kan också se hur läkemedlet rör sig i fickan med hjälp av molekylära dynamiska simuleringar. "

Chakrapani samarbetade med kollegor vid Mount Sinai för att identifiera de mest stabila interaktionerna mellan setroner och serotoninreceptorer. Teamet såg på när setroner vridits och vände sig i fickan, avslöjar viktiga delar av läkemedlet och receptorn som krävs för en tät anslutning. De muterade sedan de viktigaste delarna, vilket eliminerade setrons affinitet för serotoninreceptorerna. Tillsammans, experimenten hjälpte till att avslöja vilka delar av setroner och serotoninreceptorer som är viktigast, och kan vara mest lovande att förbättra terapeutiskt.

"Identifiera bindfickan och de interaktioner som är viktigast, och orienteringen av läkemedlet i bindfickan, lägger grunden för att designa läkemedel som kommer att bli mer effektiva, "sa Yvonne Gicheru, som är en första författare på tidningen.

Högupplösta bilder samlades på ett Titan Krios kryo-elektronmikroskop i samarbete med kollegor vid Stanford University. Installationen av det första Titan Krios-mikroskopet vid cryo-EM Core här vid Case Western Reserve har just avslutats och är nu ett av två operativa mikroskop i nordöstra Ohio.

Studien kommer på två andra svansar från Chakrapani-laboratoriet-båda publicerade under det senaste året. Den första, Också i Naturkommunikation , avslöjade serotoninreceptorstrukturen i full längd för första gången. Uppgifterna utgjorde en grund för en efterföljande Natur publikation som visade exakt hur serotonin fysiskt aktiverar dess receptor. Nästa, Chakrapani planerar att fördjupa sig i specifika molekylära interaktioner mellan nya setronläkemedelsmolekyler och serotoninreceptorer.

• Tidig exponering för husdjur kan leda till robust immunsystemsutveckling
• Mikrobiell förening som finns i tarmarna hos barn ökar allergin,