Nuclear mechanisms in cell death induced by HAMLET (human alpha-lactalbumin made lethal to tumour cells)

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Celler är de minsta levande beståndsdelarna i kroppens vävnader. Under fosterutecklingen och kontinuerligt under livet behöver vävnaderna storlek regleras och gamla celler bytas ut mot nya. Nya celler bildas genom att de gamla delar sig och celler som är skadade, gamla eller inte längre behövs i vävnaden tas bort genom programmerad celldöd. Det innebär att cellerna bryter ned sig själva och äts upp av andra celler, och på så vis undviks en inflammation. Programmerad celldöd är en noggrant reglerad och signalerad process, men om regleringen sätts ur spel, så att celler kan växa obegränsat, kan tumörer bildas. Behandling av tumörer syftar till att döda de förändrade cellerna, men ofta är behandlingen mycket bred och drabbar även frisk vävnad vilket resulterar i obehagliga biverkningar. Vi har upptäckt en molekyl som selektivt angriper och dödar tumörceller. Molekylen, som vi kallar HAMLET (human alpha-lactalbumin made lethal to tumour cells), upptäcktes ursprungligen i bröstmjölk och består av ett protein, alfa-laktalbumin, och en fettsyra, oleinsyra. Alfa-laktalbumin är ett välkänt protein i mjölk och bidrar till bildandet av mjölksocker i bröstkörtlarna under amning. När proteinet bildas veckas det till sin rätta struktur genom att binda en kalciumjon, men alfa-laktalbumin kan också förekomma i andra veckningsformer när kalcium inte finns närvarande. Sådana former av proteinet är normalt sett inte stabila i de miljöer som finns i kroppen, men i HAMLET har en sådan veckningsform stabiliserats med hjälp av fettsyran. I studie I undersökte vi om det är själva förändringen i struktur hos proteinet som är orsak till HAMLETs biologiska effekt, eller om fettsyran i sig har en viktig funktion. Med hjälp av ett muterat alfa-lactalbumin som i frånvaro av fettsyran är stabilt i en HAMLET-liknande form visade vi att proteinet på egen hand inte kan döda tumörceller och att fettsyran behövs för den biologiska funktionen. HAMLET aktiverar vissa kända celldödsvägar i tumörceller, men det finns anledning att misstänka att alternativa mekanismer också är inblandade. För att få en ledtråd till hur HAMLET fungerar har vi studerat den cellulära lokalisationen av HAMLET, och vi fann att en viktig skillnad mellan tumörceller och friska celler är att HAMLET lokaliseras till cellkärnan specifikt i tumörceller. Vi ville därför undersöka vilka funktioner HAMLET har i kärnan, och i studie II undersökte vi kärnmolekyler som kan interagera med HAMLET. Vi fann att HAMLET kan associera med en grupp av proteiner, histoner, som organiserar DNA som kromatin i cellkärnan. HAMLETs interaktion med histoner i tumörceller skulle kunna leda till celldöd genom att störa funktionen av kromatinet. Hur en sådan effekt av HAMLET på kromatin kan leda till delldöd är inte känt, men en vanlig mekanism för att signallera skador på DNA är p53-systemet. p53 är ett protein som kontrollerar att DNA är helt och funktionellt, och om det upptäcker skador kan det starta ett celldödsprogram. I studie II studerade vi därför om p53 har någon funktion i HAMLET-inducerad celldöd. Vi jämförde celler med normalt p53 med 41 celler som saknar p53 och kunde inte finna någon skillnad i känslighet för HAMLET. HAMLET skiljer sig därigenom från många kända celldödssubstanser genom att det dödar celler oberoende av p53. Detta är en fördel vid behandling av tumörer eftersom många tumörceller saknar funktionellt p53. I studie IV studerade vi den molekylära basen för interaktionen mellan HAMLET och histoner med hjälp av alfa-laktalbumin och HAMLET-liknande komplex från olika djurarter. Resultaten visade att alfa-laktalbumin för att binda histoner måste vara i en HAMLET-liknande veckningsform, men att fettsyran inte påverkar bindningen. De flesta HAMLET-liknade komplex som dödar tumörceller kunde interagera med histoner. Vi föreslår därför att interaktionen med histoner i cellkärnan är en viktig del av HAMLETs tumördödande funktion.