Zielgerichtete CCR2: Ein neuer Ansatz in der Immuntherapie
Die Forschung schreitet voran, um Medikamente zu entwickeln, die CCR2 anvisieren, um die Gesundheit zu verbessern.
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Inhaltsverzeichnis
Das menschliche Immunsystem ist eine Sammlung von Zellen, die zusammenarbeiten, um den Körper vor Schäden wie Verletzungen und Infektionen zu schützen. Manchmal funktioniert dieses System aber nicht richtig, was zu Problemen wie Entzündungen und Autoimmunerkrankungen führen kann.
Rolle der Chemokinrezeptoren
Chemokinrezeptoren sind spezielle Proteine auf der Oberfläche von Zellen, die helfen, Immunzellen dorthin zu lenken, wo sie gebraucht werden, wie zum Beispiel in verletzten oder infizierten Gebieten. Diese Rezeptoren interagieren mit Molekülen, die Chemokine heissen, und signalisieren den Immunzellen, sich zu bewegen.
Insbesondere zwei wichtige Rezeptoren, CCR2 und CCR5, haben Aufmerksamkeit als potenzielle Ziele für neue Medikamente auf sich gezogen. Diese Rezeptoren spielen eine Rolle bei verschiedenen Gesundheitsproblemen, einschliesslich Krebs und Herzkrankheiten. Studien haben gezeigt, dass das Blockieren von CCR2 bei Erkrankungen wie Herzkrankheiten, Diabetes und Arthritis vorteilhaft sein kann.
Entwicklung von CCR2-Inhibitoren
Im Laufe der Jahre haben viele Forscher daran gearbeitet, Medikamente zu entwickeln, die CCR2 und ähnliche Rezeptoren blockieren können. Tausende potenzieller Medikamente wurden entwickelt, aber viele haben in frühen klinischen Studien nicht gut funktioniert, und bisher wurde keines zur Anwendung zugelassen. Die Herausforderungen liegen darin, wie diese Medikamente mit dem Körper interagieren und wie lange sie im System bleiben müssen, um effektiv zu wirken.
Probleme mit CCR2-Arzneimitteln
Ein Problem bei Medikamenten, die CCR2 anvisieren, ist, dass sie oft nicht lange genug im Körper wirksam bleiben. Damit ein Medikament richtig wirkt, muss es den Rezeptor lange blockiert halten. Das ist schwierig, weil CCR2 eng mit Chemokinen zusammenarbeitet, die eine starke Anziehung zum Rezeptor haben.
Wenn bestimmte Medikamente verwendet werden, um CCR2 zu blockieren, kann das zu einem Anstieg von CCL2 führen, einem Chemokin, das sich an CCR2 bindet. Dieser Anstieg kann die Immunreaktion verwirren und möglicherweise die Wirkung des Medikaments schwächen.
Die Bedeutung der Selektivität
Ein weiteres Hindernis bei der Entwicklung effektiver Medikamente ist, dass CCR2 in verschiedenen Spezies, wie Menschen und Mäusen, sehr ähnlich sein kann. Das macht es schwer, ein Medikament zu entwickeln, das in einer Spezies gut wirkt, während es auch in einer anderen effektiv ist. In vielen Fällen übertragen sich vielversprechende Ergebnisse in Mäusen nicht gut auf klinische Studien am Menschen.
Fortschritte in der Wirkstoffdesign-Technik
Um bessere Medikamente zu entwickeln, wenden sich Forscher fortschrittlichen Techniken wie dem strukturbasierten Wirkstoffdesign (SBDD) zu. Diese Methode umfasst das Verständnis der Formen und Interaktionen der Rezeptoren auf molekularer Ebene. Durch den Einsatz von Computermodellen können Wissenschaftler vorhersagen, wie neue Medikamente an diese Rezeptoren binden und wie effektiv sie bei der Behandlung von Krankheiten sein können.
Kürzlich wurden die Strukturen von CCR2 genau untersucht, um zu beobachten, wie verschiedene Medikamente an den Rezeptor binden. Diese Forschung hat dazu beigetragen, Licht darauf zu werfen, wie man effektivere Medikamente herstellen kann.
Die Suche nach besseren Antagonisten
In der Suche nach besseren CCR2-Antagonisten haben Wissenschaftler verschiedene Modelle des Rezeptors erstellt, um zu sehen, wie verschiedene Verbindungen damit interagieren. Durch das Verständnis dieser Interaktionen auf detaillierter Ebene können Forscher Verbindungen entwickeln, die effektiver und selektiver an CCR2 binden.
