به گزارش آماج، پژوهشگران مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس (Scripps Research) موفق شده‌اند یک پروتئین مصنوعی کوچک را با کمک طراحی محاسباتی ایجاد کنند که می‌تواند به بخش فرو رفته در غشای سلولیِ گیرنده ایمنی TLR4 متصل شود و از فعال‌شدن بخشی از مسیرهای التهابی جلوگیری کند. این یافته می‌تواند راهی تازه برای مطالعه و در آینده، هدف‌گیری دقیق‌تر پروتئین‌های غشایی باز کند؛ هرچند تبدیل این روش به یک درمان انسانی هنوز به تحقیقات گسترده‌تری نیاز دارد.
هدف‌گیری بخش کمتر شناخته‌شده گیرنده TLR4
گیرنده Toll-like receptor 4 یا TLR4 یکی از حسگرهای مهم سیستم ایمنی ذاتی است که در شناسایی برخی مولکول‌های مرتبط با باکتری‌ها و آغاز پاسخ ایمنی نقش دارد. فعال‌شدن این گیرنده در شرایط عادی برای مقابله با عفونت مفید است، اما فعالیت بیش‌ازحد آن با بیماری‌ها و اختلالات التهابی مختلفی از جمله سپسیس، آرتریت و بیماری التهابی روده ارتباط دارد.
با وجود اهمیت TLR4، هدف‌گیری دقیق آن دشوار است و در حال حاضر داروی مورد تأیید FDA که به‌طور اختصاصی این گیرنده را مسدود کند، وجود ندارد.
در مطالعه‌ای که در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده، پژوهشگران اسکریپس روی بخشی از TLR4 تمرکز کردند که درون غشای سلول قرار دارد. این قسمت پیش‌تر بیشتر به‌عنوان یک بخش ساختاری برای اتصال گیرنده به غشا در نظر گرفته می‌شد، اما یافته‌های جدید نشان می‌دهد که ممکن است در تنظیم سیگنال‌دهی گیرنده نیز نقش فعالی داشته باشد.
«مردم تصور می‌کردند بخش‌های TLR4 که در خارج و داخل سلول قرار دارند، محرک‌های اصلی سیگنال‌دهی هستند، اما ما نشان دادیم که بخش عبوری از غشا نیز برای این عملکرد حیاتی است.»
این توضیح را کولین مِیلی، نویسنده اول پژوهش و تحلیلگر پروژه تحقیقاتی در اسکریپس، مطرح کرده است.
وقتی بخش غشایی گیرنده، سیگنال التهاب را کاهش می‌دهد
پژوهشگران ابتدا قطعه‌ای از TLR4 را که بخش عبوری از غشا و قسمت کوچکی از ناحیه مجاور آن را شامل می‌شد، وارد سلول‌های انسانی کشت‌شده در آزمایشگاه کردند.
با استفاده از یک روش غربالگری که در آزمایشگاه مارکو مراویچ توسعه یافته و نزدیکی پروتئین‌های نشاندار به یکدیگر را با تولید سیگنال نوری نشان می‌دهد، مشخص شد این قطعات می‌توانند در غشای سلول با TLR4 ارتباط برقرار کنند.
محققان همچنین مشاهده کردند حضور این قطعات با کاهش فعالیت کلی مسیر NF-κB همراه بود؛ مسیری که یکی از مسیرهای مهم در پاسخ‌های التهابی ناشی از فعال‌شدن TLR4 محسوب می‌شود.
طراحی پروتئین با کمک رایانه
پس از این یافته، تیم تحقیقاتی تلاش کرد پروتئینی مصنوعی طراحی کند که بتواند با قدرت بیشتری به بخش غشایی TLR4 متصل شود و فعالیت آن را بیشتر تغییر دهد.
