Fontos fehérje szerkezetét térképezték fel magyar kutatók

Alzheimer kór számítógép illusztrációja.Egészséges neuron (balra), egy neuron amyloid plakkkokkal (sárga, középen, és egy microglia sejtek által emésztett holt neuron.

Egy számos betegségben jelentős szerepet játszó, bonyolult szerkezetű fehérje, a ROCK2 szabályozásának szerkezeti alapjait tárták fel a TTK kutatói - írja az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH) közleménye.

A Rho-asszociált protein-kináz 2 (ROCK2) egy több doménből felépülő, sok funkciót ellátó, nagy méretű fehérje, amely több hálózat részeként fontos szerepet játszik számos súlyos betegségben – többek között az Alzheimer- és a Parkinson-kórban, a neurodegenerativ és kardiovaszkuláris zavarokban, valamint a tumorsejtek proliferációjában. Mivel a ROCK-fehérjék számos élettanilag fontos szerepet is ellátnak, kinázaktivitásuk általános kinázgátló szerekkel történő direkt gátlása nem járható út a gyógyszerfejlesztésben.

Az ELKH Természettudományi Kutatóközpont kutatói Závodszky Péter professzor vezetésével sikeresen expresszálták ezt a dimert képző, nagy méretű, bonyolult fehérjét. Ez lehetővé teszi egyrészt a membránhoz kötött, hosszú és flexibilis ROCK2-fehérje oldatbeli szerkezetének a meghatározását, másrészt az allosztérikus – azaz csak egy-egy kiválasztott funkciót érintő – kötőhelyek lokalizálását és feltérképezését.

A kutatás egyik fontos eleme a funkcionális partnerfehérjékkel (RhoA, LIM-kináz 1 és 2, miozin-foszfatáz) való kölcsönhatás szerkezeti hátterének a feltárása.

A ROCK2-kináz működési mechanizmusával kapcsolatban a direkt adatok hiányában eddig csak hipotetikus szerkezeti modellek álltak rendelkezésre. A kutatók mostani munkája megmutatta, hogy a ROCK2 valójában oldatban nyújtott, illetve részlegesen feltekeredett konformációk dinamikus egyensúlyban lévő keveréke. Ez a felismerés immár szerkezeti magyarázatot ad a membránhoz közeli és a membrántól távoli funkciók közötti váltás mechanizmusára. Nyugalmi állapotban a ROCK2 az N-terminális kináz domén és a C-terminális ciszteingazdag régiók intramolekuláris kölcsönhatása révén gátolt állapotban van. A dinamikus modell szerkezeti szempontból értelmezhetővé teszi ezt az állapotot, a szubsztrátfehérjékkel (RhoA) végzett kísérletek pedig magyarázatot adnak a gátlás feloldásának a mechanizmusára.

A membránhoz kapcsolódó ROCK2 – a C-terminális szabályozó és az N-terminális kináz doménjei közötti kölcsönhatás révén – nyugalmi állapotban laza, kompakt konformációban van (a). A RhoA szabályozó fehérje kötődése a kompakt szerkezet fellazulását okozza, így az N-terminális domén eltávolodik a C-terminustól (b), lehetővé téve ezzel a membrántól távoli szubsztrátokkal való kapcsolódást, és a nyújtott állapot stabilizálását (c) Forrás: ELKH

A Nature Communications Biology című folyóiratában a közelmúltban publikált eredmények a ROCK2 működésének számos elemére adnak tehát szerkezeti magyarázatot. A kutatás jelentőségét emellett az adja, hogy az új eredmények alapján folytatódhat az a gyógyszerfejlesztés szempontjából ígéretes munka, amely a ROCK2 funkcionális partnermolekulákkal való kapcsolódást szolgáló kötőfelszíneinek lokalizálására és ezek atomi szintű feltérképezésére irányul. E kötőfelszínek szerkezetének és töltéseloszlásának ismerete módot ad szelektív, kis molekulatömegű gátlószerek tervezésére, illetve a hatásuk ellenőrzésére.

Ez azért fontos, mert lehetővé teszi, hogy a mellékhatások miatt kerülendő, általános kinázgátló szerek helyett olyan allosztérikus gyógyszereket tervezzenek a kutatók, amelyek csak a betegség szempontjából releváns fehérje–fehérje kölcsönhatásokra irányulnak.

A munka két nyomon is folytatódik: egyrészt az Alzheimer-kórban releváns, membránhoz közeli kölcsönhatások feltérképezésének és ezek gátlásának, másrészt pedig a membrántól távoli, tumorproliferációval kapcsolatos funkciók vizsgálatának irányában. A kutatócsoport számára a közelmúltban odaítélt OTKA-támogatás nagy segítséget nyújt a munka folytatásához.