צוות בראשות חוקרים מאוניברסיטת טורונטו יצר פלטפורמה, הנקראת SIMPL2, שמחוללת מהפכה בחקר אינטראקציות חלבון-חלבון על ידי פישוט הזיהוי תוך שיפור דיוק המדידה.
לאינטראקציות בין חלבונים יש תפקיד משמעותי בתהליכים ביולוגיים, כולל אלו המעורבים במחלות. הצוות מאחורי פלטפורמת SIMPL2 עיצב אותה כדי לייעל את יכולת החוקרים למדוד אינטראקציות חלבון-חלבון לטיפולים תרופתיים ממוקדים. בעוד שאינטראקציות חלבון-חלבון נחשבו בעבר כ'בלתי ניתנות לריסוק' באמצעות מולקולות קטנות, הפלטפורמה נותנת מענה לאתגר זה על ידי הקלה על מדידת האינטראקציות הללו – שיפור ההבנה שלנו לגבי סוגי המולקולות הדרושים לשלוט בהן.
שיטות רבות פותחו למדידת אינטראקציות בין חלבונים, במיוחד לאחרונה כאשר המשמעות של אינטראקציות חלבון במחלה הפכה ברורה יותר. עם זאת, לכל השיטות הללו יש חסרונות, לרבות עלויות גבוהות והליכים מסובכים המעכבים תוצאות. היתרונות הגדולים ביותר של פלטפורמת SIMPL2 שלנו הם שהיא מייצרת מדידות אמינות יותר וזולה יותר לשימוש.
ג'ונג יאו, מחבר ראשון על מחקר ושותף מחקר בכיר של מרכז דונלי של U of T's Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research
המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת ביולוגיה של מערכות מולקולריות.
יאו החל לעבוד על בעיית מדידת אינטראקציות חלבון תוך כדי פיתוח מערכת ה-SIMPL (Split-Intein Medicated Protein Ligation) המקורית. SIMPL2 הוא עדכון של SIMPL הכולל שימוש באנזים הלוציפראז המפוצל לזיהוי אינטראקציות חלבון באמצעות זוהר. בנוסף לשיפור הזיהוי של אינטראקציות, כל תהליך המדידה מתרחש באמצעות מדיום אחד: נוזל. זה מפשט את התהליך במידה ניכרת על ידי הפחתת מספר השלבים הנדרשים לביצוע מדידות.
"אחת הבעיות עם SIMPL הייתה שהיינו צריכים להשתמש בתהליך נוסף, הנקרא ELISA, כדי לזהות את החלבונים שחוברים על ידי פלטפורמת SIMPL", אמר יאו. "זה היה תהליך כואב שהפך טכנולוגיה יעילה אחרת למסובכת ויקרה יותר לשימוש ממה שהיה צריך להיות. SIMPL2 דורש רק שלב אחד, שניתן לבצע אותו באופן ידני, או שהוא יכול להיות אוטומטי ליעילות רבה יותר במחקרים עם תפוקה גבוהה ."
כדי לבדוק את הרגישות והישימות של הפלטפורמה החדשה, צוות המחקר השתמש בה כדי למדוד אינטראקציות בין חלבונים המושפעים ממאפננים. מאפננים חלבונים כוללים מולקולות המעכבות אינטראקציות בין חלבונים, אלו המקלות על אינטראקציות חלבון וכאלה המקלות על פירוק חלבוני המטרה. נמצא כי SIMPL2 מתפקד היטב בזיהוי אינטראקציות אלו, גם במקרים בהם האינטראקציות היו חלשות.
בעוד שמחשבים קוונטיים ובינה מלאכותית הקלו על עיצוב מולקולות קטנות לטיפול תרופתי, הדבר הוביל לצורך בפיתוח שיטות מהירות הרבה יותר לאימות יעילותן של תרופות חדשות. SIMPL2 יכול לענות על הצורך הזה, מכיוון שהוא יכול לשמש לבדיקת אינטראקציות בין מולקולות חדשות וחלבוני המטרה שלהן בתאים אנושיים מתורבתים. הוא גם מסוגל לעמוד בקצב של תכנון מולקולות חדשות.
"תכננו את SIMPL2 להיות שיטה אוניברסלית לחקר אינטראקציות חלבון שהיא מהירה וזולה, כמו גם רגישה מאוד", אמר איגור סטגלאר, חוקר ראשי במחקר ופרופסור לביוכימיה בפקולטה לרפואה בטמרטי של U of T. "עכשיו, לאחר שעשינו אופטימיזציה לפלטפורמה, הצעד הבא שלנו הוא להשתמש בה כדי ללמוד אינטראקציות הממלאות תפקידי מפתח במחלות, כמו סרטן, כדי ללמוד כיצד לפתח טיפולים תרופתיים. עבודה זו תכלול שימוש במחשבים קוונטים ובינה מלאכותית בשיתוף פעולה עם המעבדה של אלן אספורו-גוזיק ב-U of T ו-Insilico Medicine, מובילה עולמית בגילוי תרופות בינה מלאכותית".
מחקר זה נתמך על ידי FACIT ואונטריו Genomics.
