【生物帮】Nature Chemistry:人造分子使癌细胞自我毁灭

日志名称：Nature日期：2014-08-14

DOI:10.1038作者：snail

德克萨斯大学奥斯汀分校等5个机构的科学家研究了将钠和氯离子输送到癌细胞中，合成能自我毁灭的分子。

这些合成的离子转运蛋白证实了一个20年之久的假说，能够指出新抗癌药物的方向，同时也使囊性纤维化患者受益。

合成的离子转运蛋白能促进氯离子运输到细胞从而诱导细胞凋亡

合成的离子转运蛋白之前创建过，但是这是研究人员首次揭示这些蛋白在一个真正的生物系统中工作，明确了运输离子引起细胞自毁。

人体细胞努力工作以维持细胞膜内例子浓度稳定。破坏这种微妙平衡能触发细胞进行凋亡，称为程序性细胞死亡，是身体用于清除自身受损或危险细胞的机制。

消灭癌细胞的一种方式就是触发这种先天的自我毁灭序列通过偏移细胞内的离子平衡。不幸的是，当细胞变成癌性时，它改变运输离子穿过细胞膜的方式，而是阻止细胞凋亡。

大约20年前，一种称为灵菌红素的天然物质被发现能够充当一种天然离子转运蛋白并具有抗癌效果。从那时起，他就成了“化学家的梦”，得克萨斯大学自然科学奥斯汀学院Jonathan Sessler教授及其合作研究者说，为了找打“合成转运蛋白也许能够做到完全一样的工作，不过还好，也适用于治疗疾病如氯化物公道不能工作的囊性纤维化。”

Sessler与其同事把这个梦想付诸实现。德克萨斯大学团队成员创建了一种合成离子转运蛋白结合到氯离子。该分子的工作原理基本上围绕器官表层的氯离子，允许离子溶入细胞膜，组成大量的脂类或脂肪类。研究人员发现转运蛋白倾向于用细胞膜中自然存在的钠离子通道，搭钠离子的顺风车。

Gale与他的团队发现离子转运蛋白在模型系统中是有效利用人工类质膜。

Shin与他的工作组之后表明这些分子促进培养的人类癌细胞死亡。其中一个重要的发现是癌细胞的离子浓度在细胞凋亡触发之前被改变，而不是细胞死亡的副作用。

“因此我们关闭了环路，并且表明氯离子通过合成转运蛋白流入到细胞确实触发细胞凋亡的这种机制，”Sessler说。“这是令人兴奋的，因为它指出走向新抗癌药物的发展方向。”

Sessler立刻指出，他们的合成分子在癌性和健康细胞中都触发程序性细胞死亡。为了有益于治疗癌症，一种氯离子转运蛋白的版本只将被开发结合到癌细胞。

“我们已经证明这种机制是可行的，这一想法存在超过二十年是科学有效的而且是令人兴奋的，”Sessler说。“我们能够揭示钠是怎么回事，氯化物是怎么回事。此刻我觉得很少不明确的关于这个二十年之久的假说的有效性。”研究人员下一步将合成离子转运蛋白并在动物模型中进行测试。

原文摘要：

Synthetic ion transporters can induce apoptosis by facilitating chloride anion transport into cells

Sung-Kyun Ko, Sung Kuk Kim, Andrew Share, Vincent M. Lynch, Jinhong Park, Wan Namkung, Wim Van Rossom, Nathalie Busschaert, Philip A. Gale, Jonathan L. Sessler &Injae Shin

Anion transporters based on small molecules have received attention as therapeutic agents because of their potential to disrupt cellular ion homeostasis. However, a direct correlation between a change in cellular chloride anion concentration and cytotoxicity has not been established for synthetic ion carriers. Here we show that two pyridine diamide-strapped calix[4]pyrroles induce coupled chloride anion and sodium cation transport in both liposomal models and cells, and promote cell death by increasing intracellular chloride and sodium ion concentrations. Removing either ion from the extracellular media or blocking natural sodium channels with amiloride prevents this effect. Cell experiments show that the ion transporters induce the sodium chloride influx, which leads to an increased concentration of reactive oxygen species, release of cytochrome c from the mitochondria and apoptosis via caspase activation. However, they do not activate the caspase-independent apoptotic pathway associated with the apoptosis-inducing factor. Ion transporters, therefore, represent an attractive approach for regulating cellular processes that are normally controlled tightly by homeostasis.

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