Proteină proiectată computațional care țintește un receptor imunitar implicat în inflamație
Cercetătorii au creat o proteină sintetică de mici dimensiuni capabilă să se lege de receptorul TLR4 în interiorul membranelor celulare și să blocheze răspunsurile inflamatorii. Rezultatele, publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences, arată că regiunea transmembranară a TLR4 nu este un simplu element pasiv de ancorare, ci un factor activ în semnalizarea transmembranară.
Receptorul Toll-like 4 (TLR4) este esențial pentru protecția împotriva infecțiilor, dar supraactivitatea sa a fost asociată cu afecțiuni inflamatorii precum sepsisul, artrita și bolile inflamatorii intestinale. Deși reprezintă o țintă terapeutică atractivă, TLR4 este dificil de manipulat precis, iar în prezent nu există medicamente aprobate de FDA care să îl blocheze specific.
„Oamenii presupuneau că regiunile TLR4 expuse în afara și în interiorul celulei sunt principalele motoare ale semnalizării, dar am arătat că regiunea care traversează membrana este de asemenea critică pentru această funcție”, a declarat Colleen Maillie, primul autor al studiului.
Membrana celulară are proprietăți biochimice diferite de mediile pe bază de apă din afara și din interiorul celulei. Regulile care guvernează plierea și funcționarea proteinelor în aceste membrane uleioase sunt încă neclare, ceea ce îngreunează proiectarea de medicamente care acționează acolo. Echipa a ales TLR4 pentru a dezvolta o metodă de accesare și manipulare a proteinelor membranare.
Atunci când porțiunea expusă a TLR4 detectează o moleculă bacteriană în afara celulei, receptorul formează dimeri — perechi de două proteine TLR4. Acești dimeri pot declanșa uneori un răspuns inflamator. TLR4 poate detecta și molecule ne-bacteriene, inclusiv cele asociate cu leziuni tisulare.
Echipa a introdus în celule umane crescute în laborator un fragment din TLR4 care includea regiunea transmembranară și o mică secțiune vecină. Folosind o metodă de screening care emite lumină când proteinele marcate sunt apropiate, cercetătorii au descoperit că fragmentele se asociază cu TLR4 în membrană și reduc semnalizarea NF-κB, una dintre principalele căi inflamatorii declanșate de TLR4.
Pentru a crea o proteină sintetică cu legare mai puternică, echipa a folosit programe computerizate pentru a genera modele 3D ale structurilor proteice. Deoarece programele nu puteau identifica fiabil interacțiunile în membrană, cercetătorii au aplicat criterii personalizate pentru a optimiza împachetarea apolară — cât de strâns se potrivesc structurile chimice ale proteinelor proiectate cu TLR4.
Dintre cele nouă proteine sintetice testate, opt au arătat semne de asociere cu TLR4. Trei au fost candidate puternice, iar Design-6 a prezentat cele mai solide dovezi de interacțiune și a redus substanțial semnalizarea inflamatorie NF-κB.
„Am avut această teorie, pe care am codificat-o în software, că maximizarea împachetării apolare va crea interacțiuni proteice mai stabile în membrana grasă”, a explicat Marco Mravic, co-autor senior.
Autorii notează că studiul a fost realizat pe celule embrionare de rinichi uman, ușor de manipulat, dar nu foarte relevante pentru bolile inflamatorii. Sunt necesare verificări în tipuri celulare mai relevante, precum celulele hepatice și cele imunitare. De asemenea, înainte de aplicarea terapeutică, trebuie determinată modalitatea optimă de livrare a acestor proteine sintetice uleioase către membrane în context clinic.
„Această lucrare ar putea fi o rampă de lansare pentru o nouă clasă de biologice livrate în membrană”, a spus Maillie. „Este un spațiu inovator cu mult risc și un drum lung până la clinică, dar am arătat că prin proiectare inteligentă și biofizică ne apropiem.”
