מדענים ממכון המחקר סקריפס (Scripps) בפלורידה, ארה”ב, הצליחו להפוך פרודות בעלות יכולת מוגבלת “להילחם” בחלבונים מסוימים למחסלי חלבונים.
“באמצעות סריקת חומרים בהספק גבוה (High-throughput screening, שיטה המשתמשת בציוד רובוטי לשם סינתזת אלפי חומרים שונים בו-זמנית) ניתן להכין ליגנדה סינתטית (פפטואיד) המסוגלת להגיב כמעט עם כל חלבון ידוע,” אמר Thomas Kodadek, פרופסור במחלקה לכימיה במכון המחקר אשר בפלורידה, שהוביל את המיזם. “הבעיה היא שבדרך-כלל עוצמת הפעילות שלהן מתונה – דבר המונע מהן מלהוות כלי מחקרי יעיל. באמצעות חיבור פרודת “ראש חץ” זו לפפטואיד, הצלחנו להראות כי ניתן להגביר אלפי מונים את יכולת חיסול החלבונים שלהן מבלי להידרש לתהליכי ייעול יקרים הדורשים זמן רב.”
השיטה החדשנית מספקת לחוקרים זמינות מהירה לתרכובות משופעלות-הקרנה בררניות וחזקות מאוד המסוגלות להשבית תפקודי חלבון מסוימים – כלי חשוב במחקר של הבנת מחלות ומניעתן. מאחר ואור ניתן למיקוד בהפרדה מרחבית גבוהה, שיטה זו תוכל לפתוח צוהר להשבתת חלבונים רק בחלק מסוים של תא יחיד, ולא בחלקים אחרים, כגון השבתת חלבון מטרה בגרעין התא ולא בציטופלסמה שמסביב.
השיטה קרויה CALI (chromophore-assisted light inactivation) – השבתה ע”י אור בסיוע כרומופור; כרומופורים הינן פרודות המסוגלות לקלוט אור נראה או על-סגול. למרות שחוקרים אחרים כבר הכינו בעבר מגיבים מסוג זה, הם סבלו מיעילות נמוכה, בעיקר בשל השבתה עצמית. ראש החץ החדשני המשמש את החוקרים במכון סקריפס מהווה התקדמות משמעותית בתחום זה.
החוקרים השתמשו בנגזרת של רותניום (ruthenium), יסוד מתכתי המסוגל לייצר את מה שמכונה חמצן סינגלט – הצורה הפעילה וקצרת-החיים יותר של פרודת חמצן (O2). “כאשר הרותניום קולט אור נראה,” מסביר החוקר, “הוא צריך להיפטר מאנרגיה עודפת זו כדי לחזור למצבו הרגיל. בתהליך זה הוא מייצר צורון פעיל ביותר של חמצן המבקע כל חלבון הנמצא בסביבתו. למעשה, צורון זה הורס לחלוטין את החלבון.”
למרות שפורסמו בעבר מחקרים בדבר פפטואידים נושאי-ראש חץ אחרים, מציין המחקר החדש, תולדת הרותניום שבה הם השתמשו מהווה התקדמות טכנית חשובה, כזו שתאפשר למדענים להתכוונן למטרת חלבון הנמצא הן בתוככי התא והן מחוצה לו, באופן בררני. בניגוד לחומרים אורגניים מפיקי-חמצן סינגלט, תצמיד הרותניום החדשני עצמו אינו מגיב לצורון הפעיל, תכונה המגבירה משמעותית את יעילות השיטה.
המאפיין החשוב הנוסף, מציינים החוקרים, הוא בכך שלפפטואידים החדשים אין כל השפעה על מרכיבי התא והגוף טרם שפעולם ע”י הקרנת האור.
לתרכובות סינתטיות פשוטות כדוגמת הפפטואידים יש חסרונות רבים יחסית לליגנדות אחרות (פרודות הנקשרות לחלבונים ומשנות את פעילותם), כגון נוגדנים, מציין החוקר. לעומת זאת, ניתן לשנותם בקלות כך שייקשרו למשטחים וניתן לייצרם במהירות רבה בכמויות עצומות – ספרייה של מספר מיליוני פפטואידים שונים תוך שלושה ימים בלבד. עובדה זו הופכת אותם לאבני-בניין אידיאליים עבור מחקר ביורפואי, צוין במאמר.
החוקר Kodadek החל להתעניין בפיתוח שיטה חדשנית זו כאשר הוא וחוקר נוסף, Benjamin Cravatt, ראש המחלקה לפיסיולוגיה כימית, החליטו למזג שתי טכנולוגיות נפרדות – סינתזה של ספריית פפטואידים ושיטה למיונם, שפותחו במעבדתו של Kodadek, ושיטה של ABPP (activity-based protein profiling, איתור חלבונים מבוסס-פעילות), שפותחה במעבדתו של החוקר Cravatt. השילוב סיפק שיטה חדשנית ורבת-עוצמה למיון ואיתור חומרים מובילים לפיתוח תרופות באיכות גבוהה.
“אולם, כאשר רק התחלנו לחשוב על שיתוף הפעולה לשם זיהוי מאות ליגנדות לחלבונים בו-זמנית, ההתלהבות הראשונית שלי מותנה בשל העובדה כי ידעתי שפעילותם של חומרים אלו אמורה להיות צנועה בלבד וכי לא נוכל להשתמש במספר כה רב שלהם לשם שיפור פעילותם,” אמר החוקר הראשי. “שיטת “ראש-החץ” החדשנית שלנו פתרה את הבעיה הזו.”
