Молекулярний механізм загоювання ран залучений в резистентності раку сечового міхура до хіміотерапії

З часу, коли знаний американський онколог Гарольд Дворак порівняв пухлину із “раною, що ніколи не загоюється”, пройшло вже майже тридцять років, а така аналогія досі є як актуальною, так і не до кінця зрозумілою. Вчені Baylor College of Medicine (Х’юстон, США) описали шлях, який призводить до набуття резистентності до хіміотерапії раку сечового міхура. Оскільки таргетні препарати для лікування цього типу пухлин ще не розроблені, то на сьогодні способи протидії зводяться лише до хірургічного видалення та неспецифічної цитотоксичної хіміотерапії. Такі підходи дозволяють швидко зменшити пухлинну масу, але зазвичай тривалість ремісій не є оптимальною, і хвороба скоро повертається. Обидва зазначені вище методи лікування є доволі травматичними для тканин організму і пов’язані з вивільненням специфічних молекул, які сигналізують запалення та запускають каскади відповіді на пошкодження, результатом чого за норми є загоювання рани. Але, оскільки рак – стан патологічний – нормального загоювання не відбувається. Однією з таких сигнальних молекул є простагладин Е2 (PGE2), рівень якої значно підвищується у пацієнтів, які проходять циклічні курси хіміотерапії та/або були прооперовані. Техаським вченим вдалося встановити, що PGE2 взаємодіє із рецепторами на поверхні спочиваючих ракових стовбурових клітинах (quiescent cancer stem cells) і активує їх проліферацію точнісінько так само, як це відбувається за норми із стромальними стовбуровими клітинами, які заповнюють собою проріху, що утворилася внаслідок пошкодження. Проте злоякісні клітини характеризуються численними мутаціями, тому некоректно поводять себе під час цього процесу. Зокрема, відомо, що ракові клітини позбавлені контактного інгібування, тож продовжують розмножуватися, навіть тоді, коли за норми мали б припини це робити. Таким чином, пухлина використовує природний процес для своєї експансії, а хіміотерапія лише діє як селективний агент. Дослідницька група Baylor College of Medicine пропонує спосіб розірвати це порочне коло шляхом застосування специфічного інгібітора циклооксигенази-2 (COX2) під назвою целекоксіб (celecoxib). Він здатний ефективно пригнічувати PGE2-опосередковане сигналювання загоювання ран, що по ідеї повинно тримати під контролем стовбурові клітини раку. Вивчення ксенотрансплантатів пухлин сечового міхура на мишачих моделях in vivo підтвердило можливість стримування пухлинного росту за допомогою целекоксібу. Також гарною новиною є те, що згаданий вище терапевтичний препарат вже стверджений Управлінням продовольства і медикаментів (Food and Drug Administration, FDA), що дозволить значно полегшити і прискорити його клінічні випробовування і впровадження в якості схеми терапії раку сечового міхура.

Посилання

ScienceDaily_Logo

Advertisements

Точкова мутація в каталітичній субодиниці фосфоінозитол-3-кінази веде до її рецептор-незалежної активації

Група дослідників Case Western Reserve вперше описала новий шлях активації онкогенного каскаду, керованого фосфоінозитол-3-кіназою (PI3K). Отримані ними дані свідчать на користь того, що каталітична субодиниця кінази p110α  набуває здатності вступати в протеїн-протеїнові взаємодії зі своїм функціональним партнером у разі виникнення точкової мутації – заміни залишку глутамату на лізин в 545-му положенні. За таких обставин p110α втрачає потребу у посередництві регуляторної субодиниці p85, попередньо активованій шляхом  фосфорилюванням з боку рецепторної тирозинкінази, і може напряму взаємодіяти із фактором IRS1 (insulin reseptor substrate 1) і залучати його для допомоги у здійсненні фосфорилювання фосфоінозитолу (як показано на рисунку) і подальшій активації проліферативного каскаду PIK3/Akt. Таким чином мутована каталітична субодиниця p110α починає діяти як внутрішньоклітинний незалежний від рецептору онкоген.

Ген PI3KCA, який кодує p110α, часто мутує на ранніх стадіях розвитку різноманітних пухлин, зокрема в раку молочної залози, прямої кишки та меланомі. Наразі відомі дві «гарячі точки мутації» в білку PI3KCA, одна з них знаходиться в альфа-спіралі в позиції 545, друга – в кіназному домені в позиції 1047. Вчені показали, що саме мутація в альфа-спіральному, а не кіназному, домені призводить до того, що каталітична субодиниця набуває здатності уникати інгібуючого впливу p85 та взаємодіяти із нефосфорильованим IRS1. Останній же стабілізує p110α (робить його недоступним для протеасоми) і, що найголовніше, спрямовує його до клітинної мембрани, де знаходяться залишки фосфоінозитолу. На моделі in vivo з використанням мишей із видаленим тимусом було продемонстровано абсолютна необхідність здаємодії p110α, який несе мутацію E545K, із IRS1 для експансії трансформованих клітин перещеплювальної пухлини.

