Cercetătorii au reușit să obțină imagini clare ale enzimei esențiale în fabricarea medicamentelor pentru cancer
O echipă de cercetare, condusă de Ryo Tanifuji și Hiroki Oguri de la Universitatea din Tokyo, împreună cu Yoshikazu Tanaka de la Universitatea Tohoku, a reușit să vizualizeze SacC, o enzimă cheie în construirea nucleului complex cu cinci inele al safracinelor B.
Acest nucleu este comun cu trabectedina, un medicament utilizat în tratamentul sarcomului tisular moale. Obținerea unei imagini clare a enzimei în starea sa de funcționare este o realizare remarcabilă, dar metoda dezvoltată în cadrul proiectului ar putea avea aplicații foarte largi. Această abordare ar putea deschide noi direcții de cercetare nu doar pentru optimizarea compușilor deja existenți, ci și pentru crearea de noi compuși.
Linia de producție pentru medicamentul trabectedin începe cu compusul bacterian safracin B, care este asamblat de enzimă SacC în interiorul bacteriilor. Această enzimă realizează o impresionantă cascadă catalitică în șapte etape, unind două legături carbon-carbon și producând un suport cu cinci inele într-o singură trecere.
Sinteza artificială a unui astfel de suport complex necesită multe etape atent planificate, control strict al condițiilor și multă răbdare. Totuși, o enzimă bacteriană poate realiza acest lucru într-o singură trecere, în apă, la temperatura camerei, obținând fiecare detaliu tridimensional corect. Ar fi un mare pas înainte dacă am putea împrumuta unele dintre aceste trucuri pentru noi.
Enzimele din această familie funcționează asemănător unei linii de asamblare industriale. Pe măsură ce transferă o moleculă neterminată de la o stație la alta, părțile lor se mișcă considerabil. Totuși, această mișcare face ca fotografierea lor să fie dificilă. Când mai multe enzime sunt înghețate în mișcare, fiecare moleculă este prinsă într-o poziție ușor diferită, estompând imaginea mediată. În plus, această enzimă are tendința de a se aglomera în soluție.
Cercetătorii au abordat problema din două perspective, chimie și biologie structurală, simultan. Cu „pălăria” de chimist, au proiectat și sintetizat molecule mici care imită intermediarii neterminați pe care enzima îi produce în timpul reacției sale în cascadă. Pe partea de biologie structurală, au căutat o modalitate de a stabiliza enzima și de a preveni aglomerarea acesteia.
„Pentru o lungă perioadă, proiectul părea imposibil”, își amintește Tanifuji. „Enzima pur și simplu nu se comporta bine în soluție, iar fără o mostră bine dispersată nu era nimic de imitat. Punctul de cotitură a fost găsirea unei proteine partener mici numite SacE, codificate în aceeași secvență a genomului bacterian, care a îmbunătățit dramatic comportamentul enzimei în soluție.”
Cu ambele probleme rezolvate, oamenii de știință au putut apoi să înghețe rapid aceste mostre într-un strat subțire de gheață și să le imagineze folosind un microscop electronic criogenic la Universitatea Tohoku. Rezoluția modelului tridimensional, reconstruit din mii de imagini individuale ale enzimei, a fost suficient de ridicată pentru a revela detalii moleculare la un nivel aproape atomic.
„Structura noastră surprinde un moment timpuriu în ciclul enzimei, punctul în care blocul de construcție a fost abia încărcat. Etapele ulterioare, în care inelele sunt închise și produsul final este eliberat, sunt încă neclare. Capturarea acelor stări este următoarea noastră țintă, iar ne așteptăm că va necesita atât sonde mai bune, cât și noi modalități de sortare a imaginilor”, spune Tanifuji, privindu-se spre viitor.
