Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Glicoproteina P


Molecola del Mese di marzo 2010
Parole chiave: resistenza multifarmaco, chemioterapia antitumorale, glicoproteina P, P-glycoprotein, trasporto di membrana.


Glicoproteina P
L'ambiente è pieno di sostanze tossiche che possono attaccare le nostre cellule. Queste si difendono in molti modi. In alcuni casi usano enzimi per trasformare le molecole dannose in modo da renderle innocue. In altri casi sequestrano i composti pericolosi togliendoli di mezzo. Infine le cellule possono costruire delle pompe specializzate ad individuare le molecole velenose ed espellerle all'esterno della membrana cellulare.

Fare piazza pulita
La glicoproteina P, mostrata qui dal file PDB 3g61, è la più comune pompa molecolare che protegge le nostre cellule dalle molecole tossiche. Si trova nella membrana cellulare ed è continuamente alla ricerca di molecole estranee idrofobiche. Quando ne trova una la intrappola in una tasca profonda all'interno della proteina e poi cambia la propria conformazione. La nuova conformazione ha un'apertura verso l'esterno della cellula e la molecola viene espulsa. Questo processo funziona consumando una molecola di ATP per garantire che tutto avvenga rapidamente.

Pompa efficiente
Naturalmente, per realizzare il proprio compito, la glicoproteina P deve poter espellere molti tipi di molecole. I ricercatori hanno scoperto che la glicoproteina P può pompare fuori dalla cellula centinaia di molecole diverse con dimensioni che vanno da poche decine di atomi fino a centinaia di atomi. La maggior parte di queste sono idrofobiche e si trovano quindi sciolte nella membrana cellulare. Tra queste ci sono molte molecole tossiche, ma anche farmaci importanti come le ciclosporine e i farmaci antitumorali. Per questo motivo, l'attività della glicoproteina P è sia benefica che dannosa perchè da un lato ci protegge dalle tossine, ma dall'altro riduce l'efficacia dei farmaci che assumiamo nelle terapie. .





Bloccare la Pompa

Le cellule cancerose presenti nei tumori che hanno prodotto metastasi, sono più difficili da trattare perchè sono diventate resistenti a molti farmaci antitumorali. In alcuni casi queste cellule hanno acquistato una resistenza multifarmaco sintetizzando una grande quantità di glicoproteina P che espelle in continuazione i farmaci antitumorali mandandoli fuori dalla cellula cancerosa. I ricercatori stanno intensificando i loro sforzi per trovare un modo per bloccare la glicoproteina P nelle cellule cancerose in modo da renderle ancora sensibili ai trattamenti chemioterapici.
Una stategia consiste nell'usare anticorpi come quelli mostrati qui a destra (file PDB 1bln in giallo e arancione). Questi si legano ad una piccola regione della glicoproteina P, mostrata in verde, e le impediscono i movimenti necessari all'azione di pompaggio.
Un altro approccio consiste nel cercare farmaci che entrino nel sito attivo della proteina e ne blocchino l'azione dall'interno.















Esporando la Struttura
La glicoproteina P è formata da una lunga catena che si ripiega in due metà molto simili. Nelle figure qui a lato, la prima metà della proteina è colorata in blu, la seconda metà in verde. Un corto segmento di proteina che lega le due metà non è visibile in questa struttura cristallina (è troppo mobile) e quindi è mostrato con una linea tratteggiata magenta.
Notate quanto sono simili le due metà e quanto sia estesa la loro sovrapposizione. Si crede che la proteina si sia evoluta in seguito ad una fortuita duplicazione del gene che la codificava e questo ha prodotto una proteina più lunga formata da due metà quasi identiche.
Qui sono mostrate due diverse strutture di glicoproteina P. La struttura PDB 3g60 sulla sinistra e 3g61 sulla destra che sono state cristallizzate con all'interno due diversi farmaci (in rosso). Notate che i due farmaci si legano in punti leggermente diversi all'interno del grande sito attivo della proteina.

Nell'immagine qui a lato, realizzata con Chimera (vedi Chimica al Computer), si vede in dettaglio il farmaco contenuto nella glicoproteina P mostrata qui sopra a sinistra (file PDB 3g60).
Si notano gli amminoacidi della proteina che formano la tasca apolare che ospita il farmaco e si vede uno dei tre atomi di selenio (piccola sfera gialla) contenuti nel farmaco.



















Spunti per ulteriori Esplorazioni
1) I batteri costruiscono molti tipi diversi di pompe per espellere molecole tossiche. Cercatene altri esempi negli archivi PDB. Utilizzano lo stesso meccanismo a forbice?
2) Cercate altri esempi di probabile duplicazione di geni nel PDB


Bibliografia

1. S. V. Ambudkar, S. Dey, C. A. Hrycyna, M. Ramachandra, I. Pastan and M. M. Gottesman (1999) Biochemical, cellular, and pharmacological aspects of the multidrug transporter. Annual Review of Pharmacology and Toxicology 39, 361-398.

2. G. Szakacs, J. K. Paterson, J. A. Ludwig, C. Booth-Genthe and M. M. Gottesman (2006) Targeting multidrug resistance in cancer. Nature Reviews Drug Discovery 5, 219-234.

3. M. Hennessy and J. P. Spiers (2007) A primer on the mechanics of P-glycoprotein the multidrug transporter. Pharmacological Research 55, 1-15.