Eine Vielzahl von Krebserkrankungen werden mit dem Antitumormittel Bleomycin behandelt , obwohl seine Krankheiten bekämpfen Eigenschaften bleiben weitgehend unverstanden.
In einer neuen Studie , Blei-Autor Basab Roy - ein Forscher an der Arizona State University Biodesign Institute - beschreibt die Fähigkeit Bleomycin ist durch Doppelstrang-DNA in Krebszellen , wie einer Schere schneiden . Solche DNA-Spaltung führt häufig zum Tod in bestimmte Typen von Krebszellen zu Zelle.
Das Papier ist Co-Autor von Professor Sidney Hecht , Leiter des Biodesign Zentrum für Bioenergetik . Die Studie zeigt , zum ersten Mal , alternative biochemischen Mechanismen für die DNA -Spaltung durch Bleomycin . Die neue Forschung wird dazu beitragen, informieren Bemühungen um die Feinabstimmung der Droge, die Verbesserung der krebszerstörenden Eigenschaften, während limitierenden Toxizität für gesunde Zellen .
Die Ergebnisse der Studie, die kürzlich in der Zeitschrift der American Chemical Society erschienen .
Bleomycin ist ein Teil einer Familie von strukturell verwandten Antibiotika von dem Bakterium Streptomyces verticillus hergestellt . Drei starke Versionen des Medikaments , beschriftet A2 , A5 und B2 sind die Primärformen in der klinischen Anwendung gegen Krebs.
Krebs-Bekämpfung Fähigkeit Bleomycin wurde erstmals 1966 von dem japanischen Forscher Hamao Umezawa beobachtet. Das Medikament gewonnen FDA-Zulassung im Jahr 1973 und hat sich seither im Einsatz , insbesondere für die Behandlung von Hodgkin- Lymphom , Plattenepithelkarzinome und Hodenkrebs .
Einer der besonderen Eigenschaften von Bleomycin ist die Tatsache, dass sie in relativ geringen Dosen , im Vergleich zu vielen anderen Krebstherapien verabreicht werden. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Bleomycin kann Tod anomale Zellen durch die Migration in den Zellkern , Bindung mit DNA und anschließend verursachen Brüche in der DNA-Sequenz führen. Ein Bindungsereignis kann ein Molekül Bleomycin effektiv durch eine oder beide DNA-Stränge zu schneiden.
Spaltung von DNA wird angenommen, dass der primäre Mechanismus, durch den Bleomycin tötet Krebszellen , insbesondere durch Doppelstrangspaltungen, die schwieriger für die zelluläre Maschinerie zu reparieren sind sein . " Es gibt mehrere Mechanismen für die Reparatur von sowohl Einzelstrang und Doppelstrangbrüche in der DNA , aber Doppelstrangbrüche sind eine wirksamere Form der DNA- Läsion ", sagt Roy .
Das Zentrum für Bioenergetik beschäftigt sich seit mehreren Formen von Bleomycin, die Entwicklung einer umfangreichen Bibliothek von Varianten , mit dem Ziel, Engineering der besten Bleomycin analog. Roy ist besonders daran interessiert, die subtile Biochemie von Bleomycin , einschließlich der Besonderheit ihrer Bindungsregionen entlang der DNA-Strang und das Medikament die detaillierten Mechanismen der DNA-Spaltung .
Für die neue Studie , Bleomycin A5 verwendet. Bleomycin A5 hat ähnliche DNA-Bindung und Spaltung von Eigenschaften wie Bleomycin A2 und B2 . Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Bleomycin bindet mit sehr spezifischen Regionen der DNA-Strang , typischerweise GC -Sites, wo ein Guanosin- Basenpaare mit einer Cytidin . Ferner ist die Stärke dieser Bindung eng mit dem Grad der Doppelstrang- DNA-Spaltung assoziiert .
Aus einem Pool von Zufalls-DNA- Sequenzen , wurde eine Bibliothek von 10 Haarnadel -DNA ausgewählt , basierend auf deren starke Bindungsaffinität für Bleomycin A5 . Hairpin DNAs geschleift Strukturen, die entstehen, wenn ein Segment eines DNA-Strangs Basenpaare mit einem anderen Teil desselben Stranges . Diese Haarnadel -DNA wurden verwendet, um Doppelstrang- Spaltung durch Bleomycin zu untersuchen.
