Foto: Shutterstock

Vědecké novinky z výzkumných organizací

Autor původního článku: Anne Trafton

Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) dosáhli prvního laboratorního syntézy verticillinu A, složité houbové sloučeniny objevené v roce 1970. Její jemná struktura zdržovala chemiky po desetiletí, přestože se od příbuzných molekul liší pouze dvěma atomy. S dokončenou syntézou vědci vytvořili nové varianty, které vykazovaly silnou aktivitu proti vzácné dětské mozkové rakovině. Tento průlom by mohl odemknout celou třídu dříve nedosažitelných molekul bojujících proti rakovině.

Průlom v syntéze verticillinu A

Chemici z MIT konečně syntetizovali verticillin A, notoricky obtížnou houbovou molekulu, která byla poprvé identifikována před více než 50 lety. Upravené verze této sloučeniny již ukazují slibné výsledky proti agresivní dětské mozkové rakovině. Verticillin A je známý svou složitou chemickou architekturou, která z něj činí obtížně syntetizovatelnou látku. I ve srovnání s úzce příbuznými sloučeninami se ukázalo, že je mnohem náročnější na syntézu, přestože se liší jen několika atomy.

„Máme mnohem lepší pochopení toho, jak mohou tyto jemné strukturální změny významně zvýšit syntetickou výzvu,“ říká Mohammad Movassaghi, profesor chemie na MIT. „Nyní máme technologii, díky které je můžeme nejen poprvé získat, více než 50 let poté, co byly izolovány, ale také můžeme vytvořit mnoho navržených variant, které umožní další podrobné studie.“

Testy na lidských rakovinných buňkách

V laboratorních testech na lidských rakovinných buňkách se jedna derivace verticillinu A ukázala jako účinná proti dětské mozkové rakovině známé jako difuzní midline gliom. Výzkumníci zdůrazňují, že je potřeba další testování, aby se zjistilo, zda by mohla být nakonec užitečná v klinické praxi. Movassaghi a Jun Qi, docent medicíny na Dana-Farber Cancer Institute/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center a Harvard Medical School, jsou hlavními autory studie, která byla publikována v Journal of the American Chemical Society. Walker Knauss PhD ’24 je hlavním autorem článku. Xiuqi Wang, lékařský chemik a chemický biolog v Dana-Farber, a Mariella Filbin, výzkumná ředitelka v programu Pediatric Neurology-Oncology v Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center, jsou také autory.

Proč byla tato houbová molekula tak obtížně vyrobitelná

Výzkumníci poprvé oznámili izolaci verticillinu A z hub v roce 1970. Houby používají tuto sloučeninu k obraně proti patogenům. Verticillin A a podobné houbové molekuly byly zkoumány pro jejich možnou protirakovinnou a antimikrobiální aktivitu, ale jejich složitost ztěžovala jejich syntézu. V roce 2009 Movassaghiho laboratoř oznámila syntézu (+)-11,11′-dideoxyverticillinu A, sloučeniny úzce příbuzné verticillinu A. Tato molekula obsahuje 10 kruhů a osm stereogenních center, což znamená uhlíkové atomy, které se každý spojují se čtyřmi různými chemickými skupinami. Tyto skupiny musí být umístěny se správnou orientací, nebo stereochemií, ve vztahu ke zbytku molekuly.

I po tomto dřívějším úspěchu zůstal verticillin A nedosažitelný. Klíčovým rozdílem mezi verticillinem A a (+)-11,11′-dideoxyverticillinem A jsou dva kyslíkové atomy, ale tyto přídavky způsobily velký rozdíl v tom, jak se molekula chová během syntézy. „Tyto dva kyslíky výrazně omezují okno příležitosti, které máte pro provádění chemických transformací,“ říká Movassaghi. „Díky tomu je sloučenina mnohem křehčí, mnohem citlivější, takže i když jsme měli roky metodologických pokroků, sloučenina pro nás stále představovala výzvu.“

Přehodnocení chemie krok za krokem

Obě verze molekuly verticillinu jsou postaveny ze dvou identických polovin, které musí být spojeny do struktury nazývané dimer. V dřívější syntéze (+)-11,11′-dideoxyverticillinu A tým provedl dimerizaci ke konci procesu a poté vytvořil čtyři klíčové uhlík-síra vazby. Když se pokusili aplikovat stejnou sekvenci na verticillin A, nefungovalo to. Přidání uhlík-síra vazeb pozdě v procesu nedokázalo dodat správnou stereochemii, což přinutilo tým přepracovat celý pořadí kroků.

