De ontwikkeling van farmaceutische behandelingen is moeilijk - clinici en onderzoekers weten dat een bepaald medicijn bepaalde functies kan reguleren, maar ze weten misschien niet hoe het echt werkt. Onderzoekers van de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) hebben een nieuwe, gestroomlijnde methode om de moleculaire mechanismen die aan deze interacties ten grondslag liggen beter te begrijpen.

Ze publiceerden hun aanpak op 17 december, 2020 in Organische &Biomoleculaire Chemie, een tijdschrift van de Britse Royal Society of Chemistry.

"We wilden een nieuwe op gouden nanodeeltjes gebaseerde methode ontwikkelen voor doelidentificatie van bioactieve kleine moleculen die de huidige moeizame stappen stroomlijnt, zodat we snel kunnen ontdekken hoe deze moleculen werken, " zei Kaori Sakurai, universitair hoofddocent bij de afdeling Biotechnologie en Life Science van TUAT.

Bioactieve kleine moleculen zijn chemische verbindingen, zoals geneesmiddelen, die gemakkelijk kunnen worden afgeleverd aan en interactie hebben met de cellen van een lichaam. Door te binden aan specifieke eiwitten, deze moleculen kunnen een biologisch proces opnieuw bedraden om de oorspronkelijke functie te stoppen of te verbeteren. Bijvoorbeeld, de bioactieve kleine moleculen in een middel tegen kanker zullen zich binden met een eiwit in kankercellen om hun ongecontroleerde groei te remmen. Ze kunnen zelfs de kankercellen misleiden tot geprogrammeerde celdood.

De uitdaging is dat het niet altijd duidelijk is welke eiwitten het doelwit zijn en of er andere eiwitten zijn die mogelijk ongewenste bijwerkingen kunnen veroorzaken. Met behulp van een technologie genaamd fotoaffiniteitslabeling, onderzoekers kunnen licht schijnen op doeleiwitten en ze onmiddellijk taggen, vastleggen en identificeren. Echter, fotoaffiniteitslabels vereisen veel tijd en middelen om de specifieke tag te ontwikkelen, zorg ervoor dat het aan het juiste doel in de cel is bevestigd en zuiver vervolgens het gelabelde doeleiwit.

"Photoaffinity-labeling is een krachtige benadering voor de ontdekking van kleine molecule-doeleiwitten, " zei Sakurai. "Echter, het routinematige gebruik ervan werd belemmerd door verschillende problemen, inclusief inefficiënte eiwitlabeling en daaropvolgende zuivering en technische problemen om bioactieve kleine moleculen in geschikte sondes te maken."

Het team van Sakurai bood eerder een oplossing voor het eerste probleem door een gouden nanodeeltje als modulaire steiger te gebruiken waarop een specifieke sonde kan worden ontworpen. In de recente krant ze concentreerden zich op het ontwikkelen van een voorbereidingsproces in één stap.

Omdat gouden nanodeeltjes oppervlakken hebben die modulaire stukken kunnen bevatten, de onderzoekers kunnen efficiënt op maat gemaakte assemblages bouwen door eenvoudig bouwstenen te mengen, volgens papier co-auteur Kanna Mori, een afgestudeerde student in de afdeling Biotechnologie en Life Science aan TUAT.

"Fotoaffiniteitssondes kunnen gemakkelijk worden verkregen uit de sondeprecursoren, voorgemonteerd met drie soorten bouwstenen - elk met een klikbare groep, een fotoreactieve groep en een in water oplosbare spacergroep - en vervolgens snel een klein molecuul van belang opnemen via 'klikchemie, ' zei Mori.

Het gefabriceerde kleine molecuul, zelfs na te zijn geconjugeerd aan het nanodeeltje, gedraagt ​​zich als een oudermolecuul dat van nature aan een eiwit zou binden, en de fotoreactieve groep reageert op bestraling met ultraviolet licht die de sonde activeert. Eenmaal geactiveerd, de probe kan een doeleiwit vangen en isoleren.

"We hebben aangetoond dat klikbare voorlopers van fotoaffiniteitsprobes een snelle toegang zullen bieden tot fotoaffiniteitsprobes van verschillende soorten bioactieve kleine moleculen om hun doeleiwitten te identificeren, ' zei Sakurai.

Volgende, de onderzoekers zijn van plan om het nut van sondes van goud-nanodeeltjes te onderzoeken in doelidentificatiestudies in levende cellen, hun werk uitbreiden om rekening te houden met fysiologische omstandigheden. Ze zijn ook van plan om complexe natuurlijke producten en sommige geneesmiddelen in de goud-nanodeeltjes te introduceren om hun onbekende doeleiwitten te identificeren.