Méthodes avancées basées sur la RMN pour l'étude des RNP et la conception de médicaments
La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil analytique puissant largement utilisé dans la recherche chimique pour étudier la structure et la dynamique des molécules.
À l'Université Leibniz de Hanovre, une équipe de chercheurs utilise une approche multidisciplinaire qui combine des méthodes RMN, biochimiques, biophysiques et informatiques pour étudier la structure de complexes de poids moléculaire élevé qui ne peuvent être abordés en utilisant uniquement la RMN.
Le groupe s'intéresse à deux grandes lignes de recherche. L'une est la structure et la fonction des complexes de ribonucléoprotéines (RNP) qui ont une activité catalytique dans le métabolisme de l'ARN et la régulation de l'expression des gènes. L'autre est l'interaction entre les petites molécules et leurs grands récepteurs macromoléculaires, pour le développement de méthodologies pour la conception de médicaments à base de structure.
Dans une interview avec News Medical , le chef d'équipe, le Prof. Dr. Teresa Carlomagno, a décrit un complexe, le groupe a récemment étudié que les méthylates d'ARN ribosomique (ARNr).Elle a déclaré que l'ARNr et, en fait, l'ARN en général, subit une modification à différentes positions: «L'une des modifications chimiques les plus répandues est la méthylation à la position 2'-O du ribose et la cellule subit beaucoup de problèmes pour Réaliser cette modification. "
La cellule a mis en place des machines compliquées qui impliquent des ARN guides reconnaissant les séquences d'ARNr nécessitant une méthylation. Chacun de ces RNA guides reconnaît deux sites d'ARNr. Les chercheurs ont présumé que si cela était fonctionnellement significatif et que les deux sites méthylés se contrôlent, la structure des deux sites de méthylation devrait différer.
Cependant, une structure publiée par d'autres chercheurs et établie par cristallographie aux rayons X a montré que les deux sites de liaison d'ARNr étaient exactement dans le même environnement et avaient la même structure.
Une enquête plus approfondie menée par le groupe de Carlomagno, en utilisant une combinaison de RMN et de diffusion de neutrons à petit angle, a révélé une structure différente de celle publiée. Les chercheurs ont montré, pour la première fois, que les sites de reconnaissance de l'ARNr existent en fait dans deux environnements différents, ce qui suggère que la méthylation enzymatique des sites se déroule dans l'ordre plutôt que simultanément.
L'équipe a effectué des tests fonctionnels dans le tube RMN qui a montré que les deux séquences d'ARN étaient en effet méthylées en fonction de l'autre, avec la séquence "leader" nécessitant une méthylation afin que l'autre soit méthylé et relâché. Cela signifiait qu'une régulation séquentielle se produisait et, ensuite, les chercheurs ont conçu des expériences de biologie cellulaire pour vérifier la signification physiologique de ce contrôle.
Nous pensons que c'est un processus que la cellule utilise pour permettre rapidement et efficacement le pliage des ribosomes. En fait, si vous éliminez la méthylation des cellules, elles meurent. "
Elle a également souligné que les expériences fonctionnelles ne pouvaient être conçues que comme conséquence de l'information recueillie à partir de la découverte de leur structure et de la méthylation séquentielle: «C'est quelque chose que la structure des rayons X ni la microscopie électronique n'ont pu révéler. Les autres techniques ne prennent une image statique du complexe, alors que nous pouvons suivre tout le cycle. "
Carlomagno a ensuite décrit une méthodologie développée récemment par l'équipe pour soutenir la conception de médicaments basée sur la structure. Le groupe avait été approché par des compagnies pharmaceutiques qui voulaient savoir comment certaines drogues conduisent se lient aux récepteurs. Pour ce faire, les chercheurs ont besoin du médicament pour cristalliser avec le récepteur, mais avec de grandes molécules réceptrices, cela n'est pas toujours possible.
L'équipe a décidé de regarder le ligand seulement. Ce ligand conserve une "mémoire" de l'état lié au récepteur, une fois à l'état libre. Cet état libre peut dire aux chercheurs la conformation que le ligand adopte lorsqu'il se lie à un récepteur. Cependant, il ne peut pas vous dire comment la liaison se produit.
Cela a conduit le groupe de Carlomagno à développer une nouvelle méthodologie basée sur la RMN appelée InPharma. InPharma emploie deux ligands qui se lient de manière alternée au récepteur, échangeant continuellement leur position dans la poche de liaison. L'information laissée dans la poche par le premier ligand est ensuite "appris" par le second ligand lorsqu'il se lie.
"En faisant parler les deux ligands de cette façon, vous savez quel atome de ligand était proche de la partie du récepteur en le lisant dans les parties des ligands qui ont pu communiquer entre eux", a expliqué Carlomagno. Cette information est extraite en utilisant la bioinformatique et ensuite utilisée pour déterminer quelles parties du récepteur les ligands ont vu et comment ils ont communiqué avec le récepteur. "En développant cette méthodologie, nous avons trouvé un moyen d'obtenir les modes de liaison de ces ligands aux récepteurs dans les cas où une structure cristalline ne peut être résolue".
Carlomagno a ajouté qu'elle était très satisfaite du fait que le produit et les sociétés pharmaceutiques ont déjà signalé des données InPharma qu'elles ont réussi à acquérir sans l'aide ou le conseil du groupe.