Badacze z barcelońskiego Center for Genomic Regulation (CRG), we współpracy z Wellcome Sanger Institute, opublikowali w Nature Structural & Molecular Biology przełomowe wyniki badań nad receptorem wazopresyny V2 (V2R), kluczowym dla prawidłowej pracy nerek. Mutacje, w genie kodującym to białko, prowadzą do zaburzeń transportu receptora na powierzchnię komórek, co uniemożliwia reagowanie na hormon wazopresynę. Skutkiem jest nefrogenna moczówka prosta (NDI) – choroba objawiająca się nieustannym pragnieniem i wydalaniem ogromnych ilości rozcieńczonego moczu. Szacuje się, że dotyka ona około jednej na 25 tys. osób.
Zespół naukowców stworzył w laboratorium 7000 wariantów V2R, obejmujących wszystkie możliwe mutacje. Następnie sprawdzono, czy jakikolwiek znany lek może ustabilizować wadliwe białka. Wynik zaskoczył: tolwaptan – doustny lek od lat stosowany w terapii innych chorób nerek – przywrócił prawidłowy poziom receptora w 87 proc. mutacji chorobotwórczych (60 z 69 znanych klinicznie i 835 z 965 przewidywanych).
„Wewnątrz komórki V2R porusza się w precyzyjnie kontrolowanym systemie transportowym. Mutacje powodują zator, przez co receptor nie dociera na powierzchnię. Tolwaptan stabilizuje go na tyle, by system kontroli jakości przepuścił białko dalej” – wyjaśnia dr Taylor Mighell z CRG, pierwszy autor publikacji.
Czym są chaperony?
Chaperony, nazywane też białkami opiekuńczymi, są niezbędnymi strażnikami komórkowej równowagi. Wewnątrz komórki nowe łańcuchy polipeptydowe powstają nieustannie, a ich prawidłowe działanie zależy od tego, czy zwiną się w ściśle określoną, trójwymiarową strukturę – najkorzystniejszą energetycznie konformację. To właśnie w tej strukturze białko może wykonywać swoje zadania: przenosić sygnały, transportować cząsteczki czy katalizować reakcje chemiczne.
Bez pomocy chaperonów świeżo powstałe białka byłyby jak źle złożone origami – mogłyby się sklejać, tworzyć toksyczne agregaty lub ulegać szybkiemu rozkładowi w systemie komórkowej "gospodarki odpadami". Nieprawidłowe zwijanie jest zresztą jednym z kluczowych mechanizmów prowadzących do chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy choroba Parkinsona, w których nagromadzone białka tworzą złogi niszczące neurony.
Farmakologiczny chaperon działa na podobnej zasadzie, choć zamiast naturalnego białka opiekuńczego rolę "pomocnika" przejmuje mała cząsteczka leku. Wnika ona do wnętrza komórki, rozpoznaje niestabilne białko i przyłącza się do niego w kluczowym miejscu, niczym klin wpasowany w delikatny mechanizm. Takie wiązanie stabilizuje strukturę i ułatwia przejście przez restrykcyjną "kontrolę jakości” w siateczce śródplazmatycznej – systemie, który przepuszcza dalej tylko prawidłowo złożone białka. Dzięki temu wadliwe białko może dotrzeć do miejsca działania, zamiast zostać rozłożone lub uwięzione w cytoplazmie.
Autorzy pracy podkreślają, że decydujące znaczenie ma naturalna dynamika białek, które nie są zamrożone w jednej formie, lecz przełączają się pomiędzy stanem zwiniętym i rozwiniętym. W przypadku receptora V2R większość mutacji przesuwa równowagę w stronę struktury rozwiniętej – niestabilnej i podatnej na degradację. Tolwaptan, wiążąc się z receptorem, "przekonuje" białko do pozostania w formie stabilnej, złożonej. To właśnie ta zdolność odwracania wewnętrznej równowagi sprawia, że lek może działać tak szeroko, stabilizując różnorodne warianty białka niezależnie od miejsca mutacji.
Znaczenie dla terapii chorób rzadkich
Rzadkie choroby genetyczne, choć pojedynczo występują u niewielu osób (mniej niż 1 na 2000), łącznie dotyczą około 300 mln ludzi na świecie. Wiele z nich spowodowanych jest mutacjami w tym samym genie, ale w różnych miejscach. Dotąd oznaczało to konieczność projektowania osobnych leków dla każdej mutacji – proces kosztowny i długotrwały, często komercyjnie nieopłacalny.
Badanie CRG dostarcza dowodu koncepcji, że można pójść inną drogą: zamiast celować w konkretną mutację, szukać substancji stabilizującej całe białko niezależnie od miejsca uszkodzenia. To może radykalnie skrócić i uprościć proces odkrywania nowych terapii. Z wcześniejszych analiz wynika, że 40-60 proc. mutacji wywołujących choroby rzadkie destabilizuje białko, co czyni takie podejście szczególnie obiecującym.
Warto dodać, że V2R należy do ogromnej rodziny receptorów sprzężonych z białkiem G (GPCR), która obejmuje ok. 800 genów i stanowi cel działania jednej trzeciej wszystkich obecnie stosowanych leków. Zaburzenia ich fałdowania lub transportu leżą u podłoża nie tylko rzadkich, ale i wielu powszechnych chorób.
„Jeśli to, co zaobserwowaliśmy dla V2R, okaże się prawdziwe także w przypadku innych członków rodziny GPCR, twórcy leków mogliby przestać latami szukać "szytych na miarę" cząsteczek i skupić się na uniwersalnych farmakologicznych chaperonach. To mogłoby diametralnie przyspieszyć rozwój terapii wielu chorób genetycznych” – podkreśla prof. Ben Lehner, współautor badania.
Co dalej?
Choć wyniki są imponujące, naukowcy zaznaczają, że sama obecność receptora na powierzchni komórki nie oznacza jeszcze pełnej funkcjonalności. Kolejnym etapem będą testy potwierdzające, że "uratowane" receptory faktycznie reagują na wazopresynę i przywracają prawidłowe zagęszczanie moczu. Dopiero wtedy tolwaptan będzie mógł być rozważany jako realna terapia dla pacjentów z NDI – i potencjalnie wzór dla leczenia wielu innych schorzeń wynikających z nieprawidłowego fałdowania białek.
Źródło: cowzdrowiu.pl.