Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) jouent un rôle central dans la signalisation cellulaire et ont longtemps été un objectif majeur de la découverte de médicaments. Ces récepteurs régulent un vaste éventail de processus physiologiques, ce qui en fait des objectifs clés pour le développement thérapeutique. Malgré des progrès significatifs, de nombreux GPCR restent mal caractérisés, présentant à la fois des défis et des opportunités pour l'industrie pharmaceutique.
Dans cette interview, nous explorons les dernières avancées avec le principal scientifique d'EVOTEC dans la recherche GPCR et la découverte de médicaments. Ils partageront des informations sur les complexités du travail avec les GPCR, les stratégies de développement de tests innovantes qu'ils ont mis en œuvre et le rôle des technologies de biocapteurs de pointe telles que Waverapid dans l'accélération de la découverte de nouveaux candidats au médicament.
Sommaire
Pourriez-vous nous donner une brève introduction aux GPCR et leur signification dans la découverte de médicaments?
Les GPCR, ou récepteurs couplés aux protéines G, représentent une famille cruciale de récepteurs impliqués dans de nombreuses fonctions cellulaires. Ils répondent à divers stimuli, notamment les hormones endogènes et les neurotransmetteurs.
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Historiquement, les GPCR ont été l'une des cibles les plus importantes pour la découverte de médicaments. En fait, autour 30% de tous les médicaments actuellement commercialisés ciblent les GPCR. Malgré cela, un nombre important de GPCR restent des récepteurs orphelins, ce qui signifie que nous ne comprenons pas pleinement leur fonction et que nous n'avons pas encore identifié leurs ligands endogènes.
Cela présente une opportunité passionnante pour la découverte de médicaments, en particulier dans le développement de sondes chimiques qui aident à clarifier leurs fonctions et à découvrir de nouvelles entités chimiques visant à moduler leur activité.
Quels sont les principaux défis associés à l'étude des GPCR, en particulier dans le contexte de la découverte de médicaments?
Les GPCR sont particulièrement difficiles aux cibles médicamenteuses en raison de plusieurs facteurs. Premièrement, ils présentent souvent une faible activité lorsqu'ils sont immobilisés, ce qui signifie que la fraction de la protéine compétente de liaison n'est généralement pas élevée. En effet, les GPCR de type sauvage sont généralement instables une fois extraits de leur environnement membranaire naturel.
Les GPCR existent dans plusieurs états de conformation, ce qui en fait des protéines très dynamiques avec des comportements de liaison complexes qui sont parfois difficiles à récapituler en utilisant une approche réductionniste couramment appliquée dans les premières phases de la découverte de médicaments. Un autre défi est que les GPCR doivent généralement être intégrés dans des micelles détergentes, des nanodisques ou des polymères synthétiques pour des expériences, qui peuvent provoquer des problèmes avec des composés qui ont des problèmes de solubilité ou sont hautement amphiphiliques / lipophiles.
Pourriez-vous nous guider à travers le flux de travail que EVOTEC a développé pour le développement du test GPCR?
Chez EVOTEC, nous avons établi un flux de travail systématique qui nous permet de développer des tests d'engagement cibles directs pour les GPCR en utilisant la technologie de biocapteur. Il commence par la conception soigneusement des constructions tomaximiser les chances de succès pour les applications en aval.
Ensuite, nous nous concentrons sur l'expression et la purification des protéines, garantissant que nous avons des matériaux de haute qualité pour nos tests. Une fois que nous avons la protéine purifiée, nous effectuons une phase de faisabilité du test où nous évaluons différentes constructions en production à petite à moyenne pour déterminer les plus adaptées au développement de tests.
Ces étapes sont des paramètres itératifs et affinés jusqu'à ce que nous identifions les aspects clés qui assurent le résultat souhaité. Une fois le test de liaison développé, il peut être utilisé pour diverses applications, notamment le profilage composé, la validation du coup, le dépistage des fragments, la cartographie des sites de liaison et même les études thermodynamiques.
Quel rôle la technologie de biocapteurs optiques, en particulier Waverapid, dans l'étude des GPCR?
Les biocapteurs optiques, et en particulier la technologie Waverapid, ont considérablement progressé notre capacité à étudier les GPCR. Les méthodes traditionnelles nécessitent souvent de multiples concentrations d'un composé à injecter au fil du temps pour générer une courbe dose-réponse.
En revanche, Waverapid nous permet d'injecter une seule concentration et d'enregistrer la réponse résolue dans le temps, ce qui nous permet de résoudre la cinétique des interactions de manière beaucoup plus efficace.
Ceci est particulièrement utile lors de la gestion des GPCR, où la dynamique de liaison peut être complexe. Avec Waverapid, nous pouvons évaluer le profil cinétique complet de la liaison avec une plus grande confiance; Focus sur la cinétique du processus de dissociation du ligand-cible qui est moins affecté par l'hétérogénéité observée pendant la phase d'injection, même lorsqu'il s'agit de signaux faibles.
Pouvez-vous expliquer comment Evotec a conçu et exécuté le processus de dépistage des fragments à l'aide de Waverapid?
Notre preuve de principe initial s'est concentrée sur un GPCR bien caractérisé pour lequel de nombreux composés d'outils étaient disponibles, le récepteur adénosine A2A (HA2AR). Nous avons immobilisé GPCR A2AR de type sauvage sur une surface de la puce de capteur NTA et testé des molécules avec différents mécanismes d'action – agonistes, antagonistes et composés de type fragment – pour valider la protéine et le test. Les profils de liaison de ces molécules ont été analysés en utilisant à la fois la cinétique multi-cycle Waverapid et traditionnelle (MCK), nous permettant de caractériser leurs paramètres cinétiques et de valider la traduction complète de MCK dans Waverapid.
