Dlouho vyhledávaná struktura telomerázy dává cestu novým lékům pro stárnutí, rakovinu

Joan Shivarpita Harrigan - Buddha at the Gas Pump Interview (Červen 2019).

Anonim

Před více než třiceti lety, když Kalifornská univerzita objevili výzkumníci z Berkeley telomerázu - enzym, který prodlužuje konce chromozomů a zabraňuje jim dostat se k tomu, aby zabili buněčnou spekulaci, udělali divokou roli v oblasti stárnutí a rakoviny, lisování k výrobě léků k aktivaci nebo blokování enzymu.

Zatímco ani anti-stárnutí léčiva na bázi telomerázy, uváděná jako "pramen mládí", ani protinádorová léčiva se ještě neobjevila, publikace, kterou dnes vědci UC Berkeley publikují o prvním detailním pohledu na molekulární strukturu lidské telomerázy, úsilí, umožňující lépe zaměřené obrazovky s drogami a inteligentní návrh nových léků.

"Byl to dlouhý čas, který trval velmi dlouho, " říká Kathleen Collins, profesor molekulární a buněčné biologie UC Berkeley, který pracoval na enzymu už 26 let.

Collins a Eva Nogalesová, také profesorka molekulární a buněčné biologie, jsou hlavními autory článku popisujícího 3-D molekulární strukturu lidského telomerasového enzymu, zveřejněného tento týden v časopise Nature.

Jedním z úzkých míst bylo získání čistých vzorků této komplexní molekuly, která se skládá z kostry RNA zdobené šesti typy bílkovin, které se pohybují kolem, když přidávají DNA na konce chromozomů. Laboratoře po celém světě diskutovaly o tom, zda enzym působí jednotlivě nebo jako dvojčata, a jak a kolik proteinů zdobí kostru RNA.

Bez konsensu o těchto otázkách se ukázalo, že je obtížné navrhnout lék, který by se zaměřil na molekulární stroj a buď by zničil aktivitu telomerázy - který by mohl zastavit rakovinu, která zvýšila hladinu telomerázy - nebo restartovat telomerasu, po transplantaci kostní dřeně.

Nově odhalená struktura stále neobsahuje jemné detaily, ale v kombinaci se znalostí genové sekvence lidské telomerázy poskytuje dostatek informací, aby začala přemýšlet o možných cílech pro drogy, řekl první autor Thi Hoang Duong "Kelly" Nguyen, postgraduální lékař na UC Berkeley.

"Nejlepších snímků lidské telomerasy mělo rozlišení pouze 30 Ångstromů, bylo možné získat zhruba 7 až 8 Ångstromů rozlišení pomocí cryoelectron mikroskopie, " řekl Kelly. "Když jsem se dostal do bodu, kde jsem viděl všechny podjednotky - celkem máme celkem 11 bílkovinných podjednotek - bylo to okamžik, " Wow, wow, takhle se všichni vejdou dohromady. ""

Nguyen, Collins a Nogales se aktivně snaží zlepšit rozlišení na 3 nebo 4 Ångstromy - o velikosti dvou atomů uhlíku - což je dostatečné pro návrh léku.

Telomerasa překrývá telomere

Telomeres byl poprvé detekován na molekulární úrovni v pozdních sedmdesátých letech Elizabeth Blackburn, poté u UC Berkeley a nyní prezident emerita Institutu pro biologické studie Salk v La Jolla, Kalifornie. Práce s ciliated protozoátem Tetrahymena, ona a kolegové ukázali, že konce chromozomů jsou zakryty opakovanými sekvencemi DNA. Vyzbrojeni znalostmi sekvence telomerů, vědci pak ukázali, že telomere v tkáních mnohobuněčných organismů rostou kratší pokaždé, když se buňka rozdělí. Telomery chrání řetězce DNA před roztrhnutím a poškozením na svých koncích, podobně jako plastový hrot na konci boty. Skutečnost, že klesají s každým buněčným dělením, je myšlenka, že nás chrání před rakovinou, když je buňka unesena a neustále se množí.

V roce 1985 v UC Berkeley objevil Blackburn a tehdejší student Carol Greider telomerázu, enzym, který přidává DNA zpět na konce chromozomů, prodlužuje je a prodlužuje životnost buňky. Blackburn, Greider a další kolega Jack Szosak sdíleli Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu v roce 2009 za objev telomerázy.

Vědci od té doby zjistili, že telomeráza je u lidí a jiných mnohobuněčných organismů exprimována pouze v embryu, nikoliv ve většině dospělých buněk. To znamená, že většina buněk při narození má předem stanovenou schopnost růst a rozdělit, po které zemřou. Mnoho vědců se domnívá, že vyčerpané telomery jsou hlavní příčinou stárnutí.

Collins se pokouší určit strukturu telomerasy od doby, kdy byl v roce 1997 objeven první lidský telomerasový protein, a ona a její kolegové objevili a značně charakterizovali mnoho proteinů ve velkém enzymu, stejně jako rozbitou vlásenkovou strukturu transkripce telomerázy RNA. Ale jak se všichni vešly dohromady, byla to záhada kvůli konfliktním výsledkům z mnoha různých laboratoří.

Nguyen dokázal izolovat aktivní enzym a vyčistit ho mnohem lépe, než kdokoli předtím, a použil nový moderní cryoelectronový mikroskop, aby jednoznačně určil strukturu aktivní telomerázy. Cryo-EM je technika určující molekulární struktury sloučenin, které nemohou být krystalizovány a zobrazeny rentgenovými paprsky, a její vývojáři získali Nobelovu cenu za chemii v roce 2017.

Jakmile měl tým UC Berkeley strukturu, řekl Nguyen, bylo jasné, proč genetické mutace v některých proteinech v telomerase interferují s enzymem a způsobují onemocnění. V roce 1999 objevil Collins první známé onemocnění člověka způsobené mutací telomerasou: mutace v telomerasovém proteinu nazývaném dyskerin, který je zodpovědný za vzácná onemocnění nazývaná dyskeratóza. Pacienti rozvinou anémii, stejně jako potíže s kůží a střevem a nejčastěji zemřou na selhání kostní dřeně.

Důvodem, Collins říká, je to, že dvě molekuly dyskerinu jsou navázány na páteř RNA, které musí nejen oslovit síť jiných bílkovin, ale také se navzájem dotýkají, a mutace způsobující onemocnění brání těmto vazbám, ochromují schopnost páteř RNA přežít v buňkách. Některé děti s kongenitou dyskeratózy mají hladiny telomerázy asi 25% normálu a životnost méně než dvě desetiletí. Ti, kteří mají polovinu normální hladiny telomerázy, obvykle dosáhnou zdravotní krize v polovině života.

Collins je extrémní, že konečně má konečnou strukturu pro telomerázu a těší se, že se dozví více o složitém procesu sestavování jednoho z nejkomplexnějších enzymů v těle: polymerázu složité jako ribozom, která čte RNA pro produkci bílkovin.

"Myslel jsem, že by to nebylo tak složité, když jsem se rozhodla studovat tuto molekulu, " řekla. "Stal jsem se zvědavý, jak telomeráza funguje v roce 1991, kdy jsem právě skončila jako vysokoškolský student, a hledala jsem opravdu jednoduchý polymerázový systém, který by chápal interakce nukleových kyselin. A myslel jsem si, že můj bůh nemůže být jednodušší než toto. Bylo to super naivní. "

menu
menu