Anticuerpo basado poderosa estrategia sugiere un nuevo enfoque terapéutico para la diabetes y la obesidad

Abril 22, 2016 Admin Salud 0 6
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El trabajo de un equipo de científicos de Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) dirigido por el profesor Nicholas Tonks FRS, sugiere una manera de superar uno de los principales obstáculos técnicos que impiden una importante diana terapéutica para la diabetes y la obesidad que ser abordado con éxito por nuevos fármacos.

El objetivo es una enzima llamada PTP1B, descubierto por Tonks en 1988 y siempre sabe que es un jugador importante en la vía de señalización dentro de las células que regula la respuesta a la insulina. La insulina es una hormona que regula el metabolismo de los hidratos de carbono y grasas, estimulando las células, especialmente en el hígado y el músculo, para absorber la glucosa de la sangre y almacenado fuera para su uso posterior.

La insulina ejerce sus efectos mediante la unión a un receptor en la superficie celular. Este receptor continuación, desencadena una cascada de señalización que implica reacciones químicas secuenciales en los que se añade fosfato a las proteínas de enzimas diana llamadas quinasas. De hecho, el propio receptor de insulina es una quinasa que fosforila dianas proteicas en los residuos de tirosina específicos. La fosforilación de este aminoácido en la proteína diana sirve como un interruptor para ajustar la función, enviando así los efectos de la insulina a la maquinaria de la célula. Los efectos del receptor de la insulina son contrarrestados por los miembros de una familia de enzimas llamadas proteína tirosina fosfatasa (PTP), que tienen los grupos fosfato de los residuos de tirosina de retroceso de las proteínas. De particular importancia para la regulación de la señalización de la insulina es la fosfatasa PTP1B.




"La diabetes tipo 2, la forma más común, es una enfermedad de la resistencia a la insulina", dijo Tonks. "En el estado de la enfermedad, una muelles molécula de insulina en una celda, pero el mecanismo celular que envía su señal no funciona correctamente. Esta es la razón por la simple adición de insulina no va a resolver el problema. Lo que realmente necesita hacer es promover la señalización de la insulina dentro de la célula - para promover los eventos desencadenados por la fosforilación del receptor de la insulina ".

Durante más de una década, los científicos han sabido que cuando se suprime la PTP1B en ratones mediante la codificación de genes "noquear", los ratones se vuelven aparentemente resistentes a la obesidad inducida por una dieta alta en hidratos de carbono y grasas; Especialmente, estos ratones muestran una mayor sensibilidad a los efectos beneficiosos de la insulina y no desarrollan diabetes. Esto sugiere que la generación de un inhibidor de PTP1B similar a la droga puede ser un método eficaz para la restauración de una respuesta normal en los pacientes diabéticos, resistencia a la insulina.

La demanda de los desarrolladores de drogas ha sido cómo suprimir PTP1B en la gente, en el contexto específico de su papel en la vía de señalización de la insulina. Knockouts de genes en los seres humanos, tanto en tipos celulares específicos o sistémica, no son posibles con la tecnología actual. Además, una serie de obstáculos han impedido que los científicos también inhiben PTP1B bioquímicamente con fármacos de molécula pequeña.

Estudios previos realizados por los laboratorios del profesor Tonks y su colega, el profesor David Barford han definido la estructura tridimensional de PTP1B. A partir de este, saben que el sitio activo de la enzima - colocado en la molécula que se cataliza la eliminación de fosfato a partir de sustratos diana - es una hendidura profunda.

"El desarrollo de moléculas que bloquean el sitio activo, y por lo tanto inhiben la función de una enzima, es una estrategia estándar para el diseño de fármacos", dice Tonks. "Sin embargo, esta profunda hendidura del sitio activo en PTP1B ha presentado un reto importante para los desarrolladores de medicamentos, debido a que es de carga. Por lo tanto, las moléculas pequeñas que se unen muy eficaz también tendemos a ser muy cargado y por lo tanto no podemos estar conseguir a través de las membranas celulares. Esto limita su potencial para el desarrollo de fármacos ".

