Nature子刊:新工具揭開癌轉移的秘密
日期:2014-03-11 09:21:01
來自北卡羅來納大學醫學院的研究人員設計了一種新生物化學技術,將使得他們以及其他的科學家們能夠更比以往深入地探究維持我們健康狀態或是致病的特異細胞回路。laus Hahn博士實驗室在《自然細胞生物學》(Nature Chemical Biology)雜志上對他們所開發的這項新技術進行了詳細描述。
新方法將有助于研究人員探究,稱作為激酶的特殊蛋白質如何相互作用觸發如細胞移動這一特異細胞行為的機制。這些激酶的互作極其的復雜,目前對于它們的互作大部分未知。但研究人員知道這些激酶是疾病中的關鍵操控因子。
論文的資深作者、藥理學教授Hahn說:“我敢說你絕對找不出與激酶無關的疾病。要充分了解這些激酶過程非常的困難,但我們都知道它們非常重要。”
多年來,科學家們已經能夠微調激酶來觀察發生的事件,例如導致細胞死亡或細胞移動或細胞信號轉導。但當涉及到理解導致一種細胞行為的一連串激酶互作時,這些實驗只是觸及了表面。這些實驗也無法顯示快速事件的時間。Hahn說,這相當的重要,因為一種蛋白何時激活與細胞將如何做出反應息息相關。藥物開發者們一直以來都沒有考慮到這一點,這有可能是一些靶向蛋白的藥物不如科學家們希望的那樣很好發揮作用的一個原因。
Hahn 說:“想象一下,你是一名電氣技師,正在看著一個電路板,你所能做的就是插入某樣東西,看著整個電路照亮,但你卻不知道電路板是真正如何運作的。而你想做的事情是將一個探測器放到一個元件上,開啟它,看看靠近這一元件的回路元件立即會發生什么。”
如果你能對所有的回路元件進行這一操作,那么你將會了解這一回路是如何構建的。
Hahn說:“我們現正在活細胞中做這件事情,并觀察發生了什么。激酶是回路的組成元件。我們現在可以只激活一個激酶,實時研究它與另一個分子之間的互作。
這些激酶回路對于細胞活動,如代謝、信號轉導、蛋白質調控、運動、酶分泌和許多其他方面均至關重要。所有激酶都存在細微的差異,但它們都共同具有研究人員稱之為結構域(domain)的一個組成部分。
在博士后研究人員Andrei Karginov的領導下,Hahn研究小組對Src激酶展開了研究,找到了一種方法利用結構域附著一種人工蛋白使得Src失活。這一人工蛋白有一個結合位點。當Karginov將一種藥物類似物添加到細胞生存的溶液中時,這一藥物類似物結合到這一位點,使得這一激酶失活。Karginov還能激活這一激酶,觀察細胞從靜止細胞轉變為移動、轉移細胞過程中任何時候細胞如何做出反應——這些回路的照亮機制。
他們可以看到實時反應,因此他們知道他們做了什么可引起細胞做出反應。而采用其他的方法難于做到這一點。Hahn說,例如,遺傳操控細胞需要花費太多的時間。在你可以看到實驗結果之前,其他的蛋白質會補償關閉的激酶。
Hahn技術克服了這一問題,使得他的實驗室更夠進一步地推動他們的研究工作。
Karginov開發了一種雙組件系統。在這一新系統中,添加藥物會引起激活激酶只與包含第二種工程蛋白的分子互作。Karginov不僅能夠在準確的時間開啟激酶;他現在還能夠說出與激酶究竟與哪個回路元件互作。
ViaFect轉染試劑
他們發現當Src只與激酶FAK連接時,細胞形態發生改變;細胞并未生成新的突起,而是伸展了突起。當Src只與激酶CAS連接時,細胞增加了新突起,細胞的粘附能力也增高。這些行為是癌細胞移動的必要條件。實質上,Hahn找到了一種方法來確定轉移的確切潛在機制。
“這篇文章實際上演示了如何能夠對你想了解的任何一種激酶進行這些操作。我們實驗室對轉移感興趣。但我們希望我們的工具能夠超越我們的狹小研究領域。你只需要問問自己‘激酶對于疾病有多么重要?’答案是它們非常重要;它們無所不在,”Hahn說。