Hücre, şaşırtıcı ve özenle kontrol edilen bir şekilde düzenlenmiş kimyasal reaksiyonlarla dolu harika bir 'torba'. Bir kimyager sadece bir şişedeki çok fazla reaksiyonu kontrol etmeyi hayal edebilir. Hayatı anlamak, elektrondan makromoleküllere kadar değişen altta yatan fiziksel ve kimyasal süreçleri anlamakla ilgilidir. Biyokimya, bir hücredeki reaksiyonları haritalamaya çalışan bir disiplindir, oysa kimyasal biyoloji kimyasal araçlar kullanan ve yaşayan dünyanın gizli harikalarını deşifre etmek için hücrelerde kimyasal reaktiviteyi anlayan bir disiplindir.1. Burada, kimyasal biyolojinin ne hakkında olduğu veya yıllar boyunca çok sayıda meslektaş tarafından neler yapıldığına dair tam bir resim vermeye çalışmıyorum, aksine size perspektifimizi ve bilime katkımızı sunuyor.
Prof. Rodriguez liderliğindeki Curie Institute/ Paris'te bir grup olarak, kanser ve iltihaplanmaya odaklanarak hastalık ortamlarındaki hücrelerde kimyasal süreçleri anlamak ve potansiyel olarak (terapötik olarak) kullanmak için kimyasal biyoloji kullanıyoruz.
Moleküllerin hücreye gittiği yerler, etki mekanizmaları için kritiktir
Gelecekteki kocanızın Prag'da ve sizi Paris'te yaşadığını hayal edin. İkiniz de hiç karşılaşmadıkça, bu varsayımsaldır. Aynı şey hücrelerdeki küçük moleküller için de geçerlidir. Hedef moleküllü (örneğin bir nükleik asit veya protein) iyi bağlayıcılar/ etkileşimler olsalar bile, karşılamak zorundadırlar. Hücreler oldukça bölümlere ayrılmıştır ve küçük bir molekül veya ilaç biyokimyasal özelliklerine bağlı olarak gidecektir, çünkü etkileşebileceği bir molekül tarafından 'yönlendirileceği' için değil. Grubumuz bunu 2015 yılında, doğal ürün Marmycin A ile ilgili bir çalışma ile örnekledi.2. Bu molekül, DNA ile etkileşime girdiği bildirilen bir kısım olan antrafinona dayanmaktadır. Bununla birlikte, floresan mikroskopisi kullanarak Marmycin A'nın hücre çekirdeğinde değil lizozomlarda biriktiğini bulduk. Böylece, moleküllerin hücrelerde nereye gittiğini incelemek, etki mekanizmalarına önemli ipuçları verir. Yakın tarihli bir makalede, bir bağlayıcı ve demir aktive edici bir kısım ekleyerek Marmycin A'ya dayanan bir molekül tasarlandı. Bu molekül, persister kanser hücreleri de dahil olmak üzere yüksek lizozomal demir yükü ile hücreleri seçici olarak öldürebilir. Bu molekül, insan tümörlerinin taze biyopserinde persister kanser hücrelerini seçici olarak öldürebilir.
Hücrelerde küçük molekülleri görselleştirmek için kimyayı tıklayın- mekanik keşiflerin örnekleri
Marmycin A floresandır, ancak çoğu küçük molekül değildir ve hücrelerde tespit edilecek şekilde uyarlanmalıdır. Bir strateji bunları floroforlarla etiketlemektir. Bununla birlikte, genellikle molekülün kendisinden daha büyük olan küçük bir moleküle doğrudan floroforlar eklemek, hücresel lokalizasyonlarını değiştirebilir. Bir numara, bir alkin gibi küçük bir molekül üzerine küçük bir güzel inert kimyasal grup tanıtmaktır. Bu daha sonra hücre fiksasyonundan sonra floroforları molekül üzerine reaksiyona çıkarmak için kullanılabilir, böylece hücresel lokalizasyon üzerindeki etkisini sınırlar. Kimya 2022'deki Nobel fiyatı Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal ve K. Barry Sharpless'e verildi. Bu yaklaşımı kapsamlı bir şekilde inceledik Nature Reviews Kimya3. 2017 yılında bir çalışmada lizozomları hedeflemek için salinomisin belirledik6. Son yayınımızın bir örneğinin altında Doğametformin türevi supforminin mitokondride (sitokrom C ile etiketlenmiştir) biriktiğini gösterir.
Bu çalışmada, inflamasyon sırasında supforminin makrofaj aktivasyonu üzerindeki etkisini değerlendirdik. Supforminin makrofajlarda hücre metabolizmasını yeniden programlayabildiğini ve toplam NAD (H) seviyelerini azaltabileceğini bulduk. Bu metabolitler, Krebs döngüsü de dahil olmak üzere birçok metabolik süreç için çok önemlidir ve asetil-CoA ve alfa-ketoglutaratın anahtar olduğu birkaç metabolitin değişmiş seviyelerini gözlemledik. Bu iki metabolit, hücre çekirdeğinde histon demetilasyonu ve asetilasyon için çok önemlidir, bu nedenle seviyelerini değiştirmek, hücrenin epigenetik manzarasında değişikliklere yol açar. Epigenetik manzaradaki değişiklikler, hücre fenotipindeki değişikliklerle doğaldır. Gerçekten de, supformin tedavisi epigenetik yeniden programlamaya daha az inflamatuar bir duruma yol açar.
İzotopologların nanosim görüntüleri
Bu çalışmada, supfomin izotopologu kullanarak ve bunu nanosims (nano ölçekli ikincil iyon kütle spektrometrisi) ile görüntüleyerek başka bir yaklaşım uyguladık. Bu aslında hücrelerdeki görüntü dağılımlarına kütle spektrometresi yaklaşımıdır. Bunun için numuneler sabitlenir ve elektron mikroskopisi için örneklere benzer şekilde hazırlanır. Ne yazık ki, bu makineler pahalıdır ve dünyada sadece birkaç kişi mevcuttur. Dış işbirliklerine de açık olan Institut Curie'de bu teknolojiye sahip olduğumuz için şanslıyız. Burada, mitokondriyi etiketlemek için Cyt C'ye karşı altın etiketli bir antikor kullandık ve sonra altın ve bir 15N-13C-supformin izotopologu. Daha önce 2020'de epitelil-mezenkimal geçiş sırasında mezenkimal kanser hücrelerinde demir artışını tespit etmek için nanosim kullandık5.
Referanslar
1 JB Leathes, MB Oxf., Lancet frs, kimyasal biyolojinin doğumu. doi: 10.1016/s0140-6736 (00) 77287-4
2 Nat Chem. 2015 Eylül; 7 (9): 744-51. doi: 10.1038/nchem.2302
3 Doğa İncelemeleri Kimya Cilt 2, Sayfa202–215 (2018)
4 Doğa. 2023 Mayıs; 617 (7960): 386-394. doi: 10.1038/s41586-023-06017-4
5 Nat Chem. 2020 Ekim; 12 (10): 929-938. doi: 10.1038/s41557-020-0513-5
6 Doğa Kimyası Cilt 9, Sayfa1025-1033 (2017)
7 Doğa, 2025, lizozomal demir aktivasyonu kanserde ferroptozu tetikler
Referans: Sunier ve diğerleri, iltihaplanmayı yönlendiren ilaç verilebilir bakır sinyalli bir yol, Doğa2023, 617, 386–394, doi: 10.1038/s41586-023-06017-4
Bir yanıt yazın