Концепція синтетичної летальності та її застосування в боротьбі із пухлинами

Два гени вважаються синтетично летальними в тому разі, якщо дезактивація одного з них не спричинює шкоди клітині, в той час як відсутність активності обох генів призводить до загибелі клітини. Вперше такі гени були відкриті в ході досліджень ферментів репарації ДНК Saccharomyces cerevisiae, тоді виявилося що майже 80 % генів дріжджів є синтетично летальними і мають до 10-ти летальних партнерів. В контексті злоякісної пухлини, поява мутації в гені-супресорі пухлинного росту веде до порушення рівноваги сигнальних каскадів і зміщення її в бік гена-партнера. Таким чином виникає надмірне навантаження на білковий продукт гена-партнера, що робить його більш сприйнятливим до дії селективних інгібіторів. Націлюючи терапевтичний препарат на білок-партнер, можна досягнути елімінації клітин раку, при цьому не завдаючи шкоди здоровим клітинам, оскільки останні не мають онкогенних мутацій і, відповідно, білок-партнер у них не сенсибілізований. Той факт, що інгібітор білку-партнеру не впливає на нормальні клітини, теоретично дає можливість  багаторазово підвищити терапевтичну дозу в зв’язку із кращою переносимістю препарату. Загалом, такий підхід повинен відчутно покращити підсумковий результат терапії.

За аналогією із S. cerevisiae гени репарації ДНК є синтетично летальними також і в клітинах людини, а в клітинах раку ці гени до того ж є скомпрометованими. Відомо, що однією з характерних ознак неопластичної клітини є нестабільність геному, яка виникає зокрема завдяки мутаціям в генах репарації ДНК, тому останні являють собою досить зручну ціль для терапії за принципом синтетичної летальності. Озброївшись такою логікою, дослідники факультету медицини і стоматології Університету Альберти (University of Alberta) почали активний пошук летальних партнерів білку PNPK – полінуклеотидкінази/фосфатази. Цей фермент є одним з ключових учасників репарації дво- та одноланцюгових розривів ДНК – він одночасно виконує дефосфорилювання 3’-атома оксисену дезоксирибози і фосфорилювання її 5’-атому для наступного лігування розірваних ланцюгів. Беручи до уваги широкі можливості інгібування PNPK різноманітними фармакологічними препаратами, було почато пошук його летальних партнерів. Складність такого роду дослідження полягає у тому, що прорахувати теоретично який білок є летальним партнером PNPK абсолютно неможливо, оскільки це вимагає детального знання про десятки сигнальних каскадів клітини. Тому таке завдання може бути виконане лише за допомогою широкого одночасного скринінгу багатьох генів in vitro. В даному разі скринінг проводився методом РНК інтерференції на фоні одночасного застосування інгібітору PNPK (до слова, всього було досліджено 6961 ген). З-поміж проскринованих кандидатів лише один ген викликав стабільну загибель клітин у разі його нокдауну одночасно із інгібуванням полінуклеотидкінази/фосфатази. Ним виявився протеїн SHP-1 – ген-супресор пухлинного росту, який кодує фосфатазу з SH2-доменом. Даний білок також задіяний в дефосфорилюванні субстратів тирозинкіназ  (основних учасників проліферативного сигналювання), таким чином він лімітує мітогенні стимули в клітинах; також відомо, що SHP-1 часто мутує в низці неоплазій. Для підтвердження припущення про те, що SHP-1 та PNPK взаємодіють за принципом синтетичної летальності, дві різні клітинні лінії анапластичної лімфоми Karpas 299 (не мають активного SHP-1) і SUPM2 (експресують нормальний SHP-1) були поміщені у культуральне середовище із інгібітором PNPK під кодовою назвою A12B4C3 в концентрації 10 μМ/л протягом 12-16 днів. В результаті спостерігалося переважне виживання клітин SUPM2 і загибель клітин Karpas 299. Для остаточного підтвердження факту залежності інтенсивності апоптозу в культурі Karpas 299 від відсутності експресії SHP-1 на фоні застосування інгібітору PNPK лінія була транфекована вектором, який ніс послідовність гену SHP-1 дикого типу. В результаті клітини Karpas 299 стали менш сприйнятливими до дії A12B4C3.

Далі групою були проведені дослідження, спрямовані на розкриття молекулярного механізму летальної комплементації SHP-1 і PNKP. Виявилося, що відсутність експресії фосфатази пов’язано із накопиченням реактивних форм кисню (РФК) в клітинах in vitro, що на фоні інгібування PNKP вело до різкого збільшення кількості дволанцюгових розривів ДНК і, як наслідок, смерті клітини. Ця гіпотеза була підтверджена шляхом гель-електрофорезу окремої клітини (ДНК комети), а також фактом зниження інтенсивності апоптозу в культурі клітин Karpas 299, оброблених інгібітором PNKP, у разі додавання поглинача РФК (reactive oxygen species scavenger) WR1065. Виражаючись тезами, приведеними на початку повідомлення, синтетично летальна взаємодія генів SHP-1 і PNKP в даному випадку зводиться до того, що інактивуючі мутації або втрата експресії SHP-1, що є рушієм неопластичної трансформації в клітині, паралельно призводить до накопичення РФК. Через це підвищується навантаження на PNKP, що робить його сприйнятливим до дії специфічного інгібітору. Схематичне зображення молекулярного механізму подано на рисунку нижче.

У висновку дослідники також відзначають, що використання фармакологічних інгібіторів PNKP може покращити схеми терапії багатьох типів лімфом, оскільки патологічна відсутність експресії фосфатази SHP-1 характерна для більш ніж 90 % випадків дифузної великоклітинної лімфоми В-лімфоцитів, фолікулярної лімфоми, лімфоми Ходжкіна, лімфоми мантійних клітин, лімфоми периферичних Т-клітин, Т-клітинної лімфоми дорослих, а також для усіх випадків НК/Т-клітинних лімфом. Водночас, в нормальних тканинах мутації SHP-1 зазвичай не спостерігаються.

Рис. 1. Механізм комплементації PNKP та SHP-1 за типом синтетичної летальності. А – нормальне функціонування фосфатази SHP-1 веде до зупинки проліферації клітин. Б – у разі мутації SHP-1 відбувається неконтрольована проліферація внаслідок відсутності своєчасного інгібування каскадів фосфорилювання. Паралельно із цим іншим наслідком мутації є накопичення РФК, що веде до збільшення кількості дволанцюгових розривів ДНК. У разі застосування специфічного інгібітору PNKP пошкодження ДНК не можуть бути виправлені і злоякісна клітина гине.

Продовжити читання:

<назад до вступу     ||     наступна тема: Використання комбінацій специфічних інгібіторів>

Посилання:

ScienceDaily

Cancer Reseach 

Advertisements

Залишити відповідь

Заповніть поля нижче або авторизуйтесь клікнувши по іконці

Лого WordPress.com

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис WordPress.com. Log Out / Змінити )

Twitter picture

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис Twitter. Log Out / Змінити )

Facebook photo

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис Facebook. Log Out / Змінити )

Google+ photo

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис Google+. Log Out / Змінити )

З’єднання з %s