Nanoverktyg av DNA-origami gav viktigt svar om cancer
Forskare från Karolinska Institutet har lett en studie som har gett ny kunskap om en receptor, EphA2, som har betydelse vid flera olika cancersjukdomar. Detta är i sig viktig kunskap – men lika viktigt är hur studien, som publiceras i ansedda tidskriften Nature Methods, är gjord.
Forskarna har använt sig av så kallad DNA-origami, där en DNA-molekyl formas till en nanostruktur, som sedan har använts för att testa en hypotes om cellsignalering.
Det är sedan tidigare känt att receptorn EphA2 spelar roll för flera cancersjukdomar, till exempel bröstcancer. Den ligand, alltså det protein som kommunicerar med receptorn, kallas ephrin. Forskare har haft en hypotes om att avståndet mellan olika ligander, i det här fallet avståndet mellan ephrinmolekyler, påverkar hur aktiv den kommunicerande receptorn är i intilliggande celler. Denna hypotes har de svenska forskarna velat pröva.
Forskarna har använt sig av DNA-byggstenar och format dem som en stabil pinne. Den har fungerat som en mycket exakt måttstock för att mäta och påverka avstånd mellan molekyler.
– Vi använder DNA som ett konstruktionsmaterial för strukturer på nanometernivå. Den genetiska koden hos dessa strukturers DNA är av underordnad betydelse i detta fall, säger Björn Högberg, forskargruppsledare vid institutionen för neurovetenskap.
Lösning med bröstcancerceller
Forskarna har fäst proteiner, eller ephrinmolekyler, på pinnen av DNA-origami med olika avstånd, exempelvis 40 eller 100 nanometer. Därefter har DNA-pinnarna placerats i en lösning med bröstcancerceller. I nästa led har forskarna undersökt hur kraftigt EphA2 aktiverades i dessa cancerceller. Det visade sig att om ephrinmolekyler placerades nära varandra på DNA-pinnen aktiverades den aktuella receptorn kraftigare i cancercellerna, som också blev mindre invasiva, vilket skulle kunna tala för att de blev mindre benägna att bilda metastaser. Detta gällde trots att mängden protein var densamma i försöken – antalet utplacerade molekyler var detsamma.
– Vi har för första gången kunnat visa att hypotesen stämmer, det spelar roll för aktiveringen av EphA2 hur tätt liganderna är placerade i intilliggande celler. Det är i sig ett viktigt resultat, men poängen med vår studie är också att vi har tagit fram en metod för att i kontrollerade former undersöka hur celler reagerar på närliggande celler, med hjälp av våra tillverkade DNA-måttstockar, säger Björn Högberg.
Forskarna liknar cellkommunikationen vid en blindskrift, där cellerna på något sätt känner av närliggande cellers proteinmönster, och där det relevanta inte bara är mängden av dessa proteiner utan till stor del även avstånden mellan dem. Ett kluster av proteiner kommunicerade i denna studie kraftigare än glest placerade proteiner, även om koncentrationen var densamma.
– Det här är en modell för att lära sig mer om hur membranproteiners mikromiljö påverkar cellens signalering, något som förhoppningsvis på sikt kan bana väg för ett helt nytt tänkande kring läkemedel. I dag är läkemedel ofta verksamma genom att helt blockera protein eller receptorer, men det är möjligt att vi bör se proteinerna i sin biologiska kontext, där klusterbildning eller placering av olika protein är relevanta faktorer för hur ett läkemedel kan vara verksamt. Här finns troligen ny, viktig kunskap att hämta och då är det här ett sätt att göra det, säger Ana Teixeira, forskargruppsledare vid institutionen för cell- och molekylärbiologi.
Studien finansierades med pengar från Vetenskapsrådet, Karolinska Institutets strategiska forskningsprogram för stamceller och regenerativ medicin (StratRegen) vid Karolinska Institutet, Vinnova samt Carl Bennet AB.
Publikation
Spatial Control of Membrane Receptor Function using Ligand Nano–Calipers
Alan Shaw, Vanessa Lundin, Ekaterina Petrova, Ferenc Fördős, Erik Benson, Abdullah Al–Amin, Anna Herland, Andries Blokzijl, Björn Högberg och Ana I. Teixeira
Nature Methods, online July 6 2014; doi: 10.1038/nmeth.3025