Cryo-EM avslöjar hur Wnt, en nyckelsignalmolekyl för mänsklig utveckling och cancer, modifieras av ett enzym som heter PORCN. Kredit:UT Southwestern Medical Center
Med hjälp av UT Southwesterns Cryo-Electron Microscopy Facility har forskare tagit bilder av ett enzym för Wnt-lipidering, som är avgörande för mänsklig utveckling och avgörande för Wnt-signalaktivering. Fynden, rapporterade i Nature , kastar ljus över mekanismerna bakom denna aktivitet och kan så småningom leda till nya läkemedel för att behandla olika maligniteter.
"Vi kan driva forskningsramen längre in i nyckelområdet för cancerrelaterade signalvägar tack vare UT Southwesterns toppmoderna kryoelektronmikroskopi (cryo-EM) anläggning", säger Xiaochun Li, Ph.D. ., docent i molekylär genetik och biofysik, som ledde studien tillsammans med Yang Liu, en doktorand på fjärde året, och Xiaofeng Qi, Ph.D., en postdoktor. Både Liu och Dr Qi arbetar i Li-labbet. "Den avslöjade vetenskapliga mekanismen kan påskynda utvecklingen av nya cancerbekämpande läkemedel mot avancerade solida tumörer."
Forskare har länge känt till att medlemmar av Wnt-familjen av proteiner är avgörande för embryonal utveckling, och startar signalvägar som är nödvändiga för funktioner som axelbildning, cellödespecifikation och cellproliferation och migration. När Wnt-proteiner först upptäcktes i början av 1980-talet associerades de omedelbart med cancer; avvikande Wnt-signalering är känd för att bidra till pankreascancer, melanom, trippelnegativ bröstcancer och andra typer av maligniteter.
För att utföra sina signalfunktioner, förklarade Dr. Li, måste Wnt-proteiner först aktiveras genom tillsats av en lipidmolekyl, ett jobb som utförs av ett enzym som kallas Porcupine (PORCN). Hur detta sker strukturellt och den mekanism genom vilken prövningsläkemedel hämmar denna aktivitet har varit okänt.
För att undersöka, samlade Dr Li och hans kollegor cryo-EM-bilder av fyra strukturer:PORCN bundet till ett co-enzym som kallas palmitoleoyl-CoA, som bidrar till lipidmolekylen för att aktivera Wnt; PORCN bundet till LGK974, ett undersökningsläkemedel känt för att hämma Wnt-signalering; PORCN bunden till LGK974 och WNT3A, en Wnt-familjemedlem; och PORCN bundet till ett aktiverat, lipidmodifierat WNT3A-protein. Cryo-EM, en teknik som erkändes av ett Nobelpris 2017, fryser proteiner på plats för att få mikroskopiska bilder med atomupplösning.
Dessa bilder visade att WNT3A, PORCN och palmitoleoyl-CoA möts i en konfiguration av sandwichtyp, med PORCN i mitten flankerad av de två andra prekursorerna. När WNT3A och PORCN inkuberades med LGK974 istället för palmitoleoyl-CoA, tog undersökningsläkemedlet platsen för palmitoleoyl-CoA, vilket blockerade dess förmåga att binda och bidra med lipidmolekylen; utan denna lipidmodifiering, sa Dr. Li, kan WNT3A inte starta en signalkaskad.
Dessutom löste bilderna ett årtionden gammalt mysterium om varför lipidkedjan som modifierar Wnt-proteiner skiljer sig strukturellt från den på ett relaterat protein som heter Hedgehog, som också är involverat i mänsklig utveckling och cancer och aktiveras av lipidmodifiering. Medan lipidkedjan på Hedgehog är gjord av en mättad fettsyra, vilket gör att den sträcker sig i en rak linje, är den på PORCN omättad, vilket får den att böjas till en C-form. Forskarna fann att denna kink är nödvändig för att lipidkedjan ska passa in i en kavitet på PORCN, ett kritiskt steg innan den överförs till Wnt.
Dr Li noterade att LGK974 är ett av flera läkemedel som påverkar Wnt-signalering som för närvarande är i kliniska prövningar mot olika cancerformer. Att känna till atomstrukturerna för Wnt, PORCN, palmitoleoyl-CoA och deras komplex kan leda till läkemedel som är bättre utformade för att blockera dessa interaktioner. + Utforska vidare