Ahora Tonks y su equipo han identificado un nuevo enfoque de la orientación que evita algunos de los principales obstáculos encontrados al tratar de desarrollar un activo inhibidor de sitio PTP1B similar a la droga. El enfoque se describe en un artículo publicado el 29 de septiembre en la revista Cell.

Tonks explica: "Por analogía con la conducción de un coche, cuando la insulina se une a su receptor en la superficie celular de activación de la quinasa inicia eventos de fosforilación que sirven para golpear el acelerador y empezar la respuesta se mueve hacia adelante, sin embargo, La presencia de fosfatasas activos significa que la célula también tiene su pie en el freno, y enzimas como la PTP1B tratar de frenar el proceso. La naturaleza ha desarrollado un mecanismo elegante para coordinar y desarrollar estos efectos contrastantes.

"Una de las respuestas de una célula a la insulina implica la producción de pequeñas cantidades de una molécula que normalmente consideramos como altamente corrosivo:. El peróxido de hidrógeno (H2O2), las estrictas condiciones de señalización de la insulina, el H2O2 en realidad proporciona efectos beneficiosos ".

Equipo de Tonks ha demostrado que el papel de H2O2 en la cascada es viajar hacia abajo en la hendidura del sitio activo y oxidar un aminoácido particular, un residuo específico de cisteína que es esencial para la actividad de PTP1B, conmutando por lo tanto fuera de la fosfatasa. Por lo tanto, la oxidación de PTP1B después de la estimulación de la insulina mantiene temporalmente la fosfatasa en un estado inactivo, la eliminación de su capacidad para apagar la vía de señalización y permitiendo así que la célula "tomar el pie del freno."

En última instancia, PTP1B se reduce y reactiva, de manera que la respuesta a la señalización de la insulina puede ser terminado, el sistema vuelve al estado fundamental. Esto plantea la cuestión de si es posible estabilizar esta forma oxidada de PTP1B de modo que la fosfatasa se mantiene en una condición de reposo, lo que permite una señal de respuesta a la insulina más robusto y prolongada que se refiere a la resistencia a la hormona que se produce en los diabéticos.

Un elemento clave del equipo de Tonks era que la oxidación inducida profundos cambios en la conformación o forma, de la molécula de PTP1B en el que las actividades del sitio ensancha hendido abierto y sus partes constituyentes son luego presentados en la superficie de la proteína. Este profundo cambio conformacional en PTP1B genera una forma inactiva de la enzima donde las cuestiones, la propiedad cargada al sitio activo se retiraron y se presentan sitios de unión potencial único para medicamentos, que no se encuentran en el, enzima activa nativa.

En experimentos publicados en el periódico y realizadas por celular Aftabul Haque, un estudiante graduado en el laboratorio Tonks del Programa MCB en la Universidad Stony Brook, el equipo diseñó una estrategia mediante la cual se generan constructos de anticuerpos recombinantes que reconocen específicamente esta oxidado, forma inactiva de PTP1B. Después de la expresión en las células, estos anticuerpos recombinantes secuestradas específicamente y estabilizan la forma oxidada de PTP1B que se produce en respuesta a la insulina. Más importante, la expresión de estos anticuerpos condujo a la esperada aumento y una prolongación de señalización de respuesta a la insulina.

Un problema técnico importante sigue siendo. Aunque estos anticuerpos muestran la capacidad de promover la señalización de la insulina, es extremadamente difícil proporcionar anticuerpos dentro de las células como fármacos utilizando la biotecnología actual. Aunque hay anticuerpos terapéuticos eficaces para otras enfermedades, tienden a ser entregado a través de la inyección y se unen a los receptores en el exterior de las células diana. Por lo tanto, si estos nuevos conocimientos acerca de la orientación PTP1B son para ser de utilidad práctica en el corto plazo, Tonks dice, una pequeña molécula debe ser encontrado que tiene el mismo efecto sobre el anticuerpo PTP1B identificados en los experimentos del equipo.

La búsqueda de una molécula tal está ahora en marcha.

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