Ahhoz, hogy a kutatók megértsék egy fehérje szerepét, gyakran láthatóvá kell tenniük, vagy meg kell állapítaniuk, milyen molekulák kötődnek hozzá. A kapcsolat sokszor csak átmeneti: a felismerő molekula egy idő után leválik a fehérjéről. Ha azonban a kötődést tartós, úgynevezett kovalens kémiai kötéssé sikerül alakítani, a célfehérjére olyan jelölés kerülhet, amely később is kimutatható. A nehézség az, hogy a módosító anyag ne találomra reagáljon a környezetében lévő sok más fehérjével.
A kutatók magyarázata szerint Ebben segít a bioortogonális kémia: olyan, gondosan megválasztott reakciókat alkalmaz, amelyek biológiai környezetben is végbemehetnek, miközben csak korlátozottan avatkoznak be a sejtek természetes kémiai folyamataiba. A bioortogonális kémián belül különösen érdekesek az úgynevezett „click-to-release” (kapcsolódásra bekövetkező felszabadulás) reakciók. Ezekben két molekula találkozása egy harmadik molekularész, például egy hatóanyag felszabadulását indíthatja el. A kutatók eddig elsősorban arra figyeltek, mi szabadul fel; a folyamat közben keletkező átmeneti termékek lehetőségeit kevésbé vizsgálták.
Amikor egy kísérlet sikertelen, de közben nem várt sikert hoz
A HUN-REN TTK Szerves Kémiai Intézetében működő MTA–HUN-REN Lendület Kémiai Biológia Kutatócsoport éppen egy ilyen reakcióval kísérletezett. A cél eredetileg az volt, hogy egy fluoreszcens – vagyis fénykibocsátással kimutatható – jelölőanyag a kiszemelt fehérjéhez rögzüljön. A jelzőanyag ugyan felszabadult, de nem rögzült a várt módon a fehérjéhez. A tömegspektrometriás mérések mégis kimutattak egy másféle, tartós kémiai módosítást. Ez a meglepetés vezette el a kutatókat a valódi reakciópartnerhez.
A tetrazin és a transz-ciklooktén reakciója során egy dihidropiridazin-metidnek (DHP-metidnek) nevezett, igen reakcióképes köztitermék is keletkezik. A korábbi megfigyelések szerint ezt a víz gyorsan hatástalanítja. A magyar kutatók viszont megmutatták: ha a DHP-metid a célfehérje közvetlen közelében jön létre, a fehérje megfelelő aminosavai sikeresen versenyezhetnek a vízzel a köztitermékkel való reakcióban, így a DHP-metid tartós kovalens kötést alakíthat ki a fehérjével.
Az eljárás nem igényel fényaktiválást, ellentétben több elterjedt fehérjejelölési módszerrel.
A kutatók különböző enzimeken és más fehérjéken is igazolták az eljárást, többféle felismerő molekulával. A génműködés szabályozásában szerepet játszó BRD2 fehérje vizsgált részleténél például 62 százalékos jelölési arányt mértek.
A hozzáadott célfehérjét összetett sejtkivonatban is szelektíven tudták megjelölni, miközben számos más fehérje volt jelen. A kutatók élő sejtekben is bemutatták a működését: egy, a sejtfelszínen mesterségesen megjelenített célfehérjét jelöltek meg, majd fluoreszcens mikroszkóppal követhetővé tették. A módszer ráadásul rugalmas.
Mi értelme van ennek?
Mindez egyelőre a kutatólaboratóriumok számára jelent kézzelfogható előrelépést. A magyar kutatók eredménye azonban rávilágít a bioortogonális kémia eddig kiaknázatlan alkalmazási lehetőségeire, és új utakat nyithat a biomolekulák célzott módosítása, valamint biológiai működésük kémiai eszközökkel történő szabályozása előtt. Segíthet például annak feltérképezésében, hogy egy vizsgált molekula valóban a keresett fehérjéhez kötődik-e, hol helyezkedik el a célpont, és hogyan lehet azt újabb jelölőkkel ellátni. A kémiai biológiai kutatásban ez a gyógyszerjelöltek és célfehérjéik kapcsolatának tanulmányozását is szolgálhatja.
A tágabb kutatási terület már az orvosi alkalmazások felé is nyit: a tetrazin és a transz-ciklooktén reakcióját felhasználó, gyógyszerfelszabadításra épülő más rendszert daganatos betegek korai fázisú klinikai vizsgálatában is tanulmányoztak. A HUN-REN most bemutatott fehérjejelölési eljárása ugyanakkor még kísérleti kutatási eszköz, nem kipróbált terápia. Távlati lehetőségként olyan kettős hatású megoldások képzelhetők el, amelyek egyszerre rögzítenek tartósan egy molekulát a célfehérjéhez és szabadítanak fel egy másik, biológiailag aktív anyagot.
A kutatócsoport eredményeit a kémiai tudományok egyik vezető nemzetközi folyóirata, az Angewandte Chemie International Edition közölte.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
