Nuovo metodo per farmaci colpisce le proteine che causano malattie

La degradazione proteica mirata è un nuovo metodo usato per sviluppare farmaci. Funziona utilizzando piccole molecole che possono trovare e attaccarsi a proteine specifiche nel corpo. Questa azione aiuta i processi naturali del corpo a rompere queste proteine. A differenza dei farmaci tradizionali che fermano solo il funzionamento delle proteine, i degradatori proteici mirati possono rimuovere completamente le proteine. Questa abilità unica consente loro di trattare le malattie in modo più efficace, comprese quelle causate da proteine che si pensava fossero impossibili da colpire con i farmaci esistenti.

Attualmente, ci sono due sistemi principali nel corpo che i degradatori proteici mirati usano per rimuovere le proteine. Si chiamano sistema ubiquitina-proteasoma e via di degradazione lisosomiale. I ricercatori si stanno concentrando su diverse strategie, inclusa una tecnologia chiamata chimere di targeting per proteolisi (PROTAC). Questo metodo è stato il più studiato e ha mostrato successo nel rompere oltre 100 diverse proteine, alcune delle quali si pensava fossero impossibili da colpire.

#Cosa sono i PROTAC?

I PROTAC sono molecole uniche composte da due parti collegate da una catena. Una parte si attacca alla proteina target, mentre l'altra parte si collega a un ligasi E3 ubiquitina, un tipo di enzima che aiuta a contrassegnare le proteine per la degradazione. Legandosi sia alla proteina target che al ligasi E3 contemporaneamente, i PROTAC consentono alla proteina target di essere contrassegnata ed eventualmente distrutta dal proteasoma, un sistema di smaltimento dei rifiuti cellulari.

Nonostante la scoperta di oltre 600 ligasi E3 nel corpo umano, solo un numero ridotto di queste è stato utilizzato efficacemente dai PROTAC. I più comuni includono CRBN e VHL. I ricercatori stanno cercando modi per sfruttare più di queste ligasi E3 per ampliare la gamma di proteine che possono essere mirate per la degradazione.

#Ossindoli Alchenilici e il Loro Ruolo

Gli ossindoli alchenilici sono composti che hanno mostrato molti effetti benefici nel corpo e ora vengono studiati per il loro potenziale nello sviluppo di farmaci. Alcuni di questi composti sono già stati trasformati in farmaci per il cancro, come il sunitinib. Recentemente, i ricercatori hanno scoperto che due tipi di ossindoli alchenilici possono collegare una proteina mal ripiegata (mHTT) a un'altra proteina (LC3). Questo collegamento ha portato alla degradazione di mHTT attraverso un processo cellulare che utilizza i lisosomi.

Incoraggiati da queste scoperte, i ricercatori hanno deciso di vedere se potevano modificare gli ossindoli alchenilici per degradare altre proteine. Creando nuovi composti che collegano gli ossindoli alchenilici con un farmaco noto (JQ1), sono riusciti a identificare un nuovo composto (HL435) che degrada efficacemente una proteina chiamata BRD4, che gioca un ruolo in vari tumori.

#Meccanismo d'Azione per HL435

Quando gli scienziati hanno esaminato più da vicino come funziona HL435, hanno scoperto che rimuove effettivamente BRD4 utilizzando il sistema ubiquitina-proteasoma invece della via lisosomiale. Questo ha portato all'ipotesi che gli ossindoli alchenilici potessero agire come nuovi ligandi per le ligasi E3. Per testarlo, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata interferenza CRISPR per identificare quale ligasi E3 è coinvolta nella degradazione di BRD4 da parte di HL435.

I risultati hanno rivelato che un complesso di ligasi E3 specifico noto come CRL4DCAF11 è responsabile della degradazione di BRD4 indotta da HL435. Questo complesso era già noto per facilitare la degradazione delle proteine contrassegnate per la degradazione, ma questo studio ha mostrato il suo ruolo nella degradazione proteica mirata con composti nuovi.

#Sviluppo di Nuovi Composti

Per capire meglio come funzionano questi composti, i ricercatori hanno sviluppato una serie di molecole bifunzionali collegando diversi ossindoli alchenilici con JQ1. Hanno testato questi composti per la loro capacità di degradare BRD4. I tentativi iniziali con collegamenti semplici non hanno prodotto risultati efficaci, ma passando a un diverso tipo di collegamento chimico hanno ottenuto risultati migliori nella degradazione.

Ulteriori test hanno mostrato che modificare la parte ossindolica alchenilica di questi composti con certi gruppi chimici ha migliorato significativamente la loro efficacia. Il composto finale, HL435, ha dimostrato un'efficacia eccezionale degradando BRD4 a concentrazioni molto basse.

