Om een ​​medicijn te laten ingrijpen in cellen of hele organen die zich niet normaal gedragen, moet het eerst binden aan specifieke eiwitreceptoren in de celmembranen. Receptoren kunnen hun moleculaire structuur op een groot aantal manieren veranderen tijdens binding - en alleen de juiste structuur zal het therapeutische effect van het medicijn "ontsluiten".

Nutsvoorzieningen, een nieuwe methode om de werking van geneesmiddelen te beoordelen door ze af te stemmen op hun unieke eiwitreceptoren, heeft het potentieel om de ontwikkeling van geneesmiddelen aanzienlijk te versnellen en het aantal geneesmiddelenonderzoeken dat mislukt tijdens klinische proeven te verminderen.

De methode, ontwikkeld door onderzoeksteams van de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee en de Universiteit van Glasgow, vermindert de tijd en het werk van het vinden van de eiwitreceptoren "met de juiste respons" op kandidaat-geneesmiddelen met verschillende ordes van grootte.

"Het opent een enorm speelveld voor het vinden van drugtargets en drugstratificatie, " zei Valerica Raicu, UW-Milwaukee hoogleraar natuurkunde. "Met deze methode we kunnen karakteriseren hoe elke receptor anders reageert op verschillende kandidaat-geneesmiddelen."

De studie verschijnt vandaag in het tijdschrift Natuurmethoden .

De methode van de onderzoekers volgt een chemisch proces genaamd oligomerisatie dat optreedt wanneer een receptor bestaat als een enkele subeenheid, maar verschuift dan naar een multistructuur - een oligomeer - in aanwezigheid van de ligand (geneesmiddelverbinding), of vice versa.

"Vroeger beschouwden we deze receptoren als binair, " zei Raicu, wie is de hoofdauteur van het papier. "Ze werden geactiveerd door de verbinding of niet. Maar nu beginnen we dat te begrijpen, afhankelijk van het ligand, dezelfde receptor kan veel verschillende reacties produceren."

De onderzoekers testten de methode eerst met behulp van gefuseerde fluorescerende eiwitten geproduceerd door UW-Milwaukee-assistent-professor Ionel Popa. Vervolgens valideerden ze de methode op een receptor voor een groeifactor waarbij een storing vaak verband houdt met kanker - de epidermale groeifactorreceptor (EGF). Activering van de receptor, resulteerde in de vorming van grotere oligomeren, als verwacht.

Het team paste hun methode vervolgens toe op een lid van de G-proteïne-gekoppelde receptor (GPCR) -familie, een groep eiwitten die het doelwit zijn van een breed scala aan medicijnen.

Het effect van de associatie tussen liganden en receptoren werd binnen enkele uren aangetoond, vergeleken met maanden waarin de huidige technologieën worden gebruikt.

"Deze nieuwe methode voor het karakteriseren van eiwitinteracties zal belangrijk zijn bij de stratificatie van verschillende geneesmiddelen die zich op dezelfde receptor richten, " zei Graeme Milligan, Gardiner leerstoel biochemie aan de Universiteit van Glasgow. "Het zal ons in staat stellen te begrijpen waarom sommige kandidaat-geneesmiddelen effectief zijn, terwijl andere dat niet zijn en mogelijk kunnen worden toegepast op verschillende klassen eiwitten die doelen zijn bij de behandeling van veel ziekten."

Het Raicu-lab maakt gebruik van op fluorescentie gebaseerde beeldvorming om eiwitreceptoren in oligomere toestanden onder verschillende omgevingsomstandigheden te zien. Met behulp van enkel- of twee-foton-excitatiemicroscopie, de onderzoekers kunnen een soort routekaart maken van de verschillende soorten eiwitreceptor-oligomeren in de aan- of afwezigheid van liganden (of medicijnen) die eraan binden.

Onderzoekers brengen eiwitreceptormoleculen in beeld door fluorescerende tags te bevestigen. Op deze manier, eiwitreceptoren met één molecuul geven licht af wanneer ze onder een laser passeren en worden opgewonden, en die bursts worden opgenomen met een camera. Receptoroligomeren geven een intensere lichtstraal af en die worden ook gefotografeerd.

"Nu kun je de intensiteit en het aantal bursts in een grafiek zetten, " zei Raicu, "en kijk hoeveel er zijn geassocieerd met oligomeren - hoe groot ze zijn - en waar ze zich in het monster bevinden. Na toevoeging van het ligand, je kunt zien of het de associatie van afzonderlijke moleculen van receptoreiwitten tot oligomeren bevordert, of de afbraak van oligomeren in de eerste."