弱いチューブリン相互作用を介した細胞内のメイタンズノイドの高親和性蓄積

微小管を標的とするメイタンズノイドは、細胞に蓄積し、チューブリンまたは微小管との関連に必要なものよりも250〜1000倍低い濃度で有糸分裂停止を誘導します。この細胞毒性のあるメイタンシノイド、S-メチルDM1、および細胞を含む他のいくつかのメイタンソイドの相互作用を研究したメイタンズノイドのこの細胞内蓄積と例外的な細胞毒性のメカニズムを特定するために。S-メチルDM1は、チューブリンまたは微小管よりも著しく高い見かけの親和性で細胞内に蓄積しました。メイタンシノイドの見かけの親和性は、その細胞毒性と相関していました。MCF7細胞におけるS-メチルDM1の細胞内結合部位の数は、細胞あたりのチューブリン分子の数に匹敵しました（〜4-6×10（7）コピー）。細胞からの3 [H] -S-メチルDM1の流出は、過剰な非適応S-メチルDM1の存在下で増強され、3 [H] -S-メチルDM1が細胞内結合部位に再結合したことを示しています。細胞内保持に。非重合チューブリンを搭載したリポソームは、S-メチルDM1の見かけの高親和性関連を細胞と再現しました。化合物の分子が細胞に拡散し、チューブリンと関連するメイタンズノイドの細胞内蓄積のモデルを提案します。個々のチューブリン分子のメイタンズノイドの親和性は弱いですが、化合物チューブリン複合体の解離後のチューブリン好意の細胞内濃度が高く、チューブリン分子、または同じ細胞の微小管の先端に再結合した後、それらの流出。その結果、微小管の先端のかなりの部分が、腸下濃度で細胞に添加するとメイタンシノイドで占められ、有糸分裂停止と細胞死を誘導します。

The microtubule-targeting maytansinoids accumulate in cells and induce mitotic arrest at 250- to 1000-fold lower concentrations than those required for their association with tubulin or microtubules. To identify the mechanisms of this intracellular accumulation and exceptional cytotoxicity of maytansinoids we studied interaction of a highly cytotoxic maytansinoid, S-methyl DM1 and several other maytansinoids with cells. S-methyl DM1 accumulated inside the cells with a markedly higher apparent affinity than to tubulin or microtubules. The apparent affinities of maytansinoids correlated with their cytotoxicities. The number of intracellular binding sites for S-methyl DM1 in MCF7 cells was comparable to the number of tubulin molecules per cell (~ 4-6 × 10(7) copies). Efflux of 3[H]-S-methyl DM1 from cells was enhanced in the presence of an excess of non-labeled S-methyl DM1, indicating that re-binding of 3 [H]-S-methyl DM1 to intracellular binding sites contributed to its intracellular retention. Liposomes loaded with non-polymerized tubulin recapitulated the apparent high-affinity association of S-methyl DM1 to cells. We propose a model for the intracellular accumulation of maytansinoids in which molecules of the compounds diffuse into a cell and associate with tubulin. Affinities of maytansinoids for individual tubulin molecules are weak, but the high intracellular concentration of tubulin favors, after dissociation of a compound-tubulin complex, their re-binding to a tubulin molecule, or to a tip of a microtubule in the same cell, over their efflux. As a result, a significant fraction of microtubule tips is occupied with a maytansinoid when added to cells at sub-nanomolar concentrations, inducing mitotic arrest and cell death.