Onderzoekers van Vanderbilt University hebben ontdekt hoe een eiwitpomp onderscheid maakt tussen chemicaliën die het uit een cel zal verdrijven en remmers die de werking ervan blokkeren.

De pomp, genaamd P-glycoproteïne, beschermt cellen door potentieel schadelijke chemicaliën te verwijderen, maar het draagt ​​bij aan resistentie tegen geneesmiddelen wanneer die chemicaliën therapeutische medicijnen zijn - wat een bijzonder probleem vormt voor de behandeling van kanker. De nieuwe bevindingen, gerapporteerd in het journaal Wetenschap , zou de ontwikkeling van efficiëntere remmers kunnen leiden om resistentie van kankercellen tegen chemotherapie te voorkomen.

De onderzoeken beantwoordden een al lang bestaande vraag over P-glycoproteïne, zei Hassane Mchaourab, doctoraat, Louise B. McGavock Hoogleraar Moleculaire Fysiologie en Biofysica.

Mchaourab beschrijft P-glycoproteïne als een tweedelige moleculaire machine:een motor die ATP verbrandt en een transmembraandomein dat een doorgang biedt voor het substraat (een molecuul dat door de transporter wordt verplaatst). ATP-energie die door de motor wordt gebruikt, drijft de conformatieveranderingen aan die chemicaliën uit cellen verwijderen.

Wat niet duidelijk was, is "hoe de ATP-motor weet dat een chemische stof is gebonden in het transmembraandomein dat een moleculaire 'mijl' verwijderd is, ' zei Mchaourab.

"In mensen, deze transporter spuugt chemicaliën uit, waaronder antibiotica, geneesmiddelen tegen kanker chemotherapie, antidepressiva, opioïden … wat maakt een molecuul tot een substraat voor deze opmerkelijk diverse pomp, en wat maakt een molecuul tot een remmer?"

De huidige onderzoeken volgen bevindingen die Mchaourab en zijn collega's in het tijdschrift hebben gerapporteerd Natuur twee jaar geleden. P-glycoproteïne heeft twee ATP-verbrandingsplaatsen, en ontdekten de onderzoekers met behulp van een spectroscopiemethode (dubbele elektron-elektronenresonantie, DEER) dat de twee sites structureel asymmetrisch zijn:eerst één site en dan verbrandt de tweede site ATP. Ze ontdekten ook dat de twee opeenvolgende stappen verband houden met substraatherkenning.

Mchaourab herinnert zich de wetenschapsschrijver Bill Snyder van het Vanderbilt University Medical Center die een vraag stelde die hem deed stilstaan:waarom zou de natuur een asymmetrische motor ontwerpen?

"Ik antwoordde dat dit misschien de manier is waarop de transporteur weet of hij geladen is met substraat of niet, "Zei Mchaourab. "Maar we hadden al onze experimenten gedaan met aanwezig substraat, want zo werkt de transporter." De onderzoekers hadden de structuur van de ATP-verbrandingsplaatsen niet onderzocht in afwezigheid van substraat.

"Het was een vrijdag, en ik werd die nacht wakker met de vraag van Bill, "Mchaourab herinnerde zich. "Op maandag, Ik vroeg Reza (een postdoctoraal onderzoeker) om de experimenten te herhalen en het substraat te verwijderen. En voila, de motor werd symmetrisch - het maakte niet uit welke kant het eerst ATP verbrandde."

In aanvullende onderzoeken met P-glycoproteïneremmers van de derde generatie, de onderzoekers ontdekten dat deze remmers ook een symmetrische toestand stabiliseren, maar een die verschilt van de lege staat.

"Een remmer bindt de transporter vast zodat deze niet naar de asymmetrische toestand kan gaan en de krachtslag niet kan uitvoeren - de stap waarbij de transporter zich verplaatst van wat we naar binnen gericht naar naar buiten kijken en de substraat, ' zei Mchaourab.

Het kennen van de verschillende conformaties van P-glycoproteïne die worden gestabiliseerd door substraten versus remmers, zal het mogelijk maken om te screenen op effectievere remstofmoleculen. Het kan onderzoekers ook helpen begrijpen waarom bestaande remmers slecht presteerden in klinische onderzoeken.

"P-glycoproteïne is zo'n belangrijk klinisch doelwit, "Zei Mchaourab. "Nu realiseren we ons dat remmers ook werken op de asymmetrie van de motor. P-glycoproteïne weet of het leeg is, of als het is gebonden aan een substraat of remmer door het niveau van asymmetrie te moduleren."