University of Manchester scientists have uncovered the 3D structure of Mps1 – a protein that regulates the number of chromosomes during cell division and thus has an essential role in the prevention of cancer – which will lead to the design of safer and more effective therapies.

Les scientifiques ont découvert la structure de la protéine Mps1, la protéine Mps1 est une protéine de la famille des kinases qui régule lenombre de chromosomes durant la division cellulaire et cela a un rôle essentiel pour la prévention du cancer. Cette découverte conduira à des médicaments plus efficaces et sécuritaires

Mps1 belongs to the family of proteins called kinases. When subsets of these enzymes become deregulated, cancer can be one of the outcomes – making them a critical target for research by oncologists. Over 100 of the 500 or so kinases have been shown to be associated with cancer, but so far scientists only know the 3D structure of a handful. Knowing the structure is critical for the design of new kinase inhibitors as therapeutic agents, an area of enormous importance to the pharmaceutical industry. Over 100 kinase inhibitors are currently in clinical trials, and the revolutionary kinase inhibitor Glivec was approved for treating Leukaemia in the UK in 2001.

Lorsque des sous-produits de ces enzymes deviennent dérégulés, le cancer peut surveni. 100 des 500 kinases sont pour l'instant associé au cancer mais pour seulement une poignée de ces kinases on connait la structure. Glivec est un des inhibiteurs de kinases découvert et il traite le cancer du

Mps1 is particularly important as it controls a ‘checkpoint’ that cells use to encourage accurate chromosome sorting during mitosis. Mps1 therefore prevents aneuploidy, the change in the number of chromosomes that is closely associated with cancer.

Dr Patrick Eyers and his team, including Hong Kong-born PhD student Matthew Chu, used the Diamond Light synchrotron, a “super-microscope” that works by speeding electrons around a huge doughnut-shaped chamber the size of five football pitches until they are travelling so fast they emit high energy particles. The X-rays were “fired” at a pure sample of the protein, allowing the researchers to “see” the protein’s atomic structure for the first time.

Their structure revealed the pocket where Mps1 binds to ATP, the natural substrate from which Mps1 transfers a phosphate group to its cellular target proteins. Further work showed the protein in complex with the ATP-competitive inhibitor SP600125, a well-known but non-specific inhibitor of many kinases, which revealed a secondary pocket not utilised by this compound. If a next-generation drug can be designed to specifically block this secondary pocket, it is hoped that Mps1 will be specifically disabled, killing rapidly dividing cells such as those found in tumours.

The team hopes its work will allow chemists to design an anti-cancer drug with fewer side effects, allowing scientists to assess the relative importance of Mps1 inhibition in different disease indications, including those that are currently hard to treat such as lung and pancreatic cancers.

Dr Eyers, whose findings are published in the Journal of Biological Chemistry (August 2008), said: “The crystallalographic structures of only a few key “mitotic” kinases are currently known so we are very early in the game. The scientific community has high hopes for developing novel “anti-mitotic” cancer therapies using this method of structure-based drug design.

“Mps1 is a rational target because of its critical role in preventing aneuploidy. We wanted to see what this protein looked like at the molecular level and, by revealing the active site “lock”, help design a new inhibitory “key” to physically block the ATP-binding site.

His colleague Dr Lydia Tabernero added: “This work presents the first crystallographic structure of human Mps1, an important regulator of chromosomal stability and a potential target in cancer therapy. Our research has revealed several important structural features and additional binding sites that could be exploited for the development of specific Mps1 inhibitors.”

Un article en français sur le même sujet


Une équipe de scientifiques financée par l'UE a apporté de nouvelles informations sur la structure tridimensionnelle d'une protéine essentielle à la prévention du cancer. La protéine en question, Mps1, joue un rôle prépondérant dans la régulation du nombre de chromosomes au cours de la division cellulaire. C'est cette fonction qui la rend si importante dans la lutte contre le cancer.

