Tragač molekula osvjetljava proteine povezane s rakom

Koristeći snažnu metodu snimanja pojedinačnih molekula koju su razvili, istraživači s Broad Instituta MIT-a i Harvarda otkrili su dinamičan pogled na to kako neki proteini povezani s rakom međusobno djeluju u živim stanicama.

Tehnika se oslanja na visoko stabilne nanočestične sonde koje jarko osvjetljavaju pojedinačne molekule tijekom duljih vremenskih razdoblja. Istraživači su koristili svoju metodu kako bi prvi put promatrali pojedinačne receptore dok se kreću po staničnoj membrani, vežući se, a zatim otpuštajući druge receptore kako bi promijenili signalizaciju unutar stanice.

Rad, opisan u časopisu Cell, pokazuje potencijal metode za istraživanje drugih receptora i molekula te za poboljšani probir lijekova kako bi se bolje razumjeli učinci terapije na žive stanice.

„S našim fotostabilnim sondama možemo mapirati cijeli životni vijek ovih molekula u njihovom izvornom okruženju i vidjeti stvari koje nikada prije nisu bile uočljive“, kaže voditelj studije Sam Peng, član Broad Instituta i docent kemije na MIT-u.

Pengova metoda rješava problem s postojećim kontrastnim sredstvima koja se koriste u praćenju pojedinačnih molekula, poput boja. Pod laserskom svjetlošću koja se koristi za pobuđivanje tih boja, one izgaraju nakon nekoliko sekundi u fenomenu poznatom kao fotoizbjeljivanje, što znači da su ih znanstvenici mogli koristiti samo za snimanje nekoliko snimaka staničnih receptora, a ne za praćenje tijekom cijelog procesa signalizacije.

Za dulji i bogatiji uvid, Pengov laboratorij razvio je dugotrajne sonde, poznate kao 'upconverting nanočestice', koje emitiraju signale koji ostaju stabilni pod laserskom pobudom. Nanočestice sadrže ione koji nastavljaju luminiscenciju minutama, satima, a potencijalno i godinama. Osim toga, promjenom vrste i doza iona, znanstvenici mogu konstruirati sonde koje emitiraju u mnogo različitih boja, omogućujući praćenje mnogih ciljeva u jednom eksperimentu.

U trenutnoj studiji, istraživači su nastojali otkriti novu biologiju fokusirajući se na EGFR obitelj staničnih receptora, koji su povezani s nekoliko vrsta raka. Surađivali su sa stručnjacima za EGFR Matthewom Meyersonom i Heidi Greulich iz Broad's Cancer Programa. Znali su da se EGFR receptori moraju spariti ili "dimerizirati" kako bi pokrenuli signalizaciju unutar stanice, ali su htjeli saznati više o dinamici tih sparivanja - s čime se receptori udružuju, koliko dugo ostaju zajedno i kako pronalaze nove partnere.

Peng i njegov tim primijetili su da se, kada se aktiviraju stimulirajućom molekulom, EGFR receptori mogu upariti i ostati dimerizirani nekoliko minuta, što se ne može uočiti korištenjem tradicionalnih boja. Prekomjerna i dugotrajna dimerizacija može dovesti do prevelikog rasta stanica i raka.

Kada su molekule EGFR-a nosile mutacije povezane s rakom, dimeri su postajali stabilniji, a stabilizirajuće mutacije povezane su s potentnijim karcinomima kod ljudi. Osim toga, mutirani receptori mogli bi formirati stabilne dimere čak i bez vanjskog podražaja koji bi ih potaknuo na dimerizaciju. Ovo otkriće pomaže objasniti kako mutacije EGFR-a mogu dovesti do nekontroliranog rasta stanica i raka te bi moglo informirati napore za terapijsko ciljanje ovog procesa.

Tim je otkrio nekoliko drugih novih i iznenađujućih detalja o tome kako HER2 i HER3 formiraju stabilne parove sami sa sobom, što pomaže u rasvjetljavanju uloge ovih molekula u srodnim karcinomima.

Kada je istraživački tim označio sve tri vrste receptora u jednom eksperimentu, primijetili su živopisnu scenu s receptorima koji se kreću po površini stanice, pronalaze partnere, rasparuju se, a zatim pronalaze nove partnere, iznova i iznova.

Osim što će rasvijetliti biologiju EGFR-a, znanstvenici se nadaju da će suradnici u drugim područjima primijeniti njihovu metodu kako bi postavili nova znanstvena pitanja o drugim proteinima od interesa.

„Mislimo da bi ova tehnika mogla biti transformativna za proučavanje molekularne biologije, jer omogućuje promatranje dinamičkih bioloških procesa s visokom prostorno-vremenskom rezolucijom tijekom neviđenih vremenskih skala“, kaže Peng.