Ensuite, nous avons soigneusement sélectionné un composé d'outil, ANR94, qui avait un profil cinétique idéal et un poids moléculaire pour servir de contrôle positif.
Une fois le test entièrement configuré, nous avons effectué un écran pilote de 700 fragments. Les résultats ont été analysés par un tracé cinétique qui a considéré à la fois les taux d'association et de dissociation pour visualiser facilement l'affinité de liaison.
Quelles ont été les principales conclusions de l'étude pilote et comment avez-vous validé les résultats?
L'écran pilote a identifié 16 fragments comme liants potentiels, avec un taux de succès global d'environ 2,3%, ce qui s'aligne sur ce que nous attendons généralement du dépistage des fragments sur cette classe cible. Pour valider ces tubes, nous avons adopté une approche plus traditionnelle en utilisant des tests de liaison MCK, où nous avons injecté plusieurs concentrations de composés pour confirmer la liaison dose-réponse. Ensuite, nous avons inspecté de près la courbe de saturation et liant à des cibles hors cibles pertinentes, complétant l'ajustement cinétique avec un tracé de données à l'état d'équilibre.
Sur les 16 fragments initiaux, neuf ont été confirmés comme liants sélectifs au GPCR A2A. Fait intéressant, lorsque nous avons comparé les paramètres cinétiques obtenus de Waverapid à ceux de la cinétique multicycle, nous avons trouvé de fortes corrélations, renforçant davantage la validité de notre méthode de dépistage.
Quelles sont les implications potentielles de vos résultats pour l'avenir de la découverte de médicaments GPCR?
Nos résultats démontrent que le dépistage des fragments cinétiques utilisant Waverapid est une méthodologie très efficace pour identifier les nouveaux composés ciblant GPCR. La capacité de dépister rapidement et de manière fiable de grandes bibliothèques de fragments signifie que nous pouvons accélérer les premiers stades de la découverte de médicaments.
Les données cinétiques que nous générons fournissent des informations précieuses sur les interactions de liaison, qui peuvent guider les efforts d'optimisation du plomb. Étant donné le nombre de GPCR orphelins qui restent inexplorés, cette approche pourrait contribuer à déverrouiller de nouvelles cibles thérapeutiques.
Quelles sont les prochaines étapes pour EVOTEC dans ce domaine de recherche?
À l'avenir, nous prévoyons d'élargir nos efforts de dépistage sur des cibles GPCR supplémentaires, en particulier les récepteurs orphelins. Nous visons également à intégrer le dépistage Waverapid avec des technologies complémentaires pour affiner davantage notre compréhension de la cinétique de liaison et des relations structure-activité.
Un autre objectif clé sera d'optimiser les conditions de test pour minimiser la liaison non spécifique et améliorer encore la reproductibilité. En fin de compte, notre objectif est de continuer à faire progresser la découverte de médicaments GPCR en développant des méthodologies de dépistage innovantes, efficaces et fiables.
À propos d'Edoardo Fabini
Edoardo Fabini est un scientifique principal d'Evotec UK, où il dirige une équipe dédiée au développement de tests biophysiques au sein du département des sciences des protéines. Il est titulaire d'un doctorat en sciences biochimiques et biotechnologiques de l'Université de Bologne et a mené des recherches sur le doctorat et postdoctoral en visite à l'Université BMC, Uppsala. Edoardo possède une expertise approfondie dans les méthodes biophysiques et biochimiques, notamment SPR, GCI et DSF, avec une formation en enzymologie mécaniste et en pharmacologie. Avant de rejoindre EVOTEC, il a travaillé chez Nerviano Medical Sciences, contribuant à la découverte des inhibiteurs de la kinase et des modulateurs PARP pour soutenir les programmes de découverte de médicaments en oncologie. Dans son rôle actuel, Edoardo Bridges Biochemistry, Biophysics et Structural Biology, offrant un soutien essentiel dans divers programmes de découverte de médicaments. Il se spécialise dans la conception et la mise en œuvre de tests biophysiques personnalisés pour des cibles difficiles, avec un accent particulier sur les protéines membranaires telles que les GPCR, les SLC et les canaux ioniques.
À propos de Wavesystem (une marque panalytique de Malvern et une technologie Creoptix)
Après l'intégration en janvier 2022, Creoptix est une marque panalytique Malvern. L'équipe a son siège social à Wädenswil au pied du lac de Zurich en Suisse, avec des bureaux américains dans la région de Boston.
Accélérer la découverte
Wavesystem permet aux scientifiques de la vie d'accélérer la découverte en fournissant des outils de pointe pour l'analyse d'interaction moléculaire, en mettant l'accent sur les instruments bioanalytiques de nouvelle génération pour la découverte de médicaments et les sciences de la vie pour la recherche académique et académique.
Sensibilité et résolution élevée
Sur la base de son biocapteur propriétaire, de ses technologies de microfluidique et de logiciels, le système de wavesystème offre une sensibilité et une résolution exceptionnellement élevées pour étudier les interactions biologiques en temps réel impliquant des fragments, de petites molécules, des peptides, des protéines membranaires, des biologiques et d'autres molécules même dans des mélanges réactionnels bruts et des biofluides comme des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués et des sérums non dilués.
Niveau révolutionnaire de l'analyse cinétique
Au cœur du Wavesystem se trouve la technologie de l'interférométrie couplée (GCI). La technologie GCI met un niveau de percée d'analyse cinétique à portée de main en repoussant les limites de la gamme d'affinité et de la compatibilité des échantillons. La qualité des données exceptionnellement élevée du système, la compatibilité des échantillons et les logiciels automatisés facilitent la découverte de médicaments et permettent de nouvelles percées dans la R&D. Malvern Panalytical propose également des puces et des logiciels de support pour l'instrument.