Jedes der 10 DNA-Proben unterDoppelStrang - Spaltung an mehr als einem Standort . Ferner sind alle der beobachteten Spaltungsstellen wurden innerhalb oder in unmittelbarer Nähe zu einer 8 -Basenpaar- variablen Region , die randomisiert worden waren , um die ursprüngliche Bibliothek erstellen gefunden. Die Untersuchung der 10 DNA-Proben zu Bleomycin ausgesetzt wurden insgesamt 31 Doppelstrang- Spaltstellen . Frühere Untersuchungen hatten die Form von Doppelstrang- DNA-Spaltung mit Bleomycin , die in 14 dieser Seiten aufgetreten beschrieben ; jedoch die restlichen 17 Fällen von doppelsträngigen Spaltung durch einen anderen Mechanismus aufgetreten ist, beschrieben zum ersten Mal in der vorliegenden Studie .
Wie bereits in früheren Studien wurde Eisen ( Fe II) als Cofaktor für Bleomycin in der Bindungsereignisse verwendet . Zwei Arten von Bleomycin Bindungs- und Spaltungsaktivität sind in der Papier detailliert. In der ersten , Bleomycin und deren Eisen -Cofaktor ( Fe.BLM ) binden mit Haarnadel -DNA an einem primären Standort . Typischerweise ist dies eine Stelle mit einer bestimmten Sequenz : 5'- G- Py- B- 3 ' . ( Hier bezieht sich auf eine 5' -Ende der DNA Haarnadel, G bezeichnet die Basis Guanosin , Py bezeichnet eine Pyrimidin- Base - entweder Cytidin oder Thymidin , B bezieht sich auf jede Nucleobase und 3' bezieht sich auf die anderen DNA- Ende .
Das Ergebnis dieser Bindung ist die Abstraktion eines Wasserstoffatoms an der Primärstation . Zwei Ergebnisse sind möglich, im Anschluss an die primäre Bindungsereignis , einem was zu einem Einzelstrangbruch in der Primärdatenbank , die andere , wodurch keine vollständige Spaltung der Strang zu produzieren , produzieren , anstatt eine Seite fehlt entweder eine Purin- oder Pyrimidinbase . Dies wird als ein AP-Stelle bekannt.
Im ersten Fall - wo Bleomycin erzielt Einzelstrangbruch- der Bleomycin Molekül kann dann reaktiviert werden, sobald mehr abstrahiert ein Wasserstoffatom von dem gegenüberliegenden DNA -Strang. Die Gegentribüne wieder folgen Sie einem der beiden Wege , a) vollständige Spaltung der gegnerischen Strang , was zu einem Doppelstrang -Spaltung oder b) Bildung einer AP-Stelle . Die Autoren merken an , dass diese AP-Stelle zu einer Spaltung durch die gegenüberliegende DNA-Strang mit dem Zusatz von einer milden Base , wie n-Butylamin Strang führen .
Ergebnisse der Studie hob die Korrelation zwischen der Stärke des Bleomycin -Bindung an DNA und der Frequenz des Doppelstrangspaltung. Von den 10 Proben Haarnadel -DNA , die beiden fest gebunden an jeden Bleomycin zeigten 5 -Doppelstrangspaltungenwährend die dest fest gebundenen Proben zeigten nur zwei Doppelstrangtrennungen.
Diese wichtige Studie schlägt vor , zum ersten Mal , einen plausiblen Mechanismus für die DNA- Spaltung durch Bleomycin soll, die zu Tumor zelltötenden sowie die Identifizierung der häufigsten Sequenzen in der DNA- Stellen-Bindung und anschließende Strangbruch beteiligt.
Roy betont, dass eine Menge Arbeit bleibt , um die biochemischen Ursachen der feste Bindung von Bleomycin aufzuklären. Weiter bleibt Bleomycin die Spezifität für Krebszellen rätselhaft. Neue Arbeit im Labor hat Hecht jedoch identifiziert die Kohlenhydrat Teil des Moleküls als für die Tumorzelltargetingverantwortlich.
"Krebs ist nach wie vor ein schwarzes Loch ", sagt Roy . "Wir versuchen , diese besondere Molekül ( Bleomycin ) besser zu machen. Es gibt noch so viel zu lernen. "