Al meer dan 40 jaar, wetenschappers hebben het bestaan ​​van enzymclusters verondersteld, of "metabolonen, " bij het faciliteren van verschillende processen in cellen. Met behulp van een nieuwe beeldvormingstechnologie in combinatie met massaspectrometrie, onderzoekers van Penn State, Voor de eerste keer, hebben direct functionele metabolons waargenomen die betrokken zijn bij het genereren van purines, de meest voorkomende cellulaire metabolieten. De bevindingen kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën die de progressie van kanker verstoren.

"Onze studie suggereert dat enzymen niet willekeurig in cellen zijn gelokaliseerd, maar komen in plaats daarvan voor in discrete clusters, of metabolonen, die specifieke metabole routes uitvoeren, " zei Stephen Benkovic, Evan Pugh universiteitshoogleraar en Eberly-leerstoel in de chemie. "We hebben niet alleen bewijs gevonden dat metabolonen bestaan, maar we ontdekten ook dat deze metabolon in de buurt van mitochondriën in kankercellen voorkomt."

De bevindingen verschijnen vandaag in het tijdschrift Wetenschap .

In de studie, het team zocht naar een specifiek soort metabolon, een "purinosoom, " waarvan werd gedacht dat het "de novo purine-biosynthese uitvoerde, " het proces waarbij nieuwe purines - bouwstenen van DNA en RNA - worden gesynthetiseerd. De onderzoekers onderzochten deze purinosomen in HeLa-cellen, een baarmoederhalskankercellijn die vaak wordt gebruikt in wetenschappelijk onderzoek.

"We hebben aangetoond dat de de novo purine biosynthetische [DNPB]-route wordt uitgevoerd door purinosomen die bestaan ​​uit ten minste negen enzymen die synergetisch samenwerken om hun algehele activiteit met ten minste zeven keer te verhogen, " zei Vidhi Pareek, assistent onderzoeksprofessor, Afdeling Chemie en de Huck Institutes of Life Sciences.

De onderzoekers identificeerden de purinosomen, die minder dan een micrometer in diameter waren, met behulp van een nieuw beeldvormingssysteem ontwikkeld door Nicholas Winograd, Evan Pugh, hoogleraar scheikunde, en collega's. "De techniek maakt gebruik van gascluster-ionenbundel secundaire ionenmassaspectrometrie [GCIB-SIMS] om intacte biomoleculen met hoge gevoeligheid te detecteren en in situ chemische beeldvorming in afzonderlijke cellen mogelijk te maken, " zei Hua Tian, assistent onderzoeksprofessor, Afdeling Chemie en het Materials Research Institute. Dit was van vitaal belang voor het onderzoek, omdat we te maken hebben met een zeer lage concentratie van moleculen in individuele kankercellen."

Nicolaas Winograd, Evan Pugh, hoogleraar scheikunde, werkt al 35 jaar aan de ontwikkeling van nieuwe technieken, inclusief hoge resolutie GCIB-SIMS, die subcellulaire chemische informatie kan verschaffen.

"Nutsvoorzieningen, aan het einde van mijn loopbaan, Ik zie eindelijk dat deze beeldvormingsbenadering de aanwezigheid van purinosomen onthult, en misschien de volgende, observeren dat een kankermedicijn het daadwerkelijk tot een purinosoom maakt waar het het meest effectief kan zijn, " hij zei.

belangrijk, het team ontdekte dat de DNPB-route op een gekanaliseerde manier plaatsvindt en dat de nevenschikking van purinosomen met de mitochondriën de opname van door de mitochondriën gegenereerde substraten voor gebruik in de route vergemakkelijkt. Channeling vindt plaats wanneer enzymen zich dicht bij elkaar bevinden, zodat de geproduceerde moleculen snel worden overgedragen en verwerkt langs de enzymatische route, het beperken van evenwicht met het bulkcytosol.

"Ons experiment stelde ons in staat om aan te tonen dat de efficiëntie van de de novo purine biosynthetische route wordt verhoogd door kanalisering en dat de nabijheid van purinosomen in de buurt van mitochondriën een gevolg is voor de route, " zei Benkovic. "Deze bevindingen openen de deur naar de studie van een nieuwe klasse van kankertherapieën; bijvoorbeeld het ontwerp van een molecuul dat de nevenschikking van purinosomen met mitochondriën kan verstoren."