Трёхмерная модель мелатониновых рецепторов поможет создать эффективные лекарства

Примерно треть населения развитых стран испытывают трудности со сном. Многие из них обращаются к добавкам мелатонина, которые помогают им заснуть. Однако роль мелатонина в биологических часах раскрыта не полностью. Это затрудняет разработку безвредных лекарств от расстройств сна.

3D модель рецепторов к мелатонину

Международная команда ученых пролила свет на эффекты мелатонина. Они разработали трехмерные модели крошечных антенн-рецепторов на поверхности клеток, которые синхронизируют внутренние часы организма с циклом дня и ночи.

Учёные изучили структурную информацию рецепторов, а также их мутации у пациентов с нарушениями сна.

Создание 3D-моделей двух рецепторов мелатонина, MT1 и MT2, имеет решающее значение для понимания того, как работают биологические часы.

Эта информация нужна для разработки молекул лекарств, которые связываются с рецепторами мелатонина и отслеживают потенциальные эффекты. Не исключено, что преимущества новых препаратов мелатонина могут выходить за рамки улучшения сна.

Новые данные помогут разработать лекарства, которые взаимодействуют только с нужными рецепторами. Это даёт надежду на целенаправленное лечение различных заболеваний, включая диабет, рак и нарушения сна.

"Душа" и её связь с мелатонином

Мелатонин вырабатывается в центре мозга шишковидной железой, однажды описанной философом Декартом как «душа» мозга и тела.

Благодаря шишковидной железе люди реагируют на изменения дневного света в разное время суток.

С наступлением ночи железа производит больше мелатонина, который затем связывается с рецепторами MT1 и MT2 клеток. Перед рассветом железа снижает уровень мелатонина, сигнализируя о том, что пора просыпаться.

Роль мелатониновых рецепторов в организме

MT1 и MT2 входят в число примерно 800 рецепторов тела человека. Эти рецепторы, известные как «G-белок-связанные рецепторы» (GPCR), находятся на поверхности клетки. Рецепторы действуют как своего рода почтовый ящик, передавая информацию в ячейку, чтобы вызвать каскадную реакцию.

Около трети всех препаратов на рынке предназначены для связывания с G-белковыми рецепторами, каждый из которых играет разную роль в регулировании необходимых для выживания функций организма, таких как:

• голод;
• репродукция;
• обоняние;
• распознавание вкуса.

До сих пор ученые всего мира получили структуры менее чем одной десятой этих рецепторов. MT1 и MT2 являются одними из последних. Рецепторы MT1 и MT2 важны для множества процессов, включая размножение и даже некоторые виды рака.

Трехмерные модели рецепторов MT1 и MT2 дают возможность увидеть уникальные структурные различия и их роль в биологических часах. Вооружившись этим знанием, становится легче создавать лекарства, молекулы которых будут связываться только с одним из рецепторов. Это избирательное связывание поможет свести к минимуму побочные эффекты.

Новейшие технологии помогли увидеть рецепторы к мелатонину

Структуры обоих рецепторов были получены с помощью лазера, который использует рентгеновские лучи для съемки движущихся атомов и молекул рецепторов. Для выяснения трехмерной структуры рецепторов были собраны сотни тысяч изображений.

Исследователи также проверили эффекты десятков мутаций, чтобы углубить их понимание того, как работают рецепторы. Они смогли увидеть мутации, связанные с сахарным диабетом 2 типа на рецепторе MT2 и определить их точное местоположение.

Применение знаний о рецепторах на практике

В своих экспериментах исследователи смотрели только на соединения, которые активируют рецепторы, известные как агонисты. Они также надеются нанести на карту рецепторы, связанные с блокирующими их антагонистами.

Эти методы могут пригодиться для исследования других рецепторов GPCR в организме. Созданные 3D модели рецепторов помогут понять, как они распознают определенные молекулы. Эти знания необходимы для синтеза новых эффективных препаратов.