Met de toegenomen bezorgdheid over de gevaarlijke bijwerkingen van het eens zo populaire antidiabetica Avandia, onderzoekers van het Scripps Research Institute (TSRI) in Jupiter, Florida, proberen te begrijpen hoe kleine moleculen, zoals die in Avandia, kan zulke uiteenlopende effecten hebben door het hele lichaam. De inzichten kunnen onderzoekers helpen bij het ontwerpen van nieuwe medicijnen met een betere werkzaamheid en minder bijwerkingen.

Douglas Kojetin, een universitair hoofddocent bij TSRI, en zijn team publiceerden onlangs een studie in Structuur , tonen de manieren waarop Avandia interageert met en de vorm verandert van een combinatie van eiwitten, receptoren en DNA - het "complex" genoemd - wat resulteert in de effecten van het medicijn. Naast het helpen bij het ontwerpen van toekomstige antidiabetica, uit het onderzoek bleek dat DNA een actieve rol speelt bij het bepalen van de structuur van het complex, een bevinding die implicaties heeft voor het begrijpen hoe een medicijn met een klein molecuul het lichaam beïnvloedt.

Onderzoekers in het laboratorium van Kojetin richten zich op nucleaire receptoren - eiwitten die kunnen interageren of "binden" aan zowel genetisch materiaal, zoals DNA en kleine moleculen, evenals binden aan andere eiwitten die coregulerende eiwitten worden genoemd en die genexpressie beïnvloeden. Avandia, bijvoorbeeld, bindt aan PPARγ, een nucleaire receptor, die zich bindt aan DNA-sequenties die belangrijk zijn bij het reguleren van vetopslag en metabolisme. Maar PPARγ werkt niet alleen met Avandia. Een tweede nucleaire receptor, RXRα, interageert met PPARγ om een ​​"heterodimeer" te vormen, een complex dat bestaat uit twee verschillende aan elkaar gebonden eiwitten die een co-regulerend eiwit, Steroid Receptor Coactivator-2 (SRC-2) genaamd, rekruteert om de activiteit van veel verschillende genen te beïnvloeden. Zoals elk stuk bindt, het complex verandert van vorm, als stukken natte klei die samen een kom vormen.

Het team wilde begrijpen hoe specifieke delen van DNA de interactie tussen de nucleaire receptor en het coregulerende eiwit beïnvloeden. Bijvoorbeeld, zou deze nucleaire receptor op dezelfde manier interageren met het coregulerende eiwit als het niet aan DNA was gebonden?

Door een extra laag complexiteit toe te voegen, SRC-2 is een intrinsiek ongeordend eiwit - een "floppy" eiwit zonder een consistente secundaire structuur dat rondfladdert als een losse spaghettinoedel. Dit betekent dat populaire methoden die onderzoekers normaal gesproken zouden gebruiken om de structuur van het eiwit te begrijpen, zoals röntgenkristallografie, waarvoor een stabiele unflopy-sample vereist is, zou de wetenschappers niet veel kunnen vertellen over wat dit eiwit doet.

Het team van Kojetin gebruikte een combinatie van kwantitatieve biochemische, biofysische en oplossingsstructurele methoden om een ​​gedetailleerd begrip van deze moleculaire interacties te vormen. Elke techniek gaf zijn team stukjes informatie die ze gebruikten om een ​​beeld te krijgen van hoe al deze moleculen op elkaar inwerken.

"Geen enkele tool had ons het antwoord kunnen geven. Het was echt de combinatie van al deze tools die ons een volledig beeld gaf van wat er aan de hand was, ' zei Kojetin.

Het bleek dat wat er aan de hand was een "thermodynamisch" mechanisme was waardoor binding aan DNA ervoor zorgde dat het heterodimeer van de receptor zijn vorm veranderde en vooral zijn floppy regio's stabiliseerde.

Het team van Kojetin toonde aan dat DNA-interactie de potentie van Avandia en zijn vermogen om het coregulerende eiwit te rekruteren, beïnvloedde. De receptoren op zichzelf zijn als twee ballonnen die willekeurig in de wind rondzweven, legde Kojetin uit. Als het aan het DNA bindt, de receptoren worden gestabiliseerd, alsof de ballonnen aan elkaar waren vastgebonden, waardoor het voor SRC-2 gemakkelijker wordt om ermee te communiceren.

Als de eiwitten aan een ander deel van het DNA waren gebonden, het complex heeft mogelijk een andere vorm kunnen vormen en een andere, mogelijk zelfs gevaarlijk effect, of misschien helemaal geen effect. Verschillende genen worden blootgelegd, of toegankelijk, in verschillende lichaamsweefsels. Dit zou kunnen helpen verklaren hoe medicijnen het ene effect kunnen hebben in een bepaald deel van het lichaam en een ander effect in andere gebieden waar de secties van toegankelijk DNA anders zijn.

"Het medicijn regelt zelf de activiteit in het lichaam niet. Wanneer de receptor aan verschillende DNA-sequenties is gebonden, de activiteit van het medicijn kan worden veranderd." Dit wetende, zei Kojetin, "gaat veel mogelijkheden openen."