„Co jsme se naučili, bylo, že načasování událostí je naprosto kritické. Museli jsme významně změnit pořadí událostí vytváření vazeb,“ říká Movassaghi. Nová syntéza začíná z derivátu aminokyseliny nazývaného beta-hydroxytryptofan. Odtud výzkumníci budují strukturu ve fázích, přidávají chemické funkční skupiny, včetně alkoholů, ketonů a amidů, přičemž pečlivě kontrolují stereochemii v každém kroku. Aby tuto kontrolu vedli, tým zavedl skupinu obsahující dvě uhlík-síra vazby a disulfidovou vazbu brzy v procesu. Protože disulfidy jsou citlivé, musely být „maskovány“ přeměnou na chráněný pár sulfidů, aby se struktura nerozpadla během pozdějších reakcí. Po dimerizaci byly skupiny obsahující disulfid obnoveny.

„Tato konkrétní dimerizace opravdu vyniká z hlediska složitosti substrátů, které spojujeme, které mají tak hustou řadu funkčních skupin a stereochemie,“ říká Movassaghi. Celkem trvá cesta 16 kroků od výchozího materiálu beta-hydroxytryptofanu k dosažení verticillinu A.

Raný test proti difuznímu midline gliomu

S verticillinem A konečně dostupným, výzkumníci mohli také upravit přístup k vytvoření derivátů. Tým z Dana-Farber testoval tyto molekuly proti několika typům difuzního midline gliomu (DMG), vzácného mozkového nádoru s omezenými možnostmi léčby. Nejsilnější účinky se objevily v buněčných liniích DMG, které produkují vysoké hladiny proteinu nazývaného EZHIP. EZHIP ovlivňuje metylaci DNA a byl dříve označen jako potenciální cíl léků pro DMG.

„Identifikace potenciálních cílů těchto sloučenin bude hrát klíčovou roli v dalším pochopení jejich mechanismu účinku a co je důležitější, pomůže optimalizovat sloučeniny z laboratoře Movassaghi, aby byly více cílené pro vývoj nových terapií,“ říká Qi. Deriváty verticillinu se zdají ovlivňovat EZHIP způsobem, který zvyšuje metylaci DNA, což tlačí rakovinné buňky do programované buněčné smrti. Nejúčinnější molekuly v těchto experimentech byly N-sulfonylované (+)-11,11′-dideoxyverticillin A a N-sulfonylovaný verticillin A. N-sulfonylace – přidání funkční skupiny obsahující síru a kyslík – zlepšuje molekulární stabilitu.

„Přírodní produkt sám o sobě není nejúčinnější, ale je to syntéza přírodního produktu, která nás přivedla k bodu, kde můžeme tyto deriváty vytvořit a studovat je,“ říká Movassaghi. Dále plánují výzkumníci z Dana-Farber dále potvrdit, jak deriváty verticillinu fungují, a doufají, že tyto sloučeniny otestují na zvířecích modelech dětských mozkových rakovin.

„Přírodní sloučeniny byly cennými zdroji pro objevování léků a my plně vyhodnotíme terapeutický potenciál těchto molekul integrací našich znalostí v chemii, chemické biologii, biologii rakoviny a péči o pacienty. Také jsme profilovali naše hlavní molekuly ve více než 800 liniích rakovinných buněk a budeme schopni pochopit jejich funkce širší v jiných rakovinách,“ říká Qi.

Výzkum byl financován Národním institutem obecných lékařských věd, Nadací pro výzkum ependymomu a Nadací pro léčbu rakoviny dětí.

Původní článek: This cancer-fighting molecule took 50 years to build

Pokud vás fascinují nové objevy v boji proti nemocem, určitě si nenechte ujít náš článek o slabém místě smrtící houby, která ohrožovala nemocnice. Vědci objevili slabé místo smrtící houby, která uzavřela nemocniční jednotky intenzivní péče