Descoperirea proceselor celulare ar putea conduce la noi tratamente pentru cancer
Un om de știință molecular geneticist de la Universitatea de Stat din Montana a descoperit un proces celular considerat anterior imposibil de către cercetători – crearea aminoacidului cisteină în interiorul unei celule vii atunci când sistemele principale ale celulei pentru acest proces eșuează.
Descoperirea ar putea duce, într-o bună zi, la noi tratamente pentru cancer. Rezultatele au fost publicate pe 21 mai în revista științifică Nature Chemical Biology.
„Toate celulele au nevoie de un aport constant de aminoacidul numit cisteină pentru a rămâne în viață”, a declarat Ed Schmidt, autor principal al lucrării și profesor de genetică și dezvoltare în Departamentul de Microbiologie și Biologie Celulară al Universității de Stat din Montana. „Cu toate acestea, cisteina nu este disponibilă în afara celulelor.”
Cisteina este esențială pentru celule, deoarece ajută la construirea proteinelor și la apărarea împotriva daunelor. De asemenea, facilitează formarea legăturilor disulfidice, care stabilizează proteinele și ajută celulele să își mențină forma tridimensională. Cercetătorii știu de decenii că celulele nu au acces la cisteină din exterior, așa că trebuie să o creeze intern prin descompunerea chimică a unei forme oxidate a acesteia – numită cistină – pentru a obține aminoacidul necesar supraviețuirii. Acest proces este cunoscut sub numele de sistem de reductază disulfidică.
„Cercetătorii au crezut multă vreme că acest proces era absolut esențial pentru toate celulele vii”, a afirmat Schmidt. „Cu toate acestea, am descoperit un sistem necunoscut anterior în celulele mamiferelor care poate prelua controlul atunci când sistemele principale eșuează.”
Descoperirea a fost realizată în trei etape pe parcursul unei perioade de nouă ani. Primul „moment de revelație”, a spus Schmidt, a avut loc în 2014, când o colonie de șoareci a supraviețuit, deși, conform științei de la acea vreme, nu ar fi trebuit să fie capabilă să o facă. Aceasta se datorează faptului că nu aveau un sistem cunoscut pentru a converti cistina în cisteină.
„Aceasta trebuia să fie imposibil”, a spus el. „Niciun organism sau celulă vie nu fusese vreodată găsit care să poată trăi fără a avea un sistem de reductază disulfidică funcțional.”
Această descoperire nu a fost întâmplătoare. Schmidt a inginerat genetic șoareci pentru a nu avea, individual, niciuna dintre cele două reductaze disulfidice primare din ficat.
„Unele dintre răspunsurile fiziologice observate în ficatul fiecărei linii de șoareci sugerează că credința că nici o celulă nu ar putea trăi fără a avea măcar una dintre aceste două reductaze ar putea să nu fie corectă”, a spus el. „Am vrut să verific acest lucru.”
A durat șapte ani ca Schmidt și echipa sa, în colaborare cu echipa lui Peter Nagy de la Institutul Național de Oncologie din Ungaria, care a adus capabilități analitice unice în acest proiect, să descopere cum șoarecii reușeau să producă în continuare cisteină din cistină fără a avea un sistem de reductază disulfidică. Se pare că, atunci când celulele nu pot folosi un sistem de reductază disulfidică pentru a obține cisteină, sistemul de rezervă taie chimic o legătură carbon-sulf adjacentă în cistină, eliberând, în cele din urmă, cisteina pentru utilizarea de către celulă.
Acest nou sistem de rezervă, a spus el, ar putea ajuta oamenii să supraviețuiască prin protejarea celulelor împotriva toxinelor electrofile. Multe toxine electrofile sunt molecule organice pe care unele organisme le produc pentru a ucide alte organisme care altfel le-ar consuma.
„Capacitatea celulelor noastre de a supraviețui, cel puțin pentru o perioadă, fără reductaze disulfidice, a evoluat probabil la strămoșii noștri multicelulari timpurii ca un mecanism care permitea acestor organisme să reziste la a fi ucise de toxinele electrofile produse de lucrurile pe care le mâncau sau de cele întâlnite în mediu”, a afirmat Schmidt.
Este demn de menționat că acest sistem de rezervă ar putea ajuta și unele celule canceroase să supraviețuiască expunerii la chimioterapice, terapii cu radiații sau terapii imune.
„Aceeași cale care protejează celulele noastre de oxidanți sau toxine protejează, de asemenea, celulele canceroase de terapii”, a spus Schmidt. „Acum că știm că au acest mecanism de apărare, am putea fi capabili să-l dezactivăm precis în cancere, făcându-le mai susceptibile la terapiile împotriva cancerului.”
Mai mulți studenți de la MSU, unii dintre ei absolvenți acum, au coautorat lucrarea, inclusiv coautori principali Zoe Seaford și Sydney Austad, care și-au desfășurat activitatea ca studenți la licență în laboratorul lui Schmidt. Martina Serrano Alvarez și Reed Noyd au fost, de asemenea, studenți la licență în laborator atunci când au participat la proiect, iar Colin Miller a fost student la doctorat.
„Această descoperire științifică subliniază puterea cercetării de a redefini ceea ce am considerat posibil și de a avansa noi abordări pentru tratamentul cancerului”, a declarat Sreekala Bajwa. „Îi felicit pe Dr. Schmidt și echipa sa pentru realizarea lor excepțională și pentru implicarea studenților ca parteneri adevărați în cercetarea care are un impact global.”
Schmidt s-a alăturat MSU în 1999. Interesele sale de cercetare includ reglementarea genelor, fiziologia celulară și organismală, genetica șoarecilor, embriologia, biochimia, metabolismul și șoarecii de laborator căror ADN a fost modificat genetic prin inserarea unuia sau mai multor gene dintr-un alt organism în genomul șoarcelui.
