Fotocomutatorul molecular ar putea ajuta la crearea unor medicamente mai bune împotriva cancerului

Datorită măsurătorilor la laserul elvețian cu raze X cu electroni liberi (SwissFEL) și sursa de lumină elvețiană (SLS), cercetătorii de la Institutul Paul Scherrer (PSI) au reușit să producă primele videoclipuri care arată cum un medicament fotofarmacologic se leagă și se eliberează din proteina țintă. Aceste filme ar putea ajuta la progresul înțelegerii noastre despre legarea ligand-proteină, cunoștințe care vor fi importante pentru proiectarea unor terapii mai eficiente.

Fotofarmacologia este un nou domeniu de medicină care implică utilizarea medicamentelor sensibile la lumină pentru a trata boli precum cancerul. Moleculele medicamentului conțin „fotocomutatoare” moleculare care sunt activate de impulsuri de lumină odată ce au atins regiunea țintă din organism – o tumoare, de exemplu. Medicamentul este apoi dezactivat folosind un alt puls de lumină. Tehnica ar putea ajuta la limitarea efectelor secundare potențiale ale medicamentelor convenționale și ar putea ajuta, de asemenea, la atenuarea dezvoltării rezistenței la medicamente.

În noua lucrare, cercetătorii conduși de Maximilian Wranik și Jörg Standfuss a studiat combretastatina A-4 (CA4), o moleculă care este foarte promițătoare ca tratament anti-cancer. CA4 se leagă de proteina tubulină – o proteină crucială din organism care este importantă pentru diviziunea celulară – și încetinește creșterea tumorilor.

Echipa a folosit o moleculă de CA4 făcută fotosensibilă prin adăugarea unei punți de azobenzen constând din doi atomi de azot. „În forma sa îndoită, această moleculă se leagă perfect de buzunarul de legare a ligandului din tubulină, dar se alungește la iluminarea luminii, îndepărtându-l de ținta sa”, explică Standfuss.

Tubulina se adaptează la forma în schimbare a moleculei CA4

Pentru a înțelege mai bine acest proces, care are loc pe scale de timp în milisecunde și la nivel atomic, Wranik și Standfuss au folosit o tehnică numită cristalografie în serie rezolvată în timp la sincrotronul SLS și SwissFEL.

Cercetătorii au observat modul în care CA4 a fost eliberat din tubulină și modificările conformaționale ulterioare care au avut loc în proteină. Ei au obținut nouă instantanee de la 1 ns la 100 ms după ce CA4 a fost dezactivat. Apoi au combinat aceste instantanee pentru a produce un videoclip care a dezvăluit că o izomerizare cis-la-trans a legăturii azobenzen modifică afinitatea CA4 pentru tubulină, astfel încât aceasta să se dezlegă de proteină. La rândul său, tubulina se adaptează la schimbarea afinității CA4 prin „prăbușirea” buzunarelor de legare chiar înainte de eliberarea ligandului, înainte de a se re-forma din nou.

„Legarea și dezlegarea ligandului este un proces fundamental esențial pentru majoritatea proteinelor din corpul nostru”, spune Standfuss. „Am putut observa direct procesul într-o țintă de medicament pentru cancer. Pe lângă înțelegerea fundamentală, sperăm că o mai bună soluționare a interacțiunii dinamice dintre proteine ​​și liganzii acestora ne va oferi o nouă dimensiune temporală pentru a îmbunătăți designul de medicamente bazat pe structură.

Fotocomutatoarele activează selectiv neuronii individuali

În studiul actual, detaliat în Natura Comunicaţii, cercetătorii PSI s-au concentrat pe reacția care are loc pe scale de timp de la nanosecunde până la milisecunde. Cu toate acestea, au colectat și date care acoperă partea fotochimică a reacției de la femtosecunde la picosecunde. Acum finalizează analiza acestor rezultate și speră să publice în curând o nouă lucrare despre această lucrare.

„În cele din urmă, dorim să producem un film molecular care să acopere reacția completă a modului în care un medicament fotofarmacologic își schimbă forma cu peste 15 ordine de mărime în timp”, spune Standfuss. Lumea fizicii. „O astfel de perioadă de timp ne-ar permite să obținem cele mai lungi date structurale dinamice pentru orice interacțiune medicament-proteină până în prezent.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/molecular-photoswitch-could-help-create-better-anti-cancer-drugs/