Cercetătorii au reușit să surprindă în detaliu aproape atomic modul în care o enzimă bacteriană construiește scheletul unui medicament anticancerigen
O echipă de cercetători de la Universitatea din Tokyo și Universitatea Tohoku a reușit să vizualizeze structura enzimei SacC, responsabilă pentru construirea nucleului complex cu cinci inele al safracinei B, un compus bacterian care stă la baza medicamentului anticancerigen trabectedin, utilizat în tratamentul sarcomului de țesuturi moi. Rezultatele au fost publicate în Journal of the American Chemical Society.
Enzima SacC realizează o cascadă catalitică în șapte etape, în care formează două noi legături carbon-carbon și produce scheletul cu cinci inele într-o singură trecere. „Sinteza artificială a unui astfel de schelet complex necesită numeroși pași atent pregătiți, un control strict al condițiilor și multă răbdare. Însă o enzimă bacteriană o poate face într-o singură trecere, în apă, la temperatura camerei, respectând fiecare detaliu tridimensional”, a explicat Ryo Tanifuji, unul dintre coordonatorii studiului.
Provocările imagisticii unei enzime în mișcare
Enzimele din această familie funcționează ca o linie de asamblare: își transmit moleculele neterminate de la o etapă la alta, iar componentele lor se mișcă amplu în timpul procesului. Această mobilitate face dificilă obținerea unei imagini clare, deoarece moleculele congelate în poziții ușor diferite produc o imagine medie neclară. În plus, enzima are tendința de a se aglomera în soluție.
Cercetătorii au abordat problema simultan din două direcții. Pe partea de chimie, au proiectat și sintetizat molecule mici care imită intermediarii reacției, permițând prinderea enzimei în mijlocul ciclului catalitic. Pe partea de biologie structurală, au căutat o soluție pentru stabilizarea enzimei. „Timp îndelungat, proiectul a părut imposibil. Enzima pur și simplu nu se comporta în soluție, iar fără un eșantion bine dispersat nu exista nimic de fotografiat. Punctul de cotitură a fost descoperirea unei mici proteine partenere, numită SacE, codificată în aceeași secțiune a genomului bacterian, care a îmbunătățit dramatic comportamentul enzimei în soluție”, a declarat Tanifuji.
Detalii aproape atomice ale unui moment timpuriu
După rezolvarea ambelor probleme, cercetătorii au congelat rapid probele într-un strat subțire de gheață și le-au examinat cu ajutorul unui microscop crioelectronic de la Universitatea Tohoku. Rezoluția modelului tridimensional, reconstruit din mii de imagini individuale ale enzimei, a fost suficient de înaltă pentru a dezvălui detalii moleculare la nivel aproape atomic.
„Structura noastră surprinde un moment timpuriu al ciclului enzimatic, punctul în care unitatea de construcție tocmai a fost încărcată. Etapele ulterioare, în care inelele se închid și produsul final este eliberat, rămân neclare. Captarea acestor stări este următorul nostru obiectiv și ne așteptăm să fie nevoie atât de sonde mai bune, cât și de noi metode de sortare a imaginilor”, a adăugat Tanifuji.
Metoda dezvoltată în cadrul proiectului ar putea avea o aplicabilitate largă pentru o gamă de enzime înrudite care produc compuși utili din punct de vedere medical, deschizând noi direcții de cercetare pentru optimizarea compușilor existenți și crearea unora noi.
