Studie untersucht, wie die Substanz beschädigte DNA zu verstehen, Ihre Verbindung zu Krebs

Seit mehr als einem Jahrzehnt haben Wissenschaftler gearbeitet, um zu verstehen, die Verbindung zwischen colibactin, eine Substanz, die durch bestimmte Stämme von E. coli, und Dickdarm-Krebs, aber behindert worden durch Ihre Unfähigkeit, isolieren Sie die Verbindung.

Also Emily Balskus stattdessen entschieden, um den Fokus auf das Chaos hinterlässt.

Ein Professor von Chemie und Chemische Biologie, Balskus und Kollegen sind die Autoren einer neuen Studie, die versucht zu verstehen, wie colibactin Krebs verursacht durch genau erkennen, wie die Chemische Reaktion mit DNA, die zum erstellen von DNA-addukten. Die Studie wurde im Februar 15 Papier veröffentlicht in Science.

„Es ist bekannt seit 2006, dass es eine Reihe von Genen, die in bestimmten Darm-Kommensalen Bakterien-meist in Stämmen von E. coli — , die Ihnen die Fähigkeit, die Moleküle, die kann dazu führen, DNA-Schäden,“ Balskus sagte. „Im Laufe der Jahre gab es eine Reihe von Studien haben gezeigt, dass eine Korrelation zwischen der Abundanz der Bakterien, die diesen Signalweg und Krebs beim Menschen, und mehreren Mausmodellen der colitis-assoziierten kolorektalen Krebs haben gezeigt, dass diese bestimmten Satz von Genen,…können Einfluss auf die tumor-progression und Invasivität.“

Leider, die Verbindung, die Sie erstellt, diesen Weg — colibactin — bislang nicht Anstrengungen, es zu isolieren, verlassen die Forscher im Dunkeln, wie es funktioniert.

„Mein Labor Studium begonnen, weil wir daran interessiert waren, dieses problem der, wie Sie verstehen können, ein Molekül, das können Sie nicht isolieren,“ Balskus sagte. „Und die Zusammenfassung unserer früheren Arbeit zu verstehen colibactin war, dass, unerwartet, von uns und anderen Gruppen, die gearbeitet haben auf diesem Weg herausgefunden, dass dieses Natürliche Produkt hat einen sogenannten cyclopropane ring.“

Es ist, dass die Chemische Struktur, die Balskus und Kollegen glauben, Formen der colibactin „warhead“ – zum Teil, weil ähnliche Strukturen finden sich in anderen, nicht verwandten Molekülen verursachen direkte DNA-Schäden, die durch Reaktion mit.

„Als wir merkten, dass wir die Hypothese aufgestellt, dass eine direkte Wechselwirkung mit der DNA, kann wichtig sein für die colibactin – genotoxische Aktivität,“ Balskus sagte. „Das beleuchtet eine neue Strategie für das erhalten der Informationen über colibactin-Struktur — anstatt zu versuchen, zu isolieren, die das Molekül selbst, wir könnten isolieren und zu charakterisieren, die DNA-Addukte, oder die Produkte der Reaktion mit der DNA.“

Isolieren diese DNA-addukten, jedoch, ist keine einfache Aufgabe.

Es zu tun, Balskus und Ihr team sich zu Silvia Balbo, ein professor an der University of Minnesota School of Public Health, who entwickelten eine neue Technik zur Identifizierung der DNA-Addukte basiert auf, wie Sie das fragment in einem hochauflösenden Massenspektrometer.

„Was wir getan haben, was ich dachte, war ein sehr spannendes experiment, war ein Stamm von E. coli , produzieren könnte colibactin und einen mutierten Stamm mit dem gleichen Genotyp, außer, es habe nicht das gen-cluster, macht colibactin,“ Balskus sagte. „Wir inkubiert diejenigen Stämme, die mit menschlichen Zell-Linien…und isoliert die DNA aus den beiden Sätzen von Zellen, legen Sie es in das Massenspektrometer und gegenüber der fülle von unterschiedlichen DNA-Addukte in den Proben, also wir waren in der Lage, DNA-Addukte, die nur erzeugt in den Zellen, die behandelt wurden mit dem genotoxin-produzierenden Bakterien.“

Bewaffnet mit diesen Informationen, Balskus sagte, Ihre nächste Herausforderung war, zu verstehen, die Chemische Struktur dieser Addukte.

