I ricercatori della LMU hanno sviluppato un metodo che consente di attivare e disattivare a piacimento i recettori della superficie cellulare. La tecnica promette di fornire nuove informazioni sulle funzioni dei recettori e sui loro effetti sulle vie di segnalazione intracellulare.

I recettori transmembrana accoppiati a proteine ​​G (GPCR) sono intimamente coinvolti nella regolazione di un'ampia gamma di processi biologici. Funzionano legando molecole messaggere extracellulari, come gli ormoni, e attivando relè di segnalazione intracellulare che alterano le funzioni cellulari in modi specifici. Non sorprendentemente, difetti funzionali in questi recettori di membrana spesso portano a disturbi fisiologici cronici. Questo spiega perché gran parte dell'attuale ricerca farmacologica si concentra sulla ricerca di farmaci mirati a GPCR specifici. Una collaborazione di ricerca che coinvolge gruppi guidati dai professori Anja Hoffmann-Röder (professoressa di chimica organica) presso LMU, Dirk Trauner (ex LMU, ora alla New York University) e David Hodson (Università di Birmingham) ha ora progettato una suite di molecole con cui i GPCR (e potenzialmente altri tipi di recettori) possono essere attivati ​​e disattivati ​​farmacologicamente a piacimento. Questi agenti promettono di scoprire nuovi aspetti dei meccanismi molecolari che sono alla base delle azioni dei recettori, e così facendo dovrebbe facilitare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche. Le nuove scoperte appaiono nella rivista online Scienze Centrali ACS .

Il nuovo studio si basa su un lavoro precedente in cui il team aveva sviluppato un sistema farmacologico dipendente dalla luce con l'aiuto di "tag SNAP". Uno SNAP-tag è una proteina legante che può essere introdotta in una proteina recettore bersaglio con mezzi genetici. Il suo scopo è quello di fungere da sito di legame per l'attacco di un ligando sintetico, che poi può modulare la segnalazione del recettore, cioè attivare o bloccare l'attivazione. Il nuovo documento descrive l'applicazione di questa tecnica a un recettore chiamato GLP-1R, che regola la secrezione di insulina. Si presenta quindi come un interessante target per lo sviluppo di farmaci con cui curare il diabete. "Abbiamo usato come ligando un ormone naturale che era dotato di un'estensione sintetica che funge da adattatore che è legato in modo covalente dal tag SNAP. Il legame dell'ormone attiva il recettore, mentre l'attacco diretto dell'adattatore allo SNAP-tag assicura che il recettore sia mantenuto nello stato ON, " spiega Tom Podewin (Max Planck Institute for Medical Research), primo autore congiunto del nuovo studio e fino al 2017 studente di dottorato nel gruppo di Hoffmann-Röder. Il fissaggio dell'estremità dell'adattatore allo SNAP-tag lega efficacemente il ligando al recettore. Però, l'adattatore è collegato in modo flessibile al sito di legame dell'ormone del recettore tramite un legame disolfuro, che può essere facilmente rotto con l'aggiunta di un agente riducente. Questo trucco consente all'ormone di essere rilasciato dal suo sito di legame, invertendo così l'interazione e spegnendo nuovamente il recettore.

Per dimostrare la versatilità di questo approccio di "farmacologia vincolata", il team ha utilizzato un diverso ligando sintetico per attivare un recettore che controlla la secrezione dell'ormone della crescita. "I nostri ligandi sono in realtà le più grandi molecole legate che hanno dimostrato di agire come attivatori o agonisti per i recettori di membrana. Ciò dimostra che la farmacologia legata non è limitata all'uso di piccole molecole, ma può essere esteso ai peptidi e forse anche alle proteine, " precisa Hoffmann-Röder.

Poiché il legame allo SNAP-tag è covalente, il ligando attivatore non può essere prontamente rilasciato dal recettore in assenza di un agente riducente. Normalmente, i GPCR attivati ​​vengono prontamente rimossi dalla membrana cellulare e trasportati alle vescicole intracellulari. Una volta lì, i loro ligandi si dissociano e vengono quindi riciclati alla superficie cellulare. Però, i ricercatori hanno scoperto, con loro sorpresa, che il legame del ligando sintetico inibisce questo processo di riciclaggio, intrappolando il recettore nella vescicola. "La capacità di legare durevolmente qualsiasi ligando - sia esso un agente farmacologico o un tag per l'uso nel bio-imaging - a un recettore opportunamente modificato offre nuove opportunità per la manipolazione e la caratterizzazione di complesse vie di segnalazione nelle cellule, " aggiunge il primo autore congiunto Johannes Broichhagen. Lui e i suoi colleghi ritengono che il nuovo metodo consentirà una migliore comprensione dei recettori e delle loro funzioni, che avrà senza dubbio ripercussioni sullo sviluppo dei farmaci in futuro.