Penyihir foto molekuler dapat membantu menciptakan obat anti kanker yang lebih baik

Berkat pengukuran pada laser elektron bebas sinar-X Swiss (SwissFEL) dan Sumber Cahaya Swiss (SLS), para peneliti di Paul Scherrer Institute (PSI) telah berhasil memproduksi video pertama yang menunjukkan bagaimana obat fotofarmakologi mengikat dan melepaskan dari target proteinnya. Film-film ini dapat membantu memajukan pemahaman kita tentang pengikatan ligan-protein, pengetahuan yang penting untuk merancang terapi yang lebih efisien.

Fotofarmakologi adalah bidang kedokteran baru yang melibatkan penggunaan obat peka cahaya untuk mengobati penyakit seperti kanker. Molekul obat mengandung “photoswitches” molekuler yang diaktifkan oleh pulsa cahaya setelah mencapai daerah target dalam tubuh – tumor, misalnya. Obat tersebut kemudian dinonaktifkan menggunakan pulsa cahaya lainnya. Teknik ini dapat membantu membatasi potensi efek samping obat konvensional dan juga dapat membantu mengurangi perkembangan resistensi obat.

Dalam karya baru, peneliti dipimpin oleh Maximilian Wranik dan Jörg Standfuss mempelajari combretastatin A-4 (CA4), sebuah molekul yang menunjukkan banyak harapan sebagai pengobatan anti kanker. CA4 mengikat protein tubulin – protein penting dalam tubuh yang penting untuk pembelahan sel – dan memperlambat pertumbuhan tumor.

Tim menggunakan molekul CA4 yang dibuat fotosensitif dengan penambahan jembatan azobenzena yang terdiri dari dua atom nitrogen. “Dalam bentuknya yang bengkok, molekul ini mengikat dengan sempurna ke kantong pengikat ligan di tubulin, tetapi memanjang saat penerangan cahaya membuatnya menjauh dari targetnya,” jelas Standfuss.

Tubulin beradaptasi dengan perubahan bentuk molekul CA4

Untuk lebih memahami proses ini, yang terjadi pada skala waktu milidetik dan pada tingkat atom, Wranik dan Standfuss menggunakan teknik yang disebut kristalografi serial yang diselesaikan waktu di SLS synchrotron dan SwissFEL.

Para peneliti mengamati bagaimana CA4 dilepaskan dari tubulin dan perubahan konformasi selanjutnya yang terjadi pada protein. Mereka memperoleh sembilan snapshot 1 ns hingga 100 ms setelah CA4 dinonaktifkan. Mereka kemudian menggabungkan foto-foto ini untuk menghasilkan video yang mengungkapkan bahwa isomerisasi cis-ke-trans dari ikatan azobenzene mengubah afinitas CA4 untuk tubulin sehingga terlepas dari protein. Tubulin pada gilirannya menyesuaikan diri dengan perubahan afinitas CA4 dengan "menghancurkan" kantong pengikatnya tepat sebelum pelepasan ligan, sebelum membentuk kembali lagi.

“Pengikatan dan pelepasan ligan adalah proses mendasar yang penting untuk sebagian besar protein dalam tubuh kita,” kata Standfuss. “Kami sudah bisa mengamati langsung proses di target obat kanker. Selain wawasan mendasar, kami berharap bahwa menyelesaikan interaksi dinamis antara protein dan ligannya dengan lebih baik akan memberi kami dimensi temporal baru untuk meningkatkan desain obat berbasis struktur.

Penyihir foto secara selektif mengaktifkan neuron individu

Dalam studi saat ini, dirinci dalam Alam Komunikasi, para peneliti PSI berfokus pada reaksi yang terjadi pada skala waktu nanodetik hingga milidetik. Namun, mereka juga mengumpulkan data yang mencakup bagian fotokimia dari reaksi dari femtosekon hingga pikodetik. Mereka sekarang menyelesaikan analisis hasil ini dan berharap untuk segera menerbitkan makalah baru tentang pekerjaan ini.

“Pada akhirnya, kami ingin menghasilkan film molekuler yang mencakup reaksi lengkap tentang bagaimana obat fotofarmakologis mengubah bentuknya dalam waktu 15 kali lipat,” kata Standfuss. Dunia Fisika. "Peregangan waktu seperti itu akan memungkinkan kami memperoleh data struktural dinamis terpanjang untuk setiap interaksi obat-protein hingga saat ini."

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/molecular-photoswitch-could-help-create-better-anti-cancer-drugs/