Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора разработали мощный новый метод анализа данных под названием COOKIE-Pro (Covalent Occupancy Kinetic Enrichment via Proteomics), который обеспечивает комплексное и объективное представление о том, как класс препаратов, называемых ковалентными ингибиторами, взаимодействует с белками в клетке.
Этот инновационный метод, подробно описанный в Nature Communications, обещает ускорить разработку более эффективных и безопасных терапевтических средств за счёт точного измерения как силы связывания, так и скорости реакции этих препаратов с тысячами потенциальных мишеней одновременно.
«Ковалентные ингибиторы, к которым относятся такие известные препараты, как аспирин и противоопухолевый препарат ибрутиниб, высокоэффективны, поскольку образуют прочную, постоянную связь с целевым белком», — говорит ответственный автор работы доктор Джин Ван, директор Центра терапии нового поколения и профессор фармакологии в Медицинском колледже Бейлора. «Однако эта сила может быть палкой о двух концах; эти препараты также могут связываться с нецелевыми белками, что потенциально может привести к нежелательным побочным эффектам».
Оптимизация этих препаратов требует тонкого баланса между тем, насколько сильно они притягиваются к цели (аффинность) и как быстро они образуют постоянную связь (реактивность). До сих пор методы измерения этих двух важнейших параметров для всего клеточного белкового ландшафта, или протеома, были ограничены, что замедляло разработку лекарств.
«Задача заключалась в том, чтобы получить чёткую, полную картину», — сказал первый автор исследования Ханфэн Линь, аспирант в лаборатории Вана. «Мы знали, что нам нужно измерить как аффинность, так и реактивность, но на измерение одного белка уходит время, а не тысяч. COOKIE-Pro даёт нам комплексную карту, на которой мы впервые можем увидеть не только то, связывается ли препарат нецелевым образом, но и насколько хорошо и как быстро, что является критически важной информацией для разработчиков лекарств».
COOKIE-Pro преодолевает эту проблему с помощью двухэтапного процесса. Сначала исследователи разрушают клетки в жидком растворе, а затем добавляют ковалентный препарат, позволяя ему связываться с целевыми белками. Затем они вводят специально разработанный «пробный» зонд, который присоединяется к любым сайтам связывания белка, оставшимся незанятыми препаратом. Используя масс-спектрометрию для измерения того, сколько пробного зонда связывается, они могут точно определить, насколько «заняты» были белки препаратом. Это позволяет им рассчитать как аффинность связывания, так и скорость инактивации для тысяч белков одновременно.
Команда подтвердила метод на примере двух хорошо изученных препаратов — спебрутиниба и ибрутиниба. Результаты не только точно воспроизвели предыдущие результаты, но и позволили получить новые сведения. Например, они обнаружили, что спебрутиниб, высокоселективный ферментативный ингибитор, оказывается более чем в 10 раз эффективнее против нецелевого белка TEC kinase, чем против его предполагаемой мишени BTK. Для менее селективного препарата ибрутиниба COOKIE-Pro успешно идентифицировал известные нецелевые мишени и создал профили, которые соответствовали ранее опубликованным значениям, подтвердив точность метода.
«Конечная цель — рациональный дизайн лекарств», — сказал Ван, профессор биохимии и молекулярной фармакологии, а также молекулярной и клеточной биологии в Медицинском колледже Бейлора. «Препарат может показаться эффективным, потому что он быстро связывается, но если это просто потому, что у него есть «горячая» реактивная группа, он может вызывать побочные эффекты, связываясь повсюду. COOKIE-Pro позволяет нам отделить эту внутреннюю реактивность от истинной аффинности связывания. Теперь мы можем помочь химикам определить приоритеты соединений, которые эффективны, потому что они специфически связываются с правильной мишенью, а не просто потому, что они широко реактивны. Это решающий шаг на пути к созданию следующего поколения высокоселективных и безопасных ковалентных лекарств».
Кроме того, команда продемонстрировала возможности платформы для крупномасштабного скрининга лекарств, разработав упрощённую двухточечную стратегию COOKIE-Pro. Применяя этот высокопроизводительный подход к библиотеке из 16 фрагментов ковалентных ингибиторов, они создали тысячи профилей, доказав способность метода быстро и эффективно направлять самые ранние стадии открытия лекарств.
Соавторы исследования — Бин Ян, Ланг Дин, Мэттью В. Холт, Сун Юн Джунг и Бинг Чжан — все связаны с Медицинским колледжем Бейлора. Соавтор Мэн С. Ван связан с Медицинским институтом Говарда Хьюза, а соавтор Ен-Ю Ян — с компанией Thermo Fisher Scientific.
Предоставлено:
Медицинский колледж Бейлора