Ersten Karten der beiden melatonin-Rezeptoren essentiell für Schlaf

Ein internationales team von Forschern verwendet eine X-ray-laser an der Abteilung von Energie SLAC National Accelerator Laboratory erstellen die erste detaillierte Karten der beiden melatonin-Rezeptoren, die sagen, unsere Körper, wenn Sie schlafen gehen oder aufwachen und führen andere biologische Prozesse. Ein besseres Verständnis, wie Sie funktionieren könnten, ermöglichen es den Forschern Konstruktion besserer Medikamente gegen Schlafstörungen, Krebs und Typ-2-diabetes. Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht in zwei Papieren, die heute in der Natur.

Das team, geführt durch die Universität von Süd-Kalifornien, verwendet X-Strahlen, die von SLAC – Linac Coherent Light Source (LCLS) bilden die Rezeptoren MT1 und MT2, gebunden an vier verschiedenen verbindungen, die Aktivierung der Rezeptoren: Schlaflosigkeit Medikament, eine Droge, mischt melatonin mit dem Antidepressivum serotonin, und zwei melatonin-Analoga.

Sie entdeckten, dass sowohl melatonin-Rezeptoren enthalten, die schmalen Kanäle eingebettet in die fetthaltigen Membranen der Zellen in unserem Körper. Diese Kanäle erlauben nur melatonin –, die vorhanden sein können, sowohl in Wasser und Fett-zu passieren, die Blockierung von serotonin, das hat eine ähnliche Struktur aber ist nur glücklich in wässrigen Umgebungen. Sie haben auch aufgedeckt, wie einige viel größere verbindungen können nur Ziel-MT1 und nicht MT2, trotz der strukturellen ähnlichkeiten zwischen den beiden Rezeptoren. Diese sollten, informieren Sie das design von Medikamenten, die gezielt MT1, das bisher eine Herausforderung.

„Diese Rezeptoren führen immens wichtige Funktionen im menschlichen Körper und sind wichtige targets von hohem Interesse für die pharmazeutische Industrie“, sagte Linda Johansson, ein Postdoc-Stipendiat an der USC, führte die Rohbauarbeiten auf MT2. „Durch diese Arbeit waren wir in der Lage zu erhalten ein sehr detailliertes Verständnis, wie sich melatonin ist in der Lage, an diese Rezeptoren binden.“

Zeit fürs Bett

Menschen tun es, Vögel tun es, Fische tun es. Fast alle Lebewesen in der Tierwelt schlafen, und das aus gutem Grund.

„Es ist kritisch für das Gehirn zum ausruhen und verarbeiten und speichern Erinnerungen, die wir gesammelt haben, während des Tages,“, sagte co-Autor Alex Batyuk, ein Wissenschaftler am SLAC. „Melatonin ist das Hormon, das regelt unseren Schlaf-wach-Zyklen. Wenn da Licht die Produktion von melatonin gehemmt wird, aber wenn die Dunkelheit kommt, das ist das signal für unser Gehirn, um schlafen zu gehen.“

Melatonin-Rezeptoren gehören zu einer Gruppe von Membran-Rezeptoren G-protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) regulieren fast alle physiologischen und sensorischen Prozesse im menschlichen Körper. MT1 und MT2 sind in vielen Orten im ganzen Körper, einschließlich Gehirn, retina, Herz-Kreislauf-system, Leber, Nieren, Milz und Darm..

Diese Rezeptoren überwachen unsere Uhren-Gene, die Zeitnehmer der Körper die innere Uhr oder zirkadianen Rhythmus. In einer perfekten Welt, unsere inneren Uhren würde die Synchronisierung mit der steigenden und Einstellung der Sonne. Aber wenn die Leute Reisen durch Zeitzonen, arbeiten über Nacht Verschiebungen oder verbringen zu viel Zeit vor Bildschirmen oder anderen künstlichen Quellen des blauen Lichts, diese Zeitmesser sind, geworfen aus dem Gleichgewicht geraten.

Die Steuerung der Rhythmus

Wenn unsere zirkadianen Rhythmen sind gestört, es kann dazu führen, psychiatrische -, Stoffwechsel -, onkologischen und viele andere Bedingungen. MT1 insbesondere spielt eine wichtige Rolle in der Kontrolle dieser Rhythmen aber der Entwicklung von Medikamenten, die selektiv Ziel dieser rezeptor hat sich als schwierig erwiesen. Viele Menschen nehmen over-the-counter melatonin Ergänzungen zur Bekämpfung der Schlaf-Probleme oder verlagern Ihre zirkadianen Rhythmen, aber die Wirkung dieser Medikamente oft tragen innerhalb von Stunden.

Durch das knacken der Baupläne dieser Rezeptoren und mapping wie Liganden binden an und aktivieren Sie Sie, die Forscher beleuchteten den Weg für andere, Wirkstoffe zu entwerfen, die sicherer, effektiver und in der Lage, selektiv auf jeden rezeptor.

