תרופות לטיפול במחלות דלקתיות ואוטואימוניות – כמו אסטמה, פסוריאזיס, דלקת מפרקים שגרונית או תסמונת כרוסוס – פועלות בעיקר דרך הקולטן לגלוקוקורטיקואידים (GR). חלבון חיוני זה מווסת תהליכים חיוניים ברקמות שונות, ולכן הבנת המבנה והתפקוד שלו ברמה המולקולרית חיונית לתכנון תרופות יעילות ובטוחות יותר. כעת, מחקר שפורסם בכתב העת מחקר חומצות גרעין (NAR) חשפה את מנגנון המולטימריזציה – חיבור של מולקולות שונות ליצירת מבנים מורכבים – של הקולטן לגלוקוקורטיקואידים, תהליך קריטי לתפקודו הפיזיולוגי.
פענוח האופן שבו ה-GR יוצר אוליגומרים – באמצעות קישור של מספר יחידות משנה – פותח שדרה מכרעת לפיתוח תרופות סלקטיביות יותר. תרופות חדשות אלו יכולות לווסת את הקשר הזה ובכך למזער תופעות לוואי חמורות, כגון דיכוי חיסוני או אובדן עצם.
את המחקר הובילה החוקרת אווה אסטבנז-פרפיניה, פרופסור סרה האנטר במחלקה לביוכימיה וביורפואה מולקולרית בפקולטה לביולוגיה ובמכון לביו-רפואה (IBUB) של אוניברסיטת ברצלונה, שבסיסה בפארק המדע של ברצלונה (PCB). החוקרים הצעירים אנדריאה אלגרה-מארטי ואלבה חימנס-פנינו (IBUB) הם המחברים הראשונים של המאמר.
המחקר, הבולט בנקודת המבט הרב-תחומית שלו, הוא תוצאה של שיתוף פעולה לאומי ובינלאומי נרחב שהפגיש צוותים בראשות גורדון ל. האגר, מהמכוני הבריאות הלאומיים של ארה"ב (NIH), וג'יימי רוביו ומ. נוריה פרלטה, מהפקולטה לכימיה של UB והמכון לכימיה תיאורטית וחישובית של המונים (כמו גם חברים ב-IQTCUB של המונים), מתקן הליבה של ספקטרומטריה ופרוטאומיקה במכון למחקר בביו-רפואה (IRB ברצלונה), מרכז המחקר למדע הקשור לגפנים וליין (ICVV-CSIC), המכון לביו-רפואה של ולנסיה (IBV-CSIC) ואוניברסיטת בואנוס איירס (ארגנטינה).
חלבון גמיש בעל קונפורמציות מרובות
במשך עשרות שנים, הקהילה המדעית סברה שה-GR פועל רק כמונומר או כהומודימר (כלומר עותק אחד או שניים של הקולטן). מחקר זה פורץ מהמודל המסורתי ומגלה, לראשונה, שבתוך גרעין התא הקולטן יוצר אוליגומרים גדולים יותר, המורכבים בעיקר מארבע יחידות משנה (טטרמרים).
הקולטן לגלוקוקורטיקואידים שולט בכ-20% מהתעתיק האנושי והוא מהותי בוויסות הגליקמיה, חילוף החומרים והתגובה האנטי דלקתית. זו, למעשה, הפעם הראשונה שאנו מציגים לקהילה המדעית מנגנון קוהרנטי להסביר כיצד ה-GR מתחבר בתוך גרעין התא. תוצאות אלו מאשרות מחדש את החשיבות של מחקר נוסף כדי לקבוע באופן ניסיוני את המבנים התלת מימדיים של חלבונים והקומפלקסים שלהם."
פרופסור אווה אסטבנז-פרפיניה
היווצרותם של קומפלקסים אלו מתרחשת הודות לאינטראקציות שזוהו על ידי הצוות, שהן ספציפיות לתחום קושר הליגנד של ה-GR. בעוד במחקר קודם (מחקר חומצות גרעין2022) הצוות זיהה 20 צורות שונות של קשר בין יחידות המשנה, המחקר החדש הולך רחוק יותר ומגדיר אילו צורות אוליגומריות הרלוונטיות ביותר לתפקוד הפיזיולוגי של ה-GR.
