ABOVE: © science source, Hybrid Medical Animation

De când ființele vii construiesc proteine pe baza codului transportat de moleculele de ARN mesager, aminoacil-ARNt sintetazele au fost prezente. Aceste enzime, pe scurt AARS, leagă ARN de transfer (ARNt) de aminoacizii corespunzători. Aceasta ar părea a fi o sarcină destul de mare pentru o singură clasă de enzime – iar când a început viața bazată pe proteine, așa a fost. Dar, pe măsură ce organismele au devenit mai complexe, AARS-urile au căpătat domenii suplimentare care le permit să facă mult mai mult.

„În momentul în care ajungi la om, sintetaza a devenit foarte decorată” cu aceste domenii suplimentare, spune Paul Schimmel, un biochimist de la Scripps Research Institute care studiază aceste sarcini suplimentare.

Serințele vii posedă cel puțin un tip de moleculă AARS pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi proteinogeni. Pentru unii aminoacizi, există două varietăți, cu o enzimă separată pentru utilizarea în traducerea proteinelor care are loc în mitocondrie. Toate aceste sintetaze au un segment central care este implicat în legătura dintre ARNt și aminoacizi și toate, cu excepția uneia, adăpostesc unul sau mai multe domenii accesorii suplimentare. În plus, prin splicarea alternativă a ARNm-urilor lor sau prin fragmentarea post-translațională a proteinelor, celulele pot produce peste 300 de variante proteice diferite din genele AARS. Unele dintre aceste variante pot fi folosite ca citokine inflamatorii. Altele orchestrează formarea de vase de sânge. AARS-urile pentru acidul glutamic și prolina sunt fuzionate într-o proteină din două părți; liantul dintre ele pare să controleze activitatea imunitară și metabolismul grăsimilor și poate chiar să influențeze durata de viață. Multe AARS au fost legate de boli umane cauzate de defecte nu în asamblarea proteinelor, ci în aceste alte funcții necanonice.

Am auzit cât de sceptic era domeniul în legătură cu aceste descoperiri. Nu îi învinovățesc. Și eu aș fi fost confuz.

-Xiang-Lei Yang, Scripps Research Institute

Câțiva cercetători văd acum enzimele ca ținte de medicamente pentru cancer, boli imunitare și alte afecțiuni. Compania cofondată de Schimmel, aTyr Pharma din San Diego, are în vedere proteinele AARS în sine ca o clasă complet nouă de medicamente, distincte de moleculele mici sau de alte produse biologice. Firma desfășoară în prezent un studiu clinic care testează o parte a enzimei histidină, HisRS, pentru tratarea bolilor inflamatorii pulmonare.

Funcțiile alternative ale AARS sunt cunoscute în organismele inferioare, cum ar fi bacteriile, încă din anii 1980, dar activitățile lor nu sunt extinse, spune Schimmel. Apoi, începând cu anii ’90, Schimmel și alții au început să descopere funcții necanonice la eucariote superioare, începând cu roluri neașteptate în angiogeneză. Descoperirea de noi funcții pentru aceste proteine străvechi a fost „o mare surpriză”, spune David Dignam, biochimist la Universitatea din Toledo. Dar, având în vedere funcțiile diverse pe care cercetătorii care studiază AARSs le-au descoperit, multe dintre acestea atingând căi cruciale pentru boli, Dignam spune că, în opinia sa, abordarea aTyr are sens. „Argumentarea faptului că se pot face medicamente pe baza acestui lucru, cred că este foarte logică.”

În timp ce alte proteine au adoptat funcții secundare, cantitatea și varietatea de funcții secundare găsite în AARSs este remarcabilă, spune Schimmel. Și el nu crede că este o coincidență. Aceste sintetaze particulare au fost prezente și disponibile pentru ca evoluția să le modifice încă de la începutul vieții bazate pe proteine. Având în vedere rolul lor esențial în sinteza proteinelor, ele sunt produse în mod constant și este puțin probabil să dispară din orice genom viabil. Acest lucru le face să fie un substrat stabil pentru noi domenii funcționale. Mai mult, ele posedă situsuri specifice de legare a aminoacizilor, gata să interacționeze cu alte proteine.

„Este o încuietor și o cheie”, spune Schimmel. „Orice proteină care scoate un lanț lateral frumos care se potrivește cu o sintetază ar putea deveni în cele din urmă un partener.”

