I rigonfiamenti fastidiosi di un cavo di telefono sovracaricato che riducono la relativa portata e limitano l'aiuto di movimento del visitatore per spiegare perché le droghe denominate camptothecins sono così efficaci in cellule tumorali di uccisione, secondo i ricercatori all'ospedale di ricerca dei bambini della st Jude ed all'Università Tecnologica di Delft.
Usando un tipo di pinzette magnetiche denominate nanotecnologia così come le cellule di lievito, i ricercatori hanno indicato che una droga di camptothecin ha denominato le cellule tumorali topotecan di uccisioni impedicendo un enzima, denominato topoisomerase I del DNA, dallo srotolare il DNA double-stranded in quelle cellule. Invece, il DNA diventa bloccato nelle torsioni strette, denominate supercoils, che si gonfiano fuori dal lato della molecola sovracaricata del DNA tanto come i rigonfiamenti in un cavo di telefono sovracaricato. Se questi supercoils si accumulano e persistono mentre la cellula sta provando a separare i due fili di DNA per fare le copie esatte dei cromosomi durante la divisione delle cellule, le cellule moriranno. |
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Gli studi di nanotecnologia funzionano ad una scala di circa 100 nanometri o più di meno. Per il confronto, un nanometro è circa 10 volte il formato di un atomo; e 10 nanometri è un-millesimi del diametro dei capelli umani.
In questo studio first-of-its-kind, i ricercatori hanno utilizzato le pinzette magnetiche microscopiche per controllare i cambiamenti nella lunghezza di una molecola specifica del DNA causata tramite l'azione di singolo enzima di topoisomerase I; e per studiare come il grippaggio di singola molecola topotecan a questo complesso enzima-DNA altera srotolare del DNA. Sulla base dei risultati di quegli studi, gli scienziati hanno messo a punto la teoria del supercoil per spiegare la capacità della droga di uccidere le cellule tumorali ed allora hanno sperimentato quella teoria in cellule di lievito. La loro conclusione che l'accumulazione delle uccisioni supercoiling del DNA le cellule fornisce un modello novello per come impianti topotecan; e fornisce le comprensioni nell'azione della droga che potrebbe aiutare gli scienziati nello sviluppo clinico di questi agenti. Un rapporto su questo lavoro compare nell'emissione avanzata e in linea della natura.
“Questo è la prima volta che gli attrezzi di nanotecnologia hanno aiutato gli scienziati a sviluppare un'ipotesi biologica che successivamente è stata provata dagli esperimenti di follow-up in un organismo vivente,„ hanno detto Mary Ann Bjornsti, il Ph.D., un membro del reparto della st Jude di farmacologia molecolare.
I ricercatori di nanotecnologia dell'università di Delft nel laboratorio di Nynke Dekker hanno sviluppato le pinzette magnetiche per gli studi in biofisica ed hanno adattato la tecnica allo studio corrente sull'effetto di topotecan sul topoisomerase I in collaborazione con Bjornsti, un co-author del rapporto della natura.
Il DNA è una molecola double-stranded che assomiglia ad una scaletta flessibile. I lati della scaletta sono spine dorsali che tengono la metà di ogni gradino della scaletta. L'intera molecola è torta, piuttosto come un cavo di telefono flessibile.
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Prima di divisione delle cellule, una macchina molecolare apre la chiusura lampo del DNA double-stranded affettando tramite i gradini della scaletta, separanti i due fili nella a wishbone-come figura denominata “la forcella di replica,„ Bjornsti ha detto. La separazione di questi fili è una tappa critica nella duplicazione dei cromosomi delle cellule, che devono accadere prima che una cellula si divida. Tuttavia, questo inoltre aumenta il tensionamento nel DNA davanti alla forcella, inducente lo a inarcarsi nei supercoils.
Per permettere che la forcella di replica continu aare disfare il DNA double-stranded, la cellula usa l'enzima di topoisomerase I, che fa una scalfittura provvisoria nella spina dorsale di uno dei due fili di DNA eccellente-arrotolato. Ciò permette che i fili del DNA srotolino, che rimuove i supercoils in modo da la forcella di replica può continuare separare i due fili e sintetizzare le copie esatte di ogni cromosoma. Topotecan sfrutta il grippaggio del topoisomerase I a DNA double-stranded che accade quando la cellula prova a separare questi fili.
I ricercatori già hanno saputo che topoisomerase topotecan “dei veleni„ legando sia all'enzima che al filo scalfito e singolo di DNA. Ciò intrappola il topoisomerase sul posto, girando il topotecan-topoisomerase-DNA complesso in un blocco stradale che impedice la forcella di replica avanzare.
