Identification and targeting of a novel drug pocket in the tumour angiogenesis regulator RhoJ
Deze studie identificeert een unieke N-terminale allosterische pocket in de tumorangiogenese-regulator RhoJ, toont aan dat het antifungale middel terconazol aan deze site bindt om de interactie met PAK3 te verstoren, en valideert deze pocket als een veelbelovend doelwit voor de ontwikkeling van selectieve anti-angiogene therapieën.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Binnen het menselijk lichaam levert een uitgebreid netwerk van bloedvaten constant zuurstof en voedingsstoffen aan elke cel. Wanneer dit systeem correct functioneert, behoudt het de gezondheid, maar wanneer het fout gaat, kan het de groei van kanker aanwakkeren. Tumoren zijn hebberig; naarmate ze groeien, raken hun centra uitgeput van zuurstof, wat een wanhopig signaal afgeeft om nieuwe bloedvaten aan te leggen. Dit proces, bekend als angiogenese, stelt de tumor in staat om voedingsstoffen te stelen en zich naar andere delen van het lichaam te verspreiden. Decennialang hebben artsen geprobeerd dit te stoppen door de signalen te blokkeren die bloedvaten vertellen om te groeien, maar deze behandelingen hebben vaak beperkingen. Ze kunnen moeilijk door het lichaam worden opgenomen, en tumoren leren uiteindelijk om de specifieke blokkades te omzeilen. Wetenschappers zoeken nu naar nieuwe manieren om de toevoerlijn van een tumor af te snijden door de minuscule moleculaire machines binnen cellen aan te pakken die deze groei controleren. Eén dergelijke machine is een eiwit genaamd RhoJ, dat fungeert als een hoofdschakelaar voor het bouwen van nieuwe bloedvaten in de wanden van bloedvaten. De uitdaging was dat RhoJ bijna identiek is aan een ander eiwit, Cdc42, dat essentiële, levensonderhoudende taken uitvoert in elke cel van het lichaam. Als een medicijn RhoJ blokkeert maar per ongeluk ook Cdc42 blokkeert, zou dit giftig zijn voor de patiënt. Een manier vinden om het kankerbevorderende eiwit te stoppen zonder het gezonde eiwit te schaden, is een grote hindernis geweest in de medicijnontwikkeling.
Onderzoekers aan de Universiteit van Bristol hebben een potentiële oplossing gevonden door te kijken naar een klein, uniek kenmerk van het RhoJ-eiwit dat zijn evenknie mist. Hoewel RhoJ en Cdc42 een bijna identieke kernstructuur delen, heeft RhoJ een kleine uitbreiding aan het begin, zoals een klein staartje gemaakt van een specifieke sequentie van bouwstenen. Het team gebruikte krachtige computersimulaties om te observeren hoe deze eiwitten zich gedragen wanneer ze met hun partners interageren. Ze ontdekten dat wanneer RhoJ verbinding maakt met een specifieke signaalpartner genaamd PAK3, dit unieke staartje een duidelijke holte of inkeping vormt. Deze holte bestaat niet in Cdc42, wat het een perfect doelwit maakt voor een medicijn dat specifiek wil zijn. De simulaties toonden aan dat deze holte stabiel is en een belangrijke rol speelt bij het bij elkaar houden van de twee eiwitten. Door zich op deze unieke nis te concentreren, hoopten de onderzoekers een molecuul te vinden dat erin kan glippen en het mechanisme kan blokkeren, waardoor het eiwit zijn werk niet kan doen zonder de vergelijkbare, essentiële eiwitten in de rest van het lichaam aan te raken.
Om een medicijn te vinden dat in deze holte past, voerde het team een virtuele zoektocht uit door een bibliotheek van meer dan 1.500 medicijnen die al door instanties zijn goedgekeurd voor andere toepassingen. Ze testten hoe goed elk van deze bestaande medicijnen in de nieuw ontdekte holte op het RhoJ-eiwit zou passen. Eén verbinding viel op: terconazol, een antischimmelmedicijn dat veel wordt gebruikt bij de behandeling van gynaecologische infecties. De computermodellen suggereerden dat terconazol comfortabel in de RhoJ-holte zou kunnen nestelen, waardoor de plek waar het eiwit normaal gesproken zijn partner vastpakt, effectief wordt geblokkeerd. Om te bewijzen dat dit niet slechts een computervoorspelling was, bouwden de wetenschappers een testsysteem binnen levende menselijke cellen. Ze creëerden een lichtgevende sensor die zou oplichten wanneer RhoJ en zijn partner PAK3 verbinding maakten. Toen ze terconazol aan deze cellen toevoegden, dimde de gloed aanzienlijk, wat aantoonde dat het medicijn de verbinding tussen de twee eiwitten succesvol had verstoord. Het medicijn werkte op een dosisafhankelijke manier, wat betekent dat hogere hoeveelheden van het medicijn zorgden voor een sterkere verstoring. Cruciaal was dat toen ze hetzelfde medicijn tegen het evenknie-eiwit Cdc42 testten, het geen effect had. Het medicijn negeerde het essentiële eiwit en richtte zich alleen op het kankergerelateerde eiwit.
De studie bevestigt dat deze unieke staart op het RhoJ-eiwit een specifieke opening creëert die door kleine moleculen kan worden aangepakt. Hoewel het medicijn dat ze vonden, terconazol, nog geen perfect medicijn is — het vereist een relatief hoge concentratie om te werken en wordt primair op zijn plaats gehouden door de manier waarop het in de vettige delen van de holte past in plaats van door strakke chemische bindingen te vormen — dient het als een essentieel bewijs van concept. Het demonstreert dat het mogelijk is om een medicijn te ontwerpen dat onderscheid maakt tussen twee bijna identieke eiwitten door een klein, uniek kenmerk te targeten. De onderzoekers geloven dat deze aanpak de deur opent voor de ontwikkeling van een nieuwe klasse anti-kankermedicijnen die de groei van bloedvaten in tumoren met hoge precisie kunnen stoppen, waarbij bijwerkingen die voortkomen uit het blokkeren van essentiële cellulaire functies worden vermeden. Door zich te concentreren op deze kleine, unieke structurele verschillen, kunnen wetenschappers eindelijk de eigen verdedigingsmechanismen van het lichaam tegen kanker te slim af zijn op een manier die voorheen als te moeilijk werd beschouwd.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.