Neue Behandlungsrichtung für seltene Stoffwechselkrankheiten

Ein Forscherteam um Scott Garman Biochemiker an der University of Massachusetts Amherst geführt hat, eine wichtige Interaktion in den Mittelpunkt eines vielversprechende neue Behandlung für eine seltene Stoffwechselstörung der Kindheit als Fabry-Krankheit bekannt entdeckt. Die Entdeckung wird Verständnis anderer Proteinfaltungserkrankungen , wie Alzheimer, Parkinson und Huntington- Erkrankungen zu helfen , als auch. Ergebnisse werden als Titelgeschichte in der aktuellen Ausgabe an Chemie.

Menschen mit Morbus Fabry geboren haben eine fehlerhafte Kopie eines einzelnen Gens , das für die Alpha-Galactosidase ( α - GAL) Enzym , einer der "Recycling" Maschinen der Zelle. Wenn es in der Regel führt , bricht α - GAL unten eine ölige Lipid als GB3 in Recyclingzentrum der Zelle oder Lysosomen bekannt. Aber wenn es den Leistungsanforderungen oder fehlschlägt, führen Fabry Symptome. Die Patienten können bis ins Erwachsenenalter überleben, aber die Erkrankung führt zu toxischen Lipid Aufbau in Blutgefäßen und Organen, die die Nierenfunktion beeinträchtigen oder zu Herzkrankheit , Zum Beispiel.

Das defekte Gen verursacht der Schaden durch die Herstellung einer falsch gefalteten Protein , was eine instabile , schlecht funktionierende α - GAL -Enzym. Wie Origami- Papiere werden diese Proteine ​​entfaltet, um zu beginnen und erst dann aktiv, wenn sie in präzisen Formen gefaltet. Derzeit ist eine Enzymersatztherapie (ERT) das einzige von der FDA zugelassene Therapie für solche lysosomale Speichererkrankungenwie Fabry , Pompe und Gaucher Krankheiten, aber ERT benötigt eine komplizierte und teure Verfahren zu reinigen und ersetzen Sie die beschädigten α - GAL -Enzym , und es müssen von einem Arzt verabreicht werden.

Anstatt sie zu ersetzen die beschädigte Enzym , eine alternative Route genannt pharmakologisches Chaperon (PC) Therapie ist derzeit in Phase III der klinischen Studien für Morbus Fabry . Es stützt sich auf den Einsatz kleinerer , " Chaperon " Moleküle an Proteine ​​auf dem richtigen Weg in Richtung auf eine korrekte Faltung zu halten, aber ihre biochemischen Mechanismus ist nicht gut verstanden , sagt Garman .

Nun , er und seine Kollegen berichten Ergebnisse einer gründlichen Untersuchung auf atomarer Ebene der biochemischen und biophysikalischen Grundlage von zwei kleine Moleküle für den Einsatz in der Stabilisierung der α - GAL -Enzym. Er sagt, dass ihre Verwendung in der PC -Therapie könnte eines Tages weit weniger teuer als der aktuelle Standard , ERT , und kann oral eingenommen werden.

Diese Arbeit, die Kenntnis von einer ganzen Klasse von molekularen Chaperonen verbessert , stellt das Herzstück der UMass Amherst Student Abigail Guce Doktorarbeit und wurde von den National Institutes of Health. Andere Mitglieder des Teams sind Studenten Nat Clark und Jerome Rogich .

" Die Wechselwirkungen betrachteten wir sind genau die Dinge, die in der klinischen Prüfung auftretende Moment ", sagt Garman . Ferner bedeutet " das gleiche Konzept wird nun auch auf andere Proteinfaltungskrankheiten wie Parkinson und angewendet Alzheimer-Krankheit . Viele medizinische Forscher versuchen, die Fehlfaltung von Proteinen aus mit Hilfe kleiner Chaperon -Moleküle zu halten. Unsere Studien haben auf jeden Fall die erweiterte Verständnis davon, wie das zu tun. "

In ihrem gegenwärtigen Papier Garman und Kollegen Vergleichen der Fähigkeit von zwei kleinen Chaperon -Moleküle , Galactose und 1- deoxygalactononjirimycin ( DGJ ), um die α - GAL -Protein zu stabilisieren, um es zu wider Entfaltung unter verschiedenen Bedingungen , wie hohe Temperatur und unterschiedlichen pH-Werten .

Sie fanden heraus, dass jede Chaperon hat sehr unterschiedliche Affinitäten : DGJ bindet fest und Galactose bindet locker an das α - GAL , doch sind sie in nur zwei Atomlagen abweichen. "Tight ist besser , weil man weniger Medikament zur Behandlung zu verwenden ", sagt Garman . "Wir können jetzt DGJ die hohe Wirksamkeit zu erklären , seine enge Bindung , bis hin zu einzelnen Atomen . "

In früheren Studien , wie in der aktuellen Arbeit , verwendet die UMass Amherst Team ihre besondere Expertise in der Röntgenkristallographie , um dreidimensionale Bilder aller Atome in dem Protein zu schaffen, um zu verstehen, wie es führt seine Stoffwechsel Mission. Sie stellte außerdem eine neue Bindungsstelle für kleine Moleküle auf die menschliche α - GAL , die nie zuvor beobachtet worden war.

Kristallographie an den beiden Chaperone zu der α - GAL Enzym gebunden zeigte, dass eine einzelne Interaktion zwischen dem Enzym und DGJ war DGJ hohe Affinität für das Enzym verantwortlich. Andere Experimente zeigten auch die Fähigkeit der 11- und der 12- Atom Chaperone , um die große , 6.600 Atom α - GAL von Entfaltung und Abbau zu schützen .

Zum ersten Mal durch eine einzige Änderung in einer Aminosäure, die in Proteinen, die sie gezwungen DGJ zu schwach zu binden, was anzeigt, dass eine atomare Wechselwirkung ist DGJ hohe Affinität verantwortlich.

" Es war überraschend , diese beiden kleinen Molekülen, die sehr ähnlich aussehen zu finden sehr unterschiedliche Affinitäten für dieses Enzym ", sagt Garman , " und jetzt verstehen wir, warum . Die Iminozucker DGJ hat eine hohe Wirksamkeit durch eine einzelne ionische Wechselwirkung mit α- GAL . Insgesamt zeigen unsere Studien , dass dieses kleine Molekül hält das Enzym aus entfaltet , oder , wenn es sich entwickelt , kommt der Prozess langsamer , die Sie alle in der Behandlung von Krankheiten brauchen. "

Die UMass Amherst Team plant, nächstes benutzen Sie die Grundlagen, Tests und Experimente sie hier entwickelt auf Enzyme in anderen menschlichen Krankheiten defekt zu neuen Therapien für sie und verwandten Erkrankungen zu untersuchen.