Por mais de 40 anos, os cientistas levantaram a hipótese da existência de aglomerados de enzimas, ou "metabólons, "na facilitação de vários processos dentro das células. Usando uma nova tecnologia de imagem combinada com espectrometria de massa, pesquisadores da Penn State, pela primeira vez, observaram diretamente metabolons funcionais envolvidos na geração de purinas, os metabólitos celulares mais abundantes. As descobertas podem levar ao desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas que interrompem a progressão do câncer.

"Nosso estudo sugere que as enzimas não estão localizadas aleatoriamente nas células, mas, em vez disso, ocorrem em clusters discretos, ou metabolons, que realizam vias metabólicas específicas, "disse Stephen Benkovic, Evan Pugh University Professor e Eberly Chair em Química. "Não apenas encontramos provas de que os metabólons existem, mas também descobrimos que esse metabólon ocorre perto da mitocôndria nas células cancerosas. "

Os resultados aparecem hoje no jornal Ciência .

No estudo, a equipe procurou por um tipo específico de metabólon, chamado de "purinossomo, "que foi pensado para realizar" a biossíntese de purina de novo, "o processo pelo qual novas purinas - blocos de construção de DNA e RNA - são sintetizados. Os pesquisadores investigaram esses purinossomos dentro das células HeLa, uma linha celular de câncer cervical comumente usada em pesquisas científicas.

"Nós mostramos que a via biossintética de novo da purina [DNPB] é realizada por purinossomos que consistem em pelo menos nove enzimas agindo em conjunto sinergicamente para aumentar sua atividade geral em pelo menos sete vezes, "disse Vidhi Pareek, professor assistente de pesquisa, Departamento de Química e o Huck Institutes of Life Sciences.

Os pesquisadores identificaram os purinossomos, que tinham menos de um micrômetro de diâmetro, usando um novo sistema de imagem desenvolvido por Nicholas Winograd, Professor de Química da Universidade Evan Pugh, e colegas. "A técnica utiliza espectrometria de massa de íons secundários de feixe de íons de cluster de gás [GCIB-SIMS] para detectar biomoléculas intactas com alta sensibilidade e permitir imagens químicas in situ em células individuais, "disse Hua Tian, professor assistente de pesquisa, Departamento de Química e Instituto de Pesquisa de Materiais. Isso foi vital para o estudo, uma vez que estamos lidando com uma concentração muito baixa de moléculas em células cancerosas individuais. "

Nicholas Winograd, Professor de Química da Universidade Evan Pugh, trabalhou por 35 anos para desenvolver novas técnicas, incluindo GCIB-SIMS de alta resolução, que pode fornecer informações químicas subcelulares.

"Agora, no final da minha carreira, Estou finalmente vendo essa abordagem de imagem revelar a presença de purinossomos, e talvez a seguir, observe que um medicamento contra o câncer realmente o torna um purinossomo, onde pode ser mais eficaz, " ele disse.

Mais importante, a equipe descobriu que a via DNPB ocorre de forma canalizada e a justaposição de purinossomos à mitocôndria facilita a captação de substratos gerados pelas mitocôndrias para utilização na via. A canalização ocorre quando as enzimas estão localizadas próximas umas das outras, de modo que as moléculas produzidas são rapidamente transferidas e processadas ao longo da via enzimática, restringir o equilíbrio com o citosol em massa.

"Nosso experimento nos permitiu mostrar que a eficiência da via biossintética das purinas de novo é aumentada pela canalização e que a proximidade dos purinossomos perto das mitocôndrias é consequente para a via, "disse Benkovic." Essas descobertas abrem a porta para o estudo de uma nova classe de terapêutica do câncer; por exemplo, o projeto de uma molécula que pode interromper a justaposição dos purinossomos com as mitocôndrias. "