С помощью методов омики одиночных клеток международная группа ученых определила, какие именно клетки ответственны за синтез противоопухолевых алкалоидов в листьях растения Catharanthus roseus. Исследование поможет синтезировать полезные вещества в искусственных условиях, чтобы лечить онкологические заболевания. Статья опубликована в Nature Chemical Biology.
Катарантус розовый, он же барвинок, широко применяется в медицине для получения алкалоидов, обладающих противоопухолевой активностью. К ним относятся винкристин и винбластин, незаменимые в терапии рака на сегодняшний день. Поскольку эти молекулы очень сложные по своей структуре, разработать их полный синтез — непростая задача, стоящая перед учеными. В настоящее время эти вещества до сих пор получают из экстракта листьев растения в очень небольшом количестве. Для разработки новых синтетических стратегий ученые исследуют основные стадии, через которые проходит биосинтез алкалоидов в барвинке.
Путь биосинтеза локализуется не только в отдельных органах, но и в различных типах клеток внутри. Активность генов неодинакова во всех клетках, и в разных местах химический состав может сильно различаться. Чтобы узнать, какие гены отвечают за синтез тех или иных веществ, ученым приходится детально анализировать большое количество генов-кандидатов на эту роль. С этой целью международная команда исследователей применила набор методов, которые в совокупности называются омиками одиночных клеток. С помощью детального молекулярного анализа ученые идентифицировали кластеры генов, участвующих в синтезе. Так им удалось перевести изучение генома на клеточный уровень и увеличить эффективность исследования, поскольку каждая клетка содержит свой уникальный набор генов. Они провели секвенирование РНК, определив первичную структуру рибонуклеиновой кислоты, чтобы выявить, как в клетках разделяются пути биосинтеза винкристина и винбластина.
В результате анализа ученые выяснили, что весь путь биосинтеза одного из алкалоидов — винбластина — проходит в три стадии, причем каждая реакция реализуется в разных типах клеток. Синтез начинается в специализированных клетках, называемых IPAP, которые связаны с проводящими пучками листа. Затем он продолжается в клетках эпидермиса и заканчивается в идиобластах — обособленных и редких растительных клетках — вместителях разных химических веществ. К тому же они обнаружили, что предшественники винбластина, катарантин и виндолин, содержатся в идиобластах, имея концентрацию на три порядка больше, чем имеет сам винбластин. «Мы только начинаем понимать, как и почему синтез протекает специфично в определенных типах клеток. Кроме того, анализ генов, одновременно экспрессируемых в клетках определенного типа, помог нам выявить новые места в этом метаболическом пути. Тот же метод можно использовать для изучения биосинтеза многих других природных соединений», — заключает Робин Бьюэлл из Университета Джорджии.
Изучение путей биосинтеза противоопухолевых соединений поможет эффективно производить их в долгосрочной перспективе. Это сыграет большую роль в области медицины и лечения раковых заболеваний.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
