El estudio encuentra pruebas de la existencia de un elusivo "metabolismo
Durante más de 40 años, los científicos han formulado la hipótesis de la existencia de grupos de enzimas, o "metabolitos", para facilitar diversos procesos dentro de las células. Utilizando una novedosa tecnología de obtención de imágenes combinada con la espectrometría de masas, los investigadores de la Universidad de Penn State han observado directamente, por primera vez, los metabolitos funcionales que intervienen en la generación de purinas, los metabolitos celulares más abundantes. Los hallazgos podrían conducir al desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas que interrumpan la progresión del cáncer. Los hallazgos aparecen en la revista Science.
"Nuestro estudio sugiere que las enzimas no están localizadas al azar en las células, sino que se encuentran en grupos discretos, o metabolitos, que llevan a cabo vías metabólicas específicas", dijo Stephen Benkovic, profesor de la Universidad Evan Pugh y catedrático de química de Eberly. "No sólo encontramos pruebas de que los metabolitos existen, sino que también encontramos que este metabolismo se produce cerca de las mitocondrias en las células cancerosas".
En el estudio, el equipo buscó un tipo específico de metabolismo, llamado "purinosoma", que se pensaba que llevaba a cabo la "biosíntesis de purina de novo", el proceso por el cual se sintetizan nuevas purinas - bloques de construcción de ADN y ARN -. Los investigadores investigaron estos purinosomas dentro de las células HeLa, una línea celular de cáncer cervical comúnmente utilizada en la investigación científica.
"Hemos demostrado que la vía biosintética de purina de novo [DNPB] es llevada a cabo por purinosomas que consisten en al menos nueve enzimas que actúan juntas de forma sinérgica para aumentar su actividad general al menos siete veces", dijo Vidhi Pareek, profesora asistente de investigación del Departamento de Química y de los Institutos de Ciencias de la Vida de Huck.
Los investigadores identificaron los purinosomas, que tenían menos de un micrómetro de diámetro, utilizando un novedoso sistema de imágenes desarrollado por Nicholas Winograd, profesor de química de la Universidad Evan Pugh y sus colegas. "La técnica utiliza la espectrometría de masa de iones secundarios de haz de iones en racimo de gas [GCIB-SIMS] para detectar biomoléculas intactas con alta sensibilidad y permitir la imagen química in situ en células individuales", dijo Hua Tian, profesor asistente de investigación del Departamento de Química y del Instituto de Investigación de Materiales. Esto fue vital para el estudio ya que estamos tratando con una concentración muy baja de moléculas en células cancerígenas individuales".
Nicholas Winograd, Profesor de Química de la Universidad Evan Pugh, ha trabajado durante 35 años para desarrollar nuevas técnicas, incluyendo GCIB-SIMS de alta resolución, que pueden proporcionar información química subcelular.
"Ahora, al final de mi carrera, estoy viendo finalmente que este enfoque de imágenes revela la presencia de purinosomas, y tal vez a continuación, observar que un fármaco contra el cáncer en realidad lo convierte en un purinosoma donde puede ser más eficaz", dijo.
Es importante destacar que el equipo encontró que la vía del DNPB se produce de forma canalizada y la yuxtaposición de los purinosomas a las mitocondrias facilita la captación de los sustratos generados por las mitocondrias para su utilización en la vía. La canalización se produce cuando las enzimas están situadas cerca unas de otras, de manera que las moléculas producidas se transfieren y procesan rápidamente a lo largo de la vía enzimática, lo que restringe el equilibrio con el citosol en su conjunto.
"Nuestro experimento nos permitió demostrar que la eficiencia de la vía biosintética de purina de novo aumenta con la canalización y que la proximidad de purinosomas cerca de las mitocondrias es consecuente para la vía", dijo Benkovic. "Estos hallazgos abren la puerta al estudio de una nueva clase de terapia contra el cáncer; por ejemplo, el diseño de una molécula que pueda interrumpir la yuxtaposición de los purinosomas con las mitocondrias".
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