קולטנים מצומדים חלבון G (GPCR) ממלאים תפקיד מרכזי באיתות סלולרי והיו מזמן מוקד משמעותי בגילוי התרופות. קולטנים אלה מווסתים מגוון עצום של תהליכים פיזיולוגיים, מה שהופך אותם למטרות מפתח להתפתחות טיפולית. למרות התקדמות משמעותית, GPCRs רבים נותרו מאופיינים בצורה לא טובה, ומציגים כאחד והזדמנויות לתעשיית התרופות.
בראיון זה אנו בוחנים את ההתקדמות האחרונה עם המדען הראשי של EVOTEC במחקר GPCR וגילוי סמים. הם ישתפו תובנות לגבי המורכבות של עבודה עם GPCRS, אסטרטגיות פיתוח assay חדשניות שהם יישמו, ותפקידן של טכנולוגיות ביו-חיישן מתקדמות כמו Waverapid בהאצת גילוי מועמדים חדשים לתרופות.
האם תוכל לתת לנו מבוא קצר עם GPCRs ומשמעותם בגילוי תרופות?
GPCRS, או קולטנים מצומדים חלבון G, מייצגים משפחה מכריעה של קולטנים המעורבים בתפקודים סלולריים רבים. הם מגיבים לגירויים שונים, כולל הורמונים אנדוגניים ומעבירים עצביים.
קרדיט תמונה: PH-Y/Shutterstock.com
מבחינה היסטורית, GPCRs היו אחד היעדים החשובים ביותר לגילוי תרופות. למעשה, מסביב 30 % מכלל התרופות המשווקות כיום מכוונות ל- GPCRSו למרות זאת, מספר לא מבוטל של GPCR נותר קולטנים יתומים, כלומר איננו מבינים לחלוטין את תפקידם, ועדיין לא מזהים את הליגנדים האנדוגניים שלהם.
זה מהווה הזדמנות מרגשת לגילוי תרופות, במיוחד בפיתוח בדיקות כימיות המסייעות להבהיר את תפקידיהן ולגלות ישויות כימיות חדשות שמטרתן למודול את פעילותם.
מהם כמה מהאתגרים העיקריים הקשורים לחקר GPCRs, במיוחד בהקשר של גילוי תרופות?
GPCRs הם יעדי תרופות מאתגרים במיוחד בגלל מספר גורמים. ראשית, לעתים קרובות הם מראים פעילות נמוכה כאשר הם מונעים, כלומר, השבר של חלבון תחרותי מחייב אינו בדרך כלל גבוה. הסיבה לכך היא ש- GPCRs מסוג פראי בדרך כלל אינם יציבים לאחר שחולצו מסביבת הממברנה הטבעית שלהם.
GPCRs קיימים במצבי קונפורמציה מרובים, מה שהופך אותם לחלבונים דינאמיים ביותר עם התנהגויות קשירה מורכבות שלעתים קשות לעבר מחדש באמצעות גישה רדוקציוניסטית המיושמת בדרך כלל בשלבים המוקדמים של גילוי התרופות. אתגר נוסף הוא כי בדרך כלל יש להטמיע GPCRs במיקרונים, ננו -דיסקים או פולימרים סינתטיים לניסויים, העלולים לגרום לבעיות עם תרכובות שיש להן בעיות מסיסות או שהן אמפיפיליות/ליפופיליות מאוד.
האם תוכל לעבור אותנו בזרימת העבודה שאוווטק פיתחה לפיתוח assay gpcr?
ב- Evotec, הקמנו זרימת עבודה שיטתית המאפשרת לנו לפתח מבחני מעורבות ישירים של יעד עבור GPCRs באמצעות טכנולוגיית ביו -חיישן. זה מתחיל בעיצוב בקפידה של מבנים Tomaximize סיכויי הצלחה ליישומים במורד הזרם.
בשלב הבא אנו מתמקדים בביטוי וטיהור חלבונים, ומבטיחים שיש לנו חומרים איכותיים למבחנים שלנו. לאחר שיש לנו את החלבון המטוהר, אנו מבצעים שלב היתכנות Assay בו אנו מעריכים מבנים שונים בייצור קטן עד אמצע בקנה מידה כדי לקבוע אילו מתאימים ביותר לפיתוח Assay.
שלבים אלה הם איטרטיביים, זיקוקים פרמטרים עד שנזהה את היבטי המפתח המבטיחים את התוצאה הרצויה. לאחר פיתוח בדיקת הכריכה, ניתן להשתמש בו ליישומים שונים, כולל פרופילציה מורכבת, אימות פגיעה, סינון שברים, מיפוי אתרי כריכה ואפילו מחקרים תרמודינמיים.
