Onverwachte zij-ingang in een kernreceptor

Eiwitten die populair zijn bij de farma-industrie hebben nóg een bindingsplaats voor geneesmiddelen.

Molecuul in tweede holte remt genactiviteit

Onderzoekers van de TU Eindhoven ontdekten unieke eigenschappen van een stofje waar farmareus MSD sinds 2012 patent op had. Voorzichtig navragen leerde dat de MSD-wetenschappers die bijzondere eigenschap al kenden. Maar niet hadden gepubliceerd. De universitaire en de MSD-groep hebben nu samen een artikel geschreven. Dat verscheen afgelopen maandag in Nature Communications.

„De vondst kan veel voordeel hebben voor de medicijnwerking”, zegt Luc Brunsveld, groepsleider van de ontdekkers en hoogleraar chemische biologie aan de TU Eindhoven.

De MSD-stof is een potentieel medicijn dat bindt aan een kernreceptor, een soort eiwit in de celkern waar mensen 48 verschillende van hebben. Maar liefst 13 procent van alle geneesmiddelen grijpt er op aan, terwijl er nog duizenden andere eiwitten zijn die in principe ook beïnvloedbaar zijn door medicijnen.

De farmaceutische industrie werkt al 65 jaar aan kernreceptoren en al die medicijnen binden op één plaats aan de receptor. Brunsveld en zijn groep ontdekten een tweede bindingsplaats – op één van de 48 menselijke kernreceptoren.

Het gaat om een kernreceptor (RORγt) die een rol speelt bij reuma, psoriasis en astma. Dat zijn chronische auto-immuunziekten, waarbij het afweersysteem fout bezig is en gezonde lichaamscellen aanvalt en vernietigt.

Als RORγt actief is worden in de celkern genen afgelezen waardoor afweercellen actief worden die zich ook tegen eigen weefsel kunnen richten. Is RORγt geblokkeerd dan gebeurt dat niet.

Overzichtsartikelen in farmaceutische tijdschriften laten zien dat onderzoekers in de farmaceutische industrie veel stofjes ontwikkelen en patenteren die aan RORγt binden. Brunsveld: „Reuma en alle andere chronische auto-immuunziekten zijn belangrijk. Er zijn goed werkende medicijnen op de markt, maar die hebben wel bijwerkingen. Verbeteringen zouden heel welkom zijn.”

Stresshormonen

RORγt is lid van een eiwittenfamilie – de kernreceptoren (zie kader Medicijnen en de pil) – die in de celkern belangrijk regelend werk doen en die zich ‘aan’ en ‘uit’ laten zetten als er kleine moleculen aan binden. Dat zijn niet alleen medicijnen. Van nature reageren ze op signaalstoffen (hormonen) die het lichaam zelf produceert. De vrouwelijke en mannelijke geslachtshormonen grijpen aan op die kernreceptoren. Maar ook de hormonen uit de schildklier en de stress- en afweerregelende hormonen uit de bijnierschors. Brunsveld: „Dat zijn vaak steroïdachtige hormonen. Die zijn goed als medicijn te ontwikkelen als je veranderingen in die relatief kleine moleculen aanbrengt.” Het zijn belangrijke levensprocessen die beïnvloedbaar zijn door makkelijk te veranderen moleculen. Dat maakt de kernreceptoren zo’n aantrekkelijk doel voor medicijnontwikkelaars.

Hoe hot RORγt voor de industrie is bleek toen promovendus Marcel Scheepstra een serie kleine moleculen ging testen waarvan uit de wetenschappelijke literatuur of uit patenten bekend was dat ze aan RORγt binden. Eén stofje was gekozen omdat het wat afwijkend was. Het molecuul was in 2012 gepatenteerd door de Amerikaanse farmagigant MSD. Er was wel een Nederlandse link: het onderzoek was begonnen in het door MSD overgenomen onderzoekslab van Organon in Oss.

In biochemische proeven gedroeg dat stofje zich anders dan andere moleculen die RORγt activeren of blokkeren. Het blokkeerde de werking van RORγt rotsvast. En dat werd niet minder als er een hoge concentratie van een lichaamseigen stof werd toegevoegd. Brunsveld: „Dat is vaak het probleem bij een medicijnmolecuul dat bindt op een plaats waar ook de lichaamseigen stof bindt. Als het lichaam op de blokkade reageert door extra veel van de eigen stof te maken, neemt de werking van het medicijn vaak af.” De lichaamseigen stof verdringt het medicijnmolecuul van de bindingsplaats.

