University of California, Berkeley, haben Wissenschaftler die äußerst subtilen Effekt, dass die verschreibungspflichtigen Medikament Taxol hat innerhalb der Zellen , die es zu einem der am häufigsten verwendeten Antikrebsmittel in der Welt macht entdeckt.
Die Details , an denen das Medikament die Störung der normalen Funktion von Mikrotubuli , Teil des Skeletts der Zelle , konnte bei der Entwicklung besserer Krebsmedikamente tätig ist , oder bei der Verbesserung von Taxol und andere bereits bekannt , die Funktionsweise der Mikrotubuli stören Medikamente helfen .
Die Ergebnisse sind veröffentlicht in der Zeitschrift Cell berichtet .
" Die Bemühungen um das Verständnis dieser Chemotherapeutika besser sind sehr wichtig, denn es gibt einige Unterschiede Mikrotubuli in Krebszellen im Vergleich zu normalen Zellen, vielleicht werden wir nutzen können ", sagte Prinzip Autor Eva Nogales, Biophysiker , UC Berkeley Professor für Molekular- und Zellbiologie und Senior Fakultät Wissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory ( LBNL ) . "Wir sind noch nicht da , aber das ist die Art von Analyse, die wir brauchen, um dorthin zu gelangen. "
Taxol , die ursprünglich aus der Rinde der pazifischen Eibe extrahiert , ist eine der meist häufigsten verwendeten Medikamente gegen solide Tumoren und ist eine Front-Line- Medikament zur Behandlung von Eierstock- und Weiterbildung Brustkrebs . Das Medikament ist bekannt, an Mikrotubuli binden und im wesentlichen frieren Sie sie an Ort und Stelle , die sie von Trennung der Chromosomen bei der Zellteilung verhindert. Dies tötet teilenden Zellen , insbesondere Krebszellen, die für die rasche Verbreitung bekannt sind.
Nogales, ein Howard Hughes Medical Institute Investigator hat auf Mikrotubuli gearbeitet , seit sie ein Doktorand in England in den frühen 90er Jahren war , unter Verwendung von Techniken wie Röntgenstreuung und Kryo-Elektronenmikroskopie zu untersuchen, wie Taxol und anderen Antikrebsmittel beeinflussen Mikrotubuli . Später, während ihrer Postdoc-Aufenthalt bei LBNL mit Ken Downing, war sie die erste zu entdecken , wo genau Taxol bindet den Grundbaustein namens Tubulin , der Mikrotubuli- Polymer .
Mikrotubuli sind Skelett der Zelle
Arbeit von vielen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt hat die Mikrotubuli- Netzwerk innerhalb der Zellen gezeigt , die so genannte Zytoskelett , sehr verschieden von starren Tierskelette . Mikrotubuli sind Polymerfäden , die ständig wachsen und schrumpfen , und dabei drücken und ziehen Dinge, um die Zelle , einschließlich der Chromosomen . Wissenschaftler nennen diese dynamische Instabilität. Die Mikrotubuli auch eine Autobahn für den Transport von Organellen der Zelle und andere Pakete auf der ganzen Zelle.
Tubulin , die grundlegende Struktureinheit der Mikrotubuli , ist ein Komplex von zwei Proteinen - alpha und beta- Tubulin . Tubulin Einheiten stapeln oben auf ein anderes zu Streifen, die mit anderen Streifen auszurichten und Reißverschluss bis in eine hohle Röhre , die Mikrotubuli zu bilden.
" Tubulin , das Zytoskelett- Protein, das durch Selbstorganisation zu Mikrotubuli , ist für das Leben eines jeden eukaryotischen Zelle , die , warum es ein wichtiges Ziel von Antikrebsmitteln zu werden ist absolut notwendig ", sagte Nogales . "Es ist erstaunlich, wie Mikrotubuli Sonde und neue Dinge ausprobieren fast zufällig , aber es gibt einen Grad der Kontrolle in die Zelle , die letztlich macht Sinn dieses Chaos gebaut, und die Zelle überlebt und gedeiht . "
Mikrotubuli wachsen von ihrem freien Ende bei etwa 1 Mikrometer pro Minute durch die kontinuierliche Zugabe von mehr Tubulin (etwa 20 Tubulinmolekülen pro Sekunde). Aber wenn sie aufhören zu wachsen, sie schnell schälen auseinander wie die Haut einer Banane , die Freigabe Tubulin für die Wiederverwertung in anderen Mikrotubuli . Dieses Peeling oder Depolymerisation , bei bis zu 15 Mikrometer pro Minute oder ca. 300 Tubulinmoleküle Fallen pro Sekunde stattfindet, sagte Nogales .