Selon les chercheurs, basés à l'université de Manchester au Royaume-Uni, ces travaux de recherche pourraient mener au développement de nouveaux traitements oncologiques plus sûrs, mais également plus efficaces. Leurs résultats sont publiés dans la dernière édition de la revue Journal of Biological Chemistry.

Le Dr Lydia Tabernero, l'une des co-auteurs de l'article, s'avoue très satisfaite des résultats obtenus par l'équipe. «Ces travaux présentent la première structure cristallographique de la protéine humaine Mps1, un régulateur de stabilité chromosomique se révélant être une cible potentielle dans le traitement contre le cancer», commente-t-elle. «Nos recherches ont mis en exergue les caractéristiques structurelles importantes de la protéine ainsi que de nouveaux sites de fixations pouvant être exploités pour le développement d'inhibiteurs de Mps1 spécifiques.»

Mps1 appartient à la famille de protéines appelées kinases. Le cancer se déclenche lors du dérèglement d'un des substrats de ces enzymes. En conséquence, il est indispensable de bien comprendre le fonctionnement des kinases pour lutter efficacement contre le cancer. Jusqu'à présent, on a associé environ 100 kinases (sur 500) à l'apparition du cancer. Malheureusement, les scientifiques n'ont réussi à cartographier la structure tridimensionnelle que pour quelques-unes d'entre elles.

Une bonne connaissance de la structure de l'enzyme est essentielle en vue de concevoir de nouveaux inhibiteurs de kinases pouvant être utilisés en tant qu'agents thérapeutiques. Cela constitue un domaine de haute importante dans l'industrie pharmaceutique. À l'heure actuelle, plus d'une centaine de protéines kinases sont soumises à des tests cliniques.

L'équipe s'est intéressée à Mps1 car elle agit en quelque sorte comme un point de contrôle pour les cellules, qui l'utilisent pour stimuler un tri précis des chromosomes au cours de la division cellulaire. Mps1 permet d'éviter une aneuploïdie (une cellule qui ne possède pas le nombre normal de chromosomes), processus que l'on associe au cancer.

«Mps1 constitue une cible logique en raison de son rôle majeur dans la prévention de l'aneuploïdie», explique le professeur Patrick Eyers de l'université de Manchester et responsable de l'étude. «Nous voulions voir ce à quoi ressemblait cette protéine au niveau moléculaire, et en découvrant le site de fixation actif, permettre le développement d'un nouvel inhibiteur clé pouvant bloquer physiquement le site de fixation de l'adénosine triphosphate (ATP)».

Le professeur Eyers et son équipe ont utilisé le synchrotron «Diamond Light» dans leurs travaux. Ce «super microscope» permet l'accélération d'électrons dans une énorme chambre en forme d'anneau de la taille de cinq terrains de football. Les électrons sont accélérés jusqu'à ce qu'ils émettent de petites particules à haute énergie. Les rayons X pointaient vers un échantillon de protéine pur. Ainsi, les chercheurs ont pu «observer» pour la première fois la structure anatomique de la protéine.

«Seules les structures cristallographiques de quelques kinases clés sont actuellement connues; l'aventure ne fait que commencer», commente le professeur Eyers. «La communauté scientifique place de grands espoirs dans le développement de traitements oncologiques 'antimitotiques' innovants faisant appel à la méthode de conception de médicaments basée sur la structure.»

L'UE a apporté son soutien à cette étude dans le cadre du projet PTPNET («Protein tyrosine phosphatases: structure, regulation and biological function»), financé par une bourse Marie Curie du réseau de formation pour la recherche du sixième programme-cadre (6e PC).

Howard Hughes Medical Institute researchers have identified many potential new drug targets for cancers long deemed “untouchable” due to the type of genetic mutation they contain. These studies are beginning to reveal new ways of attacking cancer by targeting a largely hidden network of normal genes that cancer cells rely on for survival.


Les chercheurs ont identifié beaucoup de nouvelles cibles potentielles pour des médicaments contre des cancers longtemps considérés comme intouchables à cause du type de mutations génétiques qu'ils contiennent. Ces études commencent à révéler de nouveaux moyens d'attaquer le cancer par un réseau caché de gènes normaux sur lequel le cancer dépenderait pour sa survie.


