Ett nytt test för att visa egenskaperna hos biologiskt viktiga enzymer skulle kunna bidra till att effektivisera utvecklingen av nya behandlingar.

"Tindra, tindra, lite kinas. Hur jag undrar vilken form du är..."

Det kanske inte blir det bästa barnrim, men ett tillvägagångssätt som ser proteiner "glitra" som stjärnor på natthimlen ger ny insikt om en viktig klass av enzymer som är involverade i sjukdomar.

Genom att märka enzymerna med fluorescerande färgämnen, forskare vid Imperial har kunnat avslöja nya egenskaper, som de säger kan hjälpa till att utveckla bättre läkemedel mot parasitinfektioner, inflammatorisk sjukdom och cancer.

Enzymerna, kallas proteinkinaser, hjälpa till att reglera celler och koordinera deras reaktioner på vad som händer runt dem i kroppen. De är oerhört viktiga för cellsignalering och larm när cellens DNA skadas, sätter igång responsen.

Dock, när enzymerna går fel kan de orsaka en mängd problem nedströms – som okontrollerad tillväxt, leder till tumörer – vilket har gjort dem till ett attraktivt mål för läkemedelstillverkare som utvecklar nya cancerbehandlingar.

Tidigare forskning om deras struktur har visat att enzymerna har "aktiva" och "inaktiva" former, beroende på formen och positionen för en "aktiveringsslinga". Utöver detta, dock, det var inte möjligt att mäta hur enzymerna växlade mellan tillstånd, eller om de behövde en molekyl för att omvandla, och det kan vara svårt att stabilisera deras tillstånd.

Nu, en grupp ledd av Dr Charlotte Dodson, en forskare vid Imperial's National Heart and Lung Institute, har hittat ett sätt att visa andelen aktiva och inaktiva former och hur enzymet förändras som svar på molekyler och inhibitorer.

"Vi har vetat i cirka 15 år från kristallstrukturer att dessa enzymer i stort sett delas in i två klasser strukturellt, " förklarade Dr Dodson. "I den aktiva formen, enzymet är "färdigt att gå" och att utföra sin biologiska funktion, men i sin inaktiva form kan den inte göra sitt jobb."

Växla tillstånd

Arbetar i samarbete med Institutet för cancerforskning, Dr Dodsons labb kunde märka fluorescerande markörer till två olika regioner av enzymet.

När enzymerna var i aktivt tillstånd var färgämnesmolekylerna långt ifrån varandra och fluorescerade, som glödande prickar under mikroskopet. När enzymerna övergick till det inaktiva tillståndet, de två regionerna märkta med färgämnet kom i nära kontakt, släcker färgen och får fluorescensen att blinka ut.

Beroende på om de tillsatte molekyler som främjade aktiva eller inaktiva tillstånd, teamet fann att de kunde ändra andelen stater i ett urval, och de kunde mäta det som en förändring i fluorescens.

"Genom att mäta fluorescens, vi kan se vilken form kinaserna är i, ", sa Dr Dodson. "När vi gör detta kontinuerligt över tiden och tittar på enskilda molekyler i ett mikroskop, det ser ut som en natthimmel med massor av tindrande små prickar.

"Eftersom vi kan mäta fluorescensen hos enskilda molekyler, vi vet att de förändras i lösning, och det här är något som ingen har kunnat göra tidigare."

Enligt forskarna, i praktiken, tillvägagångssättet skulle kunna användas för att förfina läkemedel som riktar sig mot enzymerna genom att visa hur de påverkar blandningen av aktiva och inaktiva tillstånd.

Till exempel, om en hämmare pressade ett prov av kinaser till 70 procent inaktivt 30 procent aktivt, läkemedelstillverkare kunde justera molekylen och mäta effekten på en population av kinaser. Om blandningen efter justering av läkemedlet ändras till 90 procent inaktiv, det skulle visa att hämmaren har en större effekt än tidigare.

Cancer är för närvarande det största målet för kinashämmare, med en marknad som uppskattas vara värd 30 miljarder USD (USD) eller mer, men forskare undersöker kinasernas roll inom andra områden, inklusive sjukdomar i hjärtat och lungorna.

Dr Dodson tillade:"Vi har utvecklat testet och genomfört ett principbevis i ett visst kinas för att visa att det fungerar och för att utforska vad som händer. Nästa steg är att ta tag i saker och tillämpa detta på andra kinaser av intresse .

"Jag tror att när fler och fler människor inser att dessa enzymer är viktiga i andra sjukdomar, kunskapen från onkologi kan överföras till nya terapiområden."

Hon tillade:"Ju mer information vi kan tillhandahålla i designstadiet av läkemedelsutveckling, desto bättre. Genom att använda detta tillvägagångssätt skulle vi kunna göra det möjligt för läkemedelstillverkare att designa nya behandlingar mer effektivt, vilket kan spara tid och pengar. Det kan leda till att nya inhibitorer kommer till kliniken snabbare."