Los científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han examinado profundamente el corazón de una proteína clave utilizada en el diseño de fármacos y han descubierto características estructurales dinámicas que pueden conducir a nuevas formas de atacar enfermedades. La proteína llamado el A _2A receptor de adenosina (A _2a ARKANSAS), es un miembro de la familia de receptores acoplados a proteína G (GPCR), que son el objetivo de aproximadamente el 40 por ciento de todos los productos farmacéuticos aprobados.

El nuevo, imagen más detallada de A _2a El mecanismo de señalización de AR revela partes clave de su funcionamiento interno, incluyendo un aminoácido que actúa como un "interruptor de palanca" para controlar la señalización a través de la membrana celular.

"Este conocimiento básico es potencialmente útil para mejorar el diseño de fármacos, "dice el premio Nobel Kurt Wthrich, Doctor, el profesor Cecil H. e Ida M. Green de biología estructural en TSRI y autor principal del estudio.

Los hallazgos fueron publicados hoy en la revista. Celda .

La técnica de imágenes revela cómo la proteína cambia de forma

Todas las células humanas contienen A _2a AR y otros GPCR incrustados en su membrana plasmática. Se han descubierto más de 800 GPCR en el cuerpo humano, y cada uno tiene un papel en la regulación de una función corporal. Por ejemplo, A _2a La RA regula el flujo sanguíneo y la inflamación y media los efectos de la cafeína. A _2a La RA también es un objetivo validado para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y un objetivo relativamente nuevo para atacar los cánceres.

"Los GPCR hacen casi todo lo que puedas imaginar, "dice Wthrich." Pero durante mucho tiempo, el diseño de fármacos se estaba realizando sin saber cómo se veían los GPCR ".

Para el nuevo estudio, los investigadores tenían como objetivo comprender mejor la relación entre A _2a Función de RA y cambios dinámicos en su estructura para ayudar a informar el diseño de fármacos.

La investigación se basó en estudios previos en los que los científicos utilizaron una técnica de imágenes llamada cristalografía de rayos X para determinar A _2a Estructura tridimensional de AR. Las imágenes mostraron que A _2a AR parece una cadena que atraviesa la membrana celular y tiene una abertura en el lado que mira hacia afuera de la célula. La región de la estructura de GPCR que sobresale de la membrana interactúa con fármacos y otras moléculas para enviar señales a las proteínas asociadas dentro de la célula.

Aunque las estructuras cristalinas proporcionaron un esquema clave de la forma del receptor en estados inactivos y activos, no pudieron mostrar movimiento y cambios en la estructura cuando A _2a AR se encuentra con nuevos socios vinculantes, como candidatos farmacéuticos. En breve, los investigadores del nuevo estudio necesitaban investigar por qué A _2a La RA funciona como lo hace.

Para resolver este problema, los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), que crea fuertes campos magnéticos para localizar las posiciones de las sondas en una muestra. Wthrich es un líder de renombre mundial en el campo de la RMN y ganó el Premio Nobel de Química en 2002 por su trabajo pionero en RMN para estudiar las estructuras de moléculas biológicas. Con RMN, los científicos pueden determinar las estructuras de las proteínas y estudiar sus propiedades dinámicas en solución a temperaturas fisiológicas, la forma en que existen en el cuerpo humano.

En el trabajo encabezado por Matthew Eddy de TSRI, Doctor, primer autor del nuevo estudio, los investigadores utilizaron RMN para observar A _2a AR en muchas conformaciones diferentes, arrojar luz sobre cómo cambia de forma en la superficie de las células humanas en respuesta a los tratamientos farmacológicos.

En tono rimbombante, La RMN permitió al equipo visualizar cambios en la arquitectura interna de A _2a ARKANSAS. Esto los llevó más allá de los estudios de RMN de solución anteriores, que se centró en la observación técnicamente menos exigente de sondas observables por RMN unidas a partes flexibles de GPCR, mayormente localizados en o cerca de la superficie del receptor. El enfoque del nuevo estudio permitió a los investigadores seguir los efectos de la unión del fármaco en la superficie extracelular sobre los cambios en la estructura y la dinámica de las proteínas en la superficie intracelular, la base estructural de la transferencia de señales, a través del corazón del GPCR.

Era como si los investigadores hubieran visto un automóvil, y con RMN, finalmente pudieron inspeccionar su motor.

Repensar cómo diseñamos las drogas

Dos detalles en A _2a La estructura de AR les dio a los investigadores una idea de cómo los medicamentos futuros podrían manipular el receptor. Un hallazgo clave fue que la sustitución de un aminoácido en particular en el centro del receptor destruyó la capacidad del receptor para enviar señales a la célula.

"Con este hallazgo, podemos decir '¡Ajá! Es este cambio en la estructura lo que mata la actividad de señalización '. Tal vez podamos hacer un cambio en un medicamento para superar este límite, "dice Wthrich.

Los investigadores también revelaron la actividad de un "interruptor de palanca" en A _2a ARKANSAS. Estudios anteriores sugirieron que uno de los aminoácidos triptófano en A _2a AR gira hacia arriba y hacia abajo en concierto con A _2a Actividad de AR. Con RMN, los científicos observaron directamente este triptófano único a medida que cambiaba de orientación en respuesta a diferentes fármacos. Los químicos podrían potencialmente modificar los medicamentos para manipular este interruptor y controlar A _2a Señalización AR.

Los investigadores enfatizan que este nuevo estudio es potencialmente relevante para gran parte de la gran familia de GPCR. De hecho, Los detalles estructurales de este estudio podrían aplicarse a más de 600 GPCR "clase A" en nuestros cuerpos.

Además de Wthrich y Eddy, autores del estudio, "Allosteric Coupling of Drug Binding and Intracellular Signaling in the A _2a Adenosine Receptor, " were Tatiana Didenko and Pawel Stanczak of The Scripps Research Institute; Reto Horst of The Scripps Research Institute and Pfizer Worldwide Research and Development; Zhan-Guo Gao and Kenneth A. Jacobson of the National Institutes of Health; and Ming-Yue Lee, Kyle M. McClary, Gye Won Han, Martin Audet, Kate L. White and Raymond C. Stevens of the University of Southern California.