"הקונפורמציה הפעילה של ה-GR שונה בבירור מהמודל המסורתי שתואר עבור קולטנים גרעיניים אחרים", אומר החוקר והסופר פבלו פואנטס-פריור (IBUB). "כפי שפרסמנו ב-2022, היחידה הפונקציונלית היא הומודימר לא קנוני שמתחבר דרך הסלילים הראשונים של תחום הליגנד קושר. זה מאשר שה-GR מתפקד בצורה שונה מההומולוגים שלו".
המחקר החדש מאשר שדימר בסיסי זה חיוני לתפקוד התעתיק של הקולטן "ויתרה מכך, מתפקד כמעין אבן בניין בלגו מולקולרי ליצירת מבנים מורכבים יותר". "המבנים האלה, בעיקר טטרמרים, הם אלה שבאמת מייצגים את הצורה הפעילה של ה-GR כאשר הוא נקשר ל-DNA", מציינים אלגרה-מארטי וחימנס-פניזו.
הקונפורמציה הפעילה של ה-GR מדגימה פלסטיות גבוהה במשטח האינטראקציה הדימר שלו. גמישות זו מאפשרת לו לאמץ מגוון של מבנים פתוחים יותר או סגורים יותר. "תנודה זו בין קונפורמציות שונות היא חיונית כדי להבטיח את התפקוד הנכון של מנגנון התעתיק שה-GR מתאם", אומר Fuentes-Prior.
ה-GR, כמו "קונטורציוניסט מולקולרי", הוא גמיש ביותר, מסוגל לאמץ קונפורמציות מרובות ולהתחבר לחלבונים גרעיניים שונים. בפרט, מורכבות זו הקשתה על האפיון המבני שלו, ועד כה נפתרו רק מבנים מבודדים של תחומי ה-DNA והליגנד-קושרים שלו. כדי להתגבר על אתגר זה, המחקר שילב סט של טכניקות חדשניות מביולוגיה מבנית ומולקולרית, כולל קריסטלוגרפיית קרני רנטגן באמצעות קרינת סינכרוטרון ALBA, הדמיות דינמיקה מולקולרית, ספקטרומטריית מסה, מיקרוסקופיה פלואורסצנטית ברזולוציה גבוהה (מספר ובהירות) ו-RNA תאי.
"האסטרטגיה המשולבת הזו הייתה חיונית כדי להתגבר על הקשיים הגלומים בחקר חלבון מורכב מבחינה מבנית כל כך", אומר הצוות. "בזכות זה, הצלחנו להציע מנגנון מולקולרי מפורט וקוהרנטי לאינטראקציות המניעות מולטימריזציה של קולטן גלוקוקורטיקואידים."
מוטציות המשפיעות על הקולטן לגלוקוקורטיקואידים
מוטציות בגן GR יכולות לשנות ישירות את תהליך המולטימריזציה, מה שמוביל לצורות חריגות ואובדן פונקציונליות החלבון. זה מה שקורה בתסמונת Chrousos, מחלה נדירה המאופיינת בעמידות לגלוקוקורטיקואידים והפרעות חיסוניות, מטבוליות וגדילה חמורות.
המחקר מוסיף לידע על המנגנונים המולקולריים של המחלה הנגרמת על ידי מוטציות אלו ומציג קטלוג מקיף של וריאנטים פתולוגיים, הממוקמים בעיקר על פני התחום קושר הליגנד. בניגוד למוטציות בכיס קושר ההורמונים – שהפתוגניות שלהן כבר הייתה ידועה – מאמר זה מסביר לראשונה את השפעתן של מוטציות בשאריות פני השטח של התחום הקשור לעמידות לגלוקוקורטיקואידים, ללא הסבר ברור עד כה. חלק מהמוטציות הללו מחלישות את הדימר ומפריעות להיווצרותו. לרוב, מוטציות מגבירות את ההידרופוביות של משטח הקולטן, ומאלצות היווצרות של מבנים גדולים יותר (הקסמרים ואוקטמרים) עם פעילות שעתוק מופחתת.
"מלבד מחלות אוטואימוניות ודלקתיות, ממצאים אלו פותחים אפיקים חדשים לטיפול במחלות הקשורות לתפקוד לקוי של GR, כולל אסטמה, תסמונת קושינג ומחלת אדיסון. בסופו של דבר, המחקר שלנו מניח את הבסיס לתכנון של תרופות מדויקות המסוגלות לווסת את תפקוד GR עם ספציפיות חסרת תקדים", מסכם צוות המחקר.