#Valutazione dell'Efficacia di HL435

HL435 è stato valutato per la sua capacità di ridurre BRD4 in diverse linee cellulari tumorali. Gli esperimenti hanno mostrato che HL435 può ridurre efficacemente i livelli di BRD4, con oltre il 99% della proteina degradata a concentrazioni specifiche. Anche il tempo per la degradazione è stato rapido, avvenendo in appena un'ora di trattamento.

Nei test, HL435 ha mostrato risultati costanti in più tipi di cellule tumorali, rafforzando il suo potenziale come agente terapeutico potente. Sebbene l'efficacia vari leggermente tra i tipi di cellule, HL435 ha comunque raggiunto tassi di degradazione notevoli in tutti i casi.

#Meccanismi Dietro la Deplezione di BRD4

Per convalidare ulteriormente come funziona HL435, i ricercatori hanno esplorato se influenzasse BRD4 a livello genetico. Hanno scoperto che HL435 non impattava la produzione di mRNA di BRD4, indicando che la sua azione si concentrava puramente sulla degradazione delle proteine esistenti senza influenzare l'espressione genica.

In aggiunta, esperimenti con inibitori noti per bloccare diversi percorsi cellulari hanno dimostrato che l'azione di HL435 non coinvolgeva la via di degradazione lisosomiale. Invece, l'uso di inibitori del proteasoma ha confermato che HL435 si basa sul sistema ubiquitina-proteasoma per rimuovere BRD4.

#Scoperta di Ligasi E3 Chiave

Lo screening di interferenza CRISPR ha permesso ai ricercatori di individuare i componenti chiave necessari per l'attività di degradazione di HL435. Hanno identificato il complesso CRL4DCAF11 come essenziale per mirare a BRD4 per la degradazione. Riducendo individualmente i componenti di questo complesso, i ricercatori hanno confermato che ciascuno gioca un ruolo fondamentale nel processo di degradazione.

Inoltre, esperimenti hanno dimostrato che HL435 potrebbe creare un complesso con BRD4 e DCAF11, indicando un'interazione diretta cruciale per la sua degradazione.

#Inibizione della Crescita delle Cellule Tumorali

La ricerca è continuata per esplorare come HL435 influisca sulle cellule tumorali oltre a degradare BRD4. Il composto è stato testato per la sua capacità di impedire la crescita delle cellule tumorali e causare loro di subire morte cellulare (apoptosi). I risultati hanno mostrato che HL435 era particolarmente efficace, superando JQ1 sia nell'impedire la crescita delle cellule tumorali sia nell'indurre l'apoptosi.

L'efficacia di HL435 nell'indurre l'apoptosi era oltre 20 volte più forte di JQ1, dimostrando il suo potenziale come opzione terapeutica più efficace per il cancro. Ha anche influenzato le proteine coinvolte nel ciclo cellulare, promuovendo un'interruzione nella divisione cellulare.

#Test In Vivo di HL435

Per vedere se HL435 potesse funzionare negli organismi viventi, i ricercatori l'hanno testato su topi con tumori. I topi che ricevevano HL435 mostrano un rallentamento significativo nella crescita tumorale rispetto a quelli che ricevevano una soluzione veicolare. Dopo il trattamento, i tumori nel gruppo HL435 erano molto più piccoli, confermando la sua efficacia come agente anti-tumorale.

Durante il periodo di test, i topi hanno tollerato bene HL435 senza effetti collaterali apparenti, suggerendo che potrebbe essere un candidato promettente per ulteriori sviluppi nelle terapie contro il cancro.

#Conclusione

I risultati indicano che gli ossindoli alchenilici possono servire come un nuovo modo per ottenere la degradazione proteica mirata attraverso il reclutamento delle ligasi E3. Lo sviluppo riuscito di HL435 mostra come le modifiche possano portare a composti che non solo degradano proteine specifiche ma hanno anche forti effetti anti-cancro.

Espandendo gli strumenti di ligasi E3 disponibili per lo sviluppo di farmaci, più proteine possono potenzialmente essere mirate, aprendo nuove strade per trattare varie malattie. Lo studio evidenzia non solo l'efficacia di HL435 come nuova opzione terapeutica per il cancro, ma sottolinea anche l'importanza di una ricerca continua nel campo della degradazione proteica mirata.

Questo approccio potrebbe portare alla scoperta di nuovi trattamenti che sono più efficaci dei metodi attuali, in particolare per le proteine che una volta si pensava fossero "non trattabili". Con ulteriori ricerche, c'è speranza per migliori risultati e opzioni di farmaci per i pazienti che affrontano malattie difficili come il cancro.