Wissenschaftler entschlüsseln die Kristallstruktur eines Schlüsselproteins des Zellzyklus

Krebsmedikamente sind von entscheidender Bedeutung für die Krebsbehandlung, aber ihre Toxizität ist möglicherweise nicht immer auf Krebszellen beschränkt, was zu schädlichen Nebenwirkungen führt. Um Krebstherapien zu entwickeln, die weniger Nebenwirkungen für Patienten haben, konzentrieren sich Wissenschaftler jetzt auf Moleküle, die für Zellen weniger toxisch sind.

Eine solche Gruppe von Arzneimitteln sind die „Kinesin-Inhibitoren“. Diese Inhibitoren verhindern das Fortschreiten von Krebs, indem sie explizit auf Kinesin-Motorproteine ​​abzielen, die für die Teilung von Krebszellen erforderlich sind. Zentromer-assoziiertes Protein E (CENP-E), ein Mitglied des Kinesin-Motorproteins, ist ein vielversprechendes Ziel für die Inhibitortherapie, da es für die Replikation von Tumorzellen unerlässlich ist. Die Bestimmung der Struktur von CENP-E ist jedoch entscheidend, um Inhibitormoleküle zu identifizieren, die an CENP-E binden und die Funktion stoppen können.

Interessanterweise verändert die Bindung des Energiemoleküls – Adenosintriphosphat (ATP) – an die Motordomäne von CENP-E dessen Struktur oder Konfiguration. Dies tritt auch auf, wenn CENP-E an einen Inhibitor bindet. Bisher wurden nur sehr wenige CENP-E-Inhibitoren beschrieben und keiner wurde für die klinische Anwendung zugelassen. Es ist daher wichtig, strukturelle Informationen über die CENP-E-Motordomäne zu erhalten.

Zu diesem Zweck verwendete ein Forschungsteam der Tokyo University of Science (TUS) in Japan Röntgenkristallographie, um die Kristallstruktur des Komplexes aufzuklären, der aus der CENP-E-Motordomäne und einem Kinesin-Inhibitor gebildet wird.

Die Studie, die von Professor Hideshi Yokoyama von der TUS zusammen mit den Co-Autoren Frau Asuka Shibuya von der TUS und der Assistenzprofessorin Naohisa Ogo, der außerordentlichen Professorin Jun-ichi Sawada und Professor Akira Asai von der Universität Shizuoka geleitet wurde, wurde veröffentlicht In FEBS-Briefe.

„CENP-E wirkt selektiv auf sich teilende Zellen, was es zu einem potenziellen neuen Ziel für Krebsmedikamente mit weniger Nebenwirkungen macht“, sagt Dr. Yokoyama, während er die dieser Studie zugrunde liegende Motivation diskutiert.

Zunächst exprimierte das Team die CENP-E-Motordomäne in Bakterienzellen, anschließend reinigten und mischten sie sie mit Adenylylimidodiphosphat (AMPPNP) – einem nicht hydrolysierbaren ATP-Analogon. Die Mischung wurde kristallisiert, um vollständige Röntgendaten zu erhalten. Anhand dieser Daten erhielt das Team die Struktur des CENP-E-Motordomänen-AMPPNP-Komplexes.

Als nächstes verglichen sie die Struktur mit der von CENP-E-gebundenem Adenosindiphosphat (CENP-E-MgADP) sowie mit anderen bereits bekannten Kinesin-Motorprotein-AMPPNP-Komplexen. Aus diesen Vergleichen spekulierte das Team, dass die Helix Alpha 4 in der Motordomäne wahrscheinlich für die lose Bindung von CENP-E an Mikrotubuli verantwortlich ist, dh Zellstrukturen, die für die Zellteilung entscheidend sind.

„Im Vergleich zu den α4-Helices anderer Kinesine bindet das α4 von CENP-E während des gesamten ATP-Hydrolysezyklus langsam und mit geringerer Stärke an Mikrotubuli als andere Kinesine“, fügt Dr. Yokoyama hinzu.

Es wird erwartet, dass die Entdeckung der Kristallstruktur des Komplexes weitere Studien zur Beziehung zwischen Struktur und Aktivität erleichtern wird, was die Wissenschaftler der Entwicklung von Krebsmedikamenten, die auf CENP-E abzielen, einen Schritt näher bringen wird. Das Forschungsteam ist optimistisch in Bezug auf die zukünftigen Anwendungen ihrer Forschung und zuversichtlich, dass es möglich sein wird, Medikamente basierend auf den in dieser Studie verwendeten Methoden zu entwickeln.

„Das ultimative Ziel ist es, die in unserer Studie beschriebenen Herstellungs- und Kristallisationsmethoden für zukünftige Arzneimitteldesignstudien zu verwenden, die darauf abzielen, Krebsmedikamente mit weniger Nebenwirkungen zu entwickeln“, schließt ein hoffnungsvoller Dr. Yokoyama.