دانشمندان از روشی جدید برای مطالعه تعاملات پروتئینی استفاده کردند

دانشمندان روشی جدید برای مطالعه تعاملات پروتئینی در سلول‌ها توسعه داده‌اند که هدف آن شناسایی تغییراتی است که با بیماری‌ها مرتبط هستند و کشف اهداف درمانی بالقوه برای بازگرداندن تعادل سلولی است. این کار پایه و اساس توسعه داروهای جدید برای درمان بیماری‌هایی مانند سرطان و آلزایمر خواهد بود.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، عملکرد سلول‌های بیولوژیکی توسط تعاملات بین پروتئین‌ها تعیین می‌شود. تعاملات غیر طبیعی پروتئین‌ها علت بسیاری از بیماری‌ها هستند. محققان ETH Zurich روش جدیدی برای بررسی شبکه‌های تعامل پروتئین توسعه داده‌اند. این روش و دانشی که ارائه می‌دهد، برای تحقیقات دارویی ارزشمند است. این روش درهای توسعه داروهای جدید را که هدف قرار دادن تعاملات خاص پروتئین هستند، باز می‌کند.

در داخل سلول‌ها، این مانند بودن در یک باشگاه رقص شلوغ است: صدها پروتئین دائماً در حال حرکت و تعامل هستند. برخی به خودشان می‌چسبند، در حالی که برخی دیگر از میان جمعیت عبور می‌کنند و با بسیاری از آن‌ها ارتباط برقرار می‌کنند. برخی از تعاملات کوتاه هستند، مانند یک سلام سریع، در حالی که برخی دیگر پیوندهای ماندگاری تشکیل می‌دهند و به شرکای خود نزدیک می‌شوند. درست مانند باشگاه، انواع مختلفی از تعاملات در سلول‌ها با پروتئین‌ها اتفاق می‌افتد.

سلول‌ها با انواع مختلفی از پروتئین‌ها بسته‌بندی شده‌اند که با هم تعامل دارند و اغلب در گروه‌ها با هم تیم می‌شوند. این گروه‌ها، که به عنوان کمپلکس‌ها شناخته می‌شوند، مانند ماشین‌های مولکولی عمل می‌کنند و فقط زمانی درست کار می‌کنند که پروتئین‌های منفرد آن‌ها با هم جمع شوند و به عنوان یک واحد عمل کنند.

اینکه کدام پروتئین‌ها با یکدیگر تعامل دارند و نحوه آن نیز به وضعیت بدن بستگی دارد. در شرایط عادی در یک بدن سالم، دو پروتئین، که ما آن‌ها را آبی و قرمز می‌نامیم، با هم ترکیب می‌شوند. اگر شرایط به دلیل استرس سلولی تغییر کند، مثلاً پروتئین آبی می‌تواند شریک تعاملی خود را تغییر دهد و با پروتئین زرد متحد شود که چیزی جز مشکل ایجاد نمی‌کند و مهمانی را مختل می‌کند.

در حالت طبیعی، پروتئین قرمز و پروتئین آبی با هم تعامل دارند. استرس سلولی تعامل را تغییر می‌دهد: آبی اکنون با زرد تعامل دارد که می‌تواند باعث ایجاد بیماری شود. با داروی مناسب، می‌توان تعامل را مسدود یا معکوس کرد. تی مارولی، دانشجوی دکترا تحت نظارت پائولا پیکوتی، استاد موسسه سیستم‌های مولکولی زیستی در ETH Zurich  می گوید: “تغییر در تعاملات بین پروتئین‌ها می‌تواند منجر به بیماری‌هایی مانند آلزایمر، پارکینسون یا سرطان شود”، توضیح می‌دهد ک. “بنابراین مهم است که بدانیم تعاملات پروتئین-پروتئین چگونه بین حالت‌های سالم و بیمار متفاوت هستند و محل اتصال بین دو پروتئین چگونه است. اگر این موارد را تا آخرین جزئیات بدانیم، می‌توانیم مواد فعالی را توسعه دهیم که تعاملات ناخواسته را مسدود کرده و تعادل سلول را بازیابی کنند.” بیوشیمیدانان ETH یک رویکرد اثبات شده در تحقیقات پروتئین را برای تجزیه و تحلیل شبکه کامل تعامل پروتئین‌ها، که به عنوان interactome شناخته می‌شود، توسعه داده‌اند.

محققان با سلول‌های مخمر کار کردند تا بررسی کنند که چگونه تعاملات پروتئین‌ها در حالت طبیعی خود با حالت استرس ایجاد شده توسط یک ماده شیمیایی متفاوت است. بدین ترتیب، بیوشیمیدانان کشف کردند که وضعیت استرس حدود پنج یا ده کمپلکس پروتئینی و در نتیجه تعاملات آن‌ها را تغییر داده است. محققان همچنین نشان دادند که یک کمپلکس پروتئینی به نام SAGA نقش مهمی در شبکه تعامل سلول مخمر ایفا می‌کند. هنگامی که آن‌ها SAGA را از تصویر حذف کردند، حدود دو سوم کمپلکس‌های پروتئینی در وضعیت استرس متفاوت رفتار کردند. مارولی می‌گوید: “SAGA دی جی مهمانی است. وقتی بی‌صدا می‌شود، برخی از گروه‌های مهمانی رقص را متوقف می‌کنند. آن‌ها بر سایر مهمانان مهمانی تأثیر می‌گذارند و باعث می‌شوند که آن‌ها نیز کناره‌گیری کنند. این نشان می‌دهد که یک بازیکن منفرد در سلول تأثیر نامتناسب بزرگی بر دیگران دارد.”

روش توسعه‌یافته همچنین می‌تواند برای سایر ارگانیسم‌ها اعمال شود. مارولی می‌گوید: “برای هر گونه‌ای که می‌خواهیم مطالعه کنیم، ما فقط باید یک مجموعه جدید از نشانگرهای اتصال را توسعه دهیم تا بتوانیم از این روش برای مطالعه تعاملات پروتئینی در سلول‌های موش یا انسان استفاده کنیم.” گام منطقی بعدی بنابراین تعیین نشانگرهای تعامل برای interactome سلول‌های انسانی برای تجزیه و تحلیل تعاملات معیوب پروتئین در یک مرحله واحد است.

تعیین تعاملات پروتئین در رابطه با بیماری‌ها بسیار مهم است. پیکوتی می‌گوید: “بنابراین ما می‌خواهیم فناوری خود را برای اهداف تشخیصی و برای تحقیق در مورد مکانیسم‌های بیماری بیشتر توسعه دهیم.” دلیل خوبی برای این امید وجود دارد: رویکردهای قبلی توسعه‌یافته در آزمایشگاه آن‌ها قبلاً توسط شرکت اسپین‌آف ETH Biognosys به اجرا گذاشته شده است. تحقیقات دارویی نیز به شدت علاقه‌مند به نشانگرهای تعامل است. اگر مکان‌های تعامل شناخته شده باشند، محققان می‌توانند به طور کارآمد به دنبال ترکیبات شیمیایی باشند که بتوانند تعاملات ناخواسته را قطع کنند یا تعاملات جدیدی را برقرار کنند.

ترکیباتی که تعاملات پروتئین-پروتئین را تعدیل می‌کنند، در حال حاضر یک جهت جدید امیدوارکننده در تحقیقات دارویی هستند. چنین ترکیباتی می‌توانند به طور بالقوه پروتئین‌هایی را که با داروهای فعلی قابل دسترسی نیستند، مورد هدف قرار دهند. یا می‌توان از آن‌ها برای توسعه داروهای جدید با عوارض جانبی کمتر استفاده کرد.