Onderzoekers van Kanazawa University rapporteren in samenwerking met teams van Toyama Prefectural University en BioSeeds Corporation in ACS Applied Materials &Interfaces de identificatie van een molecuul met verhoogde antiproliferatieve activiteit in kankercellen. Het onderliggende biomoleculaire mechanisme is de remming van een enzym dat overgeproduceerd wordt bij verschillende soorten kanker.

Vitamine D3 heeft belangrijke biologische functies, waaronder het in stand houden van de botmineraaldichtheid, waardoor het risico op botbreuken wordt geminimaliseerd. Maar er wordt ook aangenomen dat vitamine D3 een kankerbestrijdende werking heeft, aangezien lage vitamine D3-spiegels en de bijbehorende overproductie van een enzym dat CYP24 wordt genoemd, verband houden met een slechte prognose voor kankerpatiënten. Moleculen die de werking van CYP24 beperken of remmen en moleculen die de functie van vitamine D3 nabootsen, worden tegenwoordig sterk onderzocht als potentiële antiproliferatieve middelen voor de behandeling van kanker.

Veel van de tot dusver gesynthetiseerde remmers en D3-analogen hebben echter onvoldoende klinische respons laten zien, evenals ongewenste bijwerkingen. Nu hebben Madhu Biyani van Kanazawa University en collega's een van DNA afgeleid molecuul geïdentificeerd dat bindt aan en de functie van CYP24 remt en veelbelovende antiproliferatieve activiteit vertoont. Het onderzoeksteam biedt ook gedetailleerde inzichten in de relevante moleculaire processen die in het spel zijn.

De wetenschappers screenden een groot aantal DNA-aptameren - stukjes enkelstrengs DNA met bepaalde driedimensionale structuren die kunnen binden aan specifieke doelwitmoleculen en een functioneel effect hebben bij binding. Ze zochten naar DNA-aptameren die binden aan CYP24, maar niet aan het vergelijkbare enzym CYP271B, dat verantwoordelijk is voor de synthese van vitamine D3.

Een eerste longlist van 18 aptamer-kandidaten werd teruggebracht tot 11 vertegenwoordigers met specifieke moleculaire structuren. De onderzoekers controleerden de CYP24-remmingsactiviteit van de 11 representatieve aptameren in vitro. Er bleven vier kandidaten over die resulteerden in de remming van CYP24 maar niet in de remming van CYP27B1, waarvan er één (Apt-7) werd behouden voor verder onderzoek.

Biyani en collega's voerden simulaties uit van Apt-7-binding aan CYP24. Er werd een moleculair docking-scenario verkregen, dat ze experimenteel controleerden door het gedrag van een mengsel van vitamine D3 en CYP24 met en zonder Apt-7 te vergelijken. De simulaties en de experimenten toonden aan dat Apt-7 resulteert in de remming van CYP24-activiteit, en dat wat er gebeurt, is dat het aptameer waarschijnlijk interfereert met de actieve plaats van het enzym. De onderzoekers voerden ook snelle atoomkrachtmicroscopie uit op de binding van CYP24 en Apt-7 in realtime, wat het moleculaire koppelingsscenario bevestigd dat uit simulaties werd verkregen.

Ten slotte bestudeerde het onderzoeksteam het effect van Apt-7 op cellulair niveau door het molecuul in kankercellen te introduceren. Ze observeerden significante CYP24-remming voor een kankercellijn waarvan bekend is dat deze het CYP24-enzym tot overexpressie brengt, waardoor antiproliferatieve activiteit werd aangetoond. Biyani en collega's citerend, deze bevindingen "karakteriseerden en stelden duidelijk voor dat een op DNA-aptameer gebaseerd molecuul een veelbelovende hoofdkandidaat zou kunnen zijn voor antikankertherapie." + Verder verkennen

Wetenschappers ontwikkelen nieuw rekenmodel voor het genereren van aptameren, met brede toepassingen