محققان مؤسسه فناوری کالیفرنیا رویکردی را برای غلبه بر یک مانع بزرگ در آزمایش اهداف دارویی جدید ایجاد کرده اند. این تحقیق در مقاله ای در 24 نوامبر در مجله شیمی بیولوژیکی گزارش شده است.
پروتئین های جاسازی شده در غشای سلولی، اهداف بالقوه ای برای داروها برای درمان تعدادی از بیماری ها، از بیماری های عفونی گرفته تا سرطان ها هستند. پروتئین‌های غشایی (شامل ناقل‌ها، کانال‌ها و گیرنده‌ها) هدف تقریباً 70 درصد داروهای مورد تأیید FDA هستند.
با این حال، برای محققان بسیار دشوار است که پروتئین های غشایی را در آزمایشگاه به مقدار کافی تولید کنند تا بتوانند آنها را خالص کنند و آزمایش هایی با داروهای بالقوه انجام دهند.پروفسور توماس اف. میلر سوم و ویلیام ام. کلمونز جونیور از دپارتمان شیمی و مهندسی شیمی در کلتک متعجب بودند که آیا راهی برای کمک به محققانی که این مشکل را تجربه می کنند وجود دارد یا خیر.
«انگیزه ما برای این پروژه واقعاً ناشی از ناامیدی از این مشکل کلی است، که تولید پروتئین های غشایی در مقیاس برای اهداف آزمایشی بسیار سخت است.
برای تولید پروتئین های مورد علاقه، محققان معمولاً ژن کد کننده پروتئین را در یک رده سلولی آزمایشگاهی مانند E. coli وارد می کنند. به این فرآیند، بیان بیش از حد هترولوگ پروتئین گفته می شود. اما پروتئین های غشایی معمولاً به دلایلی که تاکنون به درستی درک نشده اند، در مقادیر بسیار کمی بیش از حد بیان می شوند. محققان منفرد گاهی اوقات سال‌ها تلاش می‌کنند تا پروتئین‌های مورد علاقه‌شان را به روش‌هایی تغییر دهند که باعث شود آنها به‌طور مؤثرتری در آزمایشگاه بیان شوند.
"مردم فقط در تاریکی شکار می کنند تا امیدوار باشند چیزی را پیدا کنند که بهتر کار کند تا بتوانند پروتئین کافی برای انجام مطالعات خود دریافت کنند." "ابزارهای جدیدی برای تقویت منطقی آن، برای انجام آن به روشی هدفمندتر مورد نیاز است."
برای اینکه ببینند آیا اصول کلی وجود دارد که می تواند تلاش ها برای بهبود بیان پروتئین غشایی را راهنمایی کند، کلمونز و میلر و دانشجویان فارغ التحصیلشان میشیل جی ام نیسن و استفان اس. مارشال روی مرحله خاصی از این فرآیند تمرکز کردند: نقطه ای یک سلول در واقع یک پروتئین تازه سنتز شده را وارد غشاء می کند.
کارایی درج - یعنی کسری از زمانی که یک پروتئین به درستی وارد غشا می شود - به دنباله اسید آمینه پروتئین بستگی دارد. این تیم یک روش شبیه‌سازی محاسباتی را برای پیش‌بینی اینکه چگونه تغییر در دنباله روی کارایی درج تأثیر می‌گذارد، توسعه دادند.
در مطالعه جدید، تیم بررسی کردند که چگونه این کارایی مربوط به بیان پروتئین در آزمایشگاه را پیش بینی می کند. این تیم به طور سیستماتیک انواع مختلفی از یک پروتئین خاص را تولید کردند و از این الگوریتم برای پیش‌بینی کارایی درج غشای هر گونه استفاده کردند. سپس محققین مقدار پروتئین تولید شده را تعیین کردند.همانطور که آنها فرض کرده بودند، راندمان درج بهبود یافته با بهبود عملکرد پروتئین مرتبط است.
اکنون محققان علاقه مند به مطالعه یک پروتئین غشایی خاص می توانند از این ابزارهای شبیه سازی برای پیش بینی تغییراتی که باید در توالی پروتئین خود برای تولید پروتئین غشایی در آزمایشگاه ایجاد کنند، استفاده کنند. اخطارهایی وجود دارد: اگر پروتئین خاصی در یک نوع سلول خاص در مراحل دیگر سنتز آن علاوه بر قرار دادن غشاء در معرض ناکارآمدی باشد، روش جدید ممکن است کمکی نکند. اما محققان مطمئن هستند که این روش راهی به جلو برای بسیاری از محققان پروتئین غشایی که در تلاش برای بیان پروتئین های خود هستند، ارائه می دهد.
کلمونز گفت: "ما معتقدیم که ابزارهایی که در اینجا توسعه داده‌ایم پتانسیل ایجاد انقلابی در بیان پروتئین غشایی دارند." "هنوز کارهایی وجود دارد که باید انجام دهیم تا به طور کامل متوجه آن شویم، اما این مقاله نشان می دهد که پتانسیل وجود دارد."
محققان اکنون با دیگران همکاری می کنند تا این ابزارها را به کار گیرند.
"اهداف پروتئین غشایی زیادی وجود دارد که برای اهداف دارویی و طراحی دارو از اهمیت واقعی و ارزش واقعی برخوردار هستند، " میلر گفت: "اگر بتوانیم با در دسترس قرار دادن یک هدف گریزان به مردم کمک کنیم، این یک پیروزی بزرگ خواهد بود."
این کار توسط مؤسسه ملی بهداشت، دفتر تحقیقات دریایی، و C altech تأمین مالی شد.
