Inhibiittoreiden löytäminen mono-ADP-ribosylaatiota hydrolysoiville makrodomeeneille

Proteiinisynteesin jälkeisillä muokkauksilla on merkittäviä vaikutuksia eri proteiinien toiminnalle. Muokkauksessa kemiallisia ryhmiä liitetään kovalenttisesti proteiiniin ja tämä säätelee solun elintärkeitä toimintoja. ADP-ribosylaatio on yksi tällainen proteiinin muokkaus, jota katalysoivat kurkkumädän toksiinia muistuttavat ADP-ribosyylitransferaasit. Nämä entsyymit tunnetaan myös nimellä PARP ja ne käyttävät β-NAD+:ta liittääkseen ADP-riboosin kohteeseen, joka voi olla joko proteiini, DNA tai RNA. Riippuen muokkauksen tekevästä PARP entsyymistä kohteeseen liitetään joko yksi ADP-riboosi (mono-ADP-ribosylaatio) tai ADP-riboosi polymeeri (poly-ADP-ribosylaatio).
Makrodomeenit ovat proteiinimoduuleja, jotka joko sitoutuvat ADP-ribosylaatioon tai hydrolysoivat eli poistavat muokkauksen. Ihmisellä on yhteensä 16 makrodomeenia, joiden toiminta vaihtelee sitoutumisen ja hydrolysoinnin suhteen vaikka niiden rakenteet ovat hyvin konservoituneita. Monissa sairauksissa, kuten syövissä, makrodomeenien säätely muuttuu, minkä johdosta makrodomeenien on ehdotettu olevan potentiaalisia kohteita lääkeaineille. Verrattuna ADP-ribosyylitransferaaseihin, joista osalle on jo olemassa hyväksyttyjä lääkkeitä, makrodomeenien lääkeainekehitys on alkuvaiheessa.
Tämä väitöskirjatutkimus keskittyy kahteen ihmisen makrodomeeniin, MacroD1 ja MacroD2, sekä COVID-19 pandemian aiheuttaman koronaviruksen makrodomeeniin. Tämä Mac1 moduuli on osa viruksen NSP3 proteiinia. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää kemiallisia yhdisteitä, jotka estävät näiden kolmen ADP-ribosylaatiota hydrolysoivan makrodomeenin toiminnan. Tavoitteen saavuttamiseksi seulottiin yhdistekirjastoja käyttämällä äskettäin kehitettyjä menetelmiä. Löydetyt yhdisteet validoitiin useilla biokemiallisilla ja biofysikaalisilla menetelmillä, joista saadut tiedot myös valottavat alustavasti yhdisteiden soveltuvuutta kemiallisiksi koettimiksi. Tutkimuksessa löydettiin yhdiste, MDOLL-0169, jonka havaittiin estävän vain Mac1:n toiminnan eikä se inhiboinut muiden virusten makrodomeeneja. Yhdiste inhiboi myös ihmisen PARP9 entsyymin ensimmäistä makrodomeenia, mutta kuitenkin viisi kertaa heikommin verrattuna Mac1:een. MDOLL-0169:n sitoutuminen Mac1:een määritettiin yksityiskohtaisesti proteiinikristallografialla ja tämä kompleksirakenne edesauttaa merkittävästi tehokkaampien ja selektiivisempien inhibiittoreiden kehitystä.