Ett av cancerns kännetecken är cellodödlighet. En organisk kemist från Northwestern University och hans team har nu utvecklat ett lovande molekylärt verktyg som riktar in sig på och hämmar en av cellodödlighetens underliggande redskap:enzymet telomeras.

Detta enzym finns överuttryckt i cirka 90 % av mänskliga cancerceller och har blivit ett viktigt studieämne för cancerforskare. Normala celler har genen för telomeras, men det uttrycks vanligtvis inte.

"Telomeras är det primära enzymet som gör att cancerceller kan leva för evigt, sade Karl A. Scheidt, som ledde forskningen. "Vi vill kortsluta denna odödlighet. Nu har vi designat en första i sitt slag liten molekyl som irreversibelt binder till telomeras, lägga ner sin verksamhet. Denna mekanism erbjuder en ny väg för att behandla cancer och förstå cellulärt åldrande."

Scheidt är professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences och professor i farmakologi vid Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Den stora idén för designen av små molekyler kom från naturen. För ett decennium sedan, Scheidt var fascinerad av den biologiska aktiviteten av krolaktomycin, som produceras av bakterier och har visat sig hämma telomeras.

Scheidt och hans team använde krolaktomycin som utgångspunkt i utformningen av sina små molekyler. De producerade mer än 200 föreningar under åren, och föreningen de kallar NU-1 var den mest effektiva av de som testades. Dess syntes är mycket effektiv, tar färre än fem steg.

"NU-1 hämmar telomeras till skillnad från allt som kom före det, ", sade Scheidt. "Det gör det genom att bilda en kovalent bindning. En annan fördel med NU-1 är att dess molekylära struktur bör göra det möjligt för forskare att lägga till last, såsom ett terapeutiskt medel."

Studien publicerades förra veckan av tidskriften ACS kemisk biologi .

Alla mänskliga celler har telomerer, korta DNA-sekvenser som täcker ändarna av varje DNA-sträng. Deras jobb är att skydda våra kromosomer och DNA. När en cell delar sig, telomererna blir kortare tills de inte längre kan göra sitt jobb. Naturlig celldöd följer.

I kontrast, cancerceller, med sin förhöjda telomerasaktivitet, bli odödlig genom att vända den normala telomerförkortningsprocessen. Enzymet telomeras kopierar telomerer om och om igen, förlängning av telomererna. Resultatet är obegränsad celldelning och odödlighet. De berömda HeLa-cellerna, isolerad från livmoderhalscancervävnaden hos Henrietta Lacks på 1950-talet, delar sig fortfarande.

Telomeras har varit ett mål för cancerterapiforskning i decennier. År 2009, tre forskare fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin för sin tidigare forskning om telomerer och telomeras.

Efter att ha utvecklat sina nya föreningar, Scheidt och hans team inledde samarbeten med professor Stephen Kron vid University of Chicago och Scott Cohen vid Children's Medical Research Institute i Sydney för att undersöka den extratelomera rollen av telomerasinhibition.

Studierna fokuserade på hur de nya föreningarna interagerar med telomeras på molekylär nivå och hur telomerasinhibering sensibiliserar celler för kemoterapier och bestrålning. Från detta arbete, NU-1 steg till toppen.

"Genom att publicera denna studie, vi testkör detta utsökta verktyg för att se vad det kan göra och för att lära oss mer om telomeras, ", sa Scheidt. "Vi fortsätter också att göra det bättre."

Forskningen gjordes i mänskliga celler. Nästa steg, Scheidt sa, är att göra mer potenta föreningar och undersöka dem i djurmodeller.