استراتژی جدید بر پایه ی استفاده از آنتی بادی ، روش جدید درمان  دیابت و چاقی

گروهی از محققین آزمایشگاه cold spring Harbor به سرپرستی پرفسورTonks راهی را برای غلبه بر یکی از موانع تکنیکی اصلی جلوگیری کننده از تأثیر داروهای جدید بر یک هدف درمانی مهم از دیابت و چاقی ارائه دادند.

این هدف درمانی آنزیمی است به نام PTP1B که در سال 1988 پرفسور Tonks آنرا کشف کرده بود و مدتها است که به عنوان یک عامل مهم در مسیر پیام رسانی درون سلول که مسئول تنظیم پاسخ به انسولین است، شناخته شده است.

 انسولین هورمونی است که متابولیسم کربوهیدرات و چربی را از طریق تحریک سلول تنظیم می کند.انسولین به خصوص در کبد و ماهیچه ها به منظور جذب گلوکز از جریان خون و ذخیره ی آن برای استفاده ی بعدی بسیار مهم است.

انسولین تأثیراتش را با اتصال به یک گیرنده  بروی سطح سلول اعمال می کند . این رسپتور سپس سبب تحریک یک آبشار پیام رسانی می شود که در واکنش های شیمیایی پیاپی که در آنها فسفات به پروتئین هدف بوسیله ی آنزیم های کیناز اضافه می شود، دخالت می کند. در حقیقت رسپتورانسولین خودش یک کیناز است که سبب فسفریله شدن دنباله ی تیروزین در پروتئین های هدف می شود. فسفوریلاسیون یک اسید آمینه در پروتئین های هدف به عنوان سوئیچ کنترل فعالیت است، به این ترتیب تأثیر انسولین به ماشین سلولی منتقل می گردد.

تأثیرات رسپتور انسولین توسط گروهی از آنزیم ها بنام PTP1B یا protein tyrosine phosphatase ممانعت می شود. این آنزیمها فسفات را از دنباله ی تیروزین در پروتئینها جدا میکنند. یکی از اجزاء مهم تنظیم پیام رسانی انسولین،آنزیم فسفاتاز PTP1B می باشد.

در دیابت نوع 2 که شایعترین فرم این بیماری است مقاومت به انسولین مشاهده می شود. در مرحله ی بیماری، مولکول انسولین به سلول متصل می شود اما مکانیزم سلولی که پیام انسولین را به داخل سلول می رساند درست کار نمی کند. به همین علت است که دادن انسولین بیشتر به بیمار مشکل را حل نمی کند. آنچه برای حل این مشکل لازم است تحریک پیام رسانی انسولین به داخل سلول است تا فسفوریلاسیون های پیاپی که حاصل اتصال انسولین به رسپتور روی سلول است، انجام شود.

بیش از یک دهه است که دانشمندان می دانند زمانی که تولید PTP1B در موش را بوسیله ی دستکاری ژنتیکی متوقف کنیم، موش حتی با رژیم های حاوی کربوهیدرات  و چربی زیاد چاق نمی شود. نکته ی مهم این است که در این موشها حساسیت به انسولین افزایش می یابد و این موشها هرگز به دیابت مبتلا نمی شوند. این موضوع نشان می دهد که ساخت دارویی مشابه ممانعت کننده ی PTP1B می تواند را ه موثری برای درمان موشهای دیابتی مقاوم به انسولین باشد.

موضوع اصلی در مورد تولید این دارو چگونگی خاموش کردن PTP1B در انسان بطور اختصاصی در مسیر پیام رسانی انسولین است. خاموش کردن ژن در انسان حتی در سلولهای خاص یا به صورت سیستمیک با تکنولوژی های فعلی امکان پذیر نیست . از این گذشته موانع متعددی دانشمندان را از ممانعت PTP1B بصورت بیوشیمیایی با مولکولهای کوچک دارو منصرف می کند.

مطالعات قبلی آزمایشگاه پرفسور Tonks و همکارش پرفسور Barford ساختار سه بعدی PTP1B را آشکار نمود. از روی ساختار این پروتئین آنها متوجه شدند که جایگاه فعال آنزیم (مکانی بروی مولکول که  جدا شدن فسفات از سوبسترای هدف در آن کاتالیز می شود) یک شکاف عمیق است.

به گفته ی دکتر Tonks: استراتژی استاندارد طراحی دارو این است که مولکولی تولید کنیم که جایگاه فعال آنزیم را بلاک کرده و بدین وسیله  از فعالیت آنزیم جلوگیری کند. اما طراحی چنین دارویی به دلیل عمق جایگاه فعال آنزیم و وجود بار الکتریکی موجود در آن چالش بزرگی است، بنابراین هر مولکول کوچکی که بخواهد کاملاً جایگاه فعال را پرکند، باید شدیداً باردار باشد. بهمین علت عبور چنین مولکولی از غشاء سلول ممکن نیست و این موضوع سبب می شود تولید دارو با مشکل و محدودیت مواجه شود.

درحال حاضر دکتر Tonks و گروهش روشی را برای رفع بعضی موانع جانبی ساخت داروی ممانعت کننده ی PTP1B یافته اند. این روش در مقاله ای که در ژورنال Cell(29، سپتامبر، 2011) به چاپ رسید، شرح داده شده است.