„Es sah aus wie Sie kamen aus colibactin auf der Grundlage der Fragmentierung im Massenspektrometer, aber das ist nicht genug, um lösen eine Chemische Struktur, die“ Balskus sagte. „Was die Forscher in meinem Labor haben, und es war eine heroische Anstrengung, war die chemisch zu synthetisieren, ein standard…und wir dann den Vergleich zum Addukte in den Zellen produziert, und Sie waren die gleichen.“

Um zu demonstrieren, dass der Prozess auch bei der Arbeit mit lebenden Tieren, das team zusammen mit Wendy Garrett an der Harvard T. H. Chan School of Public Health, für ein experiment, in dem keimfreien Mäuse waren besiedelt mit Stämmen von E. coli , das konnte und konnte nicht colibactin produzieren.

„Wir haben gezeigt, dass wir in der Lage waren zu erkennen, dieselben DNA-Addukte im Kolon-Epithel-Gewebe der Mäuse, die mit der colibactin-produzierende Stämme,“ Balskus sagte. „Das sagt uns, dass all die Chemie, die wir und andere getan haben, die ex-vivo-wirklich relevant sein könnte für das, was in vivo.“

Vorwärts gehend, Balskus Hoffnungen zu untersuchen, ob die gleichen Addukte detektiert werden können, in Proben von Patienten, und zu verstehen, die bestimmte Arten von DNA-Schäden, die durch colibactin und ob Sie einen Einfluss auf die Entwicklung einer Krebserkrankung.

Und jetzt, dass Forscher haben ein gutes Verständnis der chemischen Struktur der DNA-Addukte erstellt von colibactin, Balskus sagte, Sie möglicherweise in der Lage zu arbeiten Sie sich rückwärts in Richtung der Molekül selbst.

„Die Addukte, die wir identifiziert sind, wahrscheinlich aus Zersetzung eines größeren Arten,“ Balskus sagte. „So wir sind immer noch versuchen zu lösen, das Chemische Geheimnis und arbeiten auf, herauszufinden, was die komplette Struktur sein könnte.“

Am Ende, Balskus sagte, die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die DNA-Addukte könnte als verwendet werden ein Schlüssel-biomarker für die Aktivität von verbindungen, wie die colibactin und andere potenzielle Karzinogene, abgeleitet von der Aktivität der Darm-Mikroben.

„Bis zu diesem Zeitpunkt, wenn die Leute waren auf der Suche nach Organismen mit der Fähigkeit, diese DNA-schädigenden verbindungen, Sie waren auf der Suche für die biosynthetischen Gene“ Balskus sagte. „Das sagt Sie über das genetische potential, aber es muss nicht sagen, dass Sie DNA-Schäden tatsächlich eingetreten, und wir wissen aus anderen Bereichen der Toxikologie, dass, wenn Sie haben gute Biomarker für die Vorhersage der Krebsentstehung, das kann sein mächtiger als das denken über die Bewertung von Krebsrisiken.

„Es ist noch sehr früh, aber das ist ein Bereich, in dem unsere Arbeit führen könnte“, fuhr Sie Fort. „Es ist noch zu früh, um zu wissen, ob colibactin spielt eine kausale Rolle in der Tumorentwicklung beim Menschen, aber wir haben bessere Möglichkeiten der überwachung, Dickdarm-Krebs-Anfälligkeit.“

Diese Forschung wurde gefördert aus Mitteln des Packard Fellowship für Wissenschaft und Technik, die Damon Runyon-Rachleff Innovation Award, den National Institutes of Health, National Institute of Environmental Health Sciences, das Center for Environmental Health Sciences und der US-amerikanischen National Institutes of Health und National Cancer Institute.