In-situ assemblage van amfifiele peptiden met bijbehorende cellulaire functies in een levende cel (d.w.z. intracellulaire assemblage) en hun interactie met cellulaire componenten zijn naar voren gekomen als een veelzijdige strategie bij het beheersen van het cellulaire lot. Echter, het bereiken van spatiotemporele controle (d.w.z. binnen cellulaire organellen of andere subcompartimenten) over de zelfassemblage van synthetische moleculen in de cel is een uitdaging vanwege de moeilijkheid om hun gedrag in de complexe intracellulaire omgeving te bestuderen.

Een recente studie, aangesloten bij UNIST heeft een nieuwe methode ontwikkeld om de mitochondriën van een kankercel aan te pakken. Het onderzoeksteam verwacht dat hun studie de weg zou kunnen effenen voor een nieuwe generatie geneesmiddelen tegen kanker.

Dit onderzoek is geleid door professor Ja-Hyoung Ryu of Chemistry aan UNIST in samenwerking met Sang Kyu Kwak van Energy and Chemical Engineering aan UNIST en professor Eunji Lee van Graduate School of Analytical Science and Technology aan de Chungam National University. De resultaten van het onderzoek zijn verschenen in de editie van 21 april van: Natuur Communicatie.

In de studie, het gezamenlijke onderzoeksteam heeft geïntroduceerd, Voor de eerste keer, de organel-gelokaliseerde zelfassemblage van een peptide-amfifiel als een krachtige strategie voor het beheersen van het cellulaire lot.

Zelfmontage is een evenwichtsproces tussen de afzonderlijke bouweenheden en hun geaggregeerde staat, en de concentratie van de moleculen moet boven de kritische waarde liggen om assemblage te induceren (d.w.z. de kritische aggregatieconcentratie (CAC). In levende cellen, het behalen van de CAC is ook vereist om assemblages van individuele moleculen te vormen, maar heeft een beperking omdat de chemische complexiteit van cellulaire omgevingen interacties tussen synthetische bouweenheden verstoort.

Intracellulaire zelfassemblage, dus, vereist een hogere concentratie van de moleculen dan de CAC, die de praktische implementatie van zelfassemblerende moleculen kunnen beperken. Transformatie van de moleculaire structuur van hydrofiele naar hydrofobe eenheden in de cel (of pericellulaire ruimte) door externe stimuli (chemisch, of fysiek) is een krachtige strategie om de CAC te verminderen door de neiging tot zelfassemblage te vergroten. Echter, chemische en fysieke prikkels (bijv. licht, temperatuur, pH, en redox) zijn niet relevant voor intracellulaire assemblage omdat ze ernstige celbeschadiging veroorzaken.

Het onderzoeksteam van professor Ryu introduceerde een specifiek door cellulair organel-lokalisatie geïnduceerd supramoleculaire zelfassemblage (OLISA) systeem dat een algemene strategie zou kunnen zijn om zelfassemblage te induceren door lokale concentraties van de zelfassemblerende moleculen te verhogen zonder aanvullende behandeling. De kleine moleculen diffunderen gemakkelijk door het celmembraan, reiken naar de doelplaats (organel of subcellulair compartiment, afhankelijk van de doelgroep), en dan ondergaan ze zelfassemblage in het beoogde organel als gevolg van verhoogde lokale concentratie. De opeenhoping van moleculen in een organel zoals mitochondriën is ~500-1, 000 keer hoger dan die van de extracellulaire ruimte.

"OLISA is een meer algemene en directe strategie voor het bereiken van intracellulaire assemblage en is geheel nieuw, het is een veelbelovende benadering voor het beheersen van het cellulaire lot zoals apoptose, celproliferatie enz. en is een nuttige strategie voor hun diepgaande onderzoeken", zegt professor Ryu.

Het ontwerp bestaat uit mitochondria-accumulerend amfifiel peptide (Mito-FF), die bestaat uit difenylalanine als een β-bladvormende bouwsteen, TPP als mitochondriaal gericht deel, en pyreen als een fluorescerende sonde. Mito-FF accumuleerde gunstig in de mitochondriën van kankercellen vanwege het hoge negatieve membraanpotentieel en de verhoogde concentratie zorgde ervoor dat Mito-FF zichzelf assembleerde tot een vezelachtige structuur, terwijl gebrek aan fibrilvorming werd waargenomen in normale cellen. De stijve Mito-FF-fibrillen vernietigden het mitochondriale membraan en activeerden de intrinsieke apoptotische route tegen kankercellen. Dit OLISA-systeem biedt een nieuwe aanpak voor gerichte chemotherapie bij kanker.

MT Jeena of Chemistry bij UNIST, de hoofdauteur van de studie verwacht dat de nieuwe methode de basis zal leggen voor een nieuwe reeks behandelingen die het genezingsproces kunnen maximaliseren en bijwerkingen kunnen minimaliseren.