החלבון Matrix metalloproteinase-9  (MMP-9) הינו אנזים המפרק חלבונים (פרוטיאז), שמעצב מחדש את המטריצה החוץ-תאית (extracellular matrix), המספקת תמיכה מבנית לתאים.   חלבון זה מעורב במחלות רבות כולל ניוון עצבי, דלקות של פרקים, לב או כלי דם,  ואף מהווה גורם מרכזי ביצירת גרורות סרטן. לפיכך, מנסות קבוצות  מחקר רבות באקדמיה ובתעשיה לפתח תרופות שמעכבות את האנזים.

לצורך עיצוב תרופות כאלה, נדרשות כמויות גדולות של MMP-9, אולם זהו חלבון בלתי יציב, הנוטה לפרק  את עצמו תוך דקות ספורות, מה שמקשה על השימוש בו בניסויים של תכנון תרופות ובמחקרים ביו-פיזיקליים אחרים.
כדי להפחית את הפירוק עצמי של האנזים ולשפר את יציבותו, נעשה בעבר בכמה מחקרים שימוש במוטנטים של חלבון זה, בהם הוסרה החומצה האמינית גלוטמאט מן האתר הקטליטי של האנזים, מה שהביא לביטול פעילותו. גרסאות אנזים כאלה אכן היו יציבות יותר, אך בהעדר פעילות קטליטית לא ניתן היה להשתמש בהן בניסויים הבודקים את פעילותן של תרופות, האמורות להגיב עם האנזים ולעכב את פעילותו.

כדי לפתור בעיה זו, פיתחו אלסנדרו בונאדיו וסולומון אוגוצ'ה, תלמידי מחקר מקבוצתה של פרופ' יוליה שיפמן במחלקה לכימיה ביולוגית במכון למדעי החיים, וריאנט חדש של האנזים MMP-9 , אשר אינו עובר פירוק עצמי, ועם זאת אינו מאבד את פעילותו הקטליטית.
לשם כך, הם זיהו תחילה את אתר הפירוק העצמי של האנזים באמצעות ספקטרומטריית מסות. לאחר מכן הם השתמשו בשיטות חישוביות של הנדסת חלבונים, כדי להסיר את אתר הפירוק מרצף החלבון, תוך הכנסת מספר מינימלי של מוטאציות, בלי לשנות בצורה משמעותית את המבנה המרחבי שלו, וכך להמשיך לשמור על פעילותו. ואכן, הוריאנט הטוב ביותר שנמצא בדרך זו מכיל רק שתי מוטציות במרחק של 10 אנגסטרם מהאתר הפעיל, ואינו עובר פירוק עצמי גם לאחר שבעה ימים ב-37 מעלות צלזיוס, תוך שמירה על מלוא פעילותו.
האנזים החדש, בעל היציבות המדהימה, מתאים היטב לניסויים של פיתוח תרופות נגדו וכן לנסיונות  לגבש אותו לצורך קביעת המבנה שלו, מה שיסייע בעיצוב דור חדש של תרופות המכוונות לווסת את פעילותו.

את האסטרטגיה, שפותחה ע"י קבוצת שיפמן לייצוב האנזים MMP-9, ניתן ליישם גם בעיצוב מחדש של פרוטאזות נוספות, כדי לשפר את יציבותן לצורך יישומים ביוטכנולוגיים שונים.

קיראו את המאמר - https://portlandpress.com/biochemj/article/480/14/1097/233252/Computational-design-of-Matrix-Metalloproteinase-9