témavezető: Szöllősi András
helyszín (magyar oldal): Semmelweis Egyetem helyszín rövidítés: SE
A kutatási téma leírása:
A „Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator” (CFTR) és a „Transient Receptor Potential Melastatin 2” (TRPM2) ioncsatornák orvosi szempontból igen releváns fehérjék, melyek számos kórélettani folyamatban szerepet játszanak. Működésük és szabályozásuk jobb megértése hozzásegíthet terápiásan is bevethető drogok megtervezéséhez.
A CFTR fehérje az egyetlen ioncsatorna az ATP-kötő (ABC) fehérjék családjában (1). A cisztikus fibrózis (CF) egy összetett, jelenleg gyógyíthatatlan kórkép, amit a CFTR klorid ioncsatorna mutációi okoznak. E mutációk rontják a fehérje stabilitását és aktivitását, így a klinikai terápiának ezt a két problémát egyszerre kell céloznia. Új stimuláló drogok azonosítása elengedhetetlen, hiszen a több évtizede tartó fejlesztés után az első klinikai gyakorlatba ültetett szer (VX-770) is csak a páciensek <5 %-ának nyújt enyhülést.
A CFTR ioncsatorna kapuzása (pórus nyitása/csukása) egy konzervált ATP kötés/hidrolízis ciklushoz (azaz nem-egyensúlyi folyamathoz) kapcsolt, de a csatolás szorossága mindmáig vitatott (2). Ez az évtizedes dilemma könnyen feloldható lenne az enzimatikus és kapuzási ciklus párhuzamos analízisével: ez a fő célkitűzésünk. A kérdés fontosságát mutatja, hogy a 3-nitrobenzoát származékok, amelyek a CF páciensek >90%-ában előforduló DeltaF08 CFTR mutáns leghatékonyabb stimulátorai, hatásukban kiaknázzák a CFTR kapuzási ciklusának nem-egyensúlyi jellegét (3). Ezen szerek meggyorsítják a kapuzási ciklust, mivel csökkentik a sebességmeghatározó lépés energia-gátját (tehát mintegy katalizátorként működnek). Ezáltal a csatorna nyitvatartási valószínűségét is növelik ("potenciátorok"). Amennyiben a pórus kapuzása és a hidrolitikus aktivitás között szoros a kapcsoltság, akkor e drogoknak a CFTR ATPáz aktivitását is serkenteniük kellene (az ABC-transzporterek szubsztrát-indukált stimulációjához hasonlóan). (i) Ezért tervezzük egy oldatban is stabil CFTR preparátum előállítását. (ii) A szolubilis (vad típusú illetve mutáns) CFTR ATPáz aktivitását a kapuzás ciklusidejével összehasonlítva meghatározhatjuk az enzimatikus és a kapuzási ciklus kapcsoltságának mértékét. Mivel a 3-nitrobenzoát származékok úgy hatnak a CFTR működésére, mint a szubsztrátok az ABC-transzporterekre, felmerül a kérdés, hogy vajon a CFTR is képes-e ezen drogok transzportjára. További (iii) célkitűzésünk ezért ennek a vegyes csatorna/transzporter aktivitásnak a vizsgálata is. A 3-nitrobenzoát származékok hatásmechanizmusának és kötőhelyének (iv) feltérképezése utat nyithat további szelektív drogok fejlesztéséhez.
A TRPM családba nyolc ioncsatorna tartozik, ezek közül a TRPM2 egy Ca2+-indukált kation csatorna, ami oxidatív stressz hatására aktiválódik (4). Fontos szerepet játszik a testhőmérséklet szabályozásában, immunsejt aktivációban és az inzulin elválasztásban. A TRPM2 egy nem szelektív kation csatorna, a pórusán keresztül beáramló Ca2+ apoptózist indukál, ami hozzájárul a stroke és miokardiális infarktus kórképéhez. Emellett a csatorna meghibásodása a Parkinzon-kórral, amiotrófiás laterálszklerózissal, illetve a bipoláris zavarral is összefüggésbe hozható (5). A TRPM2 csatorna agonistái az ADP-ribóz (ADPR), Ca2+ és foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát (PIP2). A TRPM2 egy homotetramer fehérje, melynek négy alegysége egy kálium csatornákra emlékeztető pórust, szelektivitási szűrőt és kaput ölel körbe (6). Az N-terminális oldalon egy kiterjedt, 800 aminosavnál is hosszabb citoszólikus szegmens húzódik, a fehérjelánc egy membrán-integráns részben folytatódik, végül ismét a citoszólba nyúló C-terminálisban végződik. A Ca2+ ion két transzmembrán alfa-hélix (S2-S3) találkozásánál pentakovalens módon van koordinálva. A kötőhely oldalláncaiba bevitt mutációk jelentősen csökkentik a csatorna Ca2+-iránti affinitását és nyitvatartási valószínűségét. Ez utóbbi hatás PIP2 jelenlétében sokkal enyhébb, ami arra utal, hogy a két aktiváló ligand szoros együttműködésben fejti ki hatását. Célkitűzésünk az utóbbi jelenség mechanizmusának vizsgálata biokémiai és biofizikai módszerekkel. A fehérjét jelenleg is kifejezzük a BacMAM vegyes bakulovírus-emlős expressziós rendszerben, a tisztított fehérje pedig krio-elektronmikroszkópiás szerkezet meghatározásnak (v) vethető alá (kollaboráció keretein belül) vagy funkcionálisan a lipid bilayer rendszerben (vi) vizsgálható.
Irodalom
1 Riordan J.R., Rommens J.M., Kerem B., Alon N., Rozmahel R., Grzelczak Z., Zielenski J., Lok S., Plavsic N., Chou J.L. 1989. Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science, 245:1066–1073.
2 Csanády, L.; Vergani, P.; Gadsby, D.C. Structure, Gating, and Regulation of the CFTR Anion Channel. Physiol. Rev. 2019, 99:707–738.
3 Csanády, L.; Töröcsik, B. Catalyst-like modulation of transition states for CFTR channel opening and closing: new stimulation strategy exploits nonequilibrium gating. J Gen Physiol 2014, 143:269-87
4 Szollosi, A. Two Decades of Evolution of Our Understanding of the Transient Receptor Potential Melastatin 2 (TRPM2) Cation Channel. Life (Basel) 2021, 11:397-420
5 Nilius, B.; Owsianik, G.; Voets, T.; Peters, J.A. Transient Receptor Potential Cation Channels in Disease. Physiol. Rev. 2007, 87:165–217.
6 Zhang, Z.; Tóth, B.; Szollosi, A.; Chen, J.; Csanády, L. Structure of a TRPM2 channel in complex with Ca2+ explains unique gating regulation. eLife 2018, 7, e36409.
Jelentkezési határidő: 2024-06-30
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Bejelentkezés
