کشف ساختمان سه بعدی گیرنده ی گلوکاگون، هدف کلیدی داروهای دیابت
یک گروه بین المللی از محققین درانستیتوی تحقیقاتی Scripps(TSRI)توانستند ساختمان سه بعدی اتم های گیرنده ی گلوکاگون را در انسان تعیین و آنالیز کنند.
این رسپتور بطور عمده درسلولهای کبد و کلیه یافت می شود و به تنظیم مقدار قند درخون کمک می کند. کشف ساختمان سه بعدی این گیرنده می تواند هدفی برای داروهای کنترل بیماری دیابت نوع 2 باشد.
پرفسور Fai Yiu Siuمی گوید: اطلاعات بدست آمده از این مطالعه دید کنونی ما را نسبت به طراحی داروها برای این رسپتور تغییر داده است. نتایج این تحقیق بصورت آنلاین در مجله ی Natureمنتشر گردید.
GPCRs یا G protein-coupled receptorsخانواده ی بزرگی از رسپتورهای سلولی درانسان و سایر حیوانات هستند که بیش از یک سوم از اهداف دارویی مدرن را تشکیل می دهند. داروها با تحریک یا ممانعت این رسپتورها عمل خود را در بدن انسان به انجام می رسانند. تعیین جزئیات ساختمانی این رسپتورها و چگونگی اندرکنش آنها با جزء مقابلشان یکی از اهداف اصلی تحقیقات زیستی محسوب می شود.
در طی دهه ی گذشته محققین مرکز TSRIبا تکنیک های جدید توانستند پروتئین های این گونه رسپتورهای قابل ارتجاع را تثبیت و آنها را به شکل کریستالهای جامد در آورند، زیرا با استفاده از روش کریستالوگرافی اشعه ی Xمی توانستند به جزئیات ساختمانی این رسپتورها دست یابند. ساختارهای کریستالی که قبل از این توسط محققین تعیین شده بود شامل : رسپتور آدرنرژیک B2، رسپتور آدنوزین A2A(حالت فعال و غیر فعال)، رسپتور S1P1، رسپتور کیموکین CXCR4، رسپتوردوپامین D2 ، رسپتورهیستامین H1، رسپتور kappa opioid، رسپتور nociception، رسپتور سروتونین 5HT1bو 5HT2bو رسپتور the smoothened(گروه رسپتور F) بودند، که اهداف درمانی بسیار مهمی برای بسیاری از بیماریها درانسان می باشند .
بعد از تعیین ساختار هر یک از این سیستم های رسپتوری، دانشمندان به دقت جزئیات عملکردی آنها را با روش NMRبررسی کردند تا بتوانند از عملکرد هر یک از آنها به دقت آگاه شوند.
بغیراز رسپتور class F smoothened، سایر رسپتورهای GPCRsکه ساختمان آنها تاکنون شناسایی گردیده است به دلیل شباهت ساختمانی و ویژگی های توالی پروتئینی تحت عنوان رسپتورهای class A GPCRsطبقه بندی شده اند.
چالش بیشتری برای تعیین ساختار رسپتورهای class B GPCRsاز جمله ساختمان گیرنده ی گلوکاگون و چندین ساختمان مولکولی مرتبط با آن پیش روی محققین بود.
دکتر Katritchمی گوید: این گروه از رسپتورهای GPCRsبا رسپتورهای گروه Aتفاوت زیادی دارند از آنجائیکه این رسپتورها دارای دومین های کلیدی عملکردی در خارج و داخل غشاء سلولی می باشند با گروه Aتفاوت زیادی دارد.
رسپتورگلوکاگون و رسپتورهای مرتبط مانند رسپتور GLP1و GIPکه درگروه B GPCRقرار می گیرند از جمله رسپتورهایی هستند که شناسایی ساختمان دقیق مولکولی و اتمی آنها به منظور استفاده و ابداع داروهایی برای کنترل بیماری دیابت و شباهت آنها به سایر رسپتورهایی که در اختلالات اندوکرینی و متابولیکی نقش دارند، بسیار مورد توجه می باشند.