Construirea și blocarea vaselor de sânge

Schimmel spune că a fost mult timp fascinat de funcția inițială a AARS-urilor: interpretarea codului genetic. În anii ’90, laboratorul lui Schimmel, pe atunci la MIT, a secvențiat genele AARS. „Eram interesați să dezvoltăm molecule mici care să le vizeze și să le distrugă activitățile în moduri specifice”, spune el. De exemplu, dacă AARS a unui agent patogen era suficient de diferită de cea a oamenilor, a gândit el, s-ar putea dezvolta un antibiotic care să oprească sinteza proteinelor în agentul infecțios.

Postdoctorandul de atunci al lui Schimmel, Keisuke Wakasugi, a devenit curios cu privire la secvența genei care codifică TyrRS, AARS pentru tirozină. La om, TyrRS include un segment suplimentar la capătul carboxilic al enzimei, o caracteristică care nu este prezentă la procariote sau eucariote inferioare. Secvența de aminoacizi pentru această parte a proteinei a fost similară cu cea a unei citokine umane, EMAP II, care recrutează celulele imune circulante în țesuturi pentru a promova inflamația. Wakasugi a decis să testeze acel domeniu carboxilic pentru o activitate asemănătoare cu cea a citokinelor.

„Este o idee prostească”, își amintește Schimmel că s-a gândit. Dar Wakasugi a mers mai departe și, cu siguranță, domeniul carboxilic al TyrRS a acționat exact ca EMAP II, inducând fagocitele și leucocitele cultivate să migreze și să elibereze semnale inflamatorii. În schimb, TyrRS de lungime completă nu a influențat comportamentul celulelor. Acest lucru a sugerat posibilitatea ca domeniul carboxil să poată fi desprins din TyrRS pentru funcții imunitare. Nimeni din laborator nu a vrut să creadă descoperirea la început, așa că Wakasugi a repetat experimentele, cu aceleași rezultate.

Deși ar fi fost nevoie de mai mult de un deceniu pentru a demonstra că astfel de fragmente de AARS erau cu adevărat prezente și relevante într-un animal viu, Wakasugi știa că a dat de ceva. „Paul și cu mine am fost foarte încântați să descoperim o funcție nouă și neașteptată a TyrRS uman”, își amintește Wakasugi, acum biochimist la Universitatea din Tokyo. „Pe parcursul acestui proiect, am simțit că am deschis ușa către un domeniu de cercetare cu totul nou”.

În cadrul aceluiași studiu, Wakasugi a investigat, de asemenea, domeniul amino-terminal, catalitic al TyrRS, întrebându-se dacă acesta ar putea, de asemenea, să influențeze migrația celulară. Acesta s-a comportat într-un mod care amintește de citokina interleukina-8 (IL-8). Atât fragmentul amino-terminal al TyrRS, cât și IL-8 se leagă de receptorul IL-8 de pe anumite leucocite, determinându-le să migreze în cultură.

Schimmel l-a recrutat pe Xiang-Lei Yang, un postdoctorand cu experiență în biologia structurală, pentru a se alătura laboratorului său de la Scripps din La Jolla, California, pentru a investiga modul în care TyrRS ar putea gestiona funcții alternative. Yang s-a axat pe o anumită secvență de aminoacizi, acid glutamic-leucină-arginină, necesară pentru activitatea de citokine a fragmentului de sintetază. Aceeași secvență a fost găsită și în IL-8 și în citokine înrudite. În structurile cristaline, ea a descoperit că TyrRS pe toată lungimea sa a îngropat acest motiv, dar acesta a fost expus în fragmentul asemănător cu cel al citokinei.

Se știa că IL-8 promovează formarea și creșterea vaselor de sânge, așa că Wakasugi a testat, de asemenea, fragmentul său amino-terminal al TyrRS pentru activitatea angiogenică. Când a injectat în șoareci o bucată de gel care conținea fragmentul, vasele de sânge au crescut și au împânzit gelul. Pentru a explora mai departe această acțiune, Schimmel l-a sunat pe colegul său de la Scripps, Martin Friedlander, oftalmolog și biolog celular și de dezvoltare, și l-a rugat să testeze fragmentul TyrRS în modelele sale de vascularizare a ochiului la șoareci. Friedlander a fost de acord, dar a cerut și un control. Astfel, împreună cu fragmentul TyrRS uman, Wakasugi a furnizat o variantă de îmbinare naturală a enzimei triptofanului, TrpRS, care nu are motivul acid glutamic-leucină-arginină.

