De novo Design of Macrocyclic Molecular Glues

All'interno di ogni cellula vivente, una vasta rete di macchine lavora per mantenere tutto in funzione correttamente, ma a volte queste macchine si guastano, causando malattie. Un modo in cui gli scienziati cercano di riparare una macchina rotta è costruire un piccolo strumento che si agganci ad essa e ne blocchi il funzionamento. Per decenni, l'approccio standard è stato quello di progettare uno strumento che si incastri perfettamente in un foro specifico della macchina bersaglio, bloccandone la funzione. Tuttavia, molte delle parti malfunzionanti più pericolose nelle nostre cellule non possiedono questi fori, rendendole impossibili da fermare con gli strumenti tradizionali. Una nuova strategia è emersa cambiando completamente le regole: invece di bloccare una parte, gli scienziati cercano di costringere due parti diverse ad attaccarsi tra loro. Questo concetto, noto come prossimità indotta, si basa su una piccola molecola che agisce come un ponte, o una colla, per avvicinare una proteina bersaglio a una squadra di pulizia cellulare. Quando il bersaglio viene tenuto accanto a questa squadra, la cellula lo riconosce come scarto e lo distrugge. Sebbene questo metodo abbia mostrato grande promessa, trovare queste molecole collanti è stato in gran parte una questione di fortuna, con gli scienziati che le imbattono per caso e poi cercano di migliorarle a posteriori.

Un team di ricercatori ha ora sviluppato un modo per progettare queste molecole collanti partendo da zero, utilizzando solo il codice genetico delle proteine coinvolte. Hanno creato un sistema informatico chiamato EvoBind-multimer, che funge da progettista per questi ponti. A differenza dei metodi più vecchi che richiedono una mappa 3D dettagliata di come due proteine si incastrino tra loro, questo nuovo sistema parte solo dalla sequenza di lettere che compongono le proteine. Genera poi intere nuove catene ad anello di amminoacidi, note come peptidi macrociclici, specificamente modellate per connettere due proteine scelte. I ricercatori hanno testato questo sistema chiedendogli di progettare un ponte tra un enzima di pulizia cellulare chiamato VHL e due bersagli difficili: KRAS e BRD4. Questi bersagli sono noti per guidare la crescita del cancro e sono storicamente stati molto difficili da trattare. Il computer ha prodotto nuove molecole macrocicliche e, quando il team le ha testate in cellule umane viventi, i progetti hanno funzionato esattamente come previsto. Le molecole hanno attirato con successo l'enzima di pulizia e i bersagli tumorali, formando un complesso a tre parti che ha attivato la decomposizione delle proteine indesiderate e interrotto i loro segnali dannosi.

I risultati sono andati oltre la semplice distruzione, rivelando una sorprendente sfumatura nel modo in cui queste colle si comportano. Quando i ricercatori hanno testato le stesse molecole progettate in campioni tumorali prelevati da diversi pazienti, l'esito dipendeva interamente dal contesto specifico della cellula. In un modello di paziente, le molecole hanno agito come potenti degradatori, eliminando con successo la proteina bersaglio. In un altro modello di paziente, le stesse esatte molecole non hanno distrutto il bersaglio. Invece, hanno tenuto il bersaglio e l'enzima di pulizia insieme in un blocco stabile, intrappolando efficacementamente il bersaglio al suo posto senza romperlo. I ricercatori chiamano questi agenti stabilizzanti "LOCKTAC". Questa scoperta dimostra che il successo di queste molecole collanti non riguarda solo il design della colla stessa, ma anche il contesto della cellula in cui entra. Dimostrando di poter progettare questi ponti direttamente dalle sequenze genetiche senza la necessità di conoscenze pregri sulle forme delle proteine, i ricercatori hanno aperto la strada alla creazione di nuovi modi per controllare la funzione proteica. Questo approccio sposta il campo dalla dipendenza da scoperte accidentali verso un futuro in cui gli scienziati possono ingegnerizzare deliberatamente nuove funzioni biologiche per trattare malattie che prima erano considerate intoccabili.