„Seit der Entdeckung von melatonin vor 60 Jahren, gab es viele wegweisende Entdeckungen, führte zu diesem moment“, sagte Margarita L. Dubocovich, ein SUNY distinguished professor für Pharmakologie und Toxikologie an der Universität in Buffalo, der Pionier bei der Festlegung der funktionalen melatonin-Rezeptoren in den frühen 80er Jahren und bot eine Sicht von außen auf diese Forschung. „Trotz bemerkenswerter Fortschritte, die Entdeckung der selektiven MT1 Drogen blieb schwer für mein team und Forschern auf der ganzen Welt. Die Aufklärung der Kristallstrukturen für die MT1-und MT2-Rezeptoren eröffnet ein spannendes neues Kapitel für die Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von Schlaf oder Störungen des zirkadianen Rhythmus bekannt ist, dass psychiatrische -, Stoffwechsel -, onkologischen und viele andere Bedingungen.“

Ernte Kristalle

Zum anzeigen Biomolekülen, wie Proteinen, Forscher verwenden oft eine Methode namens X-ray crystallography, Streuung, X-Strahlen, die aus kristallisierten Versionen dieser Proteine und die Verwendung der Muster diese erstellt werden, um zu erhalten eine drei-dimensionale Struktur. Bis jetzt, die Herausforderung, die mit der Zuordnung MT1, MT2 und ähnliche-Rezeptoren war, wie schwer es war, zu wachsen groß genug Kristalle, um hochaufgelöste Strukturen.

„Mit diesen melatonin-Rezeptoren, mussten wir wirklich gehen die extra Meile,“ sagte Benjamin erwirbt Stauch, wer führte die Rohbauarbeiten an MT1. „Viele Menschen hatten versucht, kristallisieren Sie ohne Erfolg, so mussten wir etwas erfinderisch sein.“

Ein Kernstück dieser Untersuchung war die einzigartige Methode, die die Forscher verwendeten, zu wachsen Ihrer Kristalle zu sammeln und die X-ray diffraction Daten von Ihnen. Für diese Forschung, das team zum Ausdruck gebracht, diese Rezeptoren in Insekten-Zellen und extrahiert Sie mit Reinigungsmittel. Sie mutierte diese Rezeptoren zu stabilisieren, wodurch die Kristallisation. Nach der Reinigung der Rezeptoren, Sie legte Sie in eine Membran-wie gel, das unterstützt Kristallwachstum direkt aus der Membran Umgebung. Nach Erhalt mikrokristalle ausgesetzt, die in diesem gel verwendeten Sie eine spezielle Injektor zu schaffen, ein schmaler Bach von Kristallen, die Sie gezappt mit X-Strahlen von LCLS.

„Aufgrund der kleinen Kristallgröße, diese Arbeit konnte nur durchgeführt werden bei LCLS,“ sagte Vadim Cherezov, ein USC-professor, der überwacht sowohl Studien. „Solche kleinen Kristalle nicht beugen gut an synchrotron-Quellen, da Sie schnell unter Strahlung leiden Schaden. X-ray-Laser überwinden können Strahlenschäden problem durch die „diffraction before destruction“ – Prinzip.“

Die Forscher sammelten Hunderte von tausenden von Bildern der gestreuten Röntgenstrahlen, um herauszufinden, die dreidimensionale Struktur dieser Rezeptoren. Außerdem testeten die Effekte von Dutzenden von Mutationen zu vertiefen Ihr Verständnis von, wie die Rezeptoren arbeiten.

Neben der Entdeckung winzige, gatekeeping melatonin-Kanäle in den Rezeptoren, die Forscher waren in der Lage, map-Typ-2-diabetes-assoziierten Mutationen auf die MT2-rezeptor, für die erste Zeit zu sehen, die genaue Lage dieser Mutationen in der rezeptor.

Den Grundstein

In diesen Experimenten haben die Forscher schauten nur bei verbindungen, die aktiviert die Rezeptoren, bekannt als Agonisten. Follow-up, Sie hoffe, dass die Karte der Rezeptoren gebunden-Antagonisten, die blockieren die Rezeptoren. Sie hoffen auch, um Ihre Technik zu untersuchen, andere GPCR-Rezeptoren im Körper.

„Als ein struktureller Biologe, war es spannend zu sehen, die Struktur dieser Rezeptoren für die erste Zeit und analysieren Sie, um zu verstehen, wie diese Rezeptoren selektiv zu erkennen signalstoffe,“, sagte Cherezov. „Wir kennen Sie seit Jahrzehnten, aber bis jetzt konnte niemand sagen, wie Sie tatsächlich Aussehen. Jetzt können wir analysieren, um zu verstehen, wie Sie spezifische Moleküle erkennen, die wir hoffen, wird der Grundstein für eine bessere, effektivere Drogen.“