I en studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , Umeåforskare beskriver en naturlig produktliknande molekyl, Tantalosin, som hämmar interaktion mellan två proteiner i komplex som omformar membran inuti cellen.
Fynden leder till en djupare förståelse för hur membranombyggnad fungerar i mänskliga celler och framtida utveckling av nya läkemedel.
"Vår studie är ett bra exempel på att använda små molekyler som värdefulla kemiska verktyg för att förstå komplexa biologiska mekanismer. Jag är glad över att kunna koordinera ett fantastiskt samarbete med kollegor i Umeå, Stockholm och Tyskland", säger Yaowen Wu, professor vid Kemiska institutionen på Umeå universitet.
Membran av celler är gjorda av lipider och proteiner, och de tjänar barriärfunktioner för celler och intracellulära organeller. Membran av celler är mycket dynamiska mosaik-vätskestrukturer som genomgår konstant omformning. Det endosomala sorteringskomplexet som krävs för transport (ESCRT) har till uppgift att omforma membran inuti cellen. ESCRT-maskineriet monteras på platsen i cellen där membran behöver deformeras och bildar sedan spiralformade proteinpolymerer som kan dra ihop sig och klämma av cellmembran.
Tidigare har professor Yaowen Wu och hans grupp, i samarbete med professor Herbert Waldmanns laboratorium vid Max Planck Institute Dortmund i Tyskland, identifierat en kemisk molekyl, Tantalosin, som inducerar en fenotyp som autofagi – en självätande process i cellen.
Tantalosin är en syntetisk molekyl inspirerad av alkaloider från medicinväxten Cinchona. Teamet observerade ett mycket intressant fenomen i cellen som behandlats med Tantalosin och undersökte vidare den molekylära mekanismen hur Tantalosin fungerar i cellen. I samarbete med kärnanläggningen för kemisk proteomik vid SciLifeLab vid Karolinska Institutet undersökte teamet potentiella cellulära mål för tantalosin.
"Till vår förvåning fann vi att inget av de autofagirelaterade proteinerna fanns på listan över potentiella mål. Däremot identifierades och validerades IST1-protein i ESCRT-komplex som det cellulära målet för Tantalosin. Vi var glada att arbeta med att dechiffrera detta oväntade samband mellan ESCRT-komplex och autofagi", säger förstaförfattaren Anastasia Knyazeva, som nyligen tog sin doktorsexamen vid kemiska institutionen vid Umeå universitet.
Forskarna karakteriserade mekanismen med hjälp av en rad biokemiska och cellbiologiska metoder. När de studerade protein-protein-interaktion i lösning fann de att Tantalosin helt stoppar interaktionen mellan IST1 och dess bindningspartner CHMP1B.
"Vi tittade sedan närmare på dessa två proteiner med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop i samarbete med Kasturika Shankar, doktorand från Lars-Anders Carlsons labb vid Umeå universitet. Spännande nog stör Tantalosin bildandet av ordnade IST1-CHMP1B filament , förklarar Shuang Li, tidningens första författare och postdoktor vid Institutionen för kemi vid Umeå universitet.
Dessutom tittade forskarna in i cellen och fann att tantalosin snabbt stör återvinningen av cellytans receptorer tillbaka till cellytan. Denna egenskap kan vara potentiellt fördelaktig för behandling av vissa typer av cancer som drivs av cellytereceptorer.
I den här studien fann forskarna att LC3-protein, som vanligtvis är ett kännetecken för autofagi, är kopplat till de endosomala membranen under behandling med tantalosin. Intressant nog observerades inte den kanoniska autofagiska nedbrytningen. Istället fann de att processen följer en icke-kanonisk autofagiväg.
"Vi tror att Tantalosin kan vara en unik molekyl som underlättar förståelsen av nya funktioner av icke-kanonisk konjugering av LC3 till endosomala membran. Vi hoppas att ytterligare studier kommer att avslöja rollen av LC3-membrankonjugering och dess associerade proteiner i membrandeformationsprocesser", säger Knyazeva .
Mer information: Anastasia Knyazeva et al, En kemisk hämmare av IST1-CHMP1B-interaktion försämrar endosomal återvinning och inducerar icke-kanonisk LC3-lipidering, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317680121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av Umeå universitet
