Jak zrozumieć wielofunkcyjne biomolekuły

Karboksypeptydaza glutaminianowa II (GCPII) jest cynkowym metaloenzymem przyłączonym do błony komórkowej i wystającym na zewnątrz komórki. Jego aktywność katalityczna jest wzbudzana za pomocą neuroprzekaźnika — glutaminianu, a jego inhibitory są znane z neurotoksyczności w stosunku do modeli zwierzęcych.

GCPII występuje również pod nazwą specyficznego dla prostaty antygenu błonowego (PSMA). Ulega on ekspresji w bardzo dużych ilościach w prostacie, przy czym w przypadku nowotworu tego narządu zwiększa się ona około 10-krotnie, czyniąc z GCPII cel zarówno obrazowania, jak i terapii. GCPII jest również związany z pewnymi typami unaczynienia guza. Jego rola w zdrowym organizmie w obszarach poza układem nerwowym jest jednak słabo wyjaśniona i skomplikowana przez istnienie podobnych molekuł.

Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt (GCPII_SYSTEM) (Design and development of novel reagents, tools, and techniques targeting human glutamate carboxypeptidases II and III) do wyjaśnienia ról GCPII i jego homologów/paralogów w stanach zdrowia i choroby.

Główny wysiłek badawczy został skupiony na identyfikacji ligandów specyficznych względem GCPII. Zespół stworzył za pomocą promieniowania rentgenowskiego 22 struktury kompleksów GCPII z małocząsteczkowymi inhibitorami (np. ligandami łączącymi się z nimi przy równoczesnym wygaszaniu jego funkcji). Prace i odkrycia zostały zaprezentowane w pięciu publikacjach w recenzowanych czasopismach naukowych. Zebrana wiedza powinna być użyteczna w strukturalnym projektowaniu leków. Porównawcze badanie przesiewowe in vitro więcej niż 50000 związków z bibliotek małych molekuł organicznych umożliwiły identyfikację większej ilości "trafień", które zostały ocenione za pomocą badań zależności struktura-aktywność.

Ostatecznie, poddano badaniom przesiewowym milion związków z wirtualnej biblioteki molekuł zwierających cynk i przetestowano in vitro około 100 z nich. Najlepsze trafienia rzeczywiście dokonywały hamowania aktywności GCPII, ukazując zdolność tej metodologii do badań przesiewowych wielu potencjalnych molekuł i dokładnej identyfikacji małego procenta tych odpowiednich.

W ramach innych prac, zespół zidentyfikował małe sztuczne białko wiążące ligandy o wysokim powinowactwie do GCPII w jego natywnej konformacji, która powinna być użyteczna w celowaniu obrazowania nowotworu prostaty. Trwające badania oceniają GCPII i podobne molekuły w różnorodnych systemach zwierzęcych, aby określić ich role w innych od nerwowego układach.

Wyniki projektu GCPII_SYSTEM wyjaśniły w dużej mierze rolę GCPII i jego analogów. Małe i duże molekuły wiążące enzymy torują drogę wykorzystania w pełni ich możliwości w celowanym obrazowaniu i terapii nowotworów.