Rezultatele, își amintește Friedlander, nu au fost exact ceea ce se aștepta. TrpRS, presupusul control, „a avut un efect mult mai puternic”, spune Friedlander, care este, de asemenea, președinte al Institutului de Cercetare Medicală Lowy din La Jolla. Dar acest efect era opusul acțiunii TyrRS: în loc să promoveze angiogeneza, așa cum observase Wakasugi în gel, fragmentul TrpRS a blocat-o în culturile de celule de mamifere, în embrionii de pui și în ochii de șoarece. „Este posibil ca TyrRS și TrpRS să fi evoluat ca regulatori opuși ai angiogenezei”, spune Wakasugi.

Științii au fost inițial rezistenți la ideea că un AARS ar putea avea funcții dincolo de sinteza proteinelor. Yang își amintește că a participat la o conferință, la scurt timp după ce Wakasugi și-a publicat lucrarea despre angiogeneză, unde ceilalți nu știau că era o acoliată a lui Schimmel. Astfel incognito, „am auzit cât de sceptici erau cei din domeniu în legătură cu acele descoperiri”, își amintește ea. „Nu îi învinovățesc. Și eu aș fi fost confuză.”

ENZIMELE LUMINOASE Aminoacil-ARNt sintetazele joacă un rol fundamental în traducerea proteinelor, legând ARN-urile de transfer la aminoacizii lor cognați. Dar, în sutele de milioane de ani de când există, aceste sintetaze (AARS) au căpătat mai multe sarcini secundare. Una dintre acestea este aceea de a gestiona dezvoltarea vasculaturii vertebratelor. © Thom Graves
	Multiple AARSs joacă roluri în dezvoltarea sistemului circulator al vertebratelor. În timpul dezvoltării, enzima serinică SerRS reduce expresia factorului de creștere endotelială vasculară A (VEGF-A), împiedicând o vascularizare excesivă.
	În plus, o sintetază combinată pentru acidul glutamic și prolina, GluProRS, se asociază cu alte proteine pentru a forma complexul inhibitor de traducere activat de interferon-γ (GAIT) pentru a bloca traducerea VEGF-A.
	O bucată de triptofan sintetază TrpRS contribuie, de asemenea, la atenuarea angiogenezei prin legarea și blocarea receptorilor de VE-cadherină de pe celulele endoteliale, astfel încât acestea să nu se poată lega între ele pentru a forma căptușeala vaselor de sânge.
	Între timp, un fragment al tirozinei sintetazei TyrRS pare să favorizeze creșterea vaselor de sânge prin stimularea migrării acelor celule endoteliale.
Când au apărut aceste funcții în evoluție Potrivit biochimistului Paul Schimmel de la Scripps Research Institute, adăugarea de domenii accesorii care îndeplinesc astfel de sarcini este paralelă cu evenimente majore din evoluția circulației. Primul sistem vascular sanguin, căruia îi lipsea endoteliul prezent la vertebratele moderne, a apărut probabil într-un strămoș comun al vertebratelor și artropodelor în urmă cu aproximativ 700 de milioane până la 600 de milioane de ani. Cam în aceeași perioadă, TyrRS a dobândit un motiv de acid glutamic-lizină-arginină care astăzi se crede că promovează angiogeneza. Apoi, în urmă cu aproximativ 540 milioane până la 510 milioane de ani, o vertebrată ancestrală a dezvoltat un sistem vascular închis, cu sângele pompat prin vasele căptușite cu endoteliu. La un moment dat, în jurul aceleiași perioade de timp, în urmă cu jumătate de miliard de ani, TrpRS a preluat un domeniu WHEP, care astăzi îi reglează capacitatea de a bloca angiogeneza. În plus, SerRS a dobândit un domeniu unic pentru această enzimă, care acum previne vascularizarea excesivă la peștele zebră în curs de dezvoltare și, probabil, la alte vertebrate. Rolul lui GluProRS în angiogeneză, pe de altă parte, nu pare să fie atât de precis sincronizat cu evoluția vasculaturii. O proteină de legătură a legat între ele AARS-urile pentru enzimele de acid glutamic și prolină în urmă cu aproximativ 800 de milioane de ani, înainte ca sistemele circulatorii să existe. © THOM GRAVES
700-600 MYA Un sistem circulator primitiv apare în strămoșul comun al artropodelor și vertebratelor. Vasele de sânge căptușite cu endoteliu nu sunt încă prezente. TyrRS dobândește un domeniu care astăzi promovează angiogeneza. 540-510 MYA Sistemul circulator închis, cu vase de sânge căptușite cu celule endoteliale, apare la o vertebrată ancestrală. TrpRS dobândește un domeniu care blochează angiogeneza la animalele moderne. SerRS dobândește un domeniu care astăzi reglează dezvoltarea vasculară la peștele zebră și probabil la alte vertebrate.

