Assembly-line biosynthesis of polyethers that selectively kill cancer stem cells

选择性杀死癌症干细胞的聚醚的装配线生物合成

基本信息

  • 批准号:
    BB/I002413/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2010 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The motivation for this research arises from a wholly unexpected collision between two previously-unlinked fields of biological science, between the way in which a certain large group of natural antibiotics called polyethers are produced in Nature; and the problem of how to stop cancers which have initially responded to therapy, from coming back in a resistant form and killing the patient. Polyethers are antibiotics, whose clinical use has been restricted by their relative toxicity and by the difficulty of synthesising them or modifying them chemically, but which have already been recently discovered to be highly effective against drug-resistant malarial parasites, a major global health threat. There was therefore already great interest in developing new biological ways of synthesising libraries of such molecules to test as the starting point for potentially improved drugs of lower toxicity. Here in Cambridge, with previous BBSRC support, we have been the first to define the genes and enzymes involved in constructing polyethers. To build up such complex small molecules from the simple building blocks inside bacterial cells requires multiple steps, each one catalysed by an enzyme. Some of these are physically tethered together into massive multienzyme complexes, the most complex biological catalysts so far discovered on the planet, but all are orchestrated to provide a smooth cascade or chain of reactions so that nothing is wasted and typically a single end-product is made. Meanwhile, the latest explanation for the return of cancers is that a small proportion of the tumour consists of so-called cancer stem cells (CSCs) which are more resistant to therapy and which remain behind, to seed the regrowth of the tumour in virulent form. If this is true, it is argued, then what is needed is a drug to specifically kill CSCs, to combine with existing drugs that kill non-CSC cancer cells. Obviously normal stem cells are precious and damaging them gives serious side-effects. Accordingly, in a sophisticated cell-based biological screen, biologists at MIT and Harvard have sifted a large library of chemical compounds (16,000) to see if any would kill the CSCs but not normal stem cells. It turned out that this was a relatively rare property, only four compounds (all natural products) passed the test, and two of these (including the very best, salinomycin,) were - to general surprise - polyethers. We aim in this project to take the polyether construction rules we have learned and apply them to the salinomycin pathway, to define that and related pathways and initiate biochemical engineering of these pathways to generate altered versions of salinomycin that might be even more specific for CSCs and might serve as leads in cancer drug development, with a major impact on human quality of life. We intend to do this in a partnership with Biotica, an established biotech company spun out of the University of Cambridge. Their role will be to evaluate the results, to test any compounds that we make, and (if the research is sufficiently promising) to take the project forward as a discovery program and hopefully into commercial development.
这项研究的动机来自于两个以前互不关联的生物科学领域之间完全意想不到的碰撞,在自然界中产生了一大群名为聚醚的天然抗生素的方式,以及如何阻止最初对治疗有反应的癌症以耐药的形式复发并杀死患者的问题。聚醚是一种抗生素,其临床应用受到其相对毒性以及合成或化学修饰难度的限制,但最近已被发现对抗药性疟疾寄生虫非常有效,疟疾寄生虫是一种主要的全球健康威胁。因此,人们已经对开发合成此类分子文库的新生物学方法非常感兴趣,以测试作为潜在改进的低毒药物的起点。在剑桥,在BBSRC之前的支持下,我们第一个定义了参与构建聚醚的基因和酶。要从细菌细胞内的简单构件构建如此复杂的小分子需要多个步骤,每个步骤都由一种酶催化。其中一些在物理上被捆绑在一起形成巨大的多酶复合体,这是迄今为止在地球上发现的最复杂的生物催化剂,但所有这些都经过精心编排,以提供顺畅的级联或反应链,因此不会浪费任何东西,而且通常只产生一个最终产品。与此同时,对癌症复发的最新解释是,肿瘤中有一小部分由所谓的癌症干细胞(CSCs)组成,它们对治疗更具抵抗力,并留在后面,以毒力的形式播种肿瘤的重新生长。如果这是真的,那么需要的是一种专门杀死CSCs的药物,与现有的杀死非CSC癌细胞的药物相结合。显然,正常干细胞是宝贵的,破坏它们会产生严重的副作用。因此,在一种复杂的基于细胞的生物学筛查中,麻省理工学院和哈佛大学的生物学家筛选了一个大型化合物库(16000种),以确定是否有任何化合物可以杀死CSCs,但不会杀死正常的干细胞。事实证明,这是一种相对罕见的性质,只有四种化合物(均为天然产物)通过了测试,其中两种(包括最好的盐霉素)是--令人惊讶的--聚醚。在这个项目中,我们的目标是将我们学到的聚醚结构规则应用于盐霉素途径,定义该途径和相关途径,并启动这些途径的生化工程,以产生对CSCs更特异的盐霉素的改变版本,并可能作为抗癌药物开发的先导,对人类的生活质量产生重大影响。我们打算与Biotica合作,这是一家从剑桥大学剥离出来的老牌生物技术公司。他们的作用将是评估结果,测试我们制造的任何化合物,并(如果研究有足够的前景)将该项目作为一个发现计划推进,并有望进入商业开发。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
An Iterative Module in the Azalomycin F Polyketide Synthase Contains a Switchable Enoylreductase Domain.
Azalomycin F 聚酮化合物合酶中的迭代模块包含可切换的烯酰还原酶结构域。
  • DOI:
    10.17863/cam.26920
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xu W
  • 通讯作者:
    Xu W
An Iterative Module in the Azalomycin F Polyketide Synthase Contains a Switchable Enoylreductase Domain
Azalomycin F 聚酮合酶中的迭代模块包含可切换的烯酰还原酶结构域
  • DOI:
    10.1002/ange.201701220
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xu W
  • 通讯作者:
    Xu W
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  • 通讯作者:
    Marcio V.B. Dias

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知道了