(...)

The researchers studied cells with mutations in KRAS, the most commonly mutated gene in human cancers. KRAS, which was discovered nearly 30 years ago, is mutated in 30 percent of human tumors, including 90 percent of pancreatic cancers, 50 percent of colon cancers, and 30 percent of non-small cell lung cancers.

Les chercheurs ont étudiés les mutations de KRAS, le gène le plus communément muté dans le cancer humain. Il est muté dans 30% des tumeurs humaines, incluant 90% des cancers du 50% des cancers du et 30% des cancers du non à petites cellules.

(...)

More than 18 months ago, Elledge and Gilliland decided to see if they could use the powerful RNAi technology to seek out genes that KRAS-mutant cancer cells need for survival. Their efforts, culminating in two reports in the May 29, 2009 issue of the journal Cell, have led to the identification of potentially promising drug targets: serine/threonine kinase 33 (STK33) and polo-like kinase 1 (PLK-1), as well as a host of other proteins.“These targets represent a potential Achilles heel for tumors,” said Gilliland. “In the case of STK33, it is absolutely required for survival of cancer cells. Normal cells don’t require it.”

Il y a environ 18 mois, Elledge et Gilliland ont décidé de voir s'ils ne pouvaient pas utiliser la puissance de la technologie de ARN interférents pour trouver les gènes dont avaient besoin les cellules mutantes KRAS pour survivre. Ils ont identifé STK33 et PLK-1. Ces cibles représentent un talon d'Achille potentiel pour les tumeurs. Dans le cas de STK33 ellle est absoluement nécessaire pour la survie des cellules cancéreuses

“The new mantra, quite simply, is that cancers bearing oncogenic mutations in a kinase are dependent on that kinase for growth and survival,”

(...)

"Le nouveau mantra est que les cancers basés sur des mutations génétiques de type kinase sont dépendant de ces kinases pour leur survie.:

(Oct. 22, 2009) — Cancer cells fueled by the mutant KRAS oncogene, which makes them notoriously difficult to treat, can be killed by blocking a more vulnerable genetic partner of KRAS, report scientists at the Dana-Farber Cancer Institute and the Broad Institute of Harvard and MIT.


Les cellules canécreuses qui sont alimentés par le gène mutant KRAS, ce qui les rend particulièrement difficlles à traiter, peuvent être tué en bloquant un partenaire plus vulnérable de KRAS.

The laboratory results, published by Nature on its Web site as an advanced online publication and later in a print edition, demonstrate a potential advance against many major tumors which, because they harbor the mutant KRAS cancer gene, are highly aggressive and respond poorly to treatment. By targeting the second, more easily inhibited "co-dependent" gene, TBK, the strategy bypasses the so far unfruitful head-on assault against the highly resistant KRAS gene.


Cibler le gène associé et co-dépendant TBK est une stratégie qui by-passe la résistance du gène KRAS.


"These results represent a new way of targeting oncogenes that have been refractory to standard treatments," said William Hahn, MD, PhD, senior author of the report, of Dana-Farber, the Broad Institute, and Harvard Medical School (HMS). "What's particularly exciting is that this approach is potentially highly specific to cancer cells, and therefore should have little toxicity to normal tissues."

Ce qui est particulièrement excitant c'est que cette approche peut être très spécifiques aux cellules canécreuse et donc avec très peu de toxicité pour les cellules normales.

The first author is David Barbie, MD, of the two institutes and HMS.

The mutant KRAS oncogene acts like a broken switch, allowing runaway cell growth in nearly all pancreatic tumors, about 25 percent of colorectal, and 25 to 30 percent of lung cancers. When physicians detect KRAS mutations in a cancer, it usually predicts the patient won't respond well to standard therapies. "If you have a mutant KRAS, we can't use many of our newest drugs," noted Hahn.

Le gène muté KRAS agit comme un interrupteur brisé et permet la croissance dans presque tous les cancers du 25% des cancers du et 25 ou 30% des cancers du Quand le médecin détecte les mutations de KRAS c'est que les thérapies usuelles ne fonctionneront pas.

