Лекарственную молекулу мизопростола рассмотрели в комплексе с её рецептором.

Одна из главных причин женской смертности после родов – это послеродовое кровотечение. Всемирная организация здравоохранения в качестве основного средства профилактики послеродового кровотечения рекомендует окситоцин, однако из-за своей нестабильности и дороговизны он недоступен большинству людей в развивающихся странах.

Послеродовые кровотечения, воспаления и некоторые боли снимают мизопростолом. На иллюстрации изображена молекула мизопростола в месте связывания с простагландиновым рецептором. (Иллюстрация: Yekaterina Kadyshevskaya, USC Bridge Institute)

Но есть другой препарат – дешевый и стабильный мизопростол, близкий аналог естественных биоактивных липидов простагландинов E, участвующих во многих физиологических процессах, таких как роды, воспаление, лихорадка, атеросклероз, сердечная ишемия, астма и др. Простагландины синтезируются прямо в тканях и взаимодействуют с клетками через особые рецепторы, сопряженных с G-белками (G-protein-coupled receptors – GPCR).

Сидящий на поверхности клетки рецептор принимает извне какой-то молекулярный сигнал, а затем активирует G-белок, которые служит передатчиком сигнала дальше внутрь клетки. GPCR играют огромную роль в жизни клетки, поэтому на них нацелены многие лекарственные средства, в том числе и мизопростол. Взаимодействуя с нужным простагландиновым рецептором, он может подавить послеродовое кровотечение.

К сожалению, у мизопростола есть ряд серьезных побочных эффектов из-за недостаточной селективности – иными словами, он связывается не только с нужными рецепторами, но и с теми, с которыми связываться не нужно. Чтобы улучшить лекарство, нужно было увидеть его структуру в связке с рецептором, однако этого до сих пор не делали.

Основной метод детального изучения пространственной структуры молекул – рентгеноструктурный анализ. Для рентгеноструктурного анализа вещество нужно «зафиксировать», то есть перевести в кристаллическое состояние. Однако некоторые молекулы тяжело кристаллизуются или вообще не поддаются кристаллизации. Один из примеров сложно кристаллизующихся белков – это как раз GPCR. Они живут и работают в мембране, а для кристаллизации их нужно из мембраны вытащить. Но структура рецептора приспособлена к пребыванию в мембране, и если он её покидает, структура белка меняется.

Поэтому приходится прибегать к разным ухищрениям – например, кристаллизовать белок непосредственно из липидного окружения. Для этого используют так называемую липидную кубическую фазу. Она возникает самопроизвольно при смешивании некоторых липидов с водой, причём липиды формируют липидный бислой (как у клеточной мембраны), а затем образуют периодические трехмерные полые структуры с кубической симметрией. В такие структуры можно поместить мембранный белок, чтобы он сохранил естественную форму.

Другая проблема традиционного рентгеноструктурного анализа состоит в том, что рентгеновское излучение повреждает изучаемые молекулы. Эту проблему можно решить с помощью новых источников рентгеновского излучения – рентгеновских лазеров на свободных электронах (X-ray free electron laser – XFEL). Они позволяют облучать исследуемые вещества ультракороткими импульсами длительностью в несколько фемтосекунд (1фс = 10^-15 с). За столь короткое время молекулы не успевают разрушиться, а атомы в молекуле – изменить свое положение в пространстве. С помощью такой технологии можно даже проследить отдельные стадии взаимодействия молекул.

Исследователи из Университета Южной Калифорнии, Московского физико-технического института (МФТИ) и других научных центров США, Канады и Китая использовали обе эти хитрости, чтобы узнать структуру мизопростола, связанного с рецептором: комплекс «мизопростол – рецептор» закристаллизовали в липидной кубической фазе и «посмотрели» на него с помощью XFEL. Оказалось, что простагландиновый рецептор содержит небольшой «карман», куда и заходит мизопростол. И хотя этот рецептор по структуре близок к другим GPCR, после связывания с мизопростолом «карман» рецептора полностью закупоривается молекулярной «крышкой», что нехарактерно для большинства GPCR.

Кроме того, авторы работы обнаружили слабые места в связывании рецептора с мизопростолом и сделали модели для других близких аналогов простагландинов E, которые могут с большей селективностью взаимодействовать с рецепторами. В будущем полученные результаты должны послужить помочь создать новые, более эффективные лекарственные средства.

Результаты исследований опубликованы в Nature Chemical Biology.

По материалам пресс-службы МФТИ.