איזה תפקיד ממלאת טכנולוגיית ביו -חיישן אופטית, במיוחד Waverapid, בלימוד GPCRs?
חיישנים ביולוגיים אופטיים, ובמיוחד טכנולוגיית Waverapid, קידמו משמעותית את היכולת שלנו ללמוד GPCRs. שיטות מסורתיות מחייבות לרוב ריכוזים מרובים של תרכובת שיש להזריק לאורך זמן כדי לייצר עקומת תגובה במינון.
לעומת זאת, WaverApid מאפשר לנו להזריק ריכוז יחיד ולרשום את התגובה שנפתרה בזמן באופן דינמי, מה שמאפשר לנו לפתור את הקינטיקה של אינטראקציות בצורה יעילה בהרבה.
זה שימושי במיוחד בעת התמודדות עם GPCRs, כאשר הדינמיקה המחייבת יכולה להיות מורכבת. באמצעות Waverapid, אנו יכולים להעריך את פרופיל הקינטיקה המלא של הכריכה בביטחון רב יותר; התמקדות בקינטיקה של תהליך הניתוק של ליגנד-מיקוד שהושפע פחות מההטרוגניות שנצפתה בשלב ההזרקה, גם בעת התמודדות עם אותות נמוכים.
האם אתה יכול להסביר כיצד Evotec תכנן וביצע את תהליך סינון השברים באמצעות Waverapid?
ההוכחה הראשונית שלנו לעקרון התמקדה ב- GPCR מאופיין היטב, אשר היו זמינים תרכובות כלים רבות, קולטן אדנוזין A2A (HA2AR). אנו מחליפים את ה- GPCR מסוג A2AR מסוג פראי על פני השבב של חיישן NTA ומולקולות שנבדקו עם מנגנוני פעולה שונים-אגוניסטים, אנטגוניסטים ותרכובות דמויי שבר-כדי לאמת את החלבון ואת המבחן. פרופילי הכריכה של מולקולות אלה נותחו באמצעות kinetic (MCK) של Waverapid וגם מסורתיים (MCK), מה שמאפשר לנו לאפיין את הפרמטרים הקינטיים שלהם ולאמת את התרגום המלא של MCK ל- Waverapid.
ואז בחרנו בזהירות תרכובת כלים, ANR94, שהייתה פרופיל קינטי אידיאלי ומשקל מולקולרי שישמש כבקרה חיובית.
לאחר הוקמה במבחן במלואו, ערכנו מסך טייס של 700 שברים. התוצאות נותחו באמצעות עלילה קינטית ששקלה כאסוציאציה וגם את שיעורי הניתוק כדי להמחיש בקלות זיקה מחייבת.
מה היו ממצאי המפתח ממחקר הפיילוט, וכיצד אימתת את התוצאות?
מסך הפיילוט זיהה 16 שברים כקלסרים פוטנציאליים, עם שיעור פגיעה כולל של כ -2.3 %, מה שמתיישר עם מה שאנחנו בדרך כלל מצפים מהקרנת השברים בכיתת יעד זו. כדי לאמת את הלהיטים הללו, נקטנו בגישה מסורתית יותר באמצעות מבחני כריכה של MCK, שם הזרמנו ריכוזים מרובים מורכבים כדי לאשר את קשירת התגובה למינון. לאחר מכן, בדקנו מקרוב את עקומת הרוויה והכריכה למטרות מחוץ לרלוונטיות, והשלימו התאמה קינטית עם עלילת נתונים במצב יציב.
מתוך 16 השברים הראשוניים, תשעה אושרו כקלסרים סלקטיביים ל- A2A GPCR. מעניין, כאשר השווינו את הפרמטרים הקינטיים שהתקבלו מ- Waverapid לאלו מקינטיקה מרובת מחזורים, מצאנו מתאם חזק, מה שמחזק עוד יותר את תוקף שיטת המיון שלנו.
מהן ההשלכות הפוטנציאליות של ממצאיך לעתיד גילוי התרופות של GPCR?
הממצאים שלנו מראים כי סינון שברים קינטיים באמצעות WaverApid הוא מתודולוגיה יעילה ביותר לזיהוי תרכובות חדשות למיקוד GPCR. היכולת לסקר במהירות ובאמינות של ספריות שברים גדולות פירושה שנוכל להאיץ את השלבים המוקדמים של גילוי התרופות.