Mikrotubuli sind wie Druckfedern
Nogales hat nun herausgefunden, warum Mikrotubuli schälen auseinander, so schnell . Wenn sie zusammenzubauen, werden die Streifen von Tubulin unter intensiver Belastung ausgesetzt , aber aus Biegung und Auseinanderziehen durch das wachsende Kappe von Tubulin an dem Ende verhindert. Sobald wachsenden aufhören und die Kappe ausgeblendet wird, reißt die verhaltene Spannung die Mikrotubuli auseinander.
Die Spannung entsteht, wenn der Tubulin- Komplex, der eine kleine Energie Molekül namens GTP ( Guanosintriphosphat ) befestigt ist , wird hydrolysiert und das GTP wird zum BIP ( Guanosindiphosphat ) . Diese chemische Reaktion presst, Alpha- und Beta- Untereinheiten , genauso wie verdichteten Wirbeln , wobei die Tubulin Stapel unter Spannung , solange der Mikrotubuli ist an seinem Ende zu.
" Es war vorgeschlagen worden , dass Tubulin musste eingeschränkt werden , aber niemand bewiesen hatte ", sagte Nogales . "Was wir gesehen haben, ist, dass die GTP-Hydrolyse geschieht , die Tubulin- Struktur wird in einem gespannten Zustand fest , wie eine zusammengedrückte Feder . Die End- Untereinheiten sind das Ganze zusammenhält . "
Wenn das Wachstum stoppt , wird die Spannung freigesetzt , und die Streifen abzulösen schnell auseinander .
"Diese Arbeit ist ein wichtiger Schritt nach vorne auf ein Problem mit einer langen Geschichte ", schreibt Tim Mitchison in einem Kommentar in der gleichen Ausgabe von Cell . Mitchison , ein Harvard-Professor für Systembiologie, war die erste , die Bedeutung der GTP-Hydrolyse in destabilisierenden Mikrotubuli zu zeigen. Die von Nogales und ihr Team vorgeschlagene Modell , fügte er hinzu, " stellt unsere erste Einblick in ( der ) Destabilisierung Mechanismus . "
Nogales auch gefunden, daß Taxol fügt sich in das Tubulin und verhindert Verdichtung der Alpha- und Beta- Untereinheiten , so daß keine Spannung aufbaut . Als Ergebnis , auch wenn die Mikrotubuli aufhört zu wachsen , es bleibt intakt , im Grunde an Ort und Stelle eingefroren , nicht auseinander zu schälen oder depolymerisieren , und vollzieht ihre normale Funktion .
" Taxol kehrt die Auswirkungen der GTP-Hydrolyse ", sagte sie .
Nogales und ihr Team entdeckte diese strukturellen Veränderungen durch die Grenzen der Kryo-Elektronenmikroskopie , einer Technik, bei der Proben werden eingefroren und mit einem Hochleistungs- Elektronenstrahl sondiert. Sie haben jetzt eine ausreichende Auflösung , um Details von kleiner als 5 Å ( ein Zehntel eines Nanometers ) quer zu sehen , die über die Größe von fünf Wasserstoffatome erreicht . Während die meisten bisherigen Informationen über die Struktur von Tubulin in der Mikrotubuli aus dem Studium der künstlichen , flachen Bögen ausgerichteter Streifen von Tubulin gekommen war Nogales Lage, dreidimensionale Mikrotubuli Sonde in ihrem natürlichen Zustand eingefroren , mit und ohne Taxol zu bindenden Tubulin . Dieser Vergleich zeigt deutlich die Wirkung von Taxol hat auf Mikrotubuli Struktur .