Het koperion Cu⁺ heeft een dubbel karakter in de cel: levensbelangrijk in eiwitten en enzymen voor celgroei, levensgevaarlijk als het vrij in de cel voorkomt. De balans en het transport van Cu⁺ moet dus goed afgestemd zijn. ‘In cellen wordt dit geregeld door eiwitten die ionen door membranen leiden’, vertelt Hennie Valkenier, FNRS Research Associate aan de Université libre de Bruxelles (ULB). ‘Als chemici stellen we dan de vraag: kan dat ook met kleine moleculen?’

In een eerder artikel kwam het transport van bicarbonaat naar voren en ook chloridetransport is al flink onderzocht. ‘Maar het is juist leuk om transport met kleine moleculen te proberen voor ionen waarvoor dit nog niet is gelukt’, vervolgt ze. Zo kwam ze op het idee om Cu⁺-transport onder de loep te nemen. ‘Oorspronkelijk was het idee om kopertransport in te zetten tegen zeldzame genetische ziektes, zoals Wilson en Menkes . Hierbij is respectievelijk soms te veel en soms te weinig koper aanwezig, met veel vervelende consequenties.’

Gemodificeerde gistcellen

De masterstudent die het project tot een proof of principle bracht, Nathan Renier, wilde het niet loslaten en ging ermee door in zijn PhD. ‘We hebben collega’s in Grenoble gecontacteerd om te zien of de moleculen die we hadden ontworpen werkten in levercellen’, zegt Valkenier. ‘Tot onze verbazing zagen we dat onze moleculen in combinatie met koper heel toxisch waren voor kankercellen en een groter effect hadden dan veel huidige antikankermedicatie, ook als het gaat om resistente vormen van glioblastoma en longkanker.’ Ze vroegen vrijwel direct patent aan en namen de ruimte om dit verder te ontwikkelen.

Dat was nodig, want Valkeniers groep was de eerste die Cu⁺-transport door lipide membranen liet zien en het was veel werk om dat aan te tonen. ‘Na de membranen testten we onze moleculen in gemodificeerde gistcellen die geen kopertransporteiwitten hadden’, legt Valkenier uit. ‘Zonder onze moleculen was er geen kopertransport en dus geen celgroei, met onze moleculen wel.’

De moleculen zijn ontworpen met biologische activiteit in het achterhoofd. ‘We haalden onze inspiratie uit hoe twee histidineaminozuren koper binden’, zegt Valkenier. ‘Die imidazoolgroepen hebben we op een ringvormig molecuul gezet, een calix[4]areen.’ De best werkende variant hebben ze Cuphoralix gedoopt – naar koper (Cu⁺), ionophore en calix[4]areen – als subtiele knipoog naar de bekende stripfiguren Asterix en Obelix.

Belevenis

Recent zijn Valkenier en collega’s wederom afgereisd naar Grenoble om van het synchrotron, een Europese onderzoeksfaciliteit, gebruik te maken. Valkenier: ‘Daar kun je dingen zien die normaal onmogelijk zijn om te bekijken. Met röntgenstraling kun je kijken naar fluorescentie van specifieke elementen. Je kon dus precies zien wáár koperionen zich bevonden in organellen, heel indrukwekkend.’

Maar dat was niet het enige indrukwekkende: onderzoek aan het synchrotron zelf is namelijk óók een hele belevenis. Het is een cirkelvormig gebouw van ongeveer een kilometer in omtrek. In het midden van het gebouw staat een deeltjesversneller waarvan de elektronen worden afgebogen, zodat er Röntgenstralen ontstaan. ‘Op specifieke plekken komen deze sterke stalen in zogenaamde beamlines uit de ring , en elke beamline heeft een superfancy lab waar dag en nacht teams uit heel Europa aan het werk zijn’, vertelt Valkenier. ‘Je kunt er tijd huren en op de locatie blijven slapen. Wij hadden het geluk dat het meten van koper in cellen heel lang duurt, dus dan kun je ’s avonds om elf uur de apparatuur een opdracht meegeven en nog een paar uur slaap meepakken. Maar er gebeurt zo veel, alles gaat continu door en de mensen die daar komen hebben echt een passie voor wetenschap.’

Precisie

Valkenier en collega’s bekeken daar de koperdistributie in levercellen (hepatocyten). Daarbij geldt dus: te weinig koper en de cellen groeien niet, te veel koper is toxisch. ‘Iets te veel koper kunnen de levercellen wel aan, dan pakken ze het teveel aan koper in endolysosomen in’, zegt Valkenier. ‘Maar doe je er dan een klein beetje van onze moleculen bij, dan verplaatsen deze het koper uit de endolysosomen naar het cytoplasma, waardoor de concentratie plots te hoog is en de cellen dood gaan.’

Wat volgens Valkenier opviel was de precisie die nodig was in de mate van lipofiliciteit van de moleculen. ‘Het komt ongelooflijk nauw, er is maar een heel kleine range waar je precies in moet zitten om de antikankeractiviteit te zien.’ Cuphoralix is dan ook niet wateroplosbaar en dus kun je het niet injecteren. ‘Met verschillende collega’s werken we nu aan een formule die de moleculen enerzijds wateroplosbaar maakt en anderzijds de kankercellen targets. Die formule moet leiden tot de eerste diertesten.’

Twintig auteurs

‘Dit was typisch zo’n project waarbij we moesten samenwerken met heel veel verschillende disciplines’, zegt Valkenier. ‘We waren met supramoleculaire en organisch chemici, het synchrotron in Grenoble, experts op het gebied van koper in cellen, collega’s die verstand hebben van kanker en behandelingen en mensen die werken met gistcellen. Heel leuk om samen te werken met zo veel mensen.’

Ze wil het interdisciplinaire karakter van het werk onderstrepen. ‘Als we dit niet samen hadden gedaan, hadden we deze ontdekkingen nooit gedaan. We ontworpen de moleculen met collega in Brussel, maar we hadden niet verwacht dat ze ooit van waarde zouden kunnen zijn tegen kanker.’ Het project begon met één masterstudent voor een mastereindproject, met een vage ‘misschien kan het wel’ als motivatie. ‘Dat leidde tot een project van acht jaar waar meerdere doctoraatsstudenten op zijn afgestudeerd en waar een nieuwe generatie alweer mee doorgaat.’ Valkenier concludeert: ‘Mooi hoe één zo’n masterproject kan “sneeuwballen” tot iets veel en veel groters.’

Renier, N. et al. (2025) JACS 148(1), DOI: 10.1021/jacs.5c15335