Dat gebeurde hier niet. En toen postdoc Seppe Leysen de kristalstructuur zichtbaar maakte van het medicijnbindende deel van het eiwit was het duidelijk: het MSD-stofje (met researchnaam MRL-871) had zich op een nieuwe bindingsplaats gevestigd. En dat hij zich daar niet laat verdringen door een lichaamseigen stof maakt de ontdekking potentieel erg aantrekkelijk voor medicijnontwikkelaars.

Pijlsnel publiceren

„Toen was de vraag”, zegt Brunsveld, „weet MSD dit? We gingen er van uit dat ze wel meer wisten.” Maar het bedrijf had niets gepubliceerd. Bij ons in de wetenschap gaat het erom interessante dingen te vinden en die als eerste te publiceren. Maar onderzoekers in de farma-industrie wachten vaak zo lang mogelijk om van de kennisvoorsprong te profiteren.

Brunsveld: „We hielden er rekening mee dat MSD al iets klaar had liggen en pijlsnel zou publiceren als ze er achter kwamen dat wij die nieuwe bindingsplaats ook hadden gevonden”, zegt Brunsveld. Hij pakte het voorzichtig aan. „Wij hadden het manuscript van een artikel over onze resultaten klaar liggen. Toen hebben we contact opgenomen en voorzichtig laten weten wat we wisten en geïnformeerd....”

Nou, ze wisten bijna alles.

„Dat was ook wel te verwachten. Zij hadden dat stofje immers veel eerder in handen. En in een klassiek medicijnontwikkelingsprogramma probeer je ook een kristalstructuur te maken van het doeleiwit waarin je molecuul is gebonden. En je probeert het werkingsmechanisme te achterhalen – ik heb zelf een paar jaar in de farma-industrie gewerkt.”

Het besluit viel om samen te publiceren. Zo draagt het artikel in Nature Communications behalve 5 namen van onderzoekers uit Eindhoven ook de namen van 16 MSD-onderzoekers.

Twee holtes

De grote vraag is nu of die tweede bindingsplaats ook bij de andere 47 kernreceptoren bestaat die in menselijke cellen actief zijn. Wel waarschijnlijk, want er zijn grote structuurovereenkomsten.

Brunsvelds groep zoekt al langer andere bindingsplaatsen op die kernreceptoren. „Ons doel is nieuwe wetenschappelijke concepten bloot te leggen. We kijken hoe je kernreceptoren kunt beïnvloeden.” Over de vraag of de nieuwe, voor de farmacie aantrekkelijke bindingsplaats in meer kernreceptoren bestaat, wil hij nog niet veel kwijt. „In ons artikel staat dat MRL-871 ook een beetje aan een andere kernreceptor – PPARγ – bindt.”

Er zijn nu twee holtes bekend in kernreceptoreiwitten waar moleculen stevig in kunnen binden en de werking van de receptor beïnvloeden. Maar Brunsvelds groep heeft de afgelopen tijd ook ándere plaatsen op het oppervlak van de kernreceptor gevonden waar stoffen aan binden, maar veel vluchtiger, en die ook de werking beïnvloeden, maar veel geringer.

Marcel Scheepstra publiceerde vorig jaar de binding van een molecuul uit de bast van de magnoliaboom, al eeuwen in gebruik in de Chinese geneeskunde. Tegen hoofdpijn en maagklachten.

Scheepstra: „Die stof bindt veel oppervlakkiger, op twee andere delen van een kernreceptoreiwit. Niet in een van de twee aparte holtes. In die aparte holtes werken stoffen in concentraties die duizend- tot een miljoenvoudig lager zijn dan bijvoorbeeld die stof uit de magnoliaboom. Ja, als je maar genoeg thee van magnoliabast drinkt kom je wel aan een werkbare concentratie. Maar voor een medicijn wil je toch iets anders.”

De grote vraag is wat deze nieuwe bindingsplaats in de farmacie gaat betekenen. Zijn er bijvoorbeeld lichaamseigen stoffen – tot nu toe onbekend – die op die plaats binden? Dat zou het medicinale effect kunnen verstoren.

„Ja, die kunnen er zijn. We weten het nog niet”, zegt Brunsveld, „maar laten we wel wezen: er wordt al 65 jaar aan kernreceptoren gewerkt. Alle verbindingen die tot nu toe zijn gevonden – lichaamseigen of medicijn – binden op die klassieke bindingsplaats. Veel lichaamseigen verbindingen zullen er dus niet zijn voor die nieuwe plaats. Maar nu de plaats bekend is, kunnen we veel gerichter zoeken. En reken maar dat veel mensen gaan kijken.”