Haben Sie jemals daran gedacht, darüber, wie Medikamente tatsächlich lindern Schmerzen oder Krankheit heilen? Heilung ist ein komplexer Prozess und beinhaltet, zu verstehen, wie verschiedene Proteine auf der Oberfläche der menschlichen Körperzellen konvertieren äußere Reize in biologische Signale innerhalb der Zelle gefunden.
"Membranproteine sind Proteinmoleküle, die in der Zellmembran-Oberfläche eingebettet und sie spielen eine wichtige Rolle bei der Vermittlung der Wirkung von Drogen," erklärt, Marta Filizola, außerordentlicher Professor der strukturellen und chemischen Biologie an der Mount Sinai School of Medicine in New York, USA. Ihr Laborarbeit konzentriert sich auf das Verständnis der Signalisierung Prozesse, die durch bestimmte Zelle Oberfläche Membranproteine namens G-Protein-gekoppelte Rezeptoren vermittelt. Rund die Hälfte aller Medikamente auf dem Markt kommunizieren. Ohne G-Protein-gekoppelte Rezeptoren wäre Medikamente nicht wirksam weil sie nicht, ihren Weg in die Zelle wissen.
Noch sind die genaue Funktionsweise der G-Protein-gekoppelte Rezeptoren auf molekularer Ebene noch in Geheimnis eingehüllt. Es gibt viele Diskussionen darüber, welche Teile dieser Proteine wichtig sind und wie andere Aspekte, wie ihre Fähigkeit zu montieren (oder oligomerize) in der Oberfläche Zellmembran, beeinflussen Zelle signalisieren. Wichtige Einblicke in die Funktionsweise dieser Proteine auf molekularer Ebene verdient die Wissenschaftler, die ihnen den Nobelpreis für Chemie im Jahr 2012 beigetragen.
"G-Protein-gekoppelte Rezeptoren gemeldet wurden, Oligomere komplexe in verschiedenen Krankheitzuständen, bilden", sagt Filizola. "Ich versuche, herauszufinden, wie diese Proteinkomplexe Zelle Signalisierung verarbeiten, so dass wir Drogen spezifischer gestalten und effizienter Medikamente entwerfen können."
Filizola's Lab platziert Schwerpunkt auf opioid-Rezeptoren – eine Gruppe von G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, die Beantwortung von Opioiden, Medikamente, die häufig verwendet, um Schmerzen zu lindern. Den letzten Simulationen, erstellt am Supercomputer an der Texas Advanced Computing Center (TACC), U.S. richten sich an Verständnis der grundlegenden Mechanisms der opioid-Rezeptor-Funktion. Filizola's Lab erstellt "Filme" in den Simulationen, die Aufschluss über die Art und Weise, wie, die ständig weiterentwickelnden Proteine mit Arzneimittelmoleküle und anderen Proteinen zu interagieren. Diese Filme tragen zu einem molekularen Ebene Verständnis des Mechanismus der Wirkung von Wirkstoffen an einzelne oder Oligomere Rezeptoren. Diese Informationen werden verwendet, um effizienter Medikamente zu erstellen und zu unangenehmen Nebenwirkungen zu stoppen.
In einem Papier veröffentlichte kürzlich in PLoS Computational Biology, Filizola untersucht, wie verschiedene Medikamente die Form eine prototypische G Protein-gekoppelter Rezeptor, produzieren unterschiedliche biologische Antworten ändern können. In einem anderen Papier erscheinen in PLoS Computational Biology präsentiert Forscher eine Methode um die Stärke der Wechselwirkungen zwischen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren zu schätzen. Filizola hofft die Ergebnisse ihrer Simulationen und andere Studien helfen neue Hypothesen über wie Drogen und Protein-Rezeptoren funktionieren, zu formulieren, so dass Wissenschaftler arbeiten können, wirksame Medikamente mit minimalen Nebenwirkungen zu erstellen. "Nebenwirkungen sind ein wichtiges Thema," fügt Filizola. "Entwickeln wir die besten Schmerzen heilen Medikamente überhaupt, aber verursacht, wenn es eine sucht dann wie gut ist es wirklich?"
Neben der Scientific Computing Anlage am Berg Sinai verwendet Filizola den Ranger-Supercomputer am TACC. "Diese sind Simulationen können, die Sie auf Ihrem Desktop laufen, nicht. Wir haben die Bewegungen der Proteine für eine lange Zeit zu beobachten und es ist einfach zu verpassen wichtige Aspekte der Wechselwirkungen", erklärt sie. "Modelle sind nur Näherungen und die beteiligten Simulationen sind komplex, aber jetzt haben wir Zugriff auf weitere detaillierte Strukturinformationen über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und Ressourcen bei TACC mit den notwendigen Berechnungen helfen."
In Zukunft plant Filizola ihr Molekulardynamik Simulationen noch größere supramolekulare komplexe Zelle Signalisierung besser verstehen zu erweitern. "Sicherer und wirksamer Medikamente sind dringend erforderlich und wir müssen die Komplexität schnell beteiligt."
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