Lysstyret reversibel aggregering af mikrotubuli medieret af paclitaxel-modificeret cyclodextrin

En kombination af naturlige mikrotubuli og syntetiske makrocykliske receptorer giver mulighed for lyskontrollerede, reversibel aggregering af mikrotubulierne til større nanostrukturer. Som kinesiske videnskabsmænd har rapporteret i tidsskriftet Angewandte Chemie , når disse aggregerede mikrotubuli i et cellulært miljø også kan ændre cellemorfologi, forårsager celledød. Forskerne håber at lære mere om sygdomme forårsaget af ukorrekt aggregering af proteiner.

I naturen, aggregeringen af ​​molekyler til overbygninger spiller en vigtig rolle. Dynamiske mikrotubuli er proteinfilamenter, der kombineres med andre komponenter for at danne cytoskeletterne i vores celler. I løbet af cellecyklussen, mikrotubuli samles og skilles konstant ad. Forskere fra Nankai University og Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin, Kina) udtænkt ideen om at kombinere mikrotubuli til større supramolekylære aggregater ved hjælp af syntetiske "receptorer". På denne måde håbede de at producere innovative biomaterialer og få ny viden om biologiske aggregeringsprocesser.

For at binde de syntetiske receptorer til mikrotubulierne, teamet, der arbejder med Yu Liu, valgte et kræftlægemiddel kaldet paclitaxel. Dette molekyle binder sig til mikrotubuli og blokerer dekonstruktion af cytoskelettet, standse celledeling og forårsage celledød. Som receptor, forskerne valgte et stort kopformet molekyle fra cyclodextrinfamilien. Disse makrocykliske molekyler kan inkorporere andre molekyler som "gæster" i deres store hulrum. I dette tilfælde er gæsten en arylazopyrazol (AAP), et molekyle med to aromatiske ringe forbundet med en nitrogen-nitrogen dobbeltbinding. Molekylet kan antage en af ​​to former:en bøjet cis-form og en lige transform. Kun den lige version passer ind i cyclodextrin-"koppen". Det smarte trick her er, at ved at bruge lys af to forskellige bølgelængder, AAP kan skiftes frem og tilbage mellem dens to former efter eget ønske.

Forskerne brugte paclitaxel som en forbindelse til at fastgøre "kopper" og deres "gæster" til mikrotubuli. Bestråling med synligt lys og UV-lys skifter mikrotubuli mellem en aggregeret og ikke-aggregeret form, henholdsvis, som vist ved spektroskopisk og mikroskopisk undersøgelse. Aggregaterne antager en bred vifte af morfologiske variationer, lige fra nanofibre til nanobånd og nanopartikler i forskellige størrelser.

Det er særligt interessant, at aggregeringen af ​​mikrotubulierne også kan udløses i celler. Dette får cellerne til at skrumpe og dø, hvilket viser, at den cytotoksiske effekt af paclitaxel kan øges betydeligt.

Forskerne håber, at deres tilgang vil øge vores forståelse af de processer, der er involveret i fysiologisk og patologisk protein nanosamling, og kunne skabe nye perspektiver i behandlingen af ​​sygdomme forårsaget af ukorrekt aggregering af proteiner.