Identifikation wichtiger Interaktionen
Wissenschaftler haben verschiedene Medikamente und deren Interaktionen mit CCR2 analysiert. Sie fanden heraus, dass alle effektiven Medikamente bestimmte Bindungsmuster gemeinsam hatten. Sie erkannten die Bedeutung spezifischer Aminosäuren im Rezeptor, die für die Wechselwirkung mit dem Medikament entscheidend waren. Diese Erkenntnisse leiten die Entwicklung neuer Medikamente, die CCR2 erfolgreicher anvisieren können.
Die Notwendigkeit von Flexibilität im Arzneimitteldesign
Flexibilität im Arzneimitteldesign ist ebenfalls wichtig. Forscher haben festgestellt, dass sich die Form des Rezeptors je nach Aktivitätszustand ändern kann. Das bedeutet, dass Medikamente möglicherweise angepasst werden müssen, um in beiden Zuständen gut zu passen. Durch die Kombination experimenteller und computergestützter Ansätze können Forscher verbindungsähnliche Verbindungen entwickeln, die sich gut an die Form des Rezeptors anpassen.
Zukünftige Richtungen
Zukünftig konzentrieren sich die Forscher darauf, das Verständnis der CCR2-Interaktionen zu vertiefen, um das Arzneimitteldesign zu verfeinern. Sie wollen Verbindungen entwickeln, die die unerwünschten Effekte in früheren Arzneimittelstudien wirksam minimieren und gleichzeitig die therapeutische Wirkung erhöhen.
Fazit
Der Weg zu effektiven Arzneimitteln, die CCR2 anvisieren, ist herausfordernd, aber vielversprechend. Indem sie die Geheimnisse des Wirkens dieser Rezeptoren entschlüsseln und neue Wege zur Gestaltung von Verbindungen finden, machen Wissenschaftler Fortschritte bei der Entwicklung besserer Behandlungen für eine Vielzahl von Krankheiten, die mit der Immunfunktion zusammenhängen. Während die Forschung weitergeht, könnten wir bald neue Therapien sehen, die CCR2 gezielt ansprechen und die Gesundheitsergebnisse verbessern.
Titel: Molecular determinants of antagonist interactions with chemokine receptors CCR2 and CCR5
Zusammenfassung: By driving monocyte chemotaxis, the chemokine receptor CCR2 shapes inflammatory responses and the formation of tumor microenvironments. This makes it a promising target in inflammation and immuno-oncology; however, despite extensive efforts, there are no FDA-approved CCR2-targeting therapeutics. Cited challenges include the redundancy of the chemokine system, suboptimal properties of compound candidates, and species differences that confound the translation of results from animals to humans. Structure-based drug design can rationalize and accelerate the discovery and optimization of CCR2 antagonists to address these challenges. The prerequisites for such efforts include an atomic-level understanding of the molecular determinants of action of existing antagonists. In this study, using molecular docking and artificial-intelligence-powered compound library screening, we uncover the structural principles of small molecule antagonism and selectivity towards CCR2 and its sister receptor CCR5. CCR2 orthosteric inhibitors are shown to universally occupy an inactive-state-specific tunnel between receptor helices 1 and 7; we also discover an unexpected role for an extra-helical groove accessible through this tunnel, suggesting its potential as a new targetable interface for CCR2 and CCR5 modulation. By contrast, only shape complementarity and limited helix 8 hydrogen bonding govern the binding of various chemotypes of allosteric antagonists. CCR2 residues S1012.63 and V2446.36 are implicated as determinants of CCR2/CCR5 and human/mouse orthosteric and allosteric antagonist selectivity, respectively, and the role of S1012.63 is corroborated through experimental gain-of-function mutagenesis. We establish a critical role of induced fit in antagonist recognition, reveal strong chemotype selectivity of existing structures, and demonstrate the high predictive potential of a new deep-learning-based compound scoring function. Finally, this study expands the available CCR2 structural landscape with computationally generated chemotype-specific models well-suited for structure-based antagonist design.
Autoren: Irina Kufareva, J. R. D. Dawson, G. M. Wadman, P. Zhang, A. J. Tebben, P. H. Carter, S. Gu, T. Shroka, L. Borrega-Roman, C. Salanga, T. M. Handel
Letzte Aktualisierung: 2024-02-12 00:00:00
Sprache: English
Quell-URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.11.15.567150
Quell-PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.11.15.567150.full.pdf
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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