Vasculatura și nu numai

În timp ce funcțiile TyrRS și TrpRS descoperite de Wakasugi și colegii săi erau interesante, nu era clar că fragmentele enzimatice îndeplineau cu adevărat aceste funcții in vivo. Yang și-a dat seama că pentru a-și da ei și altor oameni de știință încredere în ceea ce privește funcțiile necanonice ale AARS, va trebui să găsească dovezi că acestea sunt prezente la animale.

Echipa încă nu a făcut acest lucru pentru TrpRS sau TyrRS, dar Wakasugi a găsit o oportunitate cu enzima serinică, SerRS. Mai multe ecrane genetice publicate la pești zebră au identificat defecte în dezvoltarea vasculară atunci când SerRS era mutantă. Dar mutațiile care au eliminat capacitatea enzimei de a lega ARNt și aminoacizii nu au cauzat astfel de defecte, indicând că se întâmpla altceva.

Pentru a-și da seama ce, Yang a apelat la o secvență, botezată UNE-S, care se găsește în SerRS la vertebrate, dar nu și la nevertebrate. Echipa lui Yang – ea s-a alăturat facultății Scripps în 2005, iar acum împarte laboratorul cu Schimmel – a identificat rapid o secvență de localizare nucleară în cadrul UNE-S și a determinat că mutațiile care modifică acest semnal cauzează defectele vasculare la embrionii de pește zebră. În nucleu, au descoperit ei, SerRS pare să minimizeze expresia factorului de creștere endotelială vasculară A (VEGFA). Studiul, publicat în 2012, a fost primul care a ilustrat un rol esențial și natural pentru un domeniu accesoriu AARS la un animal viu. La scurt timp după aceea, echipa a raportat că SerRS nucleară blochează VEGFA prin competiție și interferență cu c-Myc, un factor de transcripție care promovează în mod normal expresia genei.

Între timp, grupurile lui Schimmel și Yang au continuat să încerce să explice funcțiile necanonice ale TrpRS și TyrRS, chiar dacă au găsit mai multe sarcini secundare pentru aceste enzime. Yang a condus studiile privind structura și mecanismul fragmentului TrpRS. Ea a descoperit că TrpRS de lungime completă nu influențează angiogeneza deoarece este acoperită de un domeniu WHEP – numit astfel deoarece acest domeniu apare în aminoacil ARNt sintetaze pentru triptofan (W), histidină (H), acid glutamic (E) și prolină (P), precum și în enzimele glicinei și metioninei. Echipa lui Yang a descoperit că, atunci când este decapsulat de proteaze în spațiul extracelular, TrpRS se leagă de un receptor celular numit VE-cadherină. Mai exact, triptofanii din receptor par să intre în situsul activ al TrpRS pentru a crea legătura. Acesta este motivul pentru care Wakasugi a văzut că doar fragmentul, nu TrpRS-ul complet, a blocat angiogeneza.

Mai recent, Schimmel a fost, de asemenea, interesat de compușii asemănători aminoacizilor pe bază de plante, cum ar fi resveratrolul, substanța din vinul roșu despre care se crede că ar contracara stresul oxidativ. Resveratrolul și tirozina se aseamănă prin faptul că ambele conțin un inel fenolic, iar acest lucru este important pentru capacitatea resveratrolului de a influența expresia genelor pro- și antioxidative. În 2015, echipa lui Schimmel a raportat că, în condiții de stres, TyrRS se deplasează în nucleul celulelor umane cultivate sau al șoarecilor vii, unde orice resveratrol prezent se potrivește perfect în situsul activ al TyrRS. Acest lucru dezactivează activitatea catalitică normală a TyrRS pentru a conecta moleculele de tirozină cu ARNt corespunzătoare. În schimb, TyrRS stimulează activarea PARP-1, o enzimă implicată în repararea ADN-ului.

