I chimici hanno sviluppato un metodo per rilevare i cambiamenti nelle proteine ​​che possono segnalare le prime fasi del cancro, Alzheimer, diabete e altre malattie importanti. Angewandte Chemie pubblicato il lavoro, guidato da chimici della Emory University e della Auburn University. I risultati offrono una nuova strategia per studiare i collegamenti tra modifiche proteiche uniche e varie patologie.

"La conoscenza che acquisiamo utilizzando il nostro nuovo, metodo chimico ha il potenziale per migliorare la capacità di rilevare malattie come il cancro ai polmoni prima, quando il trattamento può essere più efficace, "dice Monika Raj, autore senior dell'articolo e professore associato di chimica a Emory. "Una comprensione dettagliata delle modifiche proteiche può anche aiutare a guidare in modo personalizzato, trattamento mirato per i pazienti per migliorare l'efficacia di un farmaco contro il cancro".

I ricercatori hanno fornito una prova di concetto per l'utilizzo del loro metodo per rilevare le modifiche di singole proteine, o monometilazione. I loro esperimenti di laboratorio sono stati condotti sulla proteina lisina espressa da E.coli e altri organismi non umani.

La lisina è uno dei nove amminoacidi essenziali fondamentali per la vita. Dopo che la lisina è sintetizzata nel corpo umano, modifiche alla proteina, nota come metilazione, può verificarsi. La metilazione è un processo biochimico che trasferisce un atomo di carbonio e tre atomi di idrogeno da una sostanza all'altra. Tali modifiche possono verificarsi in singolo (monometilazione), forme doppie (dimetilazione) o triple (trimetilazione). La demetilazione inverte queste modifiche.

Le piccole modifiche alla metilazione e alla demetilazione regolano gli interruttori biologici on-off per una miriade di sistemi nel corpo, come il metabolismo e la produzione di DNA.

"In uno stato normale, il processo di metilazione crea modifiche necessarie per mantenere il tuo corpo funzionante e sano, "dice Ogonna Nwajiobi, un dottorato di ricerca in Emory studente di chimica e primo autore dell'articolo. "Ma il processo può essere dirottato, creando modifiche che possono portare a malattie."

Modifiche alla lisina, in particolare, Aggiunge, sono stati collegati allo sviluppo di molti tumori e altre malattie negli esseri umani.

Sriram Mahesh, della Auburn University è co-primo autore del documento. Xavier Street, anche da Auburn, è un coautore.

Il laboratorio Raj, specializzata nello sviluppo di strumenti di chimica organica per comprendere e risolvere problemi in biologia, voleva ideare un metodo per rilevare i segni di monometilazione della lisina che sono stati espressi da un organismo. La monometilazione è particolarmente difficile da rilevare poiché lascia cambiamenti trascurabili nella massa, carica o altre caratteristiche di una modifica della lisina.

I ricercatori hanno ideato sonde chimiche, ioni di diazonio ricchi di elettroni, che si accoppiano solo con siti di monometilazione in determinate condizioni biocompatibili che possono controllare, compreso un particolare livello di pH e densità elettronica. Hanno usato la spettroscopia di massa e le tecniche di risonanza magnetica nucleare per dimostrare di aver colpito selettivamente i bersagli corretti, e per confermare l'accoppiamento degli atomi nei siti.

Il metodo è unico perché mira direttamente ai siti di monometilazione. Un'altra caratteristica unica del metodo è che è reversibile in condizioni acide, consentendo ai ricercatori di disaccoppiare gli atomi e rigenerare lo stato originale di un sito di monometilazione.

Il laboratorio Raj ora prevede di collaborare con i ricercatori dell'Emory's Winship Cancer Institute per testare il nuovo metodo su campioni di tessuto prelevati da pazienti affetti da cancro ai polmoni. L'obiettivo è quello di individuare le differenze nei siti di monometilazione della lisina di persone con e senza cancro ai polmoni.

"È come una spedizione di pesca, " Spiega Nwajiobi. "Il primo passo è usare il nostro metodo per trovare i siti di monometilazione della lisina nei campioni di tessuto, cosa difficile da fare a causa della loro scarsa abbondanza. Una volta trovati i siti, il nostro metodo ci permette poi di invertire l'accoppiamento con la nostra sonda chimica, in modo che le funzioni dei siti possano essere studiate nel loro intatto, forme originarie».

Metodi pratici per la diagnosi precoce di molte malattie, come il cancro ai polmoni, sono necessari per aiutare a migliorare gli esiti dei pazienti. "Se possiamo sviluppare più modi per identificare prima il cancro ai polmoni, che può aprire la porta a trattamenti che migliorano notevolmente il tasso di sopravvivenza, " dice Raj.

I ricercatori sperano di studiare le differenze di monometilazione della lisina tra campioni prelevati da pazienti in diverse fasi del cancro del polmone, tra pazienti con o senza una storia familiare della malattia, e tra chi ha fumato e chi no. Le conoscenze acquisite da tali analisi potrebbero gettare le basi per soluzioni più personalizzate, trattamenti mirati, dice Raj.

Il suo laboratorio sta anche sviluppando strumenti chimici per rilevare selettivamente i siti di dimetilazione e trimetilazione della lisina, al fine di aiutare a caratterizzare più pienamente il ruolo della metilazione della lisina nella malattia.

"Speriamo che anche altri ricercatori applichino i nostri metodi, e gli strumenti chimici che stiamo sviluppando, per comprendere meglio una serie di tumori e molte altre malattie associate alla metilazione della lisina, " dice Raj.