גישה חדשה לפיתוח תרופות למחלות הנגרמות ע"י פעילות יתר של אנזימים

גישה חדשנית לעיכוב פעולתם של אנזימים המחוללים מגוון רחב של מחלות, החל באוטיזם וכלה במחלות לב, ריאות וכליות, פותחה במחקר בינלאומי נרחב בהובלת חוקרים מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב. השיטה שפותחה עשויה לסייע בפיתוח תרופות למחלות הנגרמות על ידי פעילות יתר של אנזימים.

המחקר, שפורסם בכתב העת Cell לאחרונה, בוצע בהובלת פרופ' גלי פרג וקבוצת המחקר שלו בבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה ובשיתוף עם צוות חוקרים מחברת התרופות נוברטיס וחוקרים מהטכניון, מאנגליה, ארה"ב, שווייץ, צרפת וגרמניה.

מסביר פרופ' פרג: "אנו חוקרים מבני חלבונים ברזולוציה אטומית באמצעות מגוון שיטות מתקדמות, שחלקן פותחו במיוחד במעבדתנו. בין היתר אנו חוקרים אנזימים ממשפחת HECT, המשתייכת לסוג 'יוביקוויטין ליגאז' – אנזימים המסמנים חלבונים ביוביקוויטין, תהליך שמווסת פעולות רבות בתא. בעבר חשפנו מנגנון ויסות עצמי המשותף למרבית האנזימים במשפחה: הם מסמנים את עצמם ביוביקוויטין, דבר שגורם לשינוי מבני המכבה את פעילות האנזים. כשהתמקדנו באנזים מסוים במשפחה הקרוי E6AP, מצאנו שפגיעה במנגנון זה מעורבת במגוון מחלות: סרטן צוואר הרחם, מחלות שינה, תסמונת אנגלמן ואוטיזם הנגרם מפעילות יתר של E6AP".

אמיר פלורנטין, הדוקטורנט שהוביל את המחקר, מוסיף "בשלב הראשון זיהינו את הגורם לסוג זה של אוטיזם - מוטציה גנטית המונעת את הכיבוי העצמי וכך גורמת לפעילות בלתי מרוסנת של E6AP. מכאן הסקנו שמנגנון הכיבוי העצמי יכול להוות מטרה לפיתוח תרופות עתידיות למחלות רבות הקשורות באנזימי HECT. במילים אחרות: מצאנו את השאלטר ונותר לנו 'רק' למצוא איך להוריד אותו".

ההזדמנות הגיעה כשחברת התרופות נוברטיס פנתה לפרופ' פרג כדי שיסייע בפיענוח מנגנון הפעולה של תרופה חדשה שפותחה כנגד אנזים אחר במשפחה, SMURF1. התרופה, שהתגלתה כיעילה נגד יתר לחץ דם ריאתי נמצאת כיום בניסויים קליניים מתקדמים בבני אדם (Phase-2).

פלורנטין: "התרופה שפותחה על ידי 'נוברטיס' נמצאה בסריקה ממושכת ויקרה של 1.1 מיליון חומרים, אך מנגנון פעולתה לא היה ידוע. במחקר שלנו גילינו כי בדומה למנגנון הטבעי של כיבוי עצמי, התרופה מייצרת שינוי מבני (אלוסטרי) באנזים, המונע תנועה שהיא הכרחית לפעולתו".

לדברי החוקרים, התרופה אמנם סלקטיבית מאוד ומעכבת רק את SMURF1, אך הבנת מנגנון הפעולה שלה אפשר לצוות המחקר בתל אביב לפתח גישה חדשנית לפיתוח תרופות נוספות המעכבות אנזימים נוספים מאותה משפחה.

ראשית, בעזרת סימולציה חישובית, הם שינו את המבנה של E6AP כך שידמה לזה של SMURF1 במצב המעוכב. על פי היפותזת המחקר, מבנה זה דינמי ומתקיים לפרק זמן קצר מאוד ולכן לא היה ניתן לתצפית עד כה. במבנה הממוחשב נוצר חלל חדש בתוך E6AP, המהווה יעד לתרופה עתידית: חומר שייקשר לאנזים וימלא את החלל באופן מדויק צפוי לייצב את המבנה המעוכב של E6AP וכך עשוי להוות תרופה לחלק מהמחלות הקשורות אליו, בפרט לאוטיזם ולסרטן צוואר הרחם הנגרמים על ידי עודף פעילות של האנזים.

כדי לאתר מולקולה שתתאים בדיוק לחלל החדש השתמשו החוקרים בתוכנה ייעודית מבוססת למידת מכונה, שבחנה את התאמתם של כשמונה מיליון חומרים. מתוכם, התוכנה זיהתה כ-3,000 חומרים בעלי פוטנציאל, והחוקרים בחנו את המבנים הצפויים וצמצמו את הרשימה ל-32 חומרים, שנרכשו לבחינה פיזית במעבדה. אז נמצא שחמישה מהחומרים הללו אכן מעכבים את פעילותו של האנזים E6AP.

פרופ' פרג: "במחקר זה חשפנו את מנגנון הפעולה של תרופה חדשה המעכבת לראשונה אנזים מסוים ממשפחת HECT באדם. על סמך התגלית פיתחנו גישה חדשה לפיתוח תרופות עבור מגוון מחלות הנגרמות על ידי פעילות יתר של אנזימים נוספים מאותה משפחה. אנזימים אלה מעורבים במגוון רחב של מחלות שלכאורה אינן קשורות זו לזו - מחלות לב, כלי דם, כליות, ריאות, מחלות אוטואימוניות, סרטן, אוטיזם ועוד. לפיכך, אנו מאמינים שגישתנו טומנת בחובה פוטנציאל עצום לפיתוח עתידי של תרופות למחלות רבות. במחקרי המשך אנו עובדים על חומרים שיפעלו במנגנון זה באנזימים שונים מהמשפחה, וכך עשויים להביא מזור למגוון מחלות נוספות".