Composti a controllo luminoso trasformano la ricerca sui canali TRPC

Il corpo umano ha 27 tipi di proteine conosciute come proteine del Potenziale Recettore Transitorio (TRP). Queste proteine possono unirsi per formare canali che permettono agli ioni di entrare ed uscire dalle cellule. Diversi canali TRP hanno varie funzioni a seconda di dove si trovano nel corpo. Aiutano a percepire cose come temperatura e sostanze chimiche, oltre a mantenere l'equilibrio minerale nelle cellule.

Alcuni canali TRP, come TRPV1, TRPM8 e TRPA1, sono famosi per i loro ruoli nella percezione del calore, del freddo e di alcune sostanze chimiche. Tuttavia, molti altri canali TRP hanno ancora funzioni poco chiare, anche se potrebbero essere collegati a certe malattie. Per questo motivo, i ricercatori sono interessati a questi canali come potenziali obiettivi per nuovi trattamenti.

#Importanza dei Canali TRPC

Un gruppo specifico di canali TRP è chiamato TRPC, che sta per canali TRP Canonici. I canali TRPC non sono selettivi e permettono il passaggio di ioni di sodio e Calcio. Tra questi, TRPC4 e TRPC5 sono due canali particolarmente importanti perché si trovano principalmente nel cervello, nell'intestino e nei reni. Questi canali sono collegati a varie funzioni, inclusa la percezione del dolore, la segnalazione riproduttiva, l'ansia, la depressione, le malattie renali e la digestione. Recenti ricerche hanno anche suggerito che la perdita di TRPC5 potrebbe essere legata alla depressione post-partum e all'obesità.

TRPC4 e TRPC5 possono formare canali da soli o con altre proteine TRP, come TRPC1, rendendoli versatili nella loro funzione.

#Sfide e Avanzamenti nella Ricerca

Inizialmente, i ricercatori hanno scoperto TRPC4 e TRPC5 studiando topi a cui erano stati rimossi questi canali. Questo è stato principalmente perché strumenti specifici per studiare questi canali non erano disponibili. Recentemente sono stati sviluppati composti chimici che possono modulare TRPC4 e TRPC5. Uno dei primi composti identificati è stato un prodotto naturale chiamato (-)-Englerin A, che attiva TRPC1, 4 e 5.

Tuttavia, studiare i canali TRP può essere complicato perché le loro funzioni dipendono sia da dove si trovano nel corpo che da quanto a lungo sono attivi. I ricercatori hanno scoperto che strumenti controllabili dalla luce sono particolarmente utili per studiare i canali TRP, poiché consentono agli scienziati di controllare l'attività di queste proteine con alta precisione nel tempo e nello spazio.

#Strumenti Controllati dalla Luce per gli Studi TRP

Sono stati sviluppati diversi composti controllati dalla luce, noti come ligandi fotoswitchabili, per vari canali TRP. Ad esempio, gli azo-capsaicini per TRPV1, TRPswitch per TRPA1 e altri per i canali TRPC. Tuttavia, all'epoca non c'era un composto funzionante controllato dalla luce per TRPC4, e l'unico per TRPC5 aveva un'efficacia limitata.

Recenti progressi hanno portato allo sviluppo di farmaci potenti e selettivi che mirano a TRPC4/5, con alcuni di questi composti che fanno già progressi nella ricerca di base. In questo lavoro, gli scienziati miravano a creare versioni fotoswitchabili di questi farmaci. L'obiettivo era aumentare la loro efficacia nello studio dei canali TRPC, consentendo un controllo preciso in contesti biologici.

#Concetto di Efficacia Fotoswitching

Per creare questi nuovi strumenti, i ricercatori si sono concentrati su un concetto chiamato switching di efficacia. Questo significa che le due forme di un composto, quando cambiate dalla luce, possono avere effetti diversi sulla proteina target pur legandosi con forza simile. Idealmente, una forma può attivare il canale, mentre l'altra forma non ha un effetto significativo.

Usando questa idea, i ricercatori hanno progettato due nuovi composti che potrebbero passare reversibilmente tra queste forme attive e inattive. Questo design consente agli scienziati di controllare l'attività di TRPC4 e TRPC5 in modo preciso, senza doversi preoccupare della concentrazione del farmaco.

#Sviluppo di Switch di Efficacia della Xantina

I ricercatori hanno identificato farmaci esistenti che mirano a TRPC4 e TRPC5, in particolare due farmaci noti chiamati Pico145 e HC-070. Questi farmaci hanno forti effetti sui canali TRPC, rendendoli ottimi candidati per ulteriori sviluppi. Apportando piccole modifiche alla struttura di questi farmaci, hanno sviluppato nuovi composti chiamati AzPico e AzHC, che possono cambiare la loro attività con la luce.

I nuovi composti sono stati progettati per essere altamente efficaci, il che significa che potevano comunque funzionare bene a basse concentrazioni. Questo era importante perché avrebbe consentito un uso più facile negli esperimenti, specialmente nei tessuti vivi.

