In un processo noto come trascrizione, il DNA viene trascritto nell'RNA messaggero (mRNA) dall'enzima RNA polimerasi (RNAP). Durante la TBS, le molecole di AP-1 (blu) si trovano su siti chiave del DNA (giallo), agendo come blocchi stradali a questo processo con conseguente morte cellulare. Il blocco stradale viene rimosso (immagine a destra) quando le molecole peptidiche (rosse e bianche) si legano all'AP-1, staccandolo dal filamento di DNA e sequestrandolo. La cellula quindi sopravvive. Credito:Neil Kad, Professore di Biofisica Molecolare, Università del Kent
Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica per accelerare la scoperta di farmaci antitumorali. La tecnica identifica le molecole che possono bloccare le proteine pericolose prima che causino il caos scatenante la malattia, impedendo loro di interagire con il DNA di una cellula.
La nuova piattaforma di scoperta di farmaci, denominata Transcription Block Survival (TBS), è stata sviluppata da scienziati delle Università di Bath e Kent nel Regno Unito e ha il potenziale per accelerare notevolmente la ricerca di cure per tumori mortali. Questa svolta ha anche implicazioni più ampie, poiché le proteine coinvolte nel cancro svolgono anche un ruolo centrale in molte altre malattie, tra cui l'osteoporosi e malattie infiammatorie come l'artrite reumatoide e la psoriasi.
"Identificare i processi che possono rendere più veloce per gli scienziati trovare nuovi farmaci candidati per malattie gravi, come siamo in grado di fare usando la TBS, è un enorme vantaggio per la ricerca", afferma il ricercatore principale, il professor Jody Mason, che lavora nel dipartimento dell'università di Biologia e Biochimica.
La scoperta di farmaci è lenta, costosa e complessa. Spesso i ricercatori sono alla ricerca di molecole farmaceutiche che possano legarsi a siti su proteine che causano malattie. Ma il legame a un sito bersaglio non è sufficiente:una molecola terapeutica deve anche avere la capacità di spegnere la proteina pericolosa. Soprattutto, deve riuscire a farlo in una cellula viva, senza troppi effetti collaterali.
"Una grande sfida è trovare modi per garantire la perdita funzionale dell'attività proteica dannosa all'interno dell'ambiente esigente di una cellula", afferma il professor Mason.
Aggiunge che "usando l'approccio TBS, al primo passaggio siamo in grado di eliminare le molecole che si attaccano al bersaglio cellulare ma che alla fine non riescono a eliminare la funzione della proteina che causa la malattia. Rimuovendo le molecole dal processo di screening che alla fine hanno poco o nessun valore terapeutico, risparmieremo molto tempo e denaro."
Sebbene la TBS possa essere applicata alla scoperta di farmaci candidati per qualsiasi numero di malattie, la nuova ricerca del professor Mason è incentrata sulla ricerca di molecole chiamate peptidi (catene corte di aminoacidi, i mattoni delle proteine) che sopprimono permanentemente l'attività di una proteina chiamata Activator Proteina-1 (AP-1). L'AP-1 è presente naturalmente nel corpo ed è importante per "attivare" i geni coinvolti in numerosi processi cellulari, ma quando è fuori controllo, diventa uno dei principali attori del cancro.
È tutto nella rilegatura
I geni funzionano facendo copie di se stessi in un processo noto come trascrizione. Queste copie, che assumono la forma di RNA messaggero (mRNA), trasformano quindi le informazioni genetiche in proteine, i mattoni della vita che eseguono le istruzioni codificate all'interno dei geni. AP-1 promuove la crescita delle cellule cancerose prima legandosi ai promotori genici in sezioni specifiche del DNA di una cellula, quindi dirottando l'espressione dei geni chiave attivandoli permanentemente. In altre parole, AP-1 costringe un gene a produrre mRNA e proteine corrispondenti nei momenti e nelle quantità sbagliate.
Sono queste proteine, se sovraespresse, che sono implicate nella proliferazione del cancro. Al contrario, attraverso l'attività di un peptide antitumorale, è possibile impedire ad AP-1 di legarsi al DNA di una cellula, impedendogli di attivare i geni.
Il primo autore dello studio, il dottor Andrew Brennan, anche lui del Dipartimento di Biologia e Biochimica di Bath, afferma che "usando la piattaforma di screening TBS, i ricercatori possono trovare peptidi che legano AP-1 in modo tale da garantire che non possa sovrastimolare i geni correlati al cancro . Questi peptidi possono sia bloccare AP-1 dal legame al DNA, sia eliminare AP-1 dai geni con cui si è già accoppiato, consentendo loro di disattivare il segnale canceroso nelle cellule vulnerabili."
Molecole di farmaci che funzionano doppiamente
Le consolidate tecniche di screening dei farmaci consentono già agli scienziati di identificare i peptidi che combattono il cancro grazie alla loro capacità di legare AP-1. Un importante punto di forza e caratteristica distintiva della nuova tecnica di screening dei farmaci, tuttavia, è che consente agli scienziati di identificare i peptidi che hanno una doppia funzione:possono riconoscere/legarsi ad AP-1 sia prima che si sia legato al DNA sia quando è in uno stato legato al DNA, liberando infine AP-1 dal DNA e interrompendo del tutto la sua funzione.
"Questa capacità di distinguere tra leganti AP-1 e quelli che sono in grado di spegnere la funzione AP-1 è unica per questa tecnica e affronta un problema che fino ad ora ha ostacolato la ricerca di inibitori 'funzionalmente attivi'", afferma il professor Mason.
Un'altra caratteristica distintiva della TBS è che la tecnica di screening avviene all'interno di cellule vive e senza modificare né il target proteico né la libreria peptidica con tag (etichette molecolari che vengono tipicamente aggiunte per aiutare con il processo di identificazione) che possono alterare la funzione, un problema comune con altre tecniche. I metodi di screening più consolidati implicano il test dei peptidi in vitro (cioè al di fuori delle cellule vive), il che significa che il legame al bersaglio è l'unico fattore in considerazione. Ciò può comportare falsi positivi.
"Quello che spesso si scopre quando lo screening viene eseguito con metodi tradizionali è che un peptide sembra agire su una proteina isolata ma non ha lo stesso effetto quando viene utilizzato all'interno di un contesto cellulare, e certamente non garantisce la perdita funzionale del proteine", afferma il professor Mason.
In questo lavoro, recentemente pubblicato su JACS Au , il professor Mason e il suo team hanno esaminato oltre 130.000 diversi peptidi per identificarne uno funzionalmente attivo (rosso e bianco nell'immagine) nel bloccare potentemente AP-1 (blu) dal legame a specifiche sequenze di DNA (giallo). Questa azione blocca efficacemente la capacità di AP-1 di promuovere la trascrizione genica.
L'approccio brevettato TBS può essere applicato per trovare molecole terapeutiche in grado di colpire un'ampia gamma di proteine che legano il DNA implicate nella malattia. + Esplora ulteriormente
