Da più di 40 anni, gli scienziati hanno ipotizzato l'esistenza di cluster di enzimi, o "metaboloni, " nel facilitare vari processi all'interno delle cellule. Utilizzando una nuova tecnologia di imaging combinata con la spettrometria di massa, ricercatori della Penn State, per la prima volta, hanno osservato direttamente metaboloni funzionali coinvolti nella generazione di purine, i metaboliti cellulari più abbondanti. I risultati potrebbero portare allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche che interrompono la progressione del cancro.

"Il nostro studio suggerisce che gli enzimi non si trovano casualmente nelle cellule, ma invece si verificano in cluster discreti, o metaboloni, che svolgono specifiche vie metaboliche, " ha detto Stephen Benkovic, Evan Pugh University Professor e Eberly Chair in Chimica. "Non solo abbiamo trovato prove che esistono metaboloni, ma abbiamo anche scoperto che questo metabolone si verifica vicino ai mitocondri nelle cellule tumorali".

I risultati appaiono oggi sulla rivista Scienza .

Nello studio, il team ha cercato un tipo specifico di metabolone, chiamato "purinosoma, " che si pensava effettuasse "la biosintesi de novo delle purine, " il processo mediante il quale vengono sintetizzate nuove purine, elementi costitutivi di DNA e RNA. I ricercatori hanno studiato questi purinosomi all'interno delle cellule HeLa, una linea cellulare di cancro cervicale comunemente usata nella ricerca scientifica.

"Abbiamo dimostrato che la via biosintetica delle purine de novo [DNPB] viene eseguita da purinosomi costituiti da almeno nove enzimi che agiscono insieme sinergicamente per aumentare la loro attività complessiva di almeno sette volte, " ha detto Vidhi Pareek, professore assistente di ricerca, Dipartimento di Chimica e Huck Institutes of Life Sciences.

I ricercatori hanno identificato i purinosomi, che erano meno di un micrometro di diametro, utilizzando un nuovo sistema di imaging sviluppato da Nicholas Winograd, Professore di chimica dell'Università Evan Pugh, e colleghi. "La tecnica utilizza la spettrometria di massa di ioni secondari a fascio di ioni di cluster di gas [GCIB-SIMS] per rilevare biomolecole intatte con elevata sensibilità e consentire l'imaging chimico in situ in singole cellule, " disse Hua Tian, professore assistente di ricerca, Dipartimento di Chimica e Istituto di Ricerca sui Materiali. Questo è stato fondamentale per lo studio poiché abbiamo a che fare con una concentrazione molto bassa di molecole nelle singole cellule tumorali".

Nicola Winograd, Professore di chimica dell'Università Evan Pugh, ha lavorato per 35 anni per sviluppare nuove tecniche, compreso GCIB-SIMS ad alta risoluzione, che possono fornire informazioni chimiche subcellulari.

"Ora, alla fine della mia carriera, Finalmente sto vedendo questo approccio di imaging rivelare la presenza di purinosomi, e forse dopo, osservare che un farmaco antitumorale lo trasforma effettivamente in un purinosoma dove può essere più efficace, " Egli ha detto.

È importante sottolineare che il team ha scoperto che il percorso DNPB avviene in modo canalizzato e la giustapposizione dei purinosomi ai mitocondri facilita l'assorbimento dei substrati generati dai mitocondri per l'utilizzo nel percorso. La canalizzazione si verifica quando gli enzimi si trovano vicini tra loro in modo che le molecole prodotte vengano rapidamente trasferite e processate lungo la via enzimatica, limitando l'equilibrio con il citosol di massa.

"Il nostro esperimento ci ha permesso di dimostrare che l'efficienza della via biosintetica de novo delle purine è aumentata dalla canalizzazione e che la vicinanza dei purinosomi vicino ai mitocondri è consequenziale per la via, " ha detto Benkovic. "Questi risultati aprono la porta allo studio di una nuova classe di terapie contro il cancro; per esempio la progettazione di una molecola che può interrompere la giustapposizione dei purinosomi con i mitocondri".