Una nuova piattaforma trasforma la perdita di proteine ​​in un segnale per la scoperta di farmaci. / New Platform Turns Protein Loss Into a Signal for Drug Discovery

 Una nuova piattaforma trasforma la perdita di proteine ​​in un segnale per la scoperta di farmaci. / New Platform Turns Protein Loss Into a Signal for Drug Discovery

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare piccole diminuzioni di proteine ​​all'interno delle cellule viventi, creando un segnale amplificato che potrebbe facilitare la scoperta di farmaci in grado di eliminare le proteine ​​responsabili delle malattie.

L'approccio, denominato attivazione trascrizionale ratiometrica (RTA), converte la degradazione di una proteina bersaglio in un aumento dell'espressione genica. A differenza dei metodi convenzionali, in cui la perdita di proteina produce un segnale più debole, l'RTA genera un segnale che diventa più forte man mano che la proteina bersaglio scompare. I ricercatori dell'Università di Stanford descrivono la piattaforma sulla rivista Cell.

L'individuazione delle variazioni nell'abbondanza proteica è fondamentale sia per la comprensione della biologia cellulare sia per lo sviluppo di degradatori proteici mirati, una classe emergente di farmaci progettati per eliminare le proteine ​​dannose anziché limitarsi a bloccarne l'attività. Tali farmaci potrebbero offrire nuove strategie per colpire proteine ​​che storicamente sono state difficili da inibire con i farmaci convenzionali.

I metodi esistenti, tuttavia, misurano in genere la degradazione proteica attraverso la perdita di segnale. Ciò può rendere difficile rilevare cambiamenti relativamente piccoli, soprattutto quando una proteina è naturalmente presente a bassi livelli.

"Un metodo che elimina i vincoli sull'abbondanza proteica, aggira la correlazione diretta tra la deplezione proteica e la perdita di segnale e fornisce un segnale sintonizzabile e multiplexabile in caso di downregulation della proteina bersaglio potrebbe consentire il rilevamento sensibile dei regolatori proteici e la programmazione di output biologici su larga scala", hanno scritto gli autori.

RTA è progettato per raggiungere questo obiettivo invertendo la relazione usuale tra abbondanza proteica e segnale.

I ricercatori hanno creato circuiti genetici in cui una proteina di interesse è fusa ad un inibitore che sopprime un fattore di trascrizione. Quando la proteina bersaglio ed il suo inibitore ad essa legato vengono degradati, il fattore di trascrizione viene liberato e può attivare l'espressione di un gene prescelto.

In particolare, la sensibilità del sistema dipende dal rapporto tra la proteina di fusione inibitoria ed il fattore di trascrizione, piuttosto che semplicemente dall'abbondanza della proteina bersaglio. Regolando tale rapporto, i ricercatori sono riusciti ad amplificare variazioni relativamente piccole nei livelli proteici, trasformandole in segnali trascrizionali molto più ampi.

Il gruppo ha dimostrato che RTA è in grado di rilevare la perdita di proteine ​​causata da diversi meccanismi di degradazione e di percepire i cambiamenti nelle proteine ​​a livelli endogeni, ovvero naturali. La degradazione proteica può inoltre essere collegata a diversi parametri, tra cui segnali fluorescenti, sopravvivenza cellulare e codici a barre dell'RNA rilevabili tramite sequenziamento.

I ricercatori hanno costruito tre circuiti RTA indipendenti all'interno di singole cellule e di gruppi di cellule contenenti diversi reporter, consentendo il monitoraggio simultaneo di molteplici eventi di degradazione proteica.

Questa capacità di multiplexing potrebbe rivelarsi particolarmente utile per la scoperta di farmaci. In esperimenti ad alto rendimento, i ricercatori hanno applicato la RTA a bersagli oncogeni e hanno utilizzato la piattaforma per identificare i degradatori di "colla molecolare", ovvero piccole molecole che inducono interazioni che portano alla distruzione delle proteine ​​bersaglio.

"La tecnologia RTA, grazie alla sua capacità di multiplexing, di rilevare anche minime variazioni e di amplificare il segnale, fornisce una piattaforma robusta ed uniforme per scoprire molecole degradanti o destabilizzanti direttamente dagli screening", hanno scritto gli autori.

I risultati suggeriscono che convertire una lieve perdita di proteine ​​in un segnale amplificato e programmabile potrebbe fornire un metodo scalabile per identificare nuovi farmaci che degradano le proteine, rivelando al contempo cambiamenti nella regolazione proteica cellulare precedentemente difficili da rilevare.

ENGLISH

Researchers have developed a new way to detect small decreases in proteins inside living cells, creating an amplified signal that could make it easier to discover drugs that eliminate disease-causing proteins.

The approach, called ratiometric transcriptional activation (RTA), converts the degradation of a target protein into increased gene expression. Unlike conventional methods in which protein loss produces a weaker signal, RTA generates a signal that becomes stronger as the target protein disappears. Researchers at Stanford University report the platform in Cell.

Detecting changes in protein abundance matters for both understanding cellular biology and developing targeted protein degraders, an emerging class of drugs designed to eliminate harmful proteins rather than simply block their activity. Such drugs could offer new ways to target proteins that have historically been difficult to inhibit with conventional medicines.

Existing methods, however, typically measure protein degradation through loss of signal. That can make relatively small changes difficult to detect, particularly when a protein is naturally present at low levels.

“A method that releases the constraints on protein abundance, bypasses the direct correlation of protein depletion to loss-of-signal, and provides a tunable and multiplexable signal upon target protein downregulation could enable sensitive detection of protein regulators and programmable biological outputs at scale,” the authors wrote.

RTA is designed to accomplish that by reversing the usual relationship between protein abundance and signal.

The researchers created genetic circuits in which a protein of interest is fused to an inhibitor that suppresses a transcription factor. As the target protein and its attached inhibitor are degraded, the transcription factor is freed to activate expression of a chosen gene.

Critically, the system’s sensitivity depends on the ratio between the inhibitory protein fusion and the transcription factor, rather than simply on the target protein’s abundance. By adjusting that ratio, the researchers could amplify relatively small changes in protein levels into much larger transcriptional signals.

The team demonstrated that RTA could detect protein loss caused by several different degradation mechanisms and sense changes in proteins at endogenous, or naturally occurring, levels. Protein degradation could also be connected to different outputs, including fluorescent signals, cell survival and RNA barcodes detectable by sequencing.

The researchers built three independent RTA circuits within individual cells and pooled cells carrying different reporters, allowing simultaneous monitoring of multiple protein-degradation events.

That multiplexing capability could be particularly useful for drug discovery. In high-throughput experiments, the researchers applied RTA to oncogenic targets and used the platform to identify molecular glue degraders—small molecules that induce interactions leading to the destruction of target proteins.

“RTA, with the ability to multiplex, sense fine degrees of change, and amplify signal, provides a robust and uniform platform to discover target degrader or destabilizing molecules directly from screens,” the authors wrote.

The findings suggest that converting subtle protein loss into an amplified, programmable signal could provide a scalable way to identify new protein-degrading drugs while also revealing previously difficult-to-detect changes in cellular protein regulation.

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/precision-medicine/new-platform-turns-protein-loss-into-a-signal-for-drug-discovery/?_hsenc=p2ANqtz-__DP5eZJ3cYi_e_tRUiA8_T4O7i5kXeZnL1Q2Xy7Yd1HcAuYRs6UJxz1PydQq7HqG7o1NkOxEuBKdVjRTyR5VuHs1VaEywh7TWdIuFJf1glqOCqFA&_hsmi=436520058