Загалом, дані свідчать на користь того, що мутація E545K в альфа-спіралі каталітичної субодиниці фосфоінозиол-3-кінази веде до пришвидшення мітотичних циклів та посилення рухливості клітин, що відповідає прояву злоякісного метастазуючого фенотипу пухлини. В довершення дослідження вчені сконструювали пептид, що містив частину альфа-спірального домену із вищезгаданою сутацією, і ввели цей пептид в злоякісні клітини. Виявилося, що пептид конкурентно зв’язував IRS1 і не давав йому взаємодіяти із мутованою каталітичною субодиицею p110α, перериваючи таким чином онкогенний сигнал. На моделі in vivo це проявлялося як значне зменшення пухлинної маси ксенотрансплантату. Дослідники резюмують, що рентгеноструктурний аналіз комплексу мутантної форми p110α та IRS1 та подальший підбір низькомолекулярних сполук, що будуть здатні інгібувати утворення такого комплексу, є перспективним напрямом розробки таргетної терапії злоякісних новоутворень, які несуть мутацію E545K в альфа-спіральному домені каталітичної субодиниці фосфоінозитол-3-кінази.

Посилання

ScienceDaily

Нове терапевтичне антитіло здатне розпізнавати онкопротеїн всередині клітини

Chimeric antibody HLA recognition

Антиген спадкової пухлини ВільмсаWT1 – вже давно є перспективною ціллю таргетної терапії, проте досі не розроблено жодного ефективного підходу до даної наукової задачі. Зазначений протеїн є фактором транскрипції, який містить в своїй структурі цинкові пальці і керує морфогенезом урогенітальної системи. Мутації в гені WT1 спостерігають у разі родинної пухлини Вільмса (новоутворення нирки, що найчастіше спостерігаються у дітей). Також експресія даного гену супроводжує деякі типи раку молочної залози, серозної карциноми яєчника, мезотеліоми та декількох типів лімфом. У разі пухлини Вільмса WT1 виступає супресором пухлинного росту, який зазнає інактивуючої мутації, тоді як в інших неоплазіях WT1 може слугувати раково-ембріональним антигеном, бо зазвичай не експресується в клітинах дорослого організму. В обох випадках WT1 може слугувати ціллю для імунотерапії раку, проте, оскільки цей білок є виключно внутрішньоклітинним, такий підхід до останнього часу був не доступний.

Дослідницька група Sloan-Kettering Institute розробила моноклональне антитіло, назване ними ESK1, націлене на онкопротеїн WT1. Вони досягли розпізнавання антитілом процесованого пептиду WT1 (під кодовою назвою від перших трьох амінокислот – RMF) у складі молекули головного комплексу гістосумісності класу І (МНС І, точніше HLA-A0201), тобто вперше «змусили» антитіло – продукт В-клітини – виконувати функції Т-клітинного рецептора. Як каже керівник дослідження Cheng Liu: «ESK1 віщує зміну парадигми в галузі імунотерапії моноклональними антитілами. Наше дослідження демонструє, що терапевтичні антитіла більше не обмежена протеїнами-мішенями, що доступні на поверхні клітини, а можуть також бути націлені на білки, які перебувають всередині пухлинної клітини».

Успішні випробування in vitro на патологічному матеріалі, взятому від пацієнтів, хворих на гостру лімфобластну лімфому, та на мишачій моделі згаданого захворювання in vivo,  довели ефективність антитіла ESK1 в боротьбі проти WT1-експресуючої лейкемії. Від початку антитіло проектувалося як вектор для цільової доставки токсичних агентів до неопластичних клітин. Проте, на приємний подив дослідників, антитіло виявилося токсичним для злоякісних клітини саме по собі. Загибель  лейкемічних клітин спостерігалася як у випадку введення антитіла разом із Т-кіллерними клітиними (що спричинювало реакцію антитіло-залежної цитотоксичності), так і в разі додавання самого лише антитіла. Логічно, що основним недоліком такої терапії є те, що вона дієва лише щодо пацієнтів, які хворіють на WT1+, HLA-A0201+ пухлини . Але за словами авторів дослідження за рік в світі щонайменше з’являється 1 мільйон онкохворих, чиї пухлини експресують WT1, і додають, що розроблений ними метод можна прилаштувати для отримання терапевтичних моноклональних антитіл із схожим принципом дії, але з іншими специфічностями.

