Experiment på DESYs röntgenkälla PETRA III har avslöjat den första strukturen av ett biologiskt transportprotein laddat med en prodrug. Läkemedel är inaktiva läkemedel som metaboliseras till ett aktivt, funktionell form i kroppen. De kan kapa de mänskliga näringstransportörsproteinerna PepT1 eller PepT2 som finns i cellmembranet och vanligtvis kanaliserar peptider som härrör från smält mat till celler. Den här vägen, pro-droger kan ta en tur direkt in i cellen, påskyndar läkemedlets absorption. Även om pro-drogkonceptet är mycket effektivt, lite är känt på molekylär nivå om peptidtransportörernas struktur och hur de känner igen, binda och transportera pro-droger. Grupperna av Christian Loew och Jan Kosinski från European Molecular Biology Laboratory (EMBL) som arbetar vid Center for Structural System Biology (CSSB) på DESY campus i Hamburg är nu ett steg närmare att förstå detta.

Forskarna fastställde den första högupplösta kristallstrukturen för en peptidtransportör i komplex med den farmakologiskt relevanta pro-drogen valganciklovir; ett läkemedel som bekämpar vissa virusinfektioner. Deras resultat, publiceras i Journal of the American Chemical Society , skulle kunna hjälpa till med utformningen av pro-droger med förbättrade absorptionshastigheter. CSSB är ett samarbete mellan tio vetenskapliga institutioner inklusive DESY.

Bakteriepeptidtransportören DtpA från Escherichia coli är en nära homolog för den mänskliga PepT1 -transportören och valdes därför av forskarna som en prototyp. Den biomolekylens rumsliga struktur kan bestämmas genom att odla små kristaller från många av samma biomolekyler och belysa dem med röntgen. Kristallerna diffrakterar röntgenstrålarna på ett sätt som är relaterat till deras inre struktur. Detta betyder, från diffraktionsmönstret, kristallens inre struktur kan beräknas, avslöjar den atomära strukturen av dess beståndsdelar, biomolekylerna.

Att odla tillräckligt högkvalitativa kristaller från biomolekyler kan vara mycket utmanande. För att producera väl diffrakterande kristaller av DtpA, Loew slog sig ihop med gruppen av Jan Steyaert från Vrije Universiteit i Bryssel för att generera DtpA-specifika nanokroppar. Nanobodies är specifika endomänantikroppsfragment. "De ökar stabiliteten hos membranproteiner som DtpA, vilket gör att vi kan generera kristaller av hög kvalitet, "förklarar Loew.

Loew-gruppen genomförde sedan kristallisationsexperimenten av DtpA i komplex med en nanokropp och en prodrug-molekyl vid Sample Preparation and Characterization Facility (SPC) och analyserade de erhållna kristallerna vid strållinjerna P13 och P14 som är en del av DESYs X- strålningskälla PETRA III och drivs av t EMBL. Forskarna kunde bestämma en 2,65 Ångström (0,265 nanometer) upplösningsstruktur av DtpA bundet med pro-drogen valganciklovir som avslöjade ett oväntat bindningsläge. "Orienteringen av pro-drogen i bindningsfickan vänds 180 grader i förhållande till tidigare förutsägelser, " förklarar Loew. "Vi upptäckte också att DtpA företrädesvis binder och troligen transporterar tripeptider över dipeptider."

Kosinski-gruppen byggde en högkvalitativ strukturell modell av den mänskliga PepT1-transportören i komplex med valganciklovir med DtpA-kristallstrukturen som vägledning. "Modellen visar att humant PepT1 mycket troligt binder läkemedlet på samma sätt som DtpA och anger exakta aminosyragrupper som är ansvariga för bindning, " klargör Kosinski. Därför, insikten som genereras av denna modell av PepT1 kan underlätta utvecklingen av nya pro-läkemedel med förbättrade absorptionshastigheter. Sådana förbättringar skulle inte bara sänka den farmakologiskt effektiva dosen utan också kunna minska de negativa biverkningarna som patienterna upplever.