هنگام ناشتا وقتیکه این رسپتورها با هورمون گلوکاگون فعال می شوند سبب آزاد شدن گلوکز از کبد و سایر بخش ها به جریان خون می گردند بنابراین تعدیل فعالیت گیرنده ی گلوکاگون می تواند راهی برای کنترل مقدار قند در خون باشد.
درسایر آزمایشگاهها ساختمان کریستالی دومین خارج سلولی رسپتور گلوکاگون که بخش کوچک و محلول آن است، شناسایی شده بود اما ساختمان میان غشایی جائیکه پیام به داخل سلول منتقل می شود هنوز نامشخص بود. ناحیه ی بین غشایی این رسپتور شامل 7 ساختمان فنری شکل بود که در برابر کریستاله شدن مقاومت می کرد.
بعد از کوشش های فراوان ، سرانجام دکتر Siuموفق به تولید کریستالهای با ارزشی از بخش میان غشایی این گیرنده شد. او توانست با استفاده از یک پروتئین اتصالی، مولکولها را در کنار هم ثابت کرده و از آن ساختار کریستالی تولید کند، نتیجه ی آن ساختاری با دقت 3.4آنگستروم بود که دو ویژگی کلیدی در آن مشخص بود که با آنچه در رسپتورهای A GPCRsدیده شده بود، متفاوت بود. یکی از آنها یک قسمت پایه ای شکل طویل بود که ناحیه ی بین غشایی را به خارجی ترین بخش متصل می کرد،که همان دومین یا قسمت تکمه ای شکل رسپتور است و دیگری یک کیسه یا پاکت بزرگ غیر معمول بود که در ناحیه ی بین غشایی جائیکه انتظار می رفت Nانتهایی پپتید گلوگاکون قرار داشته باشد، دیده می شد.
دکتر siuمی گوید : اگر شما بخواهید یک مولکول دارویی را داخل این پاکت براحتی قرار دهید احتمالاً نوعی بزرگتر از انواعی که معمولاً برای هدف قرار دادن رسپتور گروه Aبکار می رود را باید انتخاب کنید. بنظر می رسد داروهایی که باید برای این رسپتورهای (گروه B) بطور اختصاصی طراحی شود باید بزرگتر بوده و حتماً نباید مطابق با خصوصیاتی که معمولاً برای سایر داروها استفاده می شود، باشند.
یکی دیگر از کارهایی که دانشمندان می خواستند درمورد آن بیشتر بدانند تغییر خصوصیات اتصالی این رسپتورها با گلوکاگون درصورت جهش درچند اسیدآمینه ی آنها بود. برای این کار آنها به بررسی بیش از 100 جهش مختلف در این رسپتور پرداختند .
دانشمندان با استفاده از اطلاعات جدید بدست آمده و کارهای قبلی و بیوشیمی محاسباتی توانستند مدلی با تمام جزئیات از چگونگی عملکرد رسپتور کامل گلوکاگون ابداع کنند. دراین مدل دومین خارجی به یک انتهای پپتید گلوکاگون متصل می شود سپس انتهای دیگر پپتید گلوگاگون را وارد پاکت اتصالی بزرگ در ناحیه ی بین غشایی گیرنده می کند که موجب قفل شدن ساختمان گیرنده درمحل و تحریک فعالیت گیرنده می شود .
دکتر Stevensمی گوید: ما با استفاده از قرار دادن اطلاعات بدست آمده دراین معما در کنار هم و استفاده از آنالیز جهش های انجام شده که بخش کلیدی این مدل بود، توانستیم این مدل و نحوه ی عملکرد رسپتور را ارائه دهیم.
محققین درحال حاضر مشغول تعیین ساختمان گیرنده در زمان اتصال به گلوکاگون با دقتی بالاتر هستند. دکتر Stevensمی گوید: ساختمان گیرنده گلوکاگون پنجره ای برای درک چگونگی اتصال هورمونهای پپتیدی به این گروه از رسپتورها گشوده است و به ما در حل تعیین ساختمان رسپتورهای مرتبط کمک می کند. دانش ما درمورد رسپتورهای GPCRsهنوز بسیار جزئی است در آینده با روشهای جدید، ساختمان این رسپتور را در مراحل مختلف عملکرد آن شناسایی خواهیم کرد.
منبع: www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130717132250.htm