I ricercatori della Vanderbilt University hanno scoperto come una pompa proteica distingue tra le sostanze chimiche che espellerà da una cellula e gli inibitori che ne bloccano l'azione.

La pompa, chiamata glicoproteina P, protegge le cellule rimuovendo sostanze chimiche potenzialmente dannose, ma contribuisce alla resistenza ai farmaci quando tali sostanze chimiche sono farmaci terapeutici, il che pone un problema particolare per il trattamento del cancro. Le nuove scoperte, riportato sul giornale Scienza , potrebbe guidare lo sviluppo di inibitori più efficienti per prevenire la resistenza delle cellule tumorali alla chemioterapia.

Gli studi hanno risposto a una domanda di vecchia data sulla glicoproteina P, disse Hassane Mchaorab, dottorato di ricerca, Louise B. McGavock Professore di Fisiologia Molecolare e Biofisica.

Mchaorab descrive la P-glicoproteina come una macchina molecolare in due parti:un motore che brucia ATP e un dominio transmembrana che fornisce un passaggio per il substrato (una molecola mossa dal trasportatore). L'energia dell'ATP imbrigliata dal motore alimenta i cambiamenti conformazionali che spostano le sostanze chimiche fuori dalle cellule.

Ciò che non era chiaro è "come il motore dell'ATP sa che una sostanza chimica è legata nel dominio transmembrana che è a un 'miglio' molecolare di distanza, " disse Mchaorab.

"Negli umani, questo trasportatore sputa sostanze chimiche che includono antibiotici, farmaci chemioterapici antitumorali, antidepressivi, oppioidi … cosa rende una molecola un substrato per questa pompa straordinariamente diversa, e cosa rende una molecola un inibitore?"

Gli studi attuali seguono i risultati che Mchaorab e i suoi colleghi hanno riportato sulla rivista Natura due anni fa. La glicoproteina P ha due siti di combustione dell'ATP, e i ricercatori hanno scoperto utilizzando un metodo di spettroscopia (doppia risonanza elettrone-elettrone, DEER) che i due siti sono strutturalmente asimmetrici:prima un sito e poi il secondo sito brucia ATP. Hanno anche scoperto che i due passaggi sequenziali sono correlati al riconoscimento del substrato.

Mchaorab ricorda lo scrittore scientifico del Vanderbilt University Medical Center, Bill Snyder, che ha posto una domanda che gli ha fatto riflettere:perché la natura dovrebbe progettare un motore asimmetrico?

"Ho risposto che forse questo è il modo in cui il trasportatore sa se è carico di substrato o no, "Mchaorab ha detto. "Ma avevamo fatto tutti i nostri esperimenti con il substrato presente, perché è così che funziona il trasportatore." I ricercatori non avevano studiato la struttura dei siti che bruciano ATP in assenza di substrato.

"Era un venerdì, e quella notte mi sono svegliato pensando alla domanda di Bill, " Ha ricordato Mchaorab. "Lunedì, Ho chiesto a Reza (un borsista postdottorato) di ripetere gli esperimenti e rimuovere il substrato. E voilà, il motore è diventato simmetrico, non importava quale lato bruciasse per primo l'ATP."

In ulteriori studi con inibitori di terza generazione della glicoproteina P, i ricercatori hanno scoperto che questi inibitori stabilizzano anche uno stato simmetrico, ma uno che è diverso dallo stato vuoto.

"Un inibitore lega il trasportatore in modo che non possa passare allo stato asimmetrico e non possa eseguire il colpo di potenza, il passo in cui il trasportatore si sposta da ciò che chiamiamo rivolto verso l'interno a rivolto verso l'esterno e sputa fuori il substrato, " disse Mchaorab.

Conoscere le diverse conformazioni della glicoproteina P che sono stabilizzate dai substrati rispetto agli inibitori consentirà di individuare molecole inibitrici più efficaci. Potrebbe anche aiutare i ricercatori a capire perché gli inibitori esistenti hanno funzionato male negli studi clinici.

"La glicoproteina P è un obiettivo clinico così importante, Ha detto Mchaorab. “Ora ci rendiamo conto che gli inibitori lavorano anche sull'asimmetria del motore. La glicoproteina P sa se è vuota, o se è legato a un substrato o un inibitore modulando il livello di asimmetria."