For many years, researchers were hopeful that drugs could be designed to shut down KRAS, but this has proven virtually impossible. However, its co-dependent partner, TBK1, encodes a protein kinase -- a type of molecular switch for which many inhibitors already exist. TBK1 is not a cancer-causing gene, but in KRAS-driven tumors, TBK1 activity enables cancer cells to survive that otherwise would be destroyed by the body because they are abnormal and dangerous.

Les chercheurs ont essayé de fermé KRAS pendant de nombreuses années et cela a été prouvé que c'était impossible. toutefois sont partenaire co-dépendant : TBK1 n'est pas un gène qui cause le cancer mais dans les tumeurs causés par le gène KRAS, TBK1 permet aux cellules cancéreuses de survivre.

TBK1 is the second such gene co-dependent with KRAS to be discovered: In May, a team that included Barbie, Hahn, and other researchers reported in Cell that a kinase gene, STK33, had a similar function in KRAS tumors. Senior author of that report was D. Gary Gilliland, MD, PhD of Brigham and Women's Hospital, Dana-Farber, the Broad, and HMS.

TBK1 est le deuxième gène co-dépendant de KRAS à être découvert, STK33 a la même fonction dans les tumeurs de KRAS

The new approach exploits a relationship between the KRAS and TBK1 genes known as "synthetic lethality." The term refers to a partnership in which two genes (usually mutated) in a cell have a combined effect that neither has by itself. In some cases, neither mutation alone will kill a cell but the presence of both is lethal.

In the case of KRAS tumors, the opposite is true: both KRAS and TBK1 must be active for the cancer cell to survive; suppressing one or the other kills the cell.

Dans les cas de tumeurs avec Kras, les deux gènes KRAS et TBK1 doivent être actifs pour que les cellules cancéreuses survivent. supprimer l'un ou l'autre tue la cellule cancéreuse.

The key role of TBK1 was identified in a large-scale search using the combined resources of Dana-Farber and the Broad Institute to hunt for genes that were essential exclusively to cells with mutant KRAS, but not to cells with wild-type (non-mutant) KRAS or other normal cells.

Working with scientists in the Broad's RNAi Platform, the team used RNA interference (RNAi) methods to turn off thousands of different genes in 20 laboratory cancer and non-cancer cells. They then sought out genes that, when shut down by short pieces of RNA strands, caused KRAS cells to self-destruct, but had no effect on normal cells. The screening process first identified 45 potential candidates, which were further winnowed in a secondary screen to single out TBK1.

L'quipe a utilisé les ARN interférants pour neutraliser des milliers de gènes différents. Ils ont identifié 45 candidats potentiel (dans les ARN interférents) pour choisir celui qui neutralisera le mieux TBK1

"Until four or five years ago, you couldn't have contemplated doing an experiment like this on so large a scale," noted Hahn. "We now have the tools that make this possible." The new paper and its predecessor "really make it clear that you can do this in human cells."

Jusqu'à voici 4 ou 5 ans, nous n'avions pas les outils pour faire une telle recherche.

The discoveries of TBK1 and STK33 are only the first of what the scientists expect will be many more "co-dependent" genes in cancer cells that may prove valuable as drug targets.

"We plan to screen 300 cell lines over the next couple of years," said Hahn. "The aim is to create a dataset in which any investigator can say, 'I'm looking for genes that interact with this oncogene or that tumor-suppressor gene.' Our intent is to make these data public in order to help move the field forward."

In the meantime, Hahn said there is considerable interest in testing existing kinase inhibitors as potential new therapies for KRAS tumors. He added that researchers at Dana-Farber and the Broad are interested in developing novel molecular tools to suppress the action of co-dependent oncogene partners.

Il y a un intérêt considérable pour tester des inhibiteurs de kinase comme thérapie potentiel pour les tumeurs qui impliquent le gène KRAS.

The research was supported by grants from the National Cancer Institute and a variety of foundations and organizations.