A High-Throughput Assay to Identify Specific Nascent Chain Inhibitors

Veel van de eiwitten die ons lichaam draaiende houden, zijn als vergrendelde kluizen: ze hebben geen duidelijk handvat of sleutelgat op hun oppervlak waar een medicijn zich aan vast kan grijpen. Decennialang hebben medicijnontwikkelaars gestreden om behandelingen te creëren die deze "onbehandelbare" eiwitten kunnen stoppen, omdat de standaardaanpak berust op het vinden van een specifieke plek op een voltooid, gevouwen eiwit om dit te blokkeren. Eiwitten verschijnen echter niet volledig gevormd; ze worden stukje bij beetje gebouwd in de fabrieken van de cel, waarbij ze zich uitstrekken als een lange draad voordat ze opkrullen in hun uiteindelijke vorm. Tijdens dit korte moment van constructie bestaat het eiwit in een andere vorm, een vorm die mogelijk een tijdelijke opening blootlegt die verdwijnt zodra het eiwit voltooid is. Als wetenschappers een manier zouden kunnen vinden om deze eiwitten te vangen terwijl ze nog worden gebouwd, zouden ze ze kunnen stoppen voordat ze ooit een bedreiging vormen.

Een team onderzoekers heeft nu een nieuwe tool ontwikkeld die ontworpen is om precies naar dergelijke interventies te zoeken. Ze ontwikkelden een methode om te kijken hoe eiwitten in een reageerbuis worden gemaakt, gebruikmakend van een systeem dat de eigen machinerie van het menselijk lichaam nabootst voor het lezen van genetische instructies en het assembleren van eiwitten. In deze opstelling kunnen de onderzoekers het eiwit in realtime verschijnen door te kijken hoe het oplicht met een fluorescent licht. Het doel is om kleine chemische verbindingen te vinden die fungeren als een rem, waardoor de productie van een specifiek eiwit wordt gestopt terwijl het nog een beginnende keten, of een groeiende draad, is, zonder de productie van andere eiwitten te verstoren. Om de tool nauwkeurig te maken, bouwden de wetenschappers een tweede controle in om resultaten te vergelijken, om er zeker van te zijn dat elke gevonden verbinding daadwerkelijk het specifieke eiwit van belang aanvalt en niet simpelweg de hele fabriek uitschakelt.

De onderzoekers hebben dit systeem verfijnd om het ongelooflijk gevoelig en betaalbaar te maken, met een kostenpost van slechts ongeveer één cent per test, wat het mogelijk maakt om duizenden chemicaliën tegelijkertijd te screenen. Ze testten de methode eerst met een bekende verbinding genaamd PF846 op een eiwit genaamd PCSK9 om te bewijzen dat het systeem werkte. Daarna zetten ze de methode op de proef met een grote collectie van 1.760 verschillende verbindingen, met als doel remmers te vinden voor twee specifieke doelen: een variant van een eiwit dat gelinkt is aan kanker, bekend als KRAS A146T, en een eiwit genaamd ApoC3. De resultaten lieten zien dat het systeem robuust en betrouwbaar was, in staat om grootschalige zoektochten aan te kunnen met een hoge consistentie.

Toen de screeningscampagne ten einde liep, ontdekten de onderzoekers dat zestien van de verbindingen erin slaagden de productie van eiwitten te stoppen, maar deden zij dit door het gehele translatieproces te staken, wat betekende dat ze fungeerden als algemene remmers in plaats van precieze instrumenten. Cruciaal was dat geen van de verbindingen voldeed aan de strikte criteria voor het selectief stoppen van alleen de specifieke eiwitten die het team wilde targeten. Hoewel de studie niet de specifieke "nascent chain"-remmers opleverde waar de onderzoekers op hoopten, bewees het succesvol dat het platform zelf klaar is voor veel grotere en uitgebreidere zoektochten. Het werk legt een solide, werkende basis waarmee wetenschappers kunnen blijven zoeken naar die ongrijpbare verbindingen die eiwitten kunnen vangen terwijl ze in de act van het gebouwd worden.