Väittelijä kehitti kaksi tutkimusmenetelmää uusien lääkeainemolekyylien tunnistamiseen ja paranteluun (Väitös: FM Emmiliisa Vuorinen, 3.12.2021, kemia)

Lääkekehitysprosessi voi pahimmillaan kuluttaa miljardeja euroja ja yli vuosikymmenen, kun miljoonien molekyylien joukosta seulotaan lääkeaineeksi sopiva molekyyli, joka vaikuttaa sairauteen mahdollisimman tehokkaasti ja on samalla mahdollisimman turvallinen. Uusien ja tehokkaampien menetelmien kehitys sopivien molekyylien tunnistamiseksi on ensiarvoisen tärkeää, jotta lääkekehitysprosessin tulosten luotettavuutta voidaan parantaa ja prosessin kuluja pienentää. Koska lääkeaineiden toiminta perustuu usein lääkemolekyylien ja elimistössä olevien proteiinien vuorovaikutukseen, ovat lääkekehityksen kiinnostuksen kohteena erityisesti sellaiset seulontamenetelmät, jotka keskittyvät proteiinien vuorovaikutusten tai entsyymien toiminnan tutkimiseen.

FM Emmiliisa Vuorisen väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin kaksi loistevalon sammutukseen pohjautuvaa tutkimusmenetelmää, QTR-FRET ja Protein-Probe, joita voidaan hyödyntää lääkekehityksessä. Menetelmillä voi tarkkailla erityisesti potentiaalisten lääkemolekyylien vuorovaikutusta kohdeproteiinien kanssa sekä niiden vaikutusta proteiinien pysyvyyteen.

– QTR-FRET yhdistää aiempien menetelmien periaatteita vähentääkseen mittaukseen kohdistuvia häiriöitä, kun taas Protein-Probella saavutettiin 50 kertainen herkkyys verrattuna perinteiseen menetelmään. Näin mahdollistetaan aiempaa tehokkaampi ja varmempi lääkemolekyylien tunnistus, Vuorinen kertoo

QTR-FRET ja Protein-Probe soveltuvat sekä pienmolekyyleihin että proteiineihin perustuvien lääkkeainemolekyylien kehittämiseen

Monet lääkekehityksen hyödyntämistä menetelmistä pohjautuvat fotoluminesenssiin eli loistevaloon. Siinä näyteyhdisteestä erilliseen leimamolekyyliin imeytyy valoa, ja vaihtelut tämän erillisen leimamolekyylin, luminoforin, tuottaman valon määrässä kertovat muutoksista näyteyhdisteessä, esimerkiksi proteiinin sitoutumisesta pienikokoiseen molekyyliin eli ligandiin. Tähän valon määrän vaihteluun voi myös osallistua erillisiä sammuttajamolekyylejä, jotka himmentävät luminoforin valon tuottoa. Riippuen luminoforin ominaisuuksista, menetelmissä voidaan myös hyödyntää aikaerotteista mittausta, joka parantaa menetelmän herkkyyttä ja alentaa tarvittavaa näytemolekyylien pitoisuutta. 

Väitöskirjatutkimuksen ensimmäisessä osassa kehitetty QTR-FRET menetelmä sopii erityisesti seuraamaan kahden peräkkäisen vuorovaikutuksen tapahtumista tai estymistä näyteyhdisteissä, ja menetelmä mahdollistaa kummankin vuorovaikutuksen estymisen tarkkailun yksilöllisesti. Menetelmä perustuu kahden eri leimamolekyylin tuottaman valon tarkkailuun. Mikäli leimamolekyyliin linkitetty pienmolekyyli tai proteiini sitoutuu kohdemolekyyliin, leimamolekyylin valontuotanto lisääntyy, joko energiansiirron tai sammuttajan irtautumisen ansiosta. Mittaamalla näiden leimamolekyylien loistevaloa niille yksilöllisillä aallonpituuksilla, voidaan tarkkailla eri vuorovaikutuksia. 

– QTR-FRET-menetelmän toiminta näytettiin tutkimalla muun muassa syövän kehittymiseen merkittävästi liittyvän RAS-proteiinin vuorovaikutusten estämistä. Menetelmällä havaittiin potentiaalisen lääkeainemolekyylin aikaansaama vuorovaikutuksen estyminen RAS-proteiinissa. Tämän lisäksi QTR-FRET on herkkä menetelmä, joka mukautuu suoraviivaisesti muidenkin proteiinivuorovaikutusten tutkimukseen eli sitä voidaan hyödyntää monien eri lääkkeiden kehityksessä, kertoo Vuorinen.

Väitöskirjan toisen osan Protein-Probe menetelmää voi käyttää proteiinien vuorovaikutusten ja proteiineja hajottavien entsyymien, proteaasien, aktiivisuuden tarkkailuun. Se perustuu kehitetyn luminoforikoettimen, Eu³⁺-koettimen, kykyyn sitoutua proteiineihin erityisesti silloin, kun niiden rakenne avautuu esimerkiksi lämmityksen vaikutuksesta. Tämä sitoutuminen suojaa Eu³⁺-koetinta Protein-Probe määritysliuoksen sisältämältä sammuttajalta, jolloin Eu³⁺-koettimen tuottama valon määrä kasvaa, kun se sitoutuu proteiiniin. 

Tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää selvittämään proteiinien rakenteen pysyvyyttä lämpötilan kasvaessa sekä ligandien sitoutumisen vaikutusta tähän pysyvyyteen. Protein-Probe menetelmän Eu³⁺-koettimen valon tuotto estyy myös, kun sen sitoutumiskohdeproteiini hajotetaan proteaasieentsyymien toimesta. Tämä mahdollistaa proteaasien aktiivisuuden tarkkailun erinäisten kohdeproteiinien kautta.

***

FM Emmiliisa Vuorinen esittää väitöskirjansa ” Photoluminescence quenchers in drug discovery” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 3.12.2021 klo 12.00 (Turun yliopisto, Educarium, Edu 2 -luentosali, Assistentinkatu 5, Turku). 

Yleisö voi seurata väitöstä myös etäyhteyden kautta: https://utu.zoom.us/j/62679597364

Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Bogdan Iulius Florea (Leiden University, Hollanti) ja kustoksena dosentti Harri Härmä (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on kemia.

Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus

Väittelijän yhteystiedot: emmiliisa.vuorinen(a)gmail.com