Vroeger, biologisch actieve peptiden - kleine eiwitten zoals neurotoxinen en hormonen die inwerken op celreceptoren om de fysiologie te veranderen - werden gezuiverd uit inheemse bronnen zoals gif en vervolgens werden er panelen met varianten geproduceerd in bacteriën, of gesynthetiseerd, om de structurele basis voor receptorinteractie te bestuderen. Een nieuwe techniek genaamd zombie scanning maakt deze oudere processen overbodig.

Peptiden worden gebruikt voor medische therapie en om biologie te studeren, onder andere, maar hun productiekosten in tijd en geld worden steeds hoger.

"Als een peptide 30 residuen heeft, simpelweg elke site één keer veranderen vereist de synthese, zuivering en validatie van de gevouwen samenstelling van alle 30 varianten, een proces dat maanden en vele duizenden dollars vergt, " zei Steven A.N. Goldstein, MD, doctoraat, vice-kanselier voor Gezondheidszaken aan de Universiteit van Californië, Irvine, en onderscheiden professor in de UCI School of Medicine Departments of Pediatrics and Physiology &Biophysics.

Vandaag gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , de nieuwe studie onder leiding van Goldstein en Jordan H. Chill, doctoraat, een professor in de afdeling Scheikunde aan de Bar-Ilan Universiteit in Israël, onthult hoe onderzoekers celmachines konden kapen om de aanmaak van peptiden te vereenvoudigen, waardoor uitgebreide, snelle studies van structuur-functie en mechanisme om de specificiteit en affiniteit van actie te verbeteren, de belangrijke parameters voor therapeutische werkzaamheid.

"Omdat we de celmachinerie kapen om de peptiden op het celoppervlak te synthetiseren en met de receptor weer te geven, we dubben dit zombie-scannen, " zei eerste auteur Ruiming Zhao, doctoraat, een onderzoeker in het Goldstein-laboratorium.

"Door deze nieuwe techniek te gebruiken, peptideveranderingen zijn net zo eenvoudig als de synthese van plasmiden en vereisen slechts dagen werk en centen per construct. Dit stelt ons in staat om de rollen van veel sites met veel veranderingen in een veel kortere tijd tegen veel lagere kosten te bestuderen."

De studie, getiteld, "Tethered peptide-neurotoxinen vertonen twee blokkerende mechanismen in de K+-kanaalporie, net als hun ongebonden analogen, " schetst hoe de gecodeerde peptiden via een natuurlijk pad naar de buitenkant van de cel worden gekoppeld op een flexibele ketting. In dit geval, het receptordoelwit werd ook tot expressie gebracht vanuit een plasmide en kon worden gemodificeerd. De methode maakt ook studie mogelijk van interacties met lage affiniteit die anders niet haalbaar zouden zijn om te analyseren.

Met behulp van zombie-scanning, onderzoekers hebben de onverwachte ontdekking gedaan dat een peptide in klinische onderzoeken als immuunonderdrukker anders werkt dan ooit werd gedacht, onthullend dat deze familie van neurotoxinen twee mogelijke manieren van interactie met kaliumkanalen heeft in plaats van slechts één.

Chill en collega Netanel Mendelman, doctoraat, verbeterde de impact van deze bevindingen door de driedimensionale structuur van een geselecteerd neurotoxine op te helderen met behulp van nucleaire magnetische resonantie (NMR).

"Door honderden afstanden en hoeken tussen atomen in het peptide te schatten, we kennen nu de structuur ervan, een moleculaire context bieden voor deze opwindende resultaten, "zei Chill. "De twee bindende modi lijken een 'omdraaien' van het toxine of een herschikking van zijn atomaire structuur in te houden."

Alternatieve bindingsmodi zoals beschreven voor deze peptiden zijn een lastige verstorende factor in op structuur gebaseerd medicijnontwerp, benadrukt het belang van de bevindingen van dit rapport en toekomstige studies van het herkenningsproces tussen kanalen en remmende peptiden.