Forskare har utvecklat en ny teknik för att påskynda upptäckten av cancerbekämpande läkemedel. Tekniken identifierar molekyler som kan stänga av farliga proteiner innan de orsakar sjukdomsutlösande förödelse, genom att blockera dem från att interagera med en cells DNA.

Den nya plattformen för upptäckt av läkemedel – som heter Transcription Block Survival (TBS) – har utvecklats av forskare vid universiteten i Bath och Kent i Storbritannien och har potential att dramatiskt påskynda jakten på botemedel mot dödliga cancerformer. Detta genombrott har också bredare konsekvenser, eftersom proteinerna som är involverade i cancer också spelar en central roll i många andra sjukdomar, inklusive osteoporos och inflammatoriska sjukdomar som reumatoid artrit och psoriasis.

"Att identifiera processer som kan göra det snabbare för forskare att hitta nya läkemedelskandidater för svåra sjukdomar, som vi kan göra med hjälp av TBS, är en enorm fördel för forskningen", säger forskare professor Jody Mason, som är baserad på universitetets institution i biologi och biokemi.

Läkemedelsupptäckten är långsam, kostsam och komplex. Ofta är forskare på jakt efter att hitta farmaceutiska molekyler som kan binda till platser på sjukdomsframkallande proteiner. Men att binda till ett målställe är inte tillräckligt – en terapeutisk molekyl måste också ha förmågan att stänga av det farliga proteinet. Viktigast av allt måste den lyckas göra det i en levande cell, utan alltför många biverkningar.

"En stor utmaning är att hitta sätt att säkerställa funktionell förlust av skadlig proteinaktivitet i en cells krävande miljö", säger professor Mason.

Han tillägger att "med TBS-metoden kan vi vid det allra första passet eliminera molekyler som fastnar på cellmålet men som i slutändan misslyckas med att slå ut funktionen hos det sjukdomsframkallande proteinet. Genom att ta bort molekyler från screeningsprocessen som i slutändan har litet eller inget terapeutiskt värde, kommer vi att spara mycket tid och pengar."

Även om TBS kan tillämpas på upptäckten av läkemedelskandidater för hur många sjukdomar som helst, fokuserar professor Masons nya forskning på att hitta molekyler som kallas peptider (korta kedjor av aminosyror – proteiners byggstenar) som permanent undertrycker aktiviteten hos ett protein som kallas Activator Protein-1 (AP-1). AP-1 finns naturligt i kroppen och är viktig för att "sätta på" gener som är involverade i ett antal cellulära processer, men när den är utom kontroll blir den en stor aktör inom cancer.

Allt finns i bindningen

Gener fungerar genom att göra kopior av sig själva i en process som kallas transkription. Dessa kopior, som tar formen av budbärar-RNA (mRNA), förvandlar sedan den genetiska informationen till proteiner - livets byggstenar som utför instruktionerna som kodas i generna. AP-1 främjar tillväxten av cancerceller först genom att binda till genpromotorer i specifika delar av en cells DNA, och sedan kapa uttrycket av nyckelgener genom att permanent slå på dem. Med andra ord tvingar AP-1 en gen att göra mRNA och motsvarande proteiner vid fel tidpunkter och mängder.

Det är dessa proteiner, när de överuttrycks, som är inblandade i spridningen av cancer. Omvänt, genom aktiviteten hos en cancerbekämpande peptid, kan AP-1 stoppas från att binda till en cells DNA, vilket hindrar den från att slå på gener.

Studiens första författare Dr. Andrew Brennan, också från Baths institution för biologi och biokemi, säger att "med hjälp av TBS-screeningsplattformen kan forskare hitta peptider som binder AP-1 på ett sådant sätt att de garanterar att det inte kan överstimulera cancerrelaterade gener . Dessa peptider kan både blockera AP-1 från att binda till DNA eller sparka AP-1 från gener som den redan har parats med, vilket gör att de kan stänga av cancersignalen i sårbara celler."

Läkemedelsmolekyler som arbetar dubbelt hårt

Etablerade tekniker för läkemedelsscreening tillåter redan forskare att identifiera cancerslagande peptider genom deras förmåga att binda AP-1. En stor styrka och utmärkande egenskap hos den nya tekniken för läkemedelsscreening är dock att den gör det möjligt för forskare att identifiera peptider som har en dubbel funktion:de kan känna igen/binda till AP-1 både innan det har bundits till DNA och när det är i ett DNA-bundet tillstånd, vilket slutligen frigör AP-1 från DNA och stänger av dess funktion helt och hållet.

"Denna förmåga att skilja mellan AP-1-bindare och de som kan stänga av AP-1-funktionen är unik för denna teknik och löser ett problem som hittills har hämmat sökandet efter "funktionellt aktiva" hämmare", säger professor Mason.

Ett annat utmärkande drag för TBS är att screeningstekniken sker inom levande celler och utan att modifiera vare sig proteinmålet eller peptidbiblioteket med taggar (molekylära etiketter som vanligtvis läggs till för att hjälpa till med identifieringsprocessen) som kan förändra funktionen, ett vanligt problem med andra tekniker. De flesta etablerade screeningmetoder involverar testning av peptider in vitro (dvs utanför levande celler), vilket innebär att målbindning är den enda faktorn som övervägs. Detta kan resultera i falska positiva resultat.

"Vad du ofta upptäcker när screening görs med traditionella metoder är att en peptid verkar fungera på ett isolerat protein men inte har samma effekt när det används i ett cellulärt sammanhang, och det garanterar absolut inte den funktionella förlusten av protein", säger professor Mason.

I detta arbete, nyligen publicerat i JACS Au , screenade professor Mason och hans team över 130 000 olika peptider för att identifiera en som är funktionellt aktiv (röd och vit på bilden) för att kraftigt blockera AP-1 (blå) från att binda till specifika DNA-sekvenser (gul). Denna åtgärd blockerar effektivt AP-1:s förmåga att främja gentranskription.

Den patenterade TBS-metoden kan användas för att hitta terapeutiska molekyler som kan rikta sig mot ett brett spektrum av DNA-bindande proteiner som är inblandade i sjukdom. + Utforska vidare

Ny metod för att generera potenta, specifika bindningsproteiner för nya läkemedel