LMU-forskare har utvecklat en metod som gör att cellytreceptorer kan slås på och av vid behov. Tekniken lovar att ge ny inblick i receptorfunktioner och deras effekter på intracellulära signalvägar.

G-proteinkopplade transmembranreceptorer (GPCR) är intimt involverade i regleringen av ett brett spektrum av biologiska processer. De fungerar genom att binda extracellulära budbärarmolekyler - såsom hormoner - och aktivera intracellulära signalreläer som förändrar cellfunktioner på specifika sätt. Inte överraskande, funktionella defekter i dessa membranbundna receptorer leder ofta till kroniska fysiologiska störningar. Detta förklarar varför en stor andel av den aktuella farmakologiska forskningen fokuserar på att hitta läkemedel som riktar sig mot specifika GPCR. Ett forskningssamarbete med grupper som leds av professorer Anja Hoffmann-Röder (professor i organisk kemi) vid LMU, Dirk Trauner (tidigare LMU, nu vid New York University) och David Hodson (University of Birmingham) har nu utformat en uppsättning molekyler med vilka GPCR (och eventuellt andra receptortyper) kan farmakologiskt aktiveras och avaktiveras efter behag. Dessa medel lovar att avslöja nya aspekter av de molekylära mekanismerna som ligger till grund för receptorernas verkan, och därmed bör underlätta utvecklingen av nya terapeutiska strategier. De nya fynden visas i onlinejournalen ACS Central Science .

Den nya studien är baserad på tidigare arbete där teamet hade utvecklat ett ljusberoende farmakologiskt system med hjälp av "SNAP-taggar". En SNAP-tagg är ett bindande protein som kan introduceras till ett målreceptorprotein med genetiska medel. Dess syfte är att fungera som ett bindningsställe för fastsättning av en syntetisk ligand, som sedan kan modulera receptorsignalering, dvs aktivera eller blockera aktivering. Det nya papperet beskriver tillämpningen av denna teknik på en receptor som kallas GLP-1R, som reglerar utsöndringen av insulin. Det är därför ett attraktivt mål för utveckling av läkemedel för behandling av diabetes. "Vi använde som liganden ett naturligt hormon som var utrustat med en syntetisk förlängning som fungerar som en adapter som är kovalent bunden av SNAP-taggen. Bindning av hormonet aktiverar receptorn, medan den direkta anslutningen av adaptern till SNAP-taggen säkerställer att receptorn hålls i ON-tillståndet, "förklarar Tom Podewin (Max Planck Institute for Medical Research), gemensam första författare till den nya studien och fram till 2017 doktorand i Hoffmann-Röders grupp. Anslutning av adapteränden till SNAP-taggen tänder effektivt liganden till receptorn. Dock, adaptern är flexibelt ansluten till receptorns hormonbindande plats via en disulfidbindning, som lätt kan brytas genom tillsats av ett reduktionsmedel. Detta trick gör att hormonet kan frigöras från sitt bindningsställe, därmed vänds interaktionen och stängs av receptorn igen.

För att demonstrera mångsidigheten i denna metod med "bunden farmakologi", laget använde en annan syntetisk ligand för att aktivera en receptor som styr utsöndringen av tillväxthormon. "Våra ligander är faktiskt de största kända bundna molekylerna som har visat sig fungera som aktivatorer eller agonister för membranbundna receptorer. Detta bevisar att bunden farmakologi inte är begränsad till användning av små molekyler, men kan utvidgas till peptider och kanske till och med till proteiner, ”Påpekar Hoffmann-Röder.

Eftersom bindning till SNAP-taggen är kovalent, den aktiverande liganden kan inte lätt frigöras från receptorn i frånvaro av ett reduktionsmedel. I vanliga fall, aktiverade GPCR tas omedelbart bort från cellmembranet och transporteras till intracellulära vesiklar. Väl där, deras ligander dissocierar och de återvinns sedan till cellytan. Dock, fann forskarna - till sin förvåning - att bindning av den syntetiska liganden hämmar denna återvinningsprocess, fånga receptorn i vesikeln. "Möjligheten att hållbart fästa valfri ligand-vare sig det är ett farmakologiskt medel eller en etikett för användning i bioavbildning-till en lämplig modifierad receptor ger nya möjligheter för manipulation och karakterisering av komplexa signalvägar i celler, "tillägger den gemensamma författaren Johannes Broichhagen. Han och hans kollegor tror att den nya metoden kommer att ge en bättre förståelse för receptorer och deras funktioner, som utan tvekan kommer att få konsekvenser för läkemedelsutvecklingen i framtiden.