22 اکتبر 2023 - در مطالعه ای که در Scientific Reports منتشر شد، محققان سه آگونیست کایمریک گیرنده پپتید 1 شبه گلوکاگون(GLP-1) را با هم ادغامکردند: آنها GLP-1 بومی و دو نوع GLP-1 جهش یافته مقاوم به پروتئاز را با پروتئین تکراریankyrin  طراحی شده(DARPin)، که به آلبومین سرم انسانی(HSA) متصل می شود، ادغام و با آنالیز محاسباتی بررسی کردند. آنها دریافتند که این پروتئین ها که به روش فیوژن یا همجوشی تولید شده اند، پایدار هستند و عملکردی موثر و طولانی مدتی دارند، و میل ترکیبی بالای آنها برای گیرنده GLP-1 و آلبومین سرم انسانی، آنها را به کاندیدای بالقوه ای برای درمان دیابت نوع 2 تبدیل می کند.

زمینه

اگرچه روش‌های درمانی مختلفی از جمله اصلاح رژیم غذایی و سبک زندگی، داروهای ضد دیابت و انسولین، برای درمان دیابت نوع 2 در دسترس هستند، اما کنترل قند خون در افراد مبتلا به دیابت ضعیف است، بنابراین همچنان نیاز به گزینه‌های درمانی جدید وجود دارد.

آگونیست گیرنده پپتید 1 شبه گلوکاگونو آنالوگ های آن نتایج امیدوارکننده ای را در درمان دیابت نوع 2در سال های اخیر نشان داده اند. با این حال، کاربرد درمانی آنها به دلیل نیمه عمر فیزیولوژیکی کوتاه آنها- کمتر از دو دقیقه- محدود است. بنابراین، نیاز به ایجاد آگونیست‌های گیرنده GLP-1 با اثر طولانی وجود دارد که در برابر تخریب پروتئولیتیک و کلیرانس کلیوی مقاومت کنند.

هدف پژوهشگران در مطالعه حاضر رفع این نیاز با ادغام GLP-1 بومی و GLP-1جهش‌یافته‌های مقاوم به پروتئاز، با پروتئین DARPin- پروتئین متصل‌ شونده به آلبومین سرم انسانی- برای افزایش نیمه‌عمر این مولکول ها بود. این پروتئین ها در سیلیکو[1] مورد مطالعه قرار گرفتند تا پایداری، عملکرد و میل ترکیبی آنها نسبت به اهداف خاص ارزیابی شود.خواندن ادامه ی این مقاله را به متخصصان علم بیوشیمی و بیولوژی محاسباتی توصیه می کنیم.

در مورد این مطالعه

برای جلوگیری از شناسایی و تخریب GLP-1 توسط تریپسین یا دی پپتیدیل پپتیداز4(DPP-IV)، محققان دو پروتئین جهش یافته ی GLP-1 مقاوم به پروتئاز (mGLP-1) را با جایگزینی اسیدهای آمینه خاص در توالیGLP-1 ، ایجاد نمودند.

آگونیست گیرنده پپتید 1 شبه گلوکاگونبومی (nGLP-1)و مولکول‌های mGLP-1 هر کدام از طریق مهندسی ژنتیک با استفاده از یک اتصال دهنده ی مارپیچی سفت و سخت با N ترمینال DARPin ترکیب شدند تا سه پروتئین فیوژن یا همجوشی شامل: nGLP-1-DARPin، mGLP-1-DARPin-1 وmGLP-1-DARPin-2 ایجاد گردد. اتصال دهنده سفت و سخت به حفظ فاصله بین دومین های پروتئین کمک می کند و در نتیجه عملکردهای بیولوژیکی هر یک از آنها را حفظ می کند. پروتئین های همجوشی از 168 اسید آمینه ساخته شده اند که توسط 504 نوکلئوتید کدگذاری می شوند.

خواص فیزیکی و شیمیایی پروتئین های همجوشی، از جمله فرمول مولکولی، وزن مولکولی، تعداد باقیمانده های باردار، هیدروپاتی متوسط بزرگ، شاخص آلیفاتیک و شاخص ناپایداری، با استفاده از سرور Expasy ProtParam تعیین شد. در حالی که ساختارهای ثانویه پروتئین‌های همجوشی با استفاده از سرورهایSOPMA و PORTER پیش‌بینی شده بودند، ساختار سه بعدی(3D) آنها با استفاده از سرور trRosetta مدل‌سازی شد.

