Durante más de 40 años, los científicos han planteado la hipótesis de la existencia de grupos de enzimas, o "metabolones", para facilitar diversos procesos dentro de las células. Utilizando una nueva tecnología de imagen combinada con espectrometría de masas, los investigadores de Penn State, por primera vez, han observado directamente los metabolones funcionales involucrados en la generación de purinas, los metabolitos celulares más abundantes. Los hallazgos podrían conducir al desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas que interrumpen la progresión del cáncer.
"Nuestro estudio sugiere que las enzimas no están ubicadas al azar en todas las células, sino que ocurren en grupos discretos, o metabolones, que llevan a cabo rutas metabólicas específicas", dijo Stephen Benkovic, profesor de la Universidad Evan Pugh y presidente de la Cátedra Eberly en Química. "No solo encontramos pruebas de que existen los metabolones, sino que también encontramos que este metabolón se produce cerca de las mitocondrias en las células cancerosas".
Los hallazgos aparecen hoy (17 de abril) en la revista Science.
En el estudio, el equipo buscó un tipo específico de metabolón, llamado "purinosoma", que se cree que lleva a cabo la "biosíntesis de purina de novo", el proceso por el cual las nuevas purinas – bloques de construcción de ADN y ARN – son sintetizado Los investigadores investigaron estos purinosomas dentro de las células HeLa, una línea celular de cáncer de cuello uterino comúnmente utilizada en la investigación científica.
"Hemos demostrado que la vía biosintética de purina de novo (DNPB) se lleva a cabo mediante purinosomas que consisten en al menos nueve enzimas que actúan juntas sinérgicamente para aumentar su actividad general al menos en siete veces", dijo Vidhi Pareek, profesor asistente de investigación, Departamento de Química y los Institutos Huck de Ciencias de la Vida.
Los investigadores identificaron los purinosomas, que tenían menos de un micrómetro de diámetro, utilizando un novedoso sistema de imágenes desarrollado por Nicholas Winograd, profesor de química de la Universidad Evan Pugh y sus colegas. "La técnica utiliza espectrometría de masas de iones secundarios con haz de iones de racimo gaseoso (GCIB-SIMS) para detectar biomoléculas intactas con alta sensibilidad y permitir imágenes químicas in situ en células individuales", dijo Hua Tian, ​​profesor asistente de investigación, Departamento de Química e Investigación de Materiales Instituto. Esto fue vital para el estudio ya que estamos tratando con una concentración muy baja de moléculas en células cancerosas individuales ".
Nicholas Winograd, profesor de química de la Universidad Evan Pugh, ha trabajado durante 35 años para desarrollar nuevas técnicas, incluyendo GCIB-SIMS de alta resolución, que pueden proporcionar información química subcelular.
"Ahora, al final de mi carrera, finalmente veo que este enfoque de imágenes revela la presencia de purinosomas, y tal vez a continuación, observo que un medicamento contra el cáncer en realidad lo convierte en un purinosoma donde puede ser más efectivo", dijo.
Es importante destacar que el equipo descubrió que la vía DNPB se produce de manera canalizada y la yuxtaposición de purinosomas a las mitocondrias facilita la absorción de sustratos generados por las mitocondrias para su utilización en la vía. La canalización ocurre cuando las enzimas se ubican juntas para que las moléculas producidas se transfieran y procesen rápidamente a lo largo de la ruta enzimática, lo que restringe el equilibrio con el citosol en masa.
"Nuestro experimento nos permitió demostrar que la eficacia de la vía biosintética de purina de novo se incrementa mediante la canalización y que la proximidad de los purinosomas cerca de las mitocondrias es consecuencia de la vía", dijo Benkovic. "Estos hallazgos abren la puerta al estudio de una nueva clase de terapias contra el cáncer; por ejemplo, el diseño de una molécula que puede alterar la yuxtaposición de los purinosomas con las mitocondrias".
Los Institutos Nacionales de Salud apoyaron esta investigación.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Penn State. Original escrito por Sara LaJeunesse. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.