Instituto de Investigación Scripps
IMAGEN: Esta es TSRI Profesor Asociado de Qinghai Zhang (derecha), que se muestra aquí con Investigador Asociado Sung Chang Lee, era un autor principal de ambos studies.view más
Crédito: Foto cortesía de The Scripps Research Institute.
La Jolla, CA – 02 de marzo 2015 – Los pacientes con cáncer temen la posibilidad de que algún día sus células podrían iniciar la prestación muchas diferentes regímenes de quimioterapia ineficaz. Este fenómeno, llamado resistencia a múltiples fármacos, conduce a los tumores que desafían el tratamiento.
Ahora los científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han publicado un par de estudios que muestran cómo la proteína principal responsable de la resistencia a múltiples fármacos de quimioterapia cambia de forma y reacciona a los medicamentos terapéuticos.
“Esta información nos ayudará a diseñar mejores moléculas para inhibir o evadir resistencia a múltiples fármacos”, dijo TSRI Profesor Asociado de Qinghai Zhang, autor principal de ambos estudios.
Los hallazgos fueron publicados recientemente en dos documentos: un estudio en el journalStructureco lideradas por Bridget Carragher, profesor de la TSRI con un nombramiento conjunto en el Centro de Biología Estructural de Nueva York, y un documento inActa Crystallographica Sección Dco-dirigido por Geoffrey Chang, profesor en el San Diego Skaggs Facultad de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas UC.
¿Cómo una proteína causa resistencia a múltiples fármacos
Las proteínas en el trabajo en la resistencia a múltiples fármacos son proteínas en forma de V llamados transportadores ABC. Transportadores ABC se encuentran en todos los reinos de la vida – desde las bacterias hasta los seres humanos. En los seres humanos, un importante transportador ABC es P-glicoproteína (P-gp), que atrapa las toxinas dañinas en una “unión de bolsillo” y los expulsa de las células.
El problema es que en los pacientes con cáncer, P-gp a veces comienza reconociendo drogas de la quimioterapia y la expulsión de ellos, también. Con el tiempo, más y más células cancerosas pueden desarrollar resistencia a múltiples fármacos, la eliminación de todos los tratamientos posibles.
“Prácticamente todas las muertes por cáncer se pueden atribuir al fracaso de la quimioterapia”, dijo Zhang.
Para diseñar fármacos más eficaces del cáncer, los científicos se beneficiarían de un mejor entendimiento de P-gp y cómo se une a las moléculas.
Una mejor visión de transportistas
Para el newStructurestudy, los investigadores analizaron la P-gp bajo uno de los microscopios electrónicos de gran alcance de TSRI. También analizaron MsbA, una proteína transportadora similar encontrada en las bacterias.
El microscopio electrónico de trabajo (EM) – encabezado por un investigador postdoctoral, Arne Moeller, trabajando en el laboratorio de Carragher y ex profesor TSRI Clint Potter, codirectores de la Nacional de Recursos para automatizado Molecular Microscopía – resuelve un problema importante en el transportador investigación.
Hasta hace poco, los investigadores sólo podían comparar imágenes de estructuras de cristal hechas de proteínas transportadoras. Estas imágenes cristalografía mostraron instantáneas individuales del transportador, pero no mostraron cómo la forma de los transportistas podría cambiar. Utilizando EM, sin embargo, toda una gama de diferentes conformaciones de las estructuras puede ser visualizado, esencialmente captura de P-pg y MsbA en acción.
La nueva investigación también fue posible gracias al desarrollo de nuevas herramientas químicas. Estudios anteriores se vieron obstaculizadas por el hecho de que fuera de las membranas celulares de estas proteínas transportadoras convertido en un puré no estructurada.
“Se veían como el queso de soja”, dijo Sung Chang Lee, un investigador asociado en el laboratorio de Zhang en TSRI y co-primer autor del theStructurestudy.
En el estudio, los investigadores utilizaron una solución de lípidos y péptidos para imitar las condiciones naturales de la membrana celular. Una novela químico llamado péptido lámina beta, desarrollado por el laboratorio de Zhang, se utiliza para estabilizar la proteína y proporcionar estabilidad suficiente para una nueva perspectiva.
Junto con EM, esta técnica permitió al equipo de investigación para capturar una serie de imágenes que muestran cómo las proteínas transportadoras cambian de forma en respuesta a las drogas y de nucleótidos vinculante. Ellos encontraron que las proteínas transportadoras tienen un bolsillo de unión abierto que cambia constantemente para enfrentar diferentes lados de las membranas.
“El transportador pasa por muchas etapas – es como una máquina”, dijo Zhang.
Una mirada más cercana a Binding
En el segundo estudio, los investigadores analizaron los sitios de P-gp utilizando de mayor resolución cristalografía de rayos X de unión del fármaco.
Sus hallazgos, publicados inActa Crystallographica Sección D, muestran cómo la P-gp interactúa con las moléculas similares a fármacos llamados ligandos. Los investigadores estudiaron los cristales del transportador unido a cuatro ligandos diferentes para ver cómo reaccionaban los transportistas.
Los investigadores encontraron que cuando ciertos ligandos se unen a la P-gp, desencadenan cambios conformacionales locales en el transportador. La unión también aumentó la tasa de hidrólisis de ATP, que proporciona energía mecánica y puede ser el primer paso en el proceso de cierre bolsillo de unión.
El equipo también encontró que los ligandos pueden unirse a las diferentes áreas del transportista, dejando ranuras cercanas abierto para otras moléculas. Esto sugiere que puede ser difícil de detener completamente el proceso de expulsión de drogas.
Zhang dijo que el siguiente paso en esta investigación es el desarrollo de moléculas para evadir la P-gp vinculante.