“Finora la saggezza popolare era che le cellule tumorali topotecan di uccisioni semplicemente perché la forcella di replica si è scontrata con il topoisomerase bloccato,„ Bjornsti hanno detto. “Il nostro studio suggerisce che il positivo supercoiling quello si accumuli davanti alla forcella di replica contribuisca all'uccisione delle cellule.„
I ricercatori hanno fatto la loro scoperta usando la tecnica magnetica delle pinzette per attaccare un'estremità di una molecola double-stranded del DNA da un branello magnetico mentre assicuravano l'altra estremità ad una superficie di vetro. Allora hanno girato un magnete molto piccolo sopra la parte superiore del branello magnetico, che a loro volta ha girato il branello che tiene il DNA, torcente il DNA nei supercoils e riducente lo a circa un settimo della relativa lunghezza originale.
Quando la squadra ha aggiunto il topoisomerase al DNA, il filo ha srotolato alla relativa lunghezza originale in alcuni secondi. Ciò ha suggerito che l'enzima avesse scalfito i supercoils, allevianti il tensionamento e permettenti che il DNA si espanda alla relativa lunghezza precedente. Ma in presenza di topotecan, il tasso di DNA che srotola dovuto il topoisomerase era volta riduttrice 20 confrontata a srotolare senza topotecan. Tuttavia, l'individuazione sorprendente era che il grippaggio della droga ha ritardato srotolare di toposiomerase del DNA sovracaricato (supercoils positivi) più del riavvolgimento dei fili di DNA che era underwound (supercoils negativi).
“Nostro trovando che topotecan ritarda preferenziale srotolare del sovracaricato di o il DNA positivamente supercoiled per un tal lungo periodo di tempo, suggerito che il DNA che supercoiling realmente impedicesse la forcella di replica avanzare, che ha innescato la morte delle cellule,„ Bjornsti ha detto. “Abbiamo deciso di verificare questo modello studiando l'effetto del camptothecin su DNA in cellule di lievito durante il processo dell'espressione di gene.„ Durante l'espressione di gene, i fili del DNA sono separati in modo da la cellula può copiare le informazioni genetiche in RNA una trascrizione denominata trattata. Il RNA è una forma modificata del gene che la cellula usa per rendere alla proteina per cui il gene codifica.
La squadra del Bjornsti ha inserito gli anelli dei plasmidi denominati DNA double-stranded nelle cellule di lievito per generare un modello per lo studio dell'effetto dei camptothecin. Topotecan è una droga analogica o relativa del camptothecin. Come nella replica del DNA, l'espressione di gene richiede lo svolgimento dei fili del DNA. Tuttavia, invece di duplicazione del DNA, il macchinario della trascrizione fa un messaggio del RNA, che allora “è tradotto„ in proteine. Con la trascrizione del gene, lo svolgimento del DNA produce i supercoils positivi davanti al macchinario della trascrizione, mentre i supercoils negativi si formano dietro esso.
Quando i ricercatori hanno aggiunto il topoisomerase, i supercoils positivi e negativi sono sparito al tasso quasi uguale, apparentemente perché la rimozione dei supercoils positivi è stata equilibrata tramite una simile riduzione del supercoiling negativo. Quando gli scientests hanno aggiunto il camptothecin della droga, i supercoils positivi sono stati rimossi più lentamente dal topoisomerase I che i supercoils negativi. Ciò era prova ben fondata che l'avvelenamento topotecan o (di camptothecin) del topoisomerase I innesca preferenziale l'accumulazione di supercoiling positivo davanti ai complessi che svolgono il DNA, quali le forcelle del macchinario o di replica della trascrizione.
Tuttavia, il camptothecin non ha causato l'accumulazione dei supercoils positivi in cellule di lievito, esprimente un topoisomerase che era resistente alla droga. Ciò era ulteriore prova che camptothecins, come topotecan, cellule di uccisione impedicendo il topoisomerase srotolare i supercoils positivi.
Altri autori dello studio includono Daniel Koster, Bot di Elisa e Nynke Dekker (università di Delft, Paesi Bassi) e Komaraiah Palle, un collega postdoctoral nel laboratorio di Bjornsti (st Jude).
Questo lavoro è stato sostenuto in parte dal fondamento per la ricerca fondamentale sulla materia (Paesi Bassi), dall'organizzazione olandese per la ricerca scientifica, dall'Istituto Nazionale contro il cancro agli istituti della sanità nazionali e da ALSAC.
Ospedale di ricerca dei bambini della st Jude
L'ospedale di ricerca dei bambini della st Jude è internazionalmente - riconosciuto per il relativo lavoro aprente la strada nell'individuazione delle cure e nel salvataggio dei bambini con cancro ed altre malattie catastrofiche. Fondato dal presentatore ritardato Danny Thomas e basato a Memphis, Tenn., la st Jude riparte liberamente le relative scoperte con le comunità scientifiche e mediche intorno al mondo. Nessuna famiglia paga mai i trattamenti non coperti da assicurazione e le famiglie senza assicurazione non sono chieste mai di pagare. La st Jude è sostenuta finanziariamente da ALSAC, la relativa organizzazione fundraising. Per più informazioni, visitare prego http://www.stjude.org.
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