Посилання

ScienceDaily

Science

Описано раніше невідомий шлях активації онкогена Ras

Комп'ютерна модель моноубіквітинільованого протеїну Ras

Комп’ютерна модель моноубіквітинільованого протеїну Ras. В центрі малюнку – ковалентний зв’язок між залишком лізину в 147-му положенні Ras та залишком гліцину молекули убіквітину

Спільні дослідження проведені University of North Carolina Lineberger Comprehensive Cancer Center та Harvard виявили ще один шлях активації протоонкогену К-Ras (одного з трьох членів родини малих ГТФаз Ras, що також включає H-Ras та N-Ras). На цей раз йдеться не про мутації, що призводять до змін в структурі протеїну, а про посттрансляційну модифікацію – моноубіквітинування. Така модифікація перешкоджає взаємодії Ras із протеїном активатором ГТФази (GAP), що з рештою призводить до того, що Ras не гідролізує ГТФ і не виходить з активного стану (той самий механізм лежить в основі онкогенезу при мутації Ras).

Малі ГТФази посідають чільне місце в процесах росту та диференціації клітин. Ras постійно циркулює між неактивною формою, зв’язаною із GDP, і активною формою, зв’язаною із GTP. Конформаційні зміни, що відбуваються через заміну GDP на GTP та гідроліз GTP до GDP, головним чином стосуються положень 30 – 37 («перемикач І») та 60 – 76 («перемикач ІІ»), і зміни топології в цих ділянках протеїну визначають специфічність зв’язування Ras із його регуляторами та ефекторами. Ефекторні білки, що ініціюють активаторні каскади, контрольовані Ras, із більшою афінністю розпізнають Ras-GTP, ніж Ras-GDP. Сам по собі Ras володіє слабкою ГТФазною активністю і потребує білок-партнер – GTPase-activating protein (GAP) – для здійснення згаданого каталітичного акту і переходу до неактивного Ras-GDP стану. Надалі, взаємодіючи із Guanine nucleotide exchange factors (GEFs), Ras знову входить в активний стан, отримуючи «свіжу» молекулу ГТФ.

Дослідження засвідчують, що моноубіквітинування K-Ras по 147 положенню може перетворити останній на онкоген, і навпаки, мутанти K-RasK147L не можуть бути моноубіквітиновані і тому не здатні спровокувати трансформацію NIH 3T3 мишачих фібробластів. Застосування ядерного магнітного резонансу дозволило встановити, що у разі моноубіквітинування K-Ras по 147 положенню жодним чином не впливає на внутрішні біохімічні властивості протеїну, натомість сильно знижує його здатність взаємодіяти із GAP. Це веде до зменшення здатності K-Ras гідролізувати ГТФ та до накопичення активної K-Ras-GTP форми прото-онкогену. Причому критичним є саме 147 положення – модифікація залишків лізину, що знаходяться поблизу, такого ефекту не справляє.

Посилання

ScienceDaily

Знайдено спосіб покращення імунотерапії саркоми Евінга

Група дослідників Каролінського інституту відповіла на питання чому імунотерапія саркоми Евінга не є ефективною для більшості пацієнтів. До сьогодні для лікування згаданого злоякісного новоутворення в межах клінічних випробувань використовувалися моноклональні антитіла здатні блокувати рецептор інсулін-подібного фактору росту (IGF-1). Дане антитіло дійсно ефективно перериває зв’язування IGF-1 зі своїм рецептором, але за разом виявилося потужним активатором MEK/ERK проліферативного каскаду. Тобто замість блокування дії фактору росту, антитіло натомість частково перебирало на себе його функцію. І це пояснює чому клінічні випробування цього типу терапі спричиняло погіршення стану більшості пацієнтів, проте як тільки буде знайдено надійний спосіб переривання зв’язку між IGF-1R та MEK/ERK каскадом, імунотерапія моноклональними антитілами проти рецептору інсулін-подібного фактору росту стане більш дієвою. Насправді інгібітори серин-треонінових кіназ MEK/ERK каскаду вже існують. Отже наступним кроком дослідників буде розробка комбінованої терапії моноклональними антитілами та зазначеними інгібіторами, що має справляти кращий терапевтичний ефект. Окрім саркоми Евінга такий підхід теоретично можна застосовувати до будь-яких пухлин, залежних від IGF-1.

Посилання:

EurekAlert!

PNAS