UF-Chemiker erschließen neue Grenzen im Arzneimitteldesign

Foto mit freundlicher Genehmigung von Matthew Eddy.

Ein Forschungsteam untersucht einen lange vernachlässigten Mechanismus hinter der Behandlung von Krankheiten

Von Emma Barrett – 22. Februar 2023

Ein Team von UF-Forschern hat unser Verständnis der Schutzschichten auf Zellen erweitert – eine mikroskopische Entdeckung mit großem Potenzial für die zukünftige Entwicklung von Arzneimitteln. Das Team, zu dem Matthew Eddy, Assistenzprofessor für Chemie, und die Doktoranden Naveen Thakur und Arka Ray gehörten, veröffentlichte seine Ergebnisse in der führenden wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications. Die Ergebnisse ebnen den Weg für die Entwicklung neuer Therapiestrategien im Zusammenhang mit pathologischen Erkrankungen wie Entzündungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs mit dem Ziel, die Arzneimittelentwicklung voranzutreiben.

Den Forschern zufolge sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), die in Phospholipide von Zellmembranen eingebettet sind, ein entscheidender Bestandteil vieler physiologischer Prozesse. Sie erkennen Signale von äußeren Reizen wie Hormonen, Neurotransmittern und Medikamenten, leiten sie ins Zellinnere weiter und lösen so eine physiologische Reaktion aus. Trotz ihrer Bedeutung, da ein Drittel der von der FDA zugelassenen Medikamente auf GPCRs abzielen, ist das wissenschaftliche Verständnis der Mechanismen hinter der GPCR-Signalübertragung nach wie vor begrenzt. Daher versuchte das Team, dieses Wissen zu erweitern.

„Unsere Studie unterstreicht, wie wichtig es ist, die Zellmembran genauer zu untersuchen, da diese zellulären Signalproteine ​​die meiste Zeit dort verbringen“, sagten die Forscher.

Nachdem sie die Arzneimittelreaktion in verschiedenen Membranumgebungen getestet hatten, entdeckten sie, dass die Zusammensetzung der Zellmembran die Reaktion von Rezeptorproteinen auf Arzneimittel erheblich verändern kann. Folglich können ererbte oder umweltbedingte Faktoren, die die Zellmembranzusammensetzung beeinflussen, wie Stoffwechsel, Ernährung und Krankheiten, die Art und Weise beeinflussen, wie Medikamente mit dem menschlichen Körper interagieren.

Die aus dieser Forschung gewonnenen neuen Erkenntnisse zeigen, dass bestimmte Lipide einen erheblichen Einfluss auf die Aktivierung eines GPCR-Typs haben können, der als wichtiges Ziel bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit und mehrerer Krebsarten fungiert. Das Team betont das Potenzial für die zukünftige Erforschung dieses Rezeptors, der als A2A-Adenosinrezeptor bezeichnet wird, als Ziel für Krebsimmuntherapien.

Die Forschung lieferte letztlich neue Einblicke in die Regulierung zellulärer Prozesse durch GPCRs und lieferte neue Kriterien für ein rationales Arzneimitteldesign, das die zelluläre Umgebung besser berücksichtigt – was offensichtlich die Wirksamkeit des Arzneimittels erhöht und zur Arzneimittelentwicklung beiträgt.

Möglich wurden die Ergebnisse durch einen integrierten wissenschaftlichen Ansatz zwischen Forschungsgruppen der University of Florida, der National Institutes of Health und der University of Delaware. „Wir sind stolz darauf, Teil eines kollaborativen und interdisziplinären Teams zu sein, das eine breite Palette experimenteller, rechnerischer und zellbasierter Methoden einsetzte, um das Forschungsproblem aus mehreren Blickwinkeln anzugehen“, sagten die Forscher.

Während sie den vielschichtigen Ansatz bewältigten, hatten die UF-Absolventen, die die Studie leiteten, die Möglichkeit, wichtige Fähigkeiten für ihre berufliche Entwicklung zu entwickeln, einschließlich wissenschaftlicher Kommunikation, Projektmanagement und Teamarbeit.

„Im Verlauf dieses Projekts habe ich als Forscher eine bemerkenswerte Entwicklung erlebt“, sagte Thakur. „Mein Berufswunsch besteht darin, die Forschung in der Arzneimittelforschung auf dem neuesten Stand der Pharmaindustrie zu leiten, und ich bin zuversichtlich, dass meine aktuelle Erfahrung mich für den Erfolg meiner zukünftigen Karriere gerüstet hat.“

Lesen Sie hier die vollständige Studie.