Биологи из Южного методистского университета в Далласе разработали сгенерированную компьютером модель, чтобы преодолеть проблему полагаться только на статические изображения для определения структуры P-gp, сказал биолог Джон Дж. Уайз, ведущий автор статьи в журнале, объявляющей об улучшении.
«Новая модель SMU позволяет исследователям присоединять практически любое лекарство к белку P-gp и видеть, как оно на самом деле будет вести себя в помпе P-gp», — сказал Уайз, доцент кафедры биологических наук SMU.«Ценность этого фундаментального исследования в том, что оно генерирует динамические механизмы, которые позволяют нам понять что-то в биохимии, в биологии», — сказал он. «И, понимая P-gp так подробно, мы теперь можем думать о способах лучше и более конкретно подавлять его».P-gp — это клеточный насос, который защищает клетки, выкачивая токсины. Но это проблема, когда P-gp нацелен на токсичные химиотерапевтические препараты, не позволяя химиотерапии убивать раковые клетки.
Ученые ищут способы подавить насосное действие P-gp.Исследователи SMU протестировали Таривидар, новый ингибитор P-gp, который все еще проходит клинические испытания. Ингибиторы дают надежду на прекращение отторжения P-gp химиотерапевтических средств, останавливая перекачивающее действие белка. Однако исследователи-фармакологи расходятся во мнениях относительно того, где именно Таривидар связывается с P-gp.
При прохождении модели SMU Таривидар вел себя так, как ожидалось: он не эффективно откачивается из клетки, и исследователи заметили, что он предпочитает связываться с высоким содержанием белка.
«Теперь у нас есть более подробная информация о том, как Tar Liquidar ингибирует P-gp, где он ингибирует и с чем фактически связывается», — сказал Уайз.Также, используя модель, исследователи обнаружили больше деталей, чем было известно ранее, о поведении других лекарств, а также о том, как эти лекарства связываются с P-gp, чтобы остановить его насосное действие.
Исследование частично финансировалось Национальными институтами здравоохранения. Лаборатория недавно получила второй грант NIH на исследование.Результаты опубликованы в журнале Biochemistry.
Неподвижное изображение смоделированного белка в действии появится на обложках октябрьских и декабрьских выпусков Biochemistry.Тестирование виртуальной модели P-gp путем виртуальной стыковки реальных лекарств. Уайз и его коллеги протестировали один из основных препаратов химиотерапии, даунорубицин, близкий родственник адриамицина.
По словам Вайза, агрессивный химиотерапевтический препарат даунорубицин останавливает репликацию ДНК в клетке и является классической мишенью для выкачивания P-gp из клетки.«Долгое время считалось, что существует по крайней мере пара различных сайтов связывания для лекарств», — сказал Уайз. «Разумеется, с помощью наших моделей мы обнаружили, что даунорубицин, по крайней мере, предпочитает связываться с одной стороной модели P-gp, в то время как верапамил — обычно прописываемое лекарство от кровяного давления — предпочитает другую сторону».Исследователи не только с помощью вычислений показали, что есть две разные отправные точки для лекарств, они также показали, что есть два разных пути, через которые они проходят.
«Два разных препарата начинаются в разных местах и направляются наружу под действием белка», — сказал Уайз. «Но действительные части белка, которые выталкивают лекарства, разные».Уайз и его соавторы, биологи SMU Пиа Фогель и Джеймс Маккормик, создали компьютерную симуляцию P-gp, используя огромную вычислительную мощность высокопроизводительного компьютера SMU ManeFrame.Молекулярная модель может помочь в борьбе с множественной лекарственной устойчивостью раковых клеток
По словам Уайза, возможность вблизи наблюдать за молекулярными механизмами, выполняя свою работу так же, как и в реальной жизни, может послужить толчком к открытиям новых лекарств для борьбы с раком."Наличие точной модели, которая действительно движется — которая показывает динамику объекта — невероятно полезно при разработке методов лечения молекулярной мишени, чтобы подавить ее. Единственные другие способы сделать это — слепые, а шансы на успех слепые методы очень низкие ", — сказал Уайз.
