Przejściowe stany białek w projektowaniu niskocząsteczkowych inhibitorów oddziaływań białko-białko (2014-2020), projekt badawczy Symfonia NCN 2014/12/W/NZ1/00457, kierownik: prof. dr hab. Tadeusz Holak we współpracy z zespołem prof. dr hab. Jacek Otlewski i firmą Pure Biologics S.A.
Celem przedstawionego projektu jest wykazanie, że możliwe jest racjonalne projektowanie małych cząsteczek organicznych stabilizujących przejściowe stany konformacyjne białek do wykorzystania jako „narzędzia chemiczne” w badaniach z zakresu biologii komórki, a w dłuższej perspektywie potencjalnie także w farmakoterapii. Projekt skupia się na nowych oddziaływaniach białko-białko (PPI; ang. protein-protein interactions) istotnych w procesach nowotworzenia. Opracowane przez nas związki pomogą w rozszyfrowaniu znaczenia tych oddziaływań w biologii nowotworów. Pomimo dostępności informacji na temat ludzkiego genomu oraz rosnącej ilości danych strukturalnych wciąż nie jest możliwe w pełni racjonalne projektowanie nowych sond molekularnych do badania szeregu istotnych oddziaływań. Proponujemy rozwiązanie tego problemu poprzez rozwinięcie metodologii umożliwiającej opracowywanie cząsteczek które nie są ograniczone do naśladowania oddziaływań natywnych ale będą wykorzystywały naturalną dynamikę białek docelowych. Takie podejście stanowi fundamentalną zmianę paradygmatu tradycyjnego projektowania niskocząsteczkowych inhibitorów. Zgodnie z naszą wiedzą, podejście takie nie zostało nigdy wcześniej zastosowane racjonalnie do badania oddziaływań białko-białko z uwagi na niedostateczne zrozumienie dynamiki procesu oddziaływania oraz nadmiernym skupieniu na statycznych modelach uzyskiwanych w badaniach krystalograficznych. Metodologia: W celu strukturalnej charakterystyki oddziaływań PPI prowadzone będą nowatorskie badania przy pomocy magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) oraz pomocniczo przy pomocy krystalografii rentgenowskiej. Do badania efektu niskocząsteczkowych antagonistów PPI zamierzamy ulepszyć opracowaną przez nas metodę AIDA-NMR. W ramach projektu zamierzamy opracować jej modyfikację (w-AIDA-NMR, „w” od ang. „weak” – słaby) która pozwoli na wydajne badanie przesiewowe bibliotek w kierunku „słabych” antagonistów (ang. fragments). Następnie zostaną zmapowane miejsca wiązania wytypowanych fragmentów celem identyfikacji cząsteczek zdolnych do oddziaływania w niekanonicznych obszarach interfejsów białko-białko. Do tego celu wykorzystamy opracowaną przez nas modyfikację metody „SAR-by-NMR”, której dalsze udoskonalenie proponujemy w ramach tego projektu, tzw. metodę „comp-SAR-by-NMR” („comp” od ang. „competition” – współzawodnictwo). W metodzie tej miareczkowanie białka docelowego badanym fragmentem odbywa się w obecności białka lub małej chemicznej cząsteczki naśladującej oddziaływania naturalnego partnera białkowego. Oddziaływania obiecujących antagonistów z białkiem docelowym zostaną szczegółowo scharakteryzowane przy pomocy krystalografii rentgenowskiej. Uogólniając, proponujemy podejście w którym identyfikacja fragmentów nie stanowi jedynie materiału wyjściowego na wczesnych etapach opracowania cząsteczek wiążących ale jednocześnie pozwala racjonalnie sterować optymalizacją chemotypów na późnych etapach, szczególnie poprzez wykorzystanie indukowalnych kieszeni wiążących. W pierwszym etapie projektu wykorzystamy układ białek Mdm2-p53 oraz Mdmx-p53 celem potwierdzenia głównych hipotez badawczych oraz dopracowania metodologii. Najistotniejszym celem projektu jest jednak opracowanie małych cząsteczek celujących w dynamiczne kieszenie dwóch innych białek o niezwykle istotnej roli w procesach nowotworowych: receptora czynnika wzrostu fibroblastów (ang. FGFR) oraz MYD88. Receptor FGF należy do rodziny receptorowych kinaz tyrozynowych, białek niezwykle istotnych w licznych procesach fizjologicznych i patofizjologicznych. W chwili obecnej większość sond celujących w zewnątrzkomórkową domenę receptora to przeciwciała, podczas gdy my proponujemy opracowanie antagonistów niskocząsteczkowych. Białko MYD88 zwraca uwagę dużą istotnością w procesach nowotworowych oraz faktem iż dotychczas nie opisano w literaturze naukowej niskocząsteczkowych antagonistów tego białka. Oczekiwane wyniki: Przedstawiony projekt skupia się na aktualnym i ważnym problemie wydajności racjonalnego projektowania sond molekularnych dla nowych, istotnych fizjologicznie oddziaływań białko-białko. Małe cząsteczki o dostępności komórkowej zdolne wybiórczo modulować oddziaływania istotnych fizjologicznie białek stanowią nieocenione narzędzia do badania szlaków komórkowych. W ramach projektu mamy nadzieję dostarczyć społeczności naukowej wartościowych związków umożliwiających testowanie nowych hipotez dotyczących biochemii szlaków zaangażowanych w powstawanie i wzrost nowotworów. Ponadto jesteśmy przekonani iż przesiewowe metody NMR które zamierzamy opracować w projekcie („w-AIDA-NMR” oraz „comp-SAR-byNMR”) staną się efektywnymi narzędziami racjonalnego projektowania małych cząsteczek organicznych zdolnych stabilizować przejściowe stany konformacyjne białek.