הנתונים הקינטיים שאנו מייצרים מספקים תובנות חשובות לגבי אינטראקציות מחייבות, שיכולות להנחות מאמצי אופטימיזציה מובילים. בהתחשב במספר ה- GPCRs היתומים שנותרו לא נחקרים, גישה זו עשויה להיות מסייעת בפתיחת יעדים טיפוליים חדשים.
מהם הצעדים הבאים עבור Evotec בתחום המחקר הזה?
להתקדם, אנו מתכננים להרחיב את מאמצי ההקרנה שלנו ליעדי GPCR נוספים, במיוחד קולטנים יתומים. אנו שואפים גם לשלב בדיקת Waverapid עם טכנולוגיות משלימות כדי לשכלל עוד יותר את ההבנה שלנו לגבי קינטיקה מחייבת ויחסי פעילות מבנה.
מיקוד מרכזי נוסף יהיה מיטוב תנאי הניתוח כדי למזער את הכריכה הלא ספציפית ולשפר עוד יותר את ההתרבות. בסופו של דבר, מטרתנו היא להמשיך לקדם את גילוי התרופות של GPCR על ידי פיתוח מתודולוגיות סינון חדשניות, יעילות ואמינות.
על אדוארדו פאביני
אדוארדו פביני הוא מדען ראשי ב- Evotec UK, שם הוא מוביל צוות המוקדש לפיתוח מבחנים ביו -פיזיים במחלקת מדעי החלבון. הוא בעל תואר שלישי במדעים ביוכימיים וביו -טכנולוגיים מאוניברסיטת בולוניה וביצע מחקר של PHD ובמחקר לאחר הדוקטורט ב- BMC, אוניברסיטת אופסלה. לאדוארדו מומחיות נרחבת בשיטות ביו -פיזיות וביוכימיות, כולל SPR, GCI ו- DSF, עם רקע באנזימולוגיה מכניסטית ורוקחות. לפני שהצטרף ל- EVOTEC, הוא עבד במדעי הרפואה של נרוויאנו, ותרם לגילוי מעכבי קינאז ומודולי PARP לתמיכה בתוכניות גילוי תרופות אונקולוגיות. בתפקידו הנוכחי, אדוארדו ברידג'ס ביוכימיה חלבונית, ביו -פיזיקה וביולוגיה מבנית, ומספקת תמיכה חיונית על פני תוכניות שונות של גילוי תרופות. הוא מתמחה בעיצוב ויישום מבחנים ביו -פיזיים בהתאמה אישית למטרות מאתגרות, עם דגש מיוחד על חלבוני קרום כמו GPCRs, SLCs ותעלות יונים.
אודות מערכת Wavesystem (מותג פנליטי מלברן וטכנולוגיית Creoptix)
לאחר האינטגרציה בינואר 2022, Creoptix הוא מותג פנליטי מלברן. הצוות ממוקם בוודנסוויל למרגלות אגם ציריך בשוויץ, עם משרדי ארה"ב באזור בוסטון.
להאיץ את הגילוי
מערכת Wavesystem מאפשרת למדעני חיים להאיץ את הגילוי על ידי מתן כלים מתקדמים לניתוח אינטראקציה מולקולרית, תוך התמקדות במכשירים ביו-אנליטיים מהדור הבא לגילוי תרופות ומדעי החיים הן עבור התעשייה והן למחקר אקדמי.
רגישות ורזולוציה גבוהה
בהתבסס על הביוסנסור הקנייני שלה, טכנולוגיות מיקרו-פלואידיקה ותוכנה, Wavesystem מספק רגישות ורזולוציה גבוהה במיוחד לחקר אינטראקציות ביולוגיות בזמן אמת הכוללות שבר, מולקולות קטנות, פפטידים, חלבונים ממברנה, ביולוגים אחרים ומולקולות אחרות אפילו בתערובות תגובה קסומות וביופוזידים כמו סרירים.
רמת פריצת דרך של ניתוח קינטיקה
בבסיס ה- Wavesystem טכנולוגיית אינטרפרומטריה משולבת (GCI). טכנולוגיית GCI מציבה רמת פריצת דרך של ניתוח קינטיקה בהישג ידך על ידי דחיפת גבולות טווח הזיקה ותאימות לדוגמה. איכות הנתונים הגבוהה ביותר של המערכת, תאימות לדוגמא ותוכנה אוטומטית מאפשרת גילוי תרופות ומאפשרת דרכים חדשות למו"פ. Malvern Panalytical מציעה גם שבבים ותוכנה תומכת עבור המכשיר.