پژوهشگران ابتدا با استفاده از برنامه‌های رایانه‌ای، ساختارهای سه‌بعدی مختلفی را برای پروتئین‌های پیشنهادی تولید کردند. با این حال، مدل‌سازی پروتئین‌هایی که در محیط چرب غشای سلولی قرار می‌گیرند، همچنان دشوار است؛ زیرا ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی این محیط با محیط آبی داخل و خارج سلول تفاوت زیادی دارد.
مارکو مراویچ، یکی از پژوهشگران ارشد این پروژه، می‌گوید مدل‌های رایانه‌ای برای پیش‌بینی برهم‌کنش پروتئین‌ها در محیط‌های آبی پیشرفت زیادی کرده‌اند، اما برای پروتئین‌های غشایی هنوز محدودیت‌های قابل‌توجهی دارند.
به همین دلیل، تیم تحقیقاتی پیش‌بینی‌های رایانه‌ای را با معیارهای اختصاصی دیگری ترکیب کرد که بر بهینه‌سازی نوعی «بسته‌بندی غیرقطبی» تمرکز داشت؛ یعنی اینکه ساختارهای شیمیایی پروتئین طراحی‌شده تا چه اندازه می‌توانند در محیط چرب غشا با بخش هدف خود هماهنگ شوند.
در نهایت، پژوهشگران ۹ ساختار را که از نظر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی امیدوارکننده‌تر بودند، برای آزمایش در سلول‌های زنده انتخاب کردند. از میان این ۹ پروتئین، هشت مورد نشانه‌هایی از برهم‌کنش با TLR4 نشان دادند و سه مورد عملکرد بهتری داشتند.
پروتئین Design-6 امیدوارکننده‌ترین گزینه بود
در میان گزینه‌های آزمایش‌شده، پروتئینی با نام Design-6 قوی‌ترین شواهد از برهم‌کنش با TLR4 را نشان داد. این پروتئین همچنین نسبت به قطعات طبیعی بخش غشایی TLR4 تمایل کمتری به تجمع داشت و توانست فعالیت مسیر التهابی NF-κB را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.
به گفته مراویچ، فرضیه پژوهشگران این بود که افزایش سازگاری و فشردگی ساختارهای غیرقطبی در محیط غشایی می‌تواند به ایجاد برهم‌کنش‌های پایدارتر میان پروتئین طراحی‌شده و TLR4 منجر شود. نتایج آزمایش‌ها نشان داد این رویکرد می‌تواند برای طراحی مولکول‌هایی که درون غشای سلولی عمل می‌کنند، کاربرد داشته باشد.
تا درمان انسانی هنوز فاصله زیادی وجود دارد
با وجود نتایج امیدوارکننده، این پژوهش هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد. آزمایش‌ها در سلول‌های کلیوی جنینی انسان انجام شده‌اند؛ سلول‌هایی که برای مطالعات آزمایشگاهی مناسب هستند، اما مدل مستقیمی از بافت‌ها و بیماری‌های التهابی محسوب نمی‌شوند.
پژوهشگران تأکید دارند که برای ارزیابی واقعی این روش، باید آن را در سلول‌های مرتبط‌تر با بیماری، از جمله سلول‌های کبدی و سلول‌های سیستم ایمنی، بررسی کرد. علاوه بر این، یکی از چالش‌های مهم آینده، پیدا کردن روشی ایمن و مؤثر برای رساندن چنین پروتئین‌های مصنوعی و آب‌گریزی به غشای سلول در بدن انسان است.
بنابراین، یافته فعلی به معنای کشف یک درمان آماده برای بیماری‌های التهابی نیست. در عوض، این مطالعه نشان می‌دهد که می‌توان با ترکیب طراحی محاسباتی و زیست‌فیزیک، بخش‌های کمتر مورد توجه پروتئین‌های غشایی را هدف قرار داد و فعالیت آنها را در سطح سلولی تغییر داد.
مقاله این پژوهش با عنوان Programmed inhibition of an innate immune receptor via de novo designed transmembrane proteins در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
برای دنبال‌کردن تازه‌ترین اخبار و یافته‌های علمی، به آماج مراجعه کنید.