Câțiva ani mai târziu, echipa a descoperit că o versiune alternativ îmbinată a TyrRS stimulează proliferarea trombocitelor la șoareci și la celulele cultivate, și ar putea fi potențial folosită pentru a trata persoanele cu un număr scăzut de trombocite.

Schimmel se așteaptă ca funcțiile necanonice ale AARS să țină grupul ocupat pentru o perioadă lungă de timp. „Abia zgâriem suprafața a ceea ce mai este de învățat”, spune el. „Sunt la fel de entuziasmat, sau chiar mai entuziasmat, de aceste enzime ca atunci când am început cu zeci de ani în urmă.”

Managementul inflamației și al metabolismului

În timp ce dovezile privind funcțiile necanonice ale AARS se scurgeau din laboratorul lui Schimmel, Paul Fox, un biochimist de la Institutul de Cercetare Lerner al Clinicii Cleveland, studia controlul inflamației în macrofage. Mai exact, echipa sa cerceta un complex generat atunci când celulele erau expuse la citokina interferon-γ. Un complex proteic numit GAIT (pentru inhibitor de traducere activat de interferon-γ), generat în macrofage, se leagă și blochează ARNm legat de inflamație. În interiorul complexului, cercetătorii au găsit GluProRS, o enzimă care include AARS-urile pentru acidul glutamic și prolina.

„Am dat peste ea absolut din întâmplare”, își amintește Fox. „Nu am crezut că este o enzimă interesantă”. Dar știa de munca lui Schimmel și a pus mâna pe telefon pentru a suna la Scripps.

La un minut după ce a început convorbirea, Schimmel l-a întrerupt pentru a-i ura bun venit lui Fox în ceea ce Schimmel a numit cea mai interesantă zonă de cercetare a AARS: funcțiile necanonice. Schimmel a promis, de asemenea, asistența sa, spune Fox. „De atunci, el a fost un mare susținător și un prieten”. Cu instrumente furnizate de Sunghoon Kim, un fost postdoctorand al laboratorului Schimmel, acum la Universitatea Yonsei din Coreea de Sud, echipa lui Fox a descoperit că interferonul-γ face ca GluProRS să devină fosforilat, să-și abandoneze postul în traducere și să se alăture celorlalți membri GAIT pentru a opri producția de proteine inflamatorii.

Nu este clar de ce sintetazele acidului glutamic și ale prolinei s-au împerecheat în urmă cu aproximativ 800 de milioane de ani, dar Fox are o ipoteză, pe care a publicat-o în 2018. Prolina este sintetizată din acid glutamic, iar în acea perioadă a evoluției, proteinele animale emergente au început să includă mai multă prolină. Este posibil ca acest lucru să fi dus la o creștere a producției de ProRS care a absorbit toată prolina disponibilă, necesitând ca mai multă prolină să fie produsă din acid glutamic. Acest lucru ar fi putut duce la un deficit al nivelului de acid glutamic, afectând sinteza proteinelor. „Soluția a fost să fuzionăm cele două sintetaze într-o singură genă, astfel încât acestea să fie produse în aceleași cantități”, spune Fox. „Niciuna nu fură de la cealaltă.”

Linkerul dintre cele două sintetaze este crucial pentru activitatea complexului GAIT; acesta este alcătuit din trei domenii WHEP care se leagă de ARN-urile țintă. Fox speculează că, la un moment dat, după ce a apărut linkerul, celula l-a cooptat pentru a regla inflamația.

Mai recent, echipa lui Fox s-a întrebat dacă calea GAIT ar putea funcționa și în alte celule în afară de macrofage. Când cercetătorii s-au uitat la celulele adipoase, au văzut că tratamentul cu insulină a făcut ca GluProRS să devină fosforilat și să părăsească mașinăria de sinteză a proteinelor. Dar nu s-a alăturat celorlalți parteneri GAIT. În schimb, s-a împerecheat cu o proteină în mod normal citosolică numită proteina de transport a acizilor grași 1 (FATP1). Împreună, duo-ul molecular a mers la membrana celulei adipoase, unde transportatorul a adus acizii grași în celulă.

