Новое исследование стремится понять, как колибактин вызывает рак

        

Исследование исследует, как соединение повредило ДНК, чтобы понять его связь с раком

Более десяти лет ученые работали над пониманием связи между колибактином, соединением, продуцируемым некоторыми штаммами E. coli и колоректальный рак, но затруднены их неспособностью изолировать соединение.

Поэтому вместо этого Эмили Бальскус решила сосредоточиться на том беспорядке, который она оставляет позади.

Профессор химии и химической биологии Бальскус и его коллеги являются авторами нового исследования, целью которого является понять, как колибактин вызывает рак, точно определяя, как химическое вещество реагирует с ДНК с образованием аддуктов ДНК. Исследование описано в статье от 15 февраля, опубликованной в Science .

«С 2006 года известно, что у некоторых кишечных комменсальных бактерий существует ряд генов – в основном у штаммов E.coli – которые дают им возможность создавать молекулы, которые могут привести к повреждению ДНК Бальск сказал. «За прошедшие годы был проведен ряд исследований, которые показали корреляцию между обилием бактерий, несущих этот путь, и раком у людей, а множественные мышиные модели колит-ассоциированного рака колита показали, что этот специфический набор генов … . Может влиять на прогрессирование опухоли и инвазивность. "

К сожалению, соединение, созданное по этому пути – колибактин – до сих пор ускользало от усилий по его изоляции, оставляя исследователей в неведении относительно того, как оно работает.

«Моя лаборатория начала изучать это, потому что нас интересовала проблема, как вы можете понять молекулу, которую вы не можете выделить», – сказал Балькус. «И краткое изложение нашей ранней работы по пониманию колибактина заключалось в том, что неожиданно мы и другие группы, работавшие над этим путем, обнаружили, что в этом природном продукте содержится то, что называется циклопропановым кольцом».

Это та химическая структура, которая, по мнению Балькуса и его коллег, образует колибактиновую «боеголовку» – отчасти потому, что подобные структуры обнаруживаются в других, не связанных между собой молекулах, способных вызывать прямое повреждение ДНК в результате реакции с ним.

«Когда мы осознали это, мы предположили, что прямое взаимодействие с ДНК может быть важным для генотоксической активности колибактина», – сказал Балькус. «Это осветило новую стратегию получения информации о структуре колибактина – вместо того, чтобы пытаться изолировать саму молекулу, мы могли бы выделить и охарактеризовать аддукты ДНК или продукты реакции с ДНК».

Однако изолировать эти аддукты ДНК нелегко.

Чтобы сделать это, Балькус и ее команда обратились к Сильвии Бальбо, профессору Школы общественного здравоохранения Университета Миннесоты, которая разработала новую методику идентификации аддуктов ДНК на основе того, как они фрагментируются в масс-спектрометре высокого разрешения.

«То, что мы сделали, что, как мне показалось, было очень захватывающим экспериментом, – это взятие штамма E.coli который мог продуцировать колибактин и мутантный штамм с тем же генотипом, за исключением того, что это не У меня есть генный кластер, который производит колибактин », – сказал Балькус. «Мы инкубировали эти штаммы с человеческими клеточными линиями … и изолировали ДНК от обоих наборов клеток, поместили ее в масс-спектрометр и сравнили обилие различных аддуктов ДНК в образцах, поэтому мы смогли найти аддукты ДНК, которые были генерируется только в клетках, которые были обработаны генотоксин-продуцирующими бактериями. "

Вооружившись этой информацией, Бальскус сказал, что их следующей задачей было понять химическую структуру этих аддуктов.

«Похоже, что они получены из колибактина, основанного на фрагментации в масс-спектрометре, но этого недостаточно для определения химической структуры», – сказал Балькус. «То, что исследователи в моей лаборатории сделали, и это было героическим усилием, заключалось в том, чтобы химически синтезировать стандарт … и затем мы сравнили его с аддуктами, продуцируемыми в клетках, и они были одинаковыми»

Чтобы продемонстрировать, что процесс также работал на живых животных, команда сотрудничала с Венди Гарретт в Гарварде Т.Х. Школа общественного здравоохранения Чана, для проведения эксперимента, в котором мышей без микробов колонизировали штаммами E. coli который мог и не мог производить колибактин.

«Мы показали, что мы смогли обнаружить те же самые аддукты ДНК в эпителиальной ткани толстой кишки мышей с помощью штаммов, продуцирующих колибактин», – сказал Балькус. «Это говорит нам о том, что вся химия, которую мы и другие делали ex vivo, действительно может иметь отношение к тому, что происходит in vivo».

В дальнейшем Бальскус надеется выяснить, можно ли обнаружить те же самые аддукты в образцах от пациентов, и понять, какие специфические повреждения ДНК вызывает колибактин и влияют ли они на развитие рака.

И теперь, когда исследователи хорошо понимают химическую структуру аддуктов ДНК, созданных колибактином, Бальскус сказал, что они могут работать в обратном направлении к самой молекуле.

«Аддукты, которые мы определили, скорее всего, происходят от разложения более крупных видов», – сказал Балькус. «Таким образом, мы все еще пытаемся разгадать эту химическую загадку и работаем над выяснением, какой может быть полная структура».

В конце концов, Бальскус сказал, что результаты также предполагают, что аддукты ДНК могут быть использованы в качестве ключевого биомаркера для активности таких соединений, как колибактин и другие потенциальные канцерогены, происходящие из активности кишечных микробов.

«До этого момента, когда люди искали организмы, способные производить эти соединения, повреждающие ДНК, они искали гены биосинтеза», – сказал Балькус. «Это говорит вам о генетическом потенциале, но не говорит о том, что повреждение ДНК действительно произошло, и мы знаем из других областей токсикологии, что если у вас есть хорошие биомаркеры для прогнозирования канцерогенеза, это может быть очень полезно, если вы думаете об оценке рака» риски.

«Пока еще очень рано, но это одна из областей, где наша работа может потенциально привести», – продолжила она. «Еще слишком рано знать, играет ли колибактин причинную роль в развитии опухолей у людей, но мы хотели бы иметь более эффективные способы мониторинга предрасположенности к раку толстой кишки».

      

Source link