«В течение 30 лет ученые пытались найти ингибиторы этой помпы, и делали это, не зная структуры и лишь с небольшими знаниями о механизме, более или менее вслепую проверяя соединения, которые ингибируют это явление», — сказал Уайз. «Они нашли лекарства, которые работали в пробирке и которые работали в культивируемых клетках, но не работали у пациента. С нашей моделью, поскольку мы можем видеть движение насоса, мы, вероятно, сможем лучше предсказать, что будет делать ингибитор. на самом деле работают хорошо ".Фогель и Уайз возглавили группу исследователей, использовавших модель P-gp для виртуального скрининга миллионов общедоступных лекарственных соединений.
Они обнаружили три новых препарата, которые в конечном итоге могут ингибировать P-gp и повысить шансы на выживание для пациентов с раком простаты. В этом месяце исследователи сообщили о результатах в журнале Pharmacology Research. Перспективы, http://bit.ly/1XGjN5w.
Новая модель SMU имитирует молекулярные механизмы в действииИсследователи ищут лекарственные соединения, которые могут временно остановить или ингибировать помпу P-gp, чтобы химиотерапевтические препараты, попадающие в раковые клетки, оставались там и выполняли свою работу по уничтожению рака.
Чтобы найти подходящий ингибитор насоса, необходимо понимать его действие. Это сложно не увидеть, как работает насос.Структуры белков, подобных P-gp, ранее были доступны в статическом состоянии с помощью рентгеновской кристаллографии.
Ученые используют рентгеновскую кристаллографию как инструмент, который по сути рисует детали биологических структур, идентифицируя их атомную и молекулярную структуру посредством дифракции рентгеновских лучей на самих атомах.Ученые часто вносят полученные белковые структуры в репозиторий банка данных белков США для публичного использования.Подробные данные в сочетании с несколькими триллионами расчетов произведена модель
Чтобы построить модель P-gp, Wise использовал структуры из репозитория, показывающие различные этапы транспорта, для имитации четырех точек отсчета. Оттуда в суперкомпьютер ManeFrame SMU были переданы параметры и характеристики белка, а также его физическое поведение, в том числе, когда была добавлена кинетическая энергия, чтобы довести белок, окружающую его мембрану и воду до температуры тела.
Анимированная модель возникла в результате расчета различий между двумя структурами и использования целевых программ молекулярной динамики, чтобы слегка подтолкнуть модель к следующему этапу.«Вы делаете это несколько миллионов раз, производите несколько триллионов вычислений и получаете следующую структуру», — сказал Уайз. «Таким образом, мы можем подтолкнуть P-gp через полный каталитический транспортный цикл».Наконец, используя программу стыковки, исследователи индивидуально вводили в белок даунорубицин и другие лекарства и наблюдали, как лекарства проходят через каталитический цикл P-gp.«Произошло то, что наркотики переместились», — сказал Уайз. «И они двигались так, как должны двигаться, клинически, биохимически, физиологически, чтобы выкачать соединения из клетки».
Фогель добавил, что «в некоторых увеличениях модели вы действительно можете увидеть, как аминокислоты перемещаются вниз по лекарствам».Дальнейшее испытание и тестирование моделиИсследователи провели критический контроль, чтобы в дальнейшем проверить, работает ли модель.«Мы думали, что, возможно, все, что вы добавляете в белок, релевантное или нет, будет прокачано.
Поэтому мы добавили что-то, что не является транспортным субстратом P-gp, что-то, что биохимически никогда не будет транспортировано P-gp», — Уайз сказал. «Мы добавили его, начиная с того места, где даунорубицин эффективно откачивается, и очень быстро соединение покинуло белок, но оно ушло в обратном направлении, обратно в клетку. Этот эксперимент дал нам больше уверенности в том, что мы видим в этих моделях. отражает то, что происходит в камере ».Уайз признает, что, пока он сам не увидел этого, даже он сомневался, что виртуальная модель P-GP будет вести себя как реальный P-GP.
«Это грубое приближение к сложному, сложному человеческому белку, но оно намного лучше, чем статические изображения, доступные сейчас», — сказал Уайз. «Я должен подчеркнуть для всех неверующих, для« культуры сомневающихся », что эта модель работает — она перемещает лекарства через мембрану. Это говорит само за себя. Что P-gp делает в клетке, раковая или нормальная, в наших симуляциях ".