DNA -enzym blander cellemembraner tusind gange hurtigere end dets naturlige modstykke

Et nyt syntetisk enzym, fremstillet af DNA frem for protein, vender lipidmolekyler i cellemembranen, udløser en signalvej, der kan udnyttes til at fremkalde celledød i kræftceller.

Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign og University of Cambridge siger, at deres lipid-krypterende DNA-enzym er det første i sin klasse, der overgår naturligt forekommende enzymer-og gør det i tre størrelsesordener. De offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Cellemembraner er foret med et andet sæt molekyler på indersiden og ydersiden, og celler bruger mange ressourcer på at opretholde dette, "sagde studieleder Aleksei Aksimentiev, en professor i fysik i Illinois. "Men på nogle punkter i en celles liv, asymmetrien skal skilles ad. Så bliver markørerne, der var indeni, udenfor, som sender signaler til bestemte processer, såsom celledød. Der er enzymer i naturen, der gør det kaldet scramblases. Imidlertid, ved nogle sygdomme, hvor scramblaser er mangelfulde, dette sker ikke korrekt. Vores syntetiske scramblase kan være en vej til terapeutiske midler. "

Aksimentievs gruppe kom på DNA's scramblase -aktivitet, da de så på DNA -strukturer, der danner porer og kanaler i cellemembraner. De brugte Blue Waters -supercomputeren på National Center for Supercomputing Applications i Illinois til at modellere systemerne på atomniveau. De så, at når visse DNA -strukturer indsættes i membranen - i dette tilfælde, et bundt med otte DNA -tråde med kolesterol i enderne af to af strengene - lipider i membranen omkring DNA'et begynder at blande sig mellem de indre og ydre membranlag.

For at kontrollere scramblase -aktiviteten, som computermodellerne forudsiger, Aksimentievs gruppe i Illinois indgik et samarbejde med professor Ulrich Keysers gruppe i Cambridge. Cambridge -gruppen syntetiserede DNA -enzymet og testede det i modelmembranbobler, kaldet vesikler, og derefter i humane brystkræftceller.

"Resultaterne viser meget endegyldigt, at vores DNA -nanostruktur faktisk letter hurtig lipid -kryptering, sagde Alexander Ohmann, en kandidatstuderende i Cambridge og en medforfatter af papiret sammen med Illinois kandidatstuderende Chen-Yu Li. "Mest interessant, den høje vendehastighed, der er angivet ved molekylære dynamiksimuleringer, synes at være af samme størrelsesorden i eksperimenter:op til tusind gange hurtigere end det, der tidligere er blevet vist for naturlige scramblaser. "

På egen hånd, DNA -scramblase producerer celledød uden forskel, Sagde Aksimentiev. Det næste trin er at koble det til målretningssystemer, der specifikt opsøger bestemte celletyper, hvoraf en række allerede er udviklet til andre DNA -midler.

"Vi arbejder også på at få disse scramblase -strukturer aktiveret af lys eller anden stimulans, så de kun kan aktiveres efter behov og kan slukkes, "Sagde Aksimentiev.

"Selvom vi stadig har en lang vej at gå, dette arbejde fremhæver det enorme potentiale for syntetiske DNA -nanostrukturer med mulige anvendelser til tilpassede lægemidler og terapier til en række sundhedsmæssige forhold i fremtiden, "Sagde Ohmann.