Zeldzame stofwisselingsziekten - nieuwe behandelmethoden

Volgens een studie gepubliceerd in het decembernummer van Chemie en biologie, een cruciale interactie die zou kunnen leiden tot een nieuwe behandeling voor de ziekte van Fabry (een zeldzame metabole aandoening bij kinderen), is ontdekt door een onderzoeksteam onder leiding van biochemicus Scott Garman van de Universiteit van Amherst. Bovendien zullen onderzoekers andere eiwitvouwingsstoornissen, zoals de ziekte van Parkinson, Huntington en Alzheimer, begrijpen.
De ziekte van Fabry wordt veroorzaakt door het ontbreken van of het defecte alfa-galactosidase (? -GAL) enzym dat nodig is om lipiden te metaboliseren. Wanneer het enzym normaal functioneert, breekt het een olieachtig lipide af dat bekend staat als GB3 in het lysosoom (het recyclingcentrum van de cel). Personen met de ziekte hebben een mutatie in het gen dat ? -GAL bestuurt. Deze mutatie veroorzaakt onvoldoende afbraak van lipiden, wat leidt tot toxische lipidenophoping in de ogen, bloedvaten, nieren, autonoom zenuwstelsel en het cardiovasculaire systeem.
Het gemuteerde gen veroorzaakt schade door het genereren van een verkeerd gevouwen eiwit, waardoor een onstabiel, slecht functionerend ? -GAL-enzym wordt geproduceerd. Deze eiwitten worden pas actief wanneer ze worden gevouwen in precieze vormen. De enige therapie die momenteel is goedgekeurd voor lysosomale opslagstoornissen zoals Fabry, Gaucher en Pompe-ziekten door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) is enzymvervangingstherapie (ERT). ERT zuivert en vervangt beschadigde ? -GAL-enzymen, maar het is een ingewikkeld en duur proces dat door een arts moet worden uitgevoerd.
In plaats van het gemuteerde enzym te vervangen, bevindt een nieuwe behandeling voor de ziekte van Fabry, farmacologische chaperonne (PC) -therapie genaamd, zich momenteel in Fase III klinische studies. Garman legt uit:

"Het is afhankelijk van het gebruik van kleinere" chaperonne "-moleculen om eiwitten op de goede weg te houden voor een juiste vouwing, maar hun biochemische mechanisme is niet goed begrepen."

Garman en zijn team onthullen de resultaten van een uitgebreid onderzoek op atomair niveau van de biofysische en biochemische basis van twee minuscule moleculen om het enzym mogelijk te stabiliseren. Volgens Garman zou hun gebruik in farmacologische chaperonnetherapie in de toekomst aanzienlijk goedkoper kunnen zijn dan ERT en kan het oraal worden ingenomen.
Deze studie, die het begrip van een hele klas van moleculaire chaperonnes verbetert, vertoont het centrale deel van de doctoraatsthesis van Umass Amherst-student Abigail Guce. Extra leden van de studie zijn onder meer afgestudeerde studenten Jerome Rogich en Nat Clark. De National Institutes of Health ondersteunde het onderzoek.
Garman legt uit:

"De interacties waar we naar keken, zijn precies de dingen die nu in de klinische proef voorkomen." Hetzelfde concept wordt nu toegepast op andere eiwitvouwende ziekten zoals de ziekte van Parkinson en Alzheimer. "Veel medische onderzoekers proberen te voorkomen dat eiwitten zich misvormen door gebruik te maken van kleine chaperonne-moleculen. Onze studies hebben absoluut geleid tot een beter begrip van hoe dat moet. "

In het huidige rapport onderzochten Garman en het team het vermogen van twee kleine chaperonne-moleculen, 1-deoxygalactononjirimycine (DGJ) en galactose om het ? -GAL-enzym te ondersteunen, om te helpen voorkomen dat het uiteenrafeld wordt in verschillende omstandigheden, zoals verschillende pH-waarden en hoge temperaturen .
De onderzoekers ontdekten dat elke chaperonne extreem verschillende affiniteiten heeft: galactose hecht losjes aan het enzym, terwijl DGJ stevig hecht aan het ? -GAL-enzym, daarnaast verschillen DGJ en galactose in slechts twee atomaire posities.

Garman legt uit:

"Strak is beter, omdat je minder van het medicijn voor behandeling kunt gebruiken We kunnen nu de hoge potentie van DGJ, de nauwe binding ervan, aan individuele atomen verklaren."

Net als in de huidige studie, gebruikten eerdere onderzoeken röntgenkristallografie om 3D-beelden van alle atomen in het enzym te ontwikkelen om inzicht te krijgen in hoe het zijn metabole missie uitvoert. Bovendien ontdekten de Umass Amherst-wetenschappers een andere locatie voor de hechting van kleine moleculen op menselijke ? -GAL-enzymen die nog nooit eerder waren gezien.
Kristallografie op de twee chaperones verbonden aan het enzym onthulde dat slechts één interactie tussen DGJ en het enzym verantwoordelijk was voor de hoge affiniteit van DGJ voor het enzym. Bovendien toonden aanvullende tests het 11- en 12-atomige chaperonnevermogen om de grote 6.600-atomige ? -GAL te beschermen tegen achteruitgang en ontrafeling.
Voor de eerste keer dwongen de onderzoekers de DGJ losjes te hechten door een enkele wijziging in één aminozuur in het enzym aan te brengen, wat suggereert dat één atomaire interactie verantwoordelijk is voor de hoge affiniteit van DGJ.
Garman legde uit:

"Het was verrassend om te zien dat deze twee kleine moleculen die er hetzelfde uitzien erg verschillende affiniteiten hebben voor dit enzym, en we begrijpen nu waarom.De iminosuiker DGJ heeft een hoge potentie door een enkele ionische interactie met ? -GAL. studies tonen aan dat dit kleine molecuul ervoor zorgt dat het enzym niet ontvouwt, of dat het zich langzaam ontwikkelt, wat je allemaal nodig hebt bij de behandeling van ziekten. "

De volgende stap voor de onderzoekers is om de principes, experimenten en beoordelingen die ze in dit onderzoek hebben gemaakt te gebruiken voor gemuteerde enzymen bij andere menselijke ziekten om nieuwe behandelingen voor hen en verwante stoornissen te analyseren.
Geschreven door Grace Rattue