För att socker ska smaka sött och att kaffe ska stimulera, eller ens för att ljus ska synas, först måste de alla landa på en G-proteinkopplad receptor. Allestädes närvarande och mångsidig, dessa receptorer är cellens kemiska detektionssystem:de känner av ämnen i omgivningen och initierar intracellulära vägar som ligger till grund för praktiskt taget alla fysiologiska processer - från smak och syn till hormonell reglering och neuronal kommunikation. Nästan en tredjedel av alla terapeutiska läkemedel verkar genom att binda till dessa cellytreceptorer.

Men att hitta fler läkemedelsmål bland denna grupp har varit svårt, och ny forskning kan förklara varför. Rockefeller -forskare har funnit att många av dessa receptorer, varav det finns nästan 800, interagera med så kallade receptoraktivitetsmodifierande proteiner, eller RAMP, att få dem att ta upp olika konfigurationer inuti kroppen än i labbet.

Fyndet möjliggjordes av en ny teknik som kan undersöka hundratals receptorer samtidigt för att avslöja tidigare okända RAMP:er som påverkar deras struktur och funktion. Insikter från denna forskning, beskrivs i Vetenskapliga framsteg , kan ha betydande konsekvenser för upptäckt av läkemedel och hjälpa forskare att förstå ett antal sjukdomar.

En komponent som saknas

Även om det är mycket studerat, G-proteinkopplade receptorer visar sig fortfarande svårfångade. Många läkemedel som framgångsrikt riktas mot dem i prekliniska studier misslyckas i slutändan i mänskliga prövningar. Och för över hundra av dessa receptorer, forskare har inte ens kunnat identifiera vilket hormon eller protein i kroppen de binder till.

"En hypotes är att någon komponent saknas, "säger Thomas P. Sakmar, Richard M. och Isabel P. Furlaud Professor och chef för Rockefellers Laboratory of Chemical Biology and Signal Transduction. "Den komponenten kan vara RAMP."

RAMP upptäcktes allvarligt för 20 år sedan när ett team av forskare som arbetade med en G -proteinkopplad receptor, eller GPCR, stött på ett konstigt problem:samma receptor uttryckt i två olika cellinjer bundna till olika föreningar. Denna variation, fann forskarna, förklarades av ett tillbehörsprotein som finns i en cellinje och inte det andra.

Idag finns det tre kända RAMP:er som bildar komplex med GPCR, vilket leder till en förändring i receptorns konfiguration och därför dess affinitet för ett hormon eller läkemedel. Tidigare forskning fann att detta var sant för en handfull GPCR, men forskare misstänkte att när det gäller RAMP, de såg bara toppen av isberget.

Till exempel, RAMP -mutationer är kopplade till flera sjukdomar och att radera dem i möss leder till ett brett spektrum av resultat. "Olika bevislinjer tyder på att de interagerar med mycket fler GPCR än vi har uppskattat, säger Emily Lorenzen, en doktorand i Sakmars lab.

Lorenzens egna studier, publicerad 2017 och 2019, bekräftade denna misstanke, så hon bestämde sig för att titta närmare.

Den stora sökningen

Med tre RAMP och 775 receptorer, att söka igenom alla möjliga kombinationer är en skrämmande uppgift. Lorenzen visste att hon var tvungen att utveckla en analys för att samtidigt screena ett stort antal proteiner och deras potentiella interaktioner.

Idén skickade henne till Sverige för ett samarbete med forskare vid Karolinska institutet, KTH Royal Institute of Technology, och Science for Life Laboratory. Teamet erhöll antikroppar från Human Protein Atlas -projektet som de kopplade till magnetiska pärlor, och inkuberas sedan med en flytande blandning av celler konstruerade för att göra en kombination av både en RAMP och en receptor.

Pärlorna kommer förfärgade med 500 olika färgämnen, och RAMP:erna kan detekteras med en sekund, fluorescerande antikropp. När pärlorna passerar genom ett detektionsinstrument i en enda fil, deras färg -ID läses och deras associerade receptorer och RAMP identifieras.

I Science Advances -artikeln, laget presenterar sina resultat från att testa tekniken på 23 GPCR. Resultaten validerade inte bara kända interaktioner, men avslöjade också tidigare oidentifierade RAMP -interaktioner i ytterligare receptorer.

"Jag hade varit glad över att bara ha hittat en eller två nya interaktioner, "Lorenzen säger." Istället fick vi ungefär ett dussin. "

Komplett bild

Inspirerad av denna framgång, laget tillämpar tekniken på resten av receptorerna med målet att kartlägga deras interaktioner med alla de tre RAMP:erna, "skapa hela GPCR-RAMP-interaktomen, Säger Sakmar.

Än så länge, resultaten har varit konsekventa:GPCR-RAMP-interaktionerna är mycket mer utbredda än man tidigare trott, ett fynd som har viktiga praktiska konsekvenser. "När du studerar GPCR -farmakologi, du måste överväga statusen för RAMP i ditt system, "Sakmar säger." Det verkliga målet för ett läkemedel kan vara GPCR-RAMP-komplexet i cellmembranet, inte receptorn isolerat. "

Han har redan omsatt den idén i praktiken. Hans team utvärderar en liten underfamilj av receptorer som är involverade i immunsjukdomar, tidigare studerats som viktiga läkemedelsmål. "Vi tror att vi vet varför tidigare ansträngningar för upptäckt av läkemedel inte har varit framgångsrika, "Sakmar säger." Det finns en RAMP -interaktion som ingen har uppskattat. "

Teamet hoppas också kunna lösa det nyfikna fallet av glaukom, tros orsakas av mutationer i RAMP. Dessa mutationer har varit förvirrande för forskare sedan RAMP:erna i sig tycktes inte spela någon roll i sjukdomen. Sakmars team tar nu en ny titt på glaukom och några liknande förbryllande sjukdomar för att ta reda på om en GPCR -interaktion kan vara den saknade länken.

Att få in RAMP i bilden kan också lösa mysteriet med cirka hundra så kallade föräldralösa receptorer, som aktiveras av okända proteiner. "Går framåt, vi kommer att fokusera på att hitta vad dessa föräldralösa GPCR:er binder till, "Lorenzen säger." Jag hoppas att detta kommer att uppmuntra andra människor att titta på det också. "