Met behulp van de Cryo-Electron Microscopy Facility van UT Southwestern hebben onderzoekers beelden vastgelegd van een enzym voor Wnt-lipidatie, dat cruciaal is voor de menselijke ontwikkeling en cruciaal voor activering van Wnt-signalering. De bevindingen, gerapporteerd in Nature , licht werpen op de mechanismen achter deze activiteit en zou uiteindelijk kunnen leiden tot nieuwe medicijnen om verschillende maligniteiten te behandelen.

"Dankzij de ultramoderne cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM) faciliteit van UT Southwestern zijn we in staat om de onderzoeksenvelop verder te duwen naar het belangrijkste gebied van kankergerelateerde signaalroutes", zegt Xiaochun Li, Ph.D. ., Universitair hoofddocent Moleculaire Genetica en Biofysica, die samen met Yang Liu, een vierdejaarsstudent, en Xiaofeng Qi, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeker, de studie leidde. Zowel meneer Liu als dr. Qi werken in het Li-lab. "Het onthulde wetenschappelijke mechanisme zou de ontwikkeling van nieuwe kankerbestrijdende medicijnen naar geavanceerde solide tumoren kunnen versnellen."

Wetenschappers weten al lang dat leden van de Wnt-familie van eiwitten cruciaal zijn voor de embryonale ontwikkeling, omdat ze signaleringsroutes op gang brengen die nodig zijn voor functies zoals asvorming, specificatie van het lot van cellen en celproliferatie en -migratie. Toen Wnt-eiwitten voor het eerst werden ontdekt in het begin van de jaren tachtig, werden ze onmiddellijk in verband gebracht met kanker; Het is bekend dat afwijkende Wnt-signalering bijdraagt ​​aan pancreaskanker, melanoom, triple-negatieve borstkanker en andere soorten maligniteiten.

Om hun signaleringsfuncties uit te voeren, legde Dr. Li uit, moeten Wnt-eiwitten eerst worden geactiveerd door de toevoeging van een lipidemolecuul, een taak die wordt uitgevoerd door een enzym genaamd Porcupine (PORCN). Hoe dit structureel gebeurt en het mechanisme waarmee onderzoeksgeneesmiddelen deze activiteit remmen, is niet bekend.

Om dit te onderzoeken, verzamelden Dr. Li en zijn collega's cryo-EM-beelden van vier structuren:PORCN gebonden aan een co-enzym genaamd palmitoleoyl-CoA, dat bijdraagt ​​aan het lipidemolecuul om Wnt te activeren; PORCN gebonden aan LGK974, een onderzoeksgeneesmiddel waarvan bekend is dat het Wnt-signalering remt; PORCN gebonden aan LGK974 en WNT3A, een Wnt-familielid; en PORCN bond aan een geactiveerd, lipide-gemodificeerd WNT3A-eiwit. Cryo-EM, een techniek erkend door een Nobelprijs 2017, bevriest eiwitten op hun plaats om microscopische beelden met atomaire resolutie te krijgen.

Deze afbeeldingen toonden aan dat WNT3A, PORCN en palmitoleoyl-CoA samenkomen in een sandwich-achtige configuratie, met PORCN in het midden geflankeerd door de twee andere voorlopers. Toen WNT3A en PORCN werden geïncubeerd met LGK974 in plaats van palmitoleoyl-CoA, nam het onderzoeksgeneesmiddel de plaats in van palmitoleoyl-CoA, waardoor het zijn vermogen om het lipidemolecuul te binden en bij te dragen blokkeerde; zonder deze lipidenmodificatie, zei Dr. Li, kan WNT3A geen signaalcascade veroorzaken.

Bovendien losten de afbeeldingen een decennia oud mysterie op waarom de lipideketen die Wnt-eiwitten wijzigt structureel verschilt van die op een verwant eiwit genaamd Hedgehog, dat ook betrokken is bij menselijke ontwikkeling en kanker en wordt geactiveerd door lipidenmodificatie. Terwijl de lipideketen op Hedgehog is gemaakt van een verzadigd vetzuur, waardoor het zich in een rechte lijn uitstrekt, is die op PORCN onverzadigd, waardoor het in een C-vorm knikt. De onderzoekers ontdekten dat deze knik nodig is om de lipideketen in een holte op PORCN te laten passen, een cruciale stap voordat deze op Wnt wordt overgebracht.

Dr. Li merkte op dat LGK974 een van de vele geneesmiddelen is die de Wnt-signalering beïnvloeden die momenteel in klinische onderzoeken tegen verschillende kankers wordt uitgevoerd. Het kennen van de atomaire structuren van Wnt, PORCN, palmitoleoyl-CoA en hun complexen zou kunnen leiden tot geneesmiddelen die beter zijn ontworpen om deze interacties te blokkeren. + Verder verkennen

Onderzoekers bepalen atomaire structuur van moleculair complex geassocieerd met geboorteafwijkingen