Az átalakított enzim segíthet visszafordítani a gerincvelő sérüléséből és agyvérzésből eredő károsodásokat

A Torontói Műszaki Egyetem és a Michigani Egyetem kutatócsoportja újratervezte és továbbfejlesztette egy természetes enzimet, amely ígéretet mutat az idegszövet növekedésének elősegítésében a sérülés után.

sérüléséből

Új verziójuk stabilabb, mint a természetben előforduló fehérje, és új kezelésekhez vezethet a traumás sérülés vagy agyvérzés okozta idegkárosodás megfordításához.

"A stroke a fogyatékosság legfőbb oka Kanadában és a harmadik leggyakoribb halálok" - mondja Molly Shoichet, a Torontói Egyetem mérnöki professzora, a Science Advances folyóiratban megjelent új tanulmány vezető szerzője.

"Az ilyen idegkárosodás utáni gyógyulás egyik legnagyobb kihívása a glia heg kialakulása."

Gliális heget olyan sejtek és biokémiai anyagok alkotnak, amelyek szorosan kötődnek össze a sérült ideg körül. Rövid távon ez a védőkörnyezet megvédi az idegsejteket a további sérülésektől, de hosszú távon gátolhatja az idegjavítást.

Körülbelül két évtizeddel ezelőtt a tudósok felfedezték, hogy a kondroitináz ABC néven ismert természetes enzim, amelyet a Proteus vulgaris nevű baktérium állít elő, szelektíven lebonthatja a glia hegét alkotó biomolekulák egy részét.

A sérült ideg körüli környezet megváltoztatásával kimutatták, hogy a kondroitináz ABC elősegíti az idegsejtek újranövekedését. Állatmodellekben akár elveszített funkció visszanyeréséhez is vezethet.

De az előrelépést korlátozta az a tény, hogy a kondroitináz ABC nem túl stabil azokon a helyeken, ahol a kutatók használni akarják.

"Elég stabil ahhoz a környezethez, amelyben a baktériumok élnek, de a test belsejében nagyon törékeny" - mondja Shoichet. "Egyesül, vagy összegyűlik, ami miatt elveszíti aktivitását. Ez testhőmérsékleten gyorsabban megy végbe, mint szobahőmérsékleten. Nehéz a kondroitináz ABC-t is leadni, mert érzékeny a készítményekben általában alkalmazott kémiai lebomlásra és nyíróerőkre."

Különböző csapatok, köztük a Shoichet, kísérleteztek technikákkal ennek az instabilitásnak a leküzdésére. Néhányan megpróbálták az enzimet biokompatibilis polimerekbe csomagolni, vagy nanorészecskékhez kötni, hogy megakadályozzák az aggregálódást. Mások megpróbálták lassan és fokozatosan beadni a sérült szövetekbe, hogy biztosítsák az állandó koncentrációt a sérülés helyén.

De ezek a megközelítések csupán puszta segélyek - nem foglalkoznak az instabilitás alapvető problémájával.

Legfrissebb írásában Shoichet és munkatársai új megközelítést próbáltak ki: megváltoztatták az enzim biokémiai szerkezetét egy stabilabb verzió létrehozása érdekében.

"Mint minden fehérje, a kondroitináz ABC is az aminosavaknak nevezett építőelemekből áll" - mondja Shoichet. "Számítási kémia segítségével megjósoltuk egyes építőelemek másokra történő cseréjének hatását, azzal a céllal, hogy növeljük az általános stabilitást, miközben fenntartjuk vagy javítjuk az enzim aktivitását."

"Az ötlet valószínűleg kissé őrült volt, mert akárcsak a természetben, egyetlen rossz mutáció is tönkreteheti a szerkezetet" - mondja Mathew O'Meara, a michigani egyetem számítógépes orvoslásának és bioinformatikájának professzora, és a az új lap.

"A láncban több mint 1000 lánc van, amely ezt az enzimet alkotja, és minden egyes láncszemhez 20 aminosav közül választhat" - mondja. "Túl sok választási lehetőség van mindet szimulálni."

A keresési tér szűkítéséhez a csapat számítógépes algoritmusokat alkalmazott, amelyek utánozták a valódi organizmusokban található aminosav-helyettesítések típusait. Ez a megközelítés - amelyet konszenzus-tervezésnek neveznek - az enzim mutáns formáit állítja elő, amelyek a természetben nem léteznek, de hihetően hasonlítanak az enzimekhez.

Végül a csapat az enzim három új jelöltformájával állt elő, amelyeket aztán előállítottak és teszteltek a laboratóriumban. Mindhárman stabilabbak voltak, mint a vad típus, de csak egy volt stabilabb és aktívabb, amely a lánc több mint 1000 összeköttetéséből 37 aminosav-szubsztitúciót tartalmazott.

"A vad típusú kondroitináz ABC 24 órán belül elveszíti aktivitásának nagy részét, míg az átalakított enzimünk hét napig aktív" - mondja Marian Hettiaratchi, a tanulmány másik társszerzője. A Shoichet laboratóriumának volt posztdoktori munkatársa, Hettiaratchi ma az Oregoni Egyetem Phil és Penny Knight Campusának biomérnöki professzora a tudományos hatások felgyorsításáért.

"Ez óriási különbség. Javított enzimünk várhatóan még hatékonyabban lebontja a glia hegét, mint a többi kutatócsoport által általánosan használt változat" - mondja Hettiaratchi.

A következő lépés az enzim telepítése ugyanazon típusú kísérletekbe, ahol korábban a vad típust alkalmazták.

"Amikor elkezdtük ezt a projektet, azt a tanácsot kaptuk, hogy ne próbálkozzunk, mivel olyan lenne, mintha tűt keresnénk a szénakazalban" - mondja Shoichet. "Miután megtalálta ezt a tűt, megvizsgáljuk az enzim ezen formáját a stroke és a gerincvelő sérülésének modelljeiben, hogy jobban megértsük annak terápiás lehetőségeit, akár önmagában, akár más stratégiákkal kombinálva."

Shoichet rámutat a projekt multidiszciplináris jellegére, mint a siker kulcsa.

"Kihasználhattuk a szerzők kiegészítő szaktudását, hogy megvalósítsuk ezt a projektet, és megdöbbentünk és örültünk, hogy ilyen sikeresek vagyunk" - mondja. - Ez jóval meghaladta a várakozásainkat.