#Test dei Nuovi Composti in Cellule

I ricercatori hanno prima testato i nuovi composti in cellule coltivate per vedere quanto bene funzionassero. Usando un setup speciale, hanno misurato il flusso di calcio nelle cellule che esprimevano TRPC4 o TRPC5 quando esposte alla luce. I risultati hanno mostrato che i composti potevano controllare efficacemente il flusso di calcio senza essere influenzati dalla concentrazione del farmaco.

AzPico è stato particolarmente notevole poiché poteva attivare TRPC4 e TRPC5 con concentrazioni molto basse. La capacità di passare tra stati attivi e inattivi senza necessità di alte concentrazioni di farmaco supporta l'idea dello switching di efficacia.

#Studi Elettrofisiologici

Successivamente, i ricercatori hanno condotto esperimenti elettrofisiologici, che comportavano la misurazione delle correnti elettriche attraverso i canali TRPC4 e TRPC5 in risposta ai loro nuovi composti. Questi esperimenti hanno confermato che AzPico poteva attivare rapidamente TRPC4, e questa azione era reversibile cambiando la lunghezza d'onda della luce.

I risultati hanno dimostrato che i composti operavano come previsto per gli ideali switch di efficacia. Questo significa che la luce poteva accendere e spegnere efficacemente l'attività dei canali, rendendo questi composti utili per vari esperimenti.

#Studi Strutturali per Comprendere il Meccanismo

Per approfondire la loro comprensione, i ricercatori hanno condotto anche studi strutturali di TRPC4 e TRPC5 complessati con i nuovi composti. Hanno utilizzato una tecnica chiamata crio-microscopia elettronica per visualizzare come i composti si legavano ai canali. Questo ha aiutato a confermare come i composti potessero cambiare la loro efficacia in base alla luce.

Le strutture dettagliate hanno mostrato che piccole modifiche nei composti farmaceutici possono portare a differenze significative nel modo in cui influenzano l'attività dei canali TRPC. I ricercatori miravano a confrontare questi risultati con altri composti noti per raffinare la comprensione di come possano essere progettati i farmaci controllati dalla luce.

#Test in Cellule Vive

Dopo aver confermato i loro risultati in cellule coltivate e con studi strutturali, i ricercatori sono passati a testare i composti in cellule vive. Hanno utilizzato cellule che esprimono naturalmente canali TRPC e potevano osservare quanto bene il composto funzionasse in un sistema biologico più complesso.

I risultati hanno indicato che AzPico poteva controllare efficacemente l'attività del canale in cellule nervose primarie, mostrando la promessa di questi nuovi strumenti per studiare come funzionano i canali TRP in ambienti biologici reali.

#Esplorazione dei Tessuti Animali

Il passo successivo nella ricerca ha coinvolto testare i composti in tessuti animali reali. I ricercatori si sono concentrati su fette di tessuto cerebrale dove è noto che TRPC5 è importante per la segnalazione. In questi test, hanno usato la luce per controllare l'attività dei canali TRPC e misurare le risposte al calcio risultanti nei neuroni.

Questi test hanno dimostrato con successo che i nuovi composti potevano non solo attivare i canali TRPC, ma anche fornire informazioni sui loro ruoli specifici nella segnalazione neuronale. Questo ha gettato le basi per ulteriori studi per esplorare le funzioni biologiche di TRPC4 e TRPC5 nei sistemi viventi.

#Valutazione della Funzione Intestinale

Infine, i ricercatori hanno testato i composti nei tessuti intestinali, poiché si ritiene che TRPC4 svolga un ruolo nel controllo delle contrazioni muscolari nell'intestino. Utilizzando il composto fotoswitchabile AzPico, sono stati in grado di stimolare contrazioni in segmenti intestinali che erano stati precedentemente paralizzati da farmaci.

Questo esperimento ha evidenziato l'importanza di TRPC4 nella contrattività intestinale e ha mostrato come i nuovi composti potessero offrire un metodo potente per indagare le funzioni fisiologiche nei tessuti più profondi.

#Conclusione

Lo sviluppo di composti controllati dalla luce e con switching di efficacia per TRPC4 e TRPC5 rappresenta un progresso significativo nello studio dei canali TRP. Questi nuovi strumenti permettono ai ricercatori di manipolare con precisione l'attività delle proteine nei tessuti viventi, offrendo intuizioni sui ruoli di questi canali in vari processi biologici.

Le future applicazioni di questi composti potrebbero estendersi oltre lo studio attuale, aprendo porte a nuove comprensioni in molte aree della biologia, inclusa la medicina e la fisiologia. L'approccio dello switching di efficacia fotoswitching mostra promesse per creare una nuova classe di farmaci che possono essere controllati in tempo reale con la luce, trasformando potenzialmente il modo in cui i ricercatori studiano sistemi biologici complessi.