A High-Throughput Assay to Identify Specific Nascent Chain Inhibitors

Viele der Proteine, die unseren Körper am Laufen halten, sind wie verschlossene Tresore: Sie haben keine offensichtliche Griffmulde oder ein Schlüsselloch auf ihrer Oberfläche, an dem ein Medikament ansetzen könnte. Jahrzehntelang hatten Arzneimittelentwickler Schwierigkeiten, Behandlungen zu entwickeln, die diese „untherapierbaren“ Proteine stoppen können, da der Standardansatz darauf beruht, eine spezifische Stelle an einem fertigen, gefalteten Protein zu finden, um diese zu blockieren. Proteine erscheinen jedoch nicht vollendet; sie werden Stück für Stück in den Fabriken der Zelle aufgebaut, wobei sie sich wie eine lange Schnur ausstrecken, bevor sie sich in ihre endgültige Form einrollen. Während dieses kurzen Augenblicks der Konstruktion existiert das Protein in einer anderen Form, die möglicherweise eine vorübergehende Öffnung freilegt, die verschwindet, sobald das Protein fertiggestellt ist. Wenn es Wissenschaftlern gelänge, einen Weg zu finden, diese Proteine abzufangen, während sie noch gebaut werden, könnten sie sie stoppen, bevor sie jemals zu einer Bedrohung werden.

Ein Forschungsteam hat nun ein neues Werkzeug entwickelt, das genau nach einer solchen Art von Intervention sucht. Sie entwickelten eine Methode, um die Herstellung von Proteinen in einem Reagenzglas zu beobachten, indem sie ein System nutzen, das die eigene Maschinerie des menschlichen Körpers zum Lesen genetischer Anweisungen und zum Zusammenbauen von Proteinen nachahmt. In diesem Aufbau können die Forscher das Protein in Echtzeit erscheinen sehen, indem sie beobachten, wie es mit einem fluoreszierenden Licht leuchtet. Das Ziel ist es, winzige chemische Verbindungen zu finden, die wie eine Bremse wirken und die Produktion eines spezifischen Proteins nur dann stoppen, wenn es noch eine nascente Kette, also eine wachsende Schnur, ist, ohne dabei die Produktion anderer Proteine zu stören. Um sicherzustellen, dass das Werkzeug präzise ist, bauten die Wissenschaftler eine zweite Kontrolle ein, um die Ergebnisse zu vergleichen und sicherzustellen, dass jede gefundene Verbindung tatsächlich das spezifische Protein der Zielsetzung angreift und nicht einfach die gesamte Fabrik abschaltet.

Die Forscher haben dieses System so fein abgestimmt, dass es unglaublich empfindlich und erschwinglich ist – es kostet nur etwa einen Cent pro Test, was es ermöglicht, tausende von Chemikalien gleichzeitig zu untersuchen. Zuerst testeten sie die Methode mit einer bekannten Verbindung namens PF846 an einem Protein namens PCSK9, um zu beweisen, dass das System funktionierte. Dann stellten sie die Methode einer großen Sammlung von 1.760 verschiedenen Verbindungen gegenüber, mit dem Ziel, Inhibitoren für zwei spezifische Ziele zu finden: eine Variante eines mit Krebs in Verbindung gebrachten Proteins namens KRAS A146T und ein Protein namens ApoC3. Die Ergebnisse zeigten, dass das System robust und zuverlässig war und in der Lage war, groß angelegte Suchen mit hoher Konsistenz durchzuführen.

Als die Screening-Kampagne endete, fanden die Forscher sechzehn Verbindungen, die die Produktion von Proteinen erfolgreich stoppten, dies jedoch taten, indem sie den gesamten Translationsprozess anhielten, was bedeutete, dass sie als allgemeine Inhibitoren wirkten statt als präzise Werkzeuge. Entscheidend war, dass keine der Verbindungen die strengen Kriterien erfüllte, um selektiv nur die spezifischen Proteine zu stoppen, die das Team ins Visier genommen hatte. Obwohl die Studie nicht die spezifischen „nascent chain“-Inhibitoren lieferte, die sich die Forscher erhofft hatten, zeigte sie dennoch erfolgreich, dass die Plattform selbst bereit für viel größere und umfangreichere Suchen ist. Die Arbeit schafft ein solides, funktionierendes Fundament, das es Wissenschaftlern ermöglicht, weiter nach jenen schwer fassbaren Verbindungen zu suchen, die Proteine auf frischer Tat bei der Konstruktion ertappen können.