Sebuah studi yang dilakukan oleh Universitas Bonn dan Rumah Sakit Universitas Bonn menyoroti bagaimana reseptor penting dapat dihambat.
Reseptor P2X4 manusia memainkan peran penting dalam nyeri kronis, peradangan dan beberapa jenis kanker. Para peneliti di Universitas Bonn dan Rumah Sakit Universitas Bonn (UKB) kini telah menemukan mekanisme yang dapat menghambat reseptor ini. Hasilnya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal ilmiah Nature Communications dan membuka jalan bagi pengembangan obat baru.
Reseptor P2X4 berada di membran banyak sel. Membran sel mengelilingi sel seperti kulit tipis. Reseptor bertindak sebagai semacam pintu yang biasanya tertutup. Ia memiliki kait di bagian luar yang hanya dapat didorong ke bawah oleh molekul tertentu – ATP. Jika ini terjadi, reseptor akan terbuka dan memungkinkan ion kalsium dan natrium mengalir ke dalam sel, sehingga mengubah perilakunya. Sel imun tertentu dengan reseptor P2X4, misalnya, diaktifkan oleh ATP dan meminta bantuan dari bagian lain sistem pertahanan tubuh. Hal ini menyebabkan peradangan. Sebaliknya, beberapa sel saraf menghasilkan rangsangan nyeri ketika diaktifkan dengan cara ini.
“Reseptor ini sering kali terlalu aktif dalam kondisi seperti peradangan kronis atau nyeri kronis,” jelas Christa Müller, Kepala Kimia Farmasi & Obat di Universitas Bonn. “Hal yang sama juga terjadi pada beberapa sel tumor – yang didorong untuk terus membelah oleh ATP dan dengan demikian juga dapat membentuk metastasis.” Perusahaan farmasi di seluruh dunia sedang mencari zat yang dapat memblokir reseptor atau setidaknya membuatnya kurang sensitif. Namun, hingga saat ini hanya sedikit molekul yang mampu melakukan hal ini yang ditemukan. Salah satunya adalah turunan antrakuinon PSB-0704 (PSB singkatan dari Pharmaceutical Sciences Bonn), yang dikembangkan oleh kelompok riset Müller. “Kami ingin mengetahui apa yang sebenarnya dilakukannya dan pada saat yang sama menggunakan pengetahuan ini untuk membantu pengembangan obat yang lebih baik,” kata Müller, yang juga anggota bidang penelitian transdisipliner (TRA) “Kehidupan & Kesehatan,” “Materi” dan “Masa Depan Berkelanjutan” di Universitas Bonn.
Molekul yang dibekukan
Kelompok risetnya telah mengembangkan metode biologi struktural untuk tujuan ini selama beberapa tahun terakhir. Namun, mereka sebelumnya tidak mampu mengkristalkan reseptor bersama dengan inhibitor sehingga mereka dapat memahami struktur keadaan pengikatan. “Itulah mengapa kami menggunakan metode khusus yang disebut cryo-EM (mikroskop elektron kriogenik),” jelas penulis utama publikasi tersebut, Dr. Jessica Nagel, yang baru-baru ini menerima posisi pascadoktoral di AS. “Untuk metode ini, kami menghasilkan larutan reseptor P2X4 dan turunan antrakuinon PSB-0704 dan kemudian membekukannya. Lapisan es yang dihasilkan mengandung jutaan molekul reseptor bersama dengan inhibitor terikat, yang dapat kita periksa di bawah mikroskop elektron.”
Nagel dan Müller bekerja sama dengan peneliti di Rumah Sakit Universitas Bonn untuk menganalisis data, khususnya dengan dosen swasta Dr. Gregor Hagelüken. Institut Biologi Struktural di Rumah Sakit Universitas Bonn memiliki banyak pengalaman dalam mencari tahu bagaimana molekul berinteraksi satu sama lain. Karena kompleks molekuler terletak pada orientasi berbeda di dalam es, maka dimungkinkan untuk melihatnya dari sudut berbeda di bawah mikroskop. “Kami dapat menghasilkan gambar 3D detail dengan menggabungkan tampilan ini menggunakan perangkat lunak khusus,” jelas Hagelüken.
Metode ini memungkinkan kelompok peneliti untuk mengidentifikasi lokasi di mana inhibitor berlabuh ke reseptor dan apa dampaknya. “Ketika inhibitor berikatan, hal itu menyebabkan bagian molekul P2X4 bergerak sehingga tidak memungkinkan lagi untuk membuka saluran ion,” jelas mantan kandidat doktor Müller, Jessica Nagel, yang melakukan sebagian besar penelitian. Ini berarti pintu tetap tertutup meskipun ATP berlabuh dengan reseptor.
Sebuah “karet gelang” molekuler membuat kantong pengikat menjadi lebih kecil
PSB-0704 menghambat pembukaan P2X4. Namun, zat tersebut tidak dapat melakukan hal ini dengan baik dan hanya mulai memberikan efek penghambatan pada konsentrasi yang relatif tinggi. Para peneliti sekarang memahami mengapa hal ini terjadi: Zat tersebut berikatan di dalam kantong reseptor yang cukup kecil dan molekul PSB-0704 tidak dapat masuk dengan baik ke dalamnya. Hal ini disebabkan oleh semacam molekul “karet gelang” yang menyatukan kantung tersebut. “Kami telah mengembangkan reseptor tanpa karet gelang ini,” kata Nagel. “Dan sebagai hasilnya, penghambat PSB-0704 hampir 700 kali lebih kuat.”
Hasil ini memberikan wawasan baru yang akan membantu merancang obat yang lebih baik. “Di satu sisi, kita dapat mencoba merancang obat yang memotong karet molekul sebelum berikatan dengan reseptor P2X4,” jelas Müller. “Alternatifnya adalah mencari molekul yang lebih kecil yang bisa lebih mudah masuk ke dalam kantong pengikat.”
Kelompok risetnya telah lama mengerjakan subjek ini: Salah satu mantan anggota stafnya, Dr. Stephanie Weinhausen, memulai pencarian inhibitor dengan dukungan pakar komputer Dr. Vigneshwaran Namasivayam lebih dari sepuluh tahun yang lalu dan meletakkan dasar bagi kesuksesan terbaru mereka. Hasil yang dipublikasikan baru-baru ini memberikan harapan bahwa ada kemungkinan untuk mengembangkan obat baru yang lebih efektif menghambat pembukaan reseptor P2X4 dalam jangka menengah. Namun, Müller menekankan bahwa jalan masih panjang. “Meskipun demikian, studi bersama kami kini telah memberikan dasar bagi kami untuk berhasil mencapai tujuan ini.”
