G protein-coupled receptors (GPCR) su najveća i najraznovrsnija grupa proteina ćelijske površine kod ljudi. Ovi receptori, koji se mogu posmatrati kao „direktori saobraćaja“, prenose signale spolja u unutrašnjost ćelija i uključeni su u mnoge fiziološke procese.
S obzirom na njihovu istaknutu ulogu u ćelijskoj komunikaciji, rastu ćelija, imunim odgovorima i senzornoj percepciji, mnogi lekovi su razvijeni da ciljaju GPCR, za lečenje stanja kao što su astma, alergije, depresija, hipertenzija i srčana oboljenja. U stvari, više od 300 lekova povezanih sa GPCR-om je trenutno u kliničkim ispitivanjima, od kojih 36% cilja preko 60 novih GPCR ciljeva bez već odobrenog leka.
Štaviše, lekovi koji ciljaju GPCR čine čak 27% globalnog tržišnog udela terapijskih lekova, sa ukupnom prodajom blizu 890 milijardi američkih dolara između 2011. i 2015. Prema tome, svaka tehnika koja bi mogla da ubrza istraživanje GPCR-a verovatno će pokrenuti veliki efekat talasanja, koji na kraju donosi efikasnije tretmane milionima ljudi.
Danas se istražuju pristupi kao što su krioelektronska mikroskopija, optogenetika, računarski pristupi i veštačka inteligencija, biosenzori i tehnologije bez oznaka, kao i jednoćelijske tehnologije za otkrivanje i razvoj GPCR lekova.
Među njima, jednoćelijski pristup zasnovan na kvascu je jedna od najkorisnijih platformi za proučavanje GPCR-a. Pored svoje široke primene u proizvodnji piva i hleba, vrsta kvasca Saccharomices cerevisiae ima dugu istoriju korišćenja kao domaćin za istraživanje GPCR-a dobijenih od ljudi.
Iako se neki GPCR-ovi mogu konstruisati da poboljšaju njihovu stabilnost i funkciju kako bi se olakšali eksperimenti, većina GPCR-a ne funkcioniše dobro u ćelijama kvasca. Ovaj dugogodišnji problem je u velikoj meri usporio napredak u našem razumevanju GPCR-a i razvoju novih lekova koji ih ciljaju.
U tom kontekstu, istraživački tim sa Univerziteta nauke u Tokiju (TUS), Japan, nedavno je osmislio inovativnu strategiju za obnavljanje aktivnosti humanog histamina 3 (H 3 R) dobijenog iz čoveka GPCR u S. cerevisiae. Njihovu studiju, objavljenu u Scientific Reports 26. septembra 2023. godine, vodio je vanredni profesor Micunori Široiši, a koautori su bili gospođa Ajami Vatanabe i gospođa Ami Nakajima, svi sa TUS-a.
„H 3 R je uglavnom izražen u nervnom sistemu. Uključen je u kognitivne funkcije, a njegova inhibicija je povezana sa terapijskim ishodima različitih stanja, kao što su ADHD, šizofrenija, Alchajmerova bolest i narkolepsija“, objašnjava dr Široiši. Kroz preliminarne eksperimente, tim je pokazao da H 3 R postaje nefunkcionalan kada se izrazi u kvascu.
Da bi obnovio svoju funkciju, istraživački tim je koristio tehniku zvanu lančana reakcija polimeraze sklona greškama da bi uveo nasumične mutacije u H 3 R gen.
Nakon što su proizveli nasumično mutantnu biblioteku H3R, uveli su modifikovane segmente DNK u ćelije kvasca i kultivisali ih u prisustvu H3R agonista—jedinjenja koje se vezuje za H3R i pokreće merljiv odgovor. Skriningom kroz više kultura, istraživači su dobili četiri mutanta u kojima je obnovljena normalna aktivnost H 3 R.
Ovi mutanti su reagovali isključivo na tip soja kvasca koji sadrži određene proteine G-himera. Mutacije odgovorne za obnovljenu aktivnost locirane su u blizini motiva sekvence aminokiselina važnih za aktivaciju GPCR-a.
Ovaj inovativni pristup proučavanju GPCR-a mogao bi imati duboke implikacije, posebno u oblasti medicine i ćelijske biologije.
„Naše istraživanje bi moglo da pomogne da se razjasni funkcija GPCR-a i može čak dovesti do razvoja lekova sa manje neželjenih efekata, kao i da podstakne otkrivanje lekova za bolesti za koje trenutno ne postoji lečenje“, rekao je dr Široiši.
Postoje mnoge terapijske oblasti u kojima se aktivno razvijaju lekovi koji ciljaju GPCR, uključujući neurološke poremećaje kao što su Alchajmerova bolest i šizofrenija, kardiovaskularne bolesti kao što su hipertenzija i srčana insuficijencija, razne vrste raka i metaboličke poremećaje.
Dublje razumevanje varijacija GPCR-a i načina na koji one drugačije utiču na pojedince takođe može dovesti do novih pristupa personalizovanoj medicini. Prilagođavanje lekova ciljanih na GPCR genetskoj strukturi pojedinca i njihovom specifičnom profilu bolesti može značajno poboljšati ishode lečenja. Štaviše, generički GPCR tretmani koji dopiru do ogromnog broja ljudi širom sveta takođe mogu postati stvarnost, što bi smanjilo opterećenje zdravstvenih sistema.
