Вчені вдарили по слабкому місцю пухлини: індукція оксидативного стресу в клітинах раку легень

Клітини раку є сенсибілізованими до оксидативного стресу через певні особливості метаболізму, і якщо їх трошечки підштовхнути в бік продукції реактивних форм кисню – вони приречені на смерть, чи бодай зупинку проліферації. Таку тезу демонструє нам дослідження американських вчених UT Southwestern Medical Center, яким вдалося спинити розмноження клітин раку легенів застосувавши звичайний антидіабетичний препарат. Але за таким здавалось би простим підходом стоять роки кропіткої наукової роботи і сучасна методологічна база, що знадобилися для розкриття молекулярного механізму дії цього препарату.

Загальна схема експерименту та основні отримані результати. Деталі у тексті, посилання наприкінці.

Читати далі

Вражаюче реалістична візуалізація мелекулярних процесів всередині клітини

Вашій увазі пропонується дивовижні відео авторства Drew Berry, які демонструють молекулярні машини клітин у дії. Комп’ютерна анімація — єдиний доступний шлях демонстрації процесів у клітині, які відбуваються на молекулярному рівні. Причиною цього є те, що сучасні засоби фільмування працюють із світлом видимого спектру, тоді як молекули в клітині набагато менші, ніж довжини хвиль світла видимого діапазону (а зняти відео за допомогою електронного мікроскопу неможливо, оскільки препарат має бути обов’язково фіксованим, що a priori не передбачає ніякої динаміки на екрані). Основною ціллю творця цих відео є відображення молекулярних процесів із максимальною точністю та деталізацією, керуючись усіма наявними знаннями про них. Форми та розміри молекул, топологія їхніх взаємодій, масштаб — усе це можливо реалістично зобразити базуючись на результатах структурних досліджень, зокрема завдяки комп’ютерному моделюванню на основі даних рентгеноструктурного аналізу. Із вражаючою точністю передана поведінка молекул, їхні рухи та конформаційні перетворення. Слід пам’ятати, що дійство відбувається на нано-рівні, де всім керує хаос і закони статистичної термодинаміки. Кожна індивідуальна молекула протеїну піддається невпинному обстрілу молекулами води та різних іонів (приблизно 10000000000000 ударів щосекунди!), ось чому усі об’єкти в анімації безперервно коливаються (так званий броунівський рух). Проте у відео є і неточності. Зокрема показано, що молекулярні машини перебувають у “вільному плаванні”, наче у розчині, але насправді всередині клітини набагато менше вільного місця. Білки займають близько 40 % цитоплