Med den ökade oron över de farliga biverkningarna av det en gång så populära antidiabetiska läkemedlet Avandia, forskare vid The Scripps Research Institute (TSRI) i Jupiter, Florida, arbetar med att förstå hur små molekyler, som de i Avandia, kan ha så varierande effekter i hela kroppen. Insikterna kan hjälpa forskare att designa nya läkemedel med bättre effekt och färre biverkningar.

Douglas Kojetin, en docent vid TSRI, och hans team publicerade nyligen en studie i Strukturera , visar hur Avandia interagerar med och ändrar formen på en kombination av proteiner, receptorer och DNA - kallat "komplexet" - vilket resulterar i läkemedlets effekter. Förutom att hjälpa till att informera utformningen av framtida antidiabetiska läkemedel, studien visade att DNA spelar en aktiv roll för att bestämma strukturen av komplexet, ett fynd som har implikationer för att förstå hur ett läkemedel med små molekyler påverkar kroppen.

Forskare i Kojetins labb fokuserar på nukleära receptorer - proteiner som kan interagera eller "binda" till både genetiskt material, som DNA och små molekyler, samt binder till andra proteiner som kallas samregulatoriska proteiner som påverkar genuttrycket. Avandia, till exempel, binder till PPARγ, en nukleär receptor, som binder till DNA-sekvenser som är viktiga för att reglera fettlagring och metabolism. Men PPARγ fungerar inte enbart med Avandia. En andra nukleär receptor, RXRa, interagerar med PPARy för att bilda en "heterodimer", ett komplex som består av två olika proteiner bundna tillsammans som rekryterar ett samreglerande protein som kallas Steroid Receptor Coactivator-2 (SRC-2) för att påverka aktiviteten hos många olika gener. När varje bit binder, komplexet ändrar form, som bitar av våt lera som mosar ihop till en skål.

Teamet satte sig för att förstå hur specifika delar av DNA påverkar interaktionen mellan den nukleära receptorn och samreglerande protein. Till exempel, skulle denna nukleära receptor interagera med det samreglerande proteinet på samma sätt om det inte var bundet till DNA?

Lägger till ett extra lager av komplexitet, SRC-2 är ett i sig oordnat protein - ett "floppigt" protein utan en konsekvent sekundär struktur som floppar runt som en lös spagetti. Detta innebär att populära metoder som forskare vanligtvis skulle använda för att förstå proteinets struktur, som röntgenkristallografi, som kräver ett stabilt unflopy-prov, skulle inte kunna berätta så mycket för forskarna om vad detta protein gör.

Kojetins team använde en kombination av kvantitativ biokemisk, biofysikaliska och lösningsstrukturella metoder för att bilda en detaljerad förståelse av dessa molekylära interaktioner. Varje teknik gav sitt team information som de använde för att skapa en bild av hur alla dessa molekyler interagerar.

"Inget verktyg kunde ha gett oss svaret. Det var verkligen kombinationen av alla dessa verktyg som gav oss en fullständig bild av vad som pågick, " sa Kojetin.

Det visade sig att det som pågick var en "termodynamisk" mekanism genom vilken bindning till DNA fick receptorns heterodimer att ändra sin form och, viktigare, stabilisera dess diskettområden.

Kojetins team visade att DNA-interaktion påverkade kraften hos Avandia och dess förmåga att rekrytera det samreglerande proteinet. Receptorerna på egen hand är som två ballonger som slumpmässigt flyter runt i vinden, förklarade Kojetin. När det band till DNA, receptorerna stabiliseras, som om ballongerna var sammanbundna, vilket gör det lättare för SRC-2 att interagera med den.

Om proteinerna hade bundit till en annan del av DNA, komplexet kan ha kunnat bilda en annan form och utöva en annan, möjligen till och med farlig effekt, eller kanske ingen effekt alls. Olika gener exponeras, eller tillgänglig, i olika kroppsvävnader. Detta kan hjälpa till att förklara hur droger kan ha en effekt i ett visst område av kroppen och en annan effekt i andra områden där delarna av tillgängligt DNA är olika.

"Läkemedlet kontrollerar inte aktiviteten i kroppen av sig själv. När receptorn är bunden till olika DNA-sekvenser, läkemedlets aktivitet kan ändras." sa Kojetin, "kommer att öppna upp många möjligheter."