Sunt la fel de entuziasmat, sau chiar mai entuziasmat, de aceste enzime ca atunci când am început cu zeci de ani în urmă.

-Paul Schimmel, Scripps Research Institute

Cercetătorii au creat un șoarece căruia îi lipsește locul de fosforilare necesar pentru a elibera GluProRS pentru a găsi FATP1. Cu mai puțină capacitate de stocare a acizilor grași, șoarecii erau slabi, cântărind cu aproximativ 15 până la 20 la sută mai puțin decât animalele de control. Mai mult, au trăit cu aproape patru luni mai mult, ceea ce le conferă o durată de viață crescută cu aproximativ 15 la sută. Un câștig similar la oameni ar corespunde unui deceniu sau mai mult. „Dacă am putea ținti acel loc de fosforilare, poate că am putea crește durata de viață”, spune Fox. Laboratorul său se află în fazele incipiente de căutare a unei molecule mici care să inhibe acel eveniment de fosforilare.

Dezvoltarea medicamentelor

În diferitele sarcini pe care AARS le-au preluat peste și dincolo de rolul lor tradițional, Schimmel și colegii săi văd o temă: ele mențin celulele și corpurile stabile. „Ele par a fi ceva care joacă un rol modulator, restabilind mai mult o homeostazie”, spune Leslie Nangle, o fostă absolventă a laboratorului lui Schimmel, care este acum director senior pentru cercetare la aTyr Pharma. Mulți cercetători cred că este riscant să se joace cu astfel de enzime esențiale, spune Kim, dar el și Schimmel văd un potențial în direcționarea AARS pentru tratarea bolilor. Compania aTyr a lui Schimmel, la care Kim și Yang sunt, de asemenea, cofondatori, speră să transforme enzimele în sine în produse terapeutice biologice. În plus, în Seul, Kim conduce organizația non-profit de descoperire a medicamentelor Biocon, unde cercetătorii dezvoltă mai multe molecule mici care interacționează cu AARSs, precum și produse biologice bazate pe variantele naturale ale AARS.

Biocon testează în prezent molecule pentru a trata fibroza cardiacă, alopecia areata (o boală autoimună care provoacă căderea părului) și inflamația. Un tratament pentru fibroză, aflat în prezent în faza 1 de studiu, vizează locul de pe prolina sintetază care leagă aminoacidul de ARNt-ul său. Fibroza rezultă dintr-o acumulare de colagen, care este format în proporție de două treimi din prolină. Cercetătorii de la Biocon au descoperit că un medicament poate ataca acel situs activ, reducând funcția canonică cu peste 90 la sută în celulele sănătoase cultivate, fără a afecta foarte mult sinteza altor proteine sau proliferarea celulară, spune Kim. La început, el și colegii săi nu au crezut în rezultatele lor, dar a ajuns să le vadă sensul. „O celulă normală nu face neapărat sinteză de proteine la nivel înalt tot timpul”, spune el. „Atâta timp cât are un anumit grad de activitate reziduală în desfășurare, atunci o celulă normală poate fi perfect fericită.”

Pentru cancer și alte afecțiuni, Biocon dezvoltă candidați cu molecule mici care evită situsul de legare ARNt-aminoacizi sau vizează activitățile extracelulare ale AARS secretate, ceea ce înseamnă că sinteza proteinelor nu ar trebui să fie afectată. În mod similar, cercetătorii de la aTyr se așteaptă ca produsele terapeutice ale firmei, bazate chiar pe derivații AARS, să fie relativ sigure. „Venind dintr-o lume a fiziologiei naturale, începi să te simți mai bine în această privință”, spune directorul executiv al aTyr, Sanjay Shukla.

În retina de șoarece în curs de dezvoltare, fragmentele de triptofan sintetază, TrpRS, cărora le lipsește un capac proteic restrictiv (B, C) împiedică vascularizarea unui strat tisular secundar (dreapta). (Imaginile din dreapta includ umbrele straturilor primare adiacente, care sunt prezentate în stânga.)

PNAS, 99:178-83, 2002, © 2002 NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES

Nangle și colegii săi, alături de Pangu Biopharma, filiala aTyr din Hong Kong, au început prin a cataloga variantele naturale de îmbinare AARS și apoi prin a le selecta pentru activități biologice interesante într-o varietate de teste bazate pe celule umane. Ei au căutat efecte asupra proliferării și protecției celulare, imunomodulării și inflamației, diferențierii celulare, reglării transcripționale și transportului de colesterol. „Ne-am gândit că trebuie să existe un beneficiu terapeutic acolo”, spune Schimmel.