دکتر Tonks می گوید: در مقایسه با راندن یک ماشین ، زمانیکه انسولین به رسپتورش بروی  سطح سلول متصل می شود فعال شدن آنزیم کیناز وقایع فسفوریلاسیون بعدی را به راه می اندازد که همانند فشار دادن بروی پدال گاز است و بعد از آن پاسخ ، حرکت به جلو است، اگر چه در سلول وجود فسفاتاز فعال به معنی این است که سلول همچنین پایش بروی ترمز است زیرا آنزیم هایی مانند PTP1B فرآیندهای فسفوریلاسیون پیاپی را کُند می کنند. طبیعت با تعبیه ی یک مکانیزم عالی این تأثیرات رقابتی را با ظرافت تنظیم و هماهنگ کرده است.

 یکی از پاسخ های سلول به انسولین دخالت در تولید مقادیر کمی از مولکولی است که ما تصور می کنیم بسیار تخریب کننده باشد، یعنی پراکسید ئیدروژن (H₂O₂). تحت شرایط تنظیم شده بسیار دقیقی در پیام رسانی انسولین ، H₂O₂ تأثیرات سود بخشی را در سلول ایفاء می کند.

گروه تحقیقاتی دکتر Tonks قبلاً نقش H₂O₂ را در این آبشار مشخص کردند. H₂O₂ با حرکت به درون شکاف جایگاه فعال آنزیم واکسید کردن یک اسید آمینه ی خاص، " یک سیستئین خاص که برای فعالیت آنزیم PTP1B ضروری است" فعالیت فسفاتازی آنرا خاموش می کند. به این ترتیب با اکسید اسیون PTP1B بدنبال تحریک انسولین، فعالیت فسفاتاز موقتاً متوقف می شود و توانایی آنزیم برای خاموش نگه داشتن مسیر پیام رسانی انسولین موقتاً از بین می رود و بنابراین به سلول اجازه داده می شود پایش را از روی ترمزبردارد.

نهایتاً آنزیم PTP1B مجدداً احیاء شده و فعالیت خودش را باز می یابد و بنابراین پاسخ پیام رسانی به انسولین پایان می پذیرد و سیستم به حالت اولیه و پایه ی خود بر می گردد.

این سوال پیش می آید که آیا ممکن است فرم اکسید شده ی آنزیم PTP1B را به صورتی پایدار نمود تا فعالیت فسفاتازی آن متوقف شود وبدین ترتیب به سلول اجازه داده شود که پاسخ پیام رسانی قویتر وطولانی تری به انسولین که درحال حاضر نسبت به آن مقاوم شده است (در افراد دیابتی) بدهد؟

دیدگاه کلیدی دکتر Tonks و گروهش این بود که اکسید اسیون تغییرات عمیقی را در ساختار یا شکل مولکول PTP1B ایجاد می کند که سبب باز ماندن دهانه ی فعال آنزیم شده و سبب می شود اجزاء اصلی دهانه ی فعال بر روی سطح پروتئین قرار گیرند. این تغییرات ساختمانی عمیق درمولکول PTP1B سبب ایجاد فرم غیر فعال آنزیم می شود که در این حالت خصوصیت مشکل زایی باردار بودن دهانه ی فعال آن کلاً برطرف می شود واین امکان برای داروها بمنظور اتصال به جایگاه فعال آنزیم که در فرم فعال آنزیم امکان پذیر نبود، ایجاد می شود.

گزارش آزمایشاتی که در مقاله ی منتشر شده در مجله ی cell آمده است توسط Aftabul Haque دانشجوی فارغ التحصیل آزمایشگاه دکتر Tonks از برنامه ی MCB در دانشگاه stony Brook ارائه شد. گروه تحقیقاتی دکتر Tonks استراتژیی را طراحی نمودند که در آن موفق به تولید آنتی بادیهای ریکامبیننتی شدند که قادر به شناسایی اختصاصی این فرم اکسید شده ی غیر فعال آنزیم PTP1B بودند. با تولید این آنتی بادی در سلول، این آنتی بادیهای ری کامبیننت بطور اختصاصی آنزیم PTP1B  را که در پاسخ به انسولین بفرم اکسید شده در می آید، یافته و به آن متصل می شوند و آنرا به فرم اکسید شده پایدار می نمایند. بخش مهم این موضوع ، بیان این آنتی بادیها در بدن است که نتیجه ی آن پاسخ قویتر و طولانی تر به سیگنال انسولین می باشد.

یک مشکل تکنیکی اصلی هنوز باقی است. اگر چه این آنتی بادیها توانایی تحریک سیگنال انسولین را دارند ، اما بسیار مشکل است که این آنتی بادیها را به عنوان دارو با بیوتکنولوژی فعلی به داخل سلول رسانید.

اگر چه درمانهایی با آنتی بادی برای بسیاری از بیماریها وجود دارد اما همه ی آنها از طریق تزریق، وارد بدن شده وبه رسپتور مربوطه بر روی سلول هدف می رسند. بنابراین اگر این دیدگاه جدید درمورد هدف قرار دادن PTP1B عملی شود، یک مولکول کوچک باید پیدا کرد که دارای همان تأثیر آنتی در شناسایی فرم اکسید شده ی PTP1B و پایدار نمودن فرم اکسید شده باشد تحقیقات برای یافتن چنین مولکولی هم اکنون آغاز شده است.

منبع: www. sciencedaily.com