Medicijnen hechten zich aan de eiwitten in ons lichaam zoals ruimtevaartuigen aanmeren in het internationale ruimtestation. Door dat proces in detail te beschrijven, kan veel worden onthuld over hoe de medicijnen werken - en welke vorm nieuwe medicijnen moeten aannemen.

Onderzoekers van de West Virginia University hebben de kristalstructuur in kaart gebracht van een eiwit dat zich in onze cellen bevindt en hebben voor het eerst vastgesteld hoe een medicijn eraan vasthoudt. De bevindingen verschijnen in Communicatiechemie , een natuurwetenschappelijk tijdschrift.

De studie, gefinancierd door het West Virginia Clinical and Translational Science Institute, was gericht op een eiwit dat 'mitoNEET' wordt genoemd. MitoNEET bewoont het buitenste membraan van onze mitochondriën, die fungeren als energiecentrales die onze cellen van energie voorzien.

"MitoNEET is een nieuw therapeutisch doelwit voor metabole ziekten en zou mogelijk kunnen leiden tot ziektemodificerende behandelingen voor de ziekte van Alzheimer en beroerte, zei Werner Geldenhuys, een universitair hoofddocent aan de School of Pharmacy en School of Medicine. Hij en zijn collega's, waaronder Aaron Robart, een universitair docent aan de WVU School of Medicine, Jan Hollander, assistent-decaan voor beroepsopleidingen van de WVU School of Medicine, en Timoteüs Lange, een universitair hoofddocent aan de Marshall University School of Pharmacy - voerde het project uit.

"Dit eiwit is betrokken bij veel ziekten die heel moeilijk aan te pakken zijn:zaken als diabetes, hartinfarct, hartziekte, " zei Robart. "We weten eigenlijk nog niet wat het eiwit doet, maar het hangt in de buurt van de krachtpatser van de cel, en al deze ziekten hebben een thema van de energiestroom."

Om de rol die mitoNEET speelt in onze energieprocessen te onderzoeken, de onderzoekers isoleerden mitoNEET uit zowel bacteriële overexpressie als diermodellen. Daarna synthetiseerden ze 11 moleculen vergelijkbaar met furosemide - een veelgebruikt diureticum dat wordt verkocht onder de merknaam LASIX - en stelden ze de mitoNEET aan hen bloot.

Nadat de moleculen aan de mitoNEET waren gebonden, de onderzoekers bouwden atoom-voor-atoom kaarten van de paren. Ze bestuurden op afstand de Advanced Photon Source van het Argonne National Laboratory, die monsters bestookt met ultraheldere, hoogenergetische röntgenstralen - om precies te onthullen hoe de moleculen bij elkaar kwamen.

Het team ontdekte dat de moleculen vastzaten in een cluster van ijzer- en zwavelatomen die deel uitmaakten van het eiwit. Raisa Nuñez, een student die deelneemt aan het Research Apprenticeship Program, voorlopige bouwgegevens verzameld. "Dit benadrukt dat belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen op elk carrièreniveau kunnen komen, ' zei Robbert.

"Deze bevindingen zijn van belang omdat ze ons in staat stellen om de rol van mitochondriën en bio-energetica in veel ziektetoestanden te blijven begrijpen, " zei Hollander. "De modulatie van de mitochondriale functie door middel van gerichte therapieën kan een kritieke weg zijn voor de ontdekking van geneesmiddelen."

Het begrijpen van de cellulaire functie van mitoNEET zou de prestaties van geneesmiddelen die werken kunnen verbeteren door de activiteit van het eiwit te veranderen. Bijvoorbeeld, het toevoegen van een extra zuurstofgroep aan de moleculaire structuur van een medicijn kan de binding met mitoNEET drastisch versterken en onbedoelde binding aan andere cellulaire eiwitten elimineren.

Het mogelijke resultaat voor patiënten die het medicijn gebruiken? Betere symptoomverlichting.

"Het succes van dit project illustreert echt hoe benaderingen die als basiswetenschap worden beschouwd, aanzienlijk inzicht kunnen bieden in klinische problemen, " zei Michael Schaller, die voorzitter is van de afdeling Biochemie van de School of Medicine. "Het toont ook de kracht aan van het aanpakken van problemen als teams bestaande uit leden met zeer verschillende expertises."