ساختارهای پیش‌بینی‌شده با استفاده از نمودارRamachandran، ERRAT و وب سرور ProSA اعتبارسنجی شدند. حلالیت پروتئین ها با استفاده از وب سرور Protein-Sol ارزیابی شد.

رفتار دینامیکی سه پروتئین فیوژن، با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) به مدت 500 نانوثانیه(ns) با استفاده از ابزار GROMACS مورد مطالعه قرار گرفت. برای درک میل پروتئین ها به دامنه خارج سلولی HSA و GLP-1، شبیه سازی های اتصال پروتئین-پروتئین با استفاده از سرور ClusPro 2.0 انجام شد. افینیتی تخمین زده شده اتصال به HSA برای این پروتئین ها به عنوان شاخص نیمه عمر طولانی و کلیرانس کلیوی آهسته تر استفاده شد.

یافته های این مطالعه

وزن مولکولی پروتئین های فیوژن حدود 17.5 کیلو دالتون برآورد شد. مولکول ها در اسیدهای آمینه با بار منفی غنی شدند همانطور که با نقطه ایزوالکتریک آنها نشان داده شد.

شاخص بی‌ثباتی و شاخص آلیفاتیک پروتئین‌ها نشان‌دهنده پایداری و پایداری حرارتی آنها بود. نمرات حلالیت و هیدروپاتی پروتئین ها نشان می دهد که آنها پس از بیان، محلول هستند. همانطور که توسط نتایج سرور ToxDL نشان داده شد، هیچ یک از پروتئین های فیوژن، پتانسیل سمی ندارند.

پروتئین ها در درجه اول از مارپیچ های آلفا و رندوم کویل ها تشکیل شده بودند، در حالی که بتا ترن ها و رشته های گسترده در آنها وجود نداشت. تجزیه و تحلیل ساختاری مبتنی بر تشدید مغناطیسی هسته ای(NMR)  نشان داد که اتصال دهنده ی سخت مورد استفاده برای همجوشی، ساختار یا عملکرد بیولوژیکی پروتئین های همجوشی را همانطور که توسط ابزار مدل سازی سه بعدی پیش بینی شده بود، تغییر نمی دهد. نتایج حاصل از نمودارRamachandran، سرور ERRAT و سرور ProSA نشان می‌دهد که کیفیت مدل‌های سه بعدی پیش‌بینی‌شده خوب و قابل مقایسه با پروتئین‌های بومی بود.

پایداری پروتئین nGLP-1-DARPin نسبتاً کمتر از پروتئین های جهش یافته بود. در حالی که بخشGLP-1  ساختارها منعطف ترین منطقه بود، هر سه پروتئین پایدار و فشرده باقی ماندند و در عین حال فعالیت بیولوژیکی خود را نیز در سراسر شبیه سازیMD ، حفظ کردند.

مطالعات میل اتصال با استفاده از اتصال مولکولی نشان داد که پروتئین های همجوشی توانایی اتصال به گیرنده GLP-1 و همچنین HSA را حفظ می کنند. با این حال، آنها تمایل بیشتری به HSA نسبت به گیرندهGLP-1 نشان دادند.

این مطالعه استفاده از پروتئین‌های اتصال‌دهنده به آلبومین را به‌جای آلبومین، به‌عنوان شرکای همجوشی برای کاهش هزینه ی تولید و بهبود ایمنی پروتئین فیوژن در حالی که نیمه عمر فیزیولوژیکی آن را طولانی‌تر می‌کند، برجسته کرد.

مطالعه حاضر همچنین کاربرد رویکردهای محاسباتی و ابزارهای بیوانفورماتیکی در دسترس را در کاهش هزینه و زمان مطالعات تجربی آینده و در عین حال بهبود میزان موفقیت آنها نشان داد.

نتیجه گیری

پروتئین های کایمریک طولانی مدت و مقاوم به پروتئاز که در این مطالعه مهندسی شده اند، می توانند به طور بالقوه برای درمان های آینده ی بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 توسعه یابند. برای تایید این یافته ها تحقیقات تجربی و بالینی بیشتری مورد نیاز است.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20231022/Novel-GLP-1-receptor-agonists-offer-hope-for-long-lasting-diabetes-treatment.aspx