În prezent, aTyr urmărește un imuno-modulator bazat pe domeniul WHEP al enzimei histidinice HisRS. În culturile de celule T umane, HisRS de lungime completă a liniștit celulele activate și a redus producția de citokine. În experimentele ulterioare, cercetătorii de la aTyr au descoperit că domeniul WHEP se cuplează cu receptorii de pe aceste celule imune pentru a atenua activitatea. Compania speră că versiunea sa modificată a peptidei HisRS WHEP, atașată la un pic de anticorp pentru a o ajuta să reziste mai mult timp în fluxul sanguin, va avea același efect de liniștire în cazul unei boli inflamatorii numite sarcoidoză. Această boală afectează o varietate de organe, cel mai adesea plămânii, și poate necesita uneori un tratament pe viață cu steroizi imunosupresori. Aceste medicamente vin cu o listă de efecte secundare mizerabile și periculoase, de la insomnie la glaucom și până la infecții.

aTyr a prezentat rezultate de la mai multe modele animale de boli pulmonare inflamatorii la reuniunea Societății Americane de Torace în 2017, 2018 și 2019, iar aceste rezultate sugerează că candidatul 1923 al companiei pare promițător. De exemplu, medicamentul oncologic bleomicina poate provoca leziuni pulmonare, dar HisRS sau domeniul său WHEP a redus inflamația și fibroza.19 Șobolanii tratați cu bleomicină respiră rapid pentru a compensa plămânii lor deteriorați, dar cei tratați cu 1923 au recuperat ritmuri respiratorii normale.

aTyr’s 1923 a trecut deja printr-un studiu de fază 1 pentru siguranța la persoanele sănătoase, fără niciun semnal de alarmă. Acum, compania derulează un studiu de fază 1/2 la persoanele cu sarcoidoză, căutând să confirme siguranța, să găsească doza potrivită și poate chiar să vadă semne de eficacitate. Pacienții intră în studiu în timp ce iau steroizi, iar scopul este de a reduce treptat doza de steroizi pe parcursul studiului. Cei care primesc 1923, se speră, vor vedea că simptomele lor vor rămâne la fel sau se vor îmbunătăți, în timp ce cei care primesc placebo ar trebui să le vadă înrăutățindu-se pe măsură ce dozele de steroizi sunt reduse.

Este o dovadă a necesității unui nou tratament faptul că voluntarii sunt dispuși să riște ca simptomele lor să se intensifice dacă sfârșesc în brațul placebo, spune medicul participant Daniel Culver, pneumolog la Cleveland Clinic. ” foarte toxic”, spune Culver, care remarcă faptul că unul dintre pacienții săi își numește rețeta de steroizi „medicamentul diavolului”, deoarece face aproape la fel de mult rău ca și bine. „Oamenii sunt foarte, foarte motivați să găsească ceva diferit”.

Studiul intenționează să înroleze 36 de participanți, dar a fost întârziat de criza COVID-19. Cu un eșantion atât de mic, Culver nu se așteaptă la un „home run”, dar spune că speră că datele vor fi suficient de bune pentru a se angaja într-un studiu mai mare, de fază 3. aTyr plănuiește, de asemenea, un studiu de fază 2, la 30 de persoane, cu 1923 pentru complicații respiratorii asociate cu COVID-19.

Dacă aTyr reușește, va fi primul caz de terapie construită pornind de la un AARS – dar probabil nu și ultimul. După cum vede Kim, AARS-urile sunt pregătite și așteaptă să răspundă la orice lucru care sfidează homeostazia, de la cancer la noul coronavirus. „Am redenumit sintetazele „911 molecular”.”

Corecție (2 iunie 2020): Versiunea originală a unui tabel din acest articol a afirmat că, în timpul infecției cu HIV, sintetaza pentru lizină (LysRS) este împachetată în noi particule virale care utilizează secvența sa UUU pentru a iniția transcripția inversă în celulele nou infectate. Mai degrabă, particulele virale utilizează LysRS pentru a livra ARNt cognat, care este utilizat ca promotor pentru transcrierea inversă. The Scientist regretă eroarea.