Imitera funktionen av signalproteiner: Toward Artificial Signaltransduktion Therapy

Signaltransduktionsvägar spelar en viktig roll i praktiskt taget varje cellulär process och göra det möjligt för cellen att snabbt reagera på signaler från omgivningen. ¹ Dessa vägar är ofta utlöses av bindningen av en signalmolekyl till ett extracellulärt receptor, vilket resulterar i aktivering av intracellulära enzymer. Amplifiering och förökning av denna signal inom cellen förmedlas av funktionen av signalproteiner som bildar ett nätverk av protein-proteininteraktioner i vilka enzymer är reversibelt aktiveras med hög specificitet. Eftersom dysreglering av dessa nät leder ofta till cancerutveckling, har det varit mycket intresse för att etablera "signaltransduktion terapi av cancer", ^2, varigenom läkemedel är utformade för att störa maligna signaleringsvägar. Vi har nyligen föreslagit ett alternativ till signaltransduktion terapi som bygger på förmågan hos läkemedel att generera onaturliga signaltransduktionsvägar. <sup> 3 I synnerhet tror vi att genom att utforma syntetiska medel som efterliknar funktionen av signalproteiner, skulle det vara möjligt att modulera cellens funktion indirekt. Till exempel kan dessa artificiella nätverk möjliggöra protein biomarkörer för att aktivera enzymer som klyver prodrugs. Alternativt kan dessa signaleringsprotein härmare kunna aktivera onaturliga cellsignalvägar, vilket resulterar i terapeutiska effekter.

För att demonstrera genomförbarheten av detta tillvägagångssätt har vi nyligen skapat en syntetisk kemikalie givarens ⁴ som möjliggör blodplättshärledd tillväxtfaktor (PDGF) att trigga klyvning av en cancer prodrug genom att aktivera glutation-s-transferas (GST), som är inte dess naturliga bindningspartner. Strukturen för denna "transduktor" består av en anti-PDGF-DNA aptamer som är modifierad med ett bivalent hämmare för GST. Hence, tillhör denna syntetiska medel till en familj av molekyler med bindningsställen förolika proteiner, ^5-7 såsom kemiska inducerare av dimerisering (CID) ^8-10 och även den grupp av protein bindemedel baserade på oligonukleotid-syntetisk molekyl-konjugat. ^11-21

De allmänna principerna för utformning av sådana system beskrivs häri och detaljerade protokoll för att syntetisera och testa funktionen hos denna "givare" med konventionella enzymatiska analyser tillhandahålls. Detta arbete är avsett att underlätta utveckling av ytterligare "givare" av denna klass, som kan användas för att medla intracellulär protein-protein kommunikation och följaktligen för att inducera artificiell cell signalvägar.

Figur 1 beskriver schematiskt verksamhetsprinciper syntetiska "kemiska givare" som kan förmedla onaturliga protein-proteinkommunikation. I denna illustration, en "kemisk givare", som integrerar syntetiska bindemedel för proteins I och II (bindemedel I och II), gör det möjligt för protein II för att utlösa den katalytiska aktiviteten av protein I, vilket inte är dess naturliga bindningspartner. I frånvaro av protein II, binder omvandlaren det katalytiska stället i enzymet (protein I) och hämmar dess aktivitet (figur 1, state ii). Bindningen av den "transduktor" till protein II emellertid gynnsam för växelverkan mellan bindemedels I och ytan av protein II (figur 1, tillståndet iii), vilket minskar dess affinitet mot protein I. Som ett resultat av den effektiva koncentrationen av den " fri "transduktor i lösningen minskar, vilket leder till dissociation av omvandlaren-protein i-komplexet och reaktivering av protein i (fig 1, state iv). Sammantaget ger dessa steg belysa tre grundläggande principer för utformningen av effektiva "givare": (1) en "givare" bör ha en särskild pärm för varje proteinmål, (2) interaktionen betwesv bindemedel II och protein II bör vara starkare än interaktionen mellan bindemedlet I och protein I, och (3) bindemedel Jag måste kunna interagera med ytan av protein II. Den sistnämnda principen inte nödvändigtvis att bindemedel jag ensam skulle ha en hög affinitet och selektivitet mot protein II. I stället är det baserat på våra senaste studierna som visade att föra en syntetisk molekyl i närhet till ett protein är troligt att främja växelverkan mellan denna molekyl och ytan av proteinet. ^19,22,23

Figur 1:. Drifts principer för "kemiska givare" När "kemisk givare" sätts till ett aktivt protein I (stat i) binder till sin aktiva plats genom bindemedel I och hämmar dess aktivitet (tillstånd ii). I närvaro av protein II, men den obundna "kemisk transducer 'interagerar med protein II genom bindemedel II, som främjar interaktion mellan bindemedels I och ytan av protein II. Detta inducerade bindemedel I-protein II interaktion minskar den effektiva koncentrationen av bindemedel I, vilket leder till dissociation av "transducer'-protein I-komplexet och protein jag reaktivering (tillstånd iv). Klicka här för att se en större version av denna siffra .