Нановолокна из пептидов, связывающих медь, уничтожают раковые клетки
Медь, токсичная в высоких концентрациях, является жизненно важным микроэлементом. Многие опухоли требуют значительно больше меди, чем здоровые клетки, для своего роста, что открывает новую потенциальную мишень для терапии рака.
В новой статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie International Edition, исследовательская группа из Института полимерных исследований Макса Планка представила новый метод эффективного удаления меди из опухолевых клеток, что приводит к их гибели.
Медь — важный кофактор для множества ферментов, участвующих в росте и развитии клеток. Например, ионы меди задействованы в антиоксидантной защите. Клетки строго регулируют концентрацию и доступность ионов меди: с одной стороны, их должно быть достаточно, с другой — концентрация свободных ионов в цитоплазме должна быть очень низкой, чтобы избежать нежелательных побочных эффектов.
Внеклеточные двухзарядные ионы меди восстанавливаются до однозарядных, транспортируются в клетку, хранятся в пулах и передаются по требованию биомолекулам, которые в них нуждаются. Для поддержания клеточного медного гомеостаза клетки развили сложные транспортные системы, использующие множество транспортеров, лигандов, шаперонов и ко-шаперонов.
Поскольку раковые клетки растут и размножаются гораздо быстрее, их потребность в ионах меди значительно выше. Ограничение доступа к меди может стать новым терапевтическим подходом. Проблема в том, что до сих пор не удавалось создать препараты, связывающие ионы меди с достаточным сродством, чтобы «отобрать» их у медь-связывающих биомолекул.
В сотрудничестве со Школой медицины Стэнфордского университета и Университетом Гёте во Франкфурте команда Тани Вайль, директора Института полимерных исследований Макса Планка, успешно разработала такую систему. В её основе лежат медь-связывающие домены шаперона Atox1.
К этому пептиду команда присоединила компонент, способствующий его поглощению опухолевыми клетками. Дополнительный компонент обеспечивает агрегацию отдельных молекул пептида в нановолокна внутри клеток. В такой форме поверхности волокон имеют множество медь-связывающих участков в правильной пространственной ориентации, способных захватывать ионы меди с трёх сторон тиольными группами (хелатный комплекс).
Сродство этих нановолокон к меди настолько высоко, что они связывают ионы меди даже в присутствии других медь-связывающих биомолекул. Это истощает клеточные пулы меди и деактивирует зависящие от неё биомолекулы. В результате нарушается редокс-равновесие опухолевой клетки, что приводит к росту окислительного стресса и её гибели.
В экспериментах на клеточных культурах в специальных условиях более 85% культуры клеток рака молочной железы погибло через 72 часа, в то время как для здоровой клеточной культуры цитотоксичности не наблюдалось.
Исследователи надеются, что эти фундаментальные эксперименты, возможно, через несколько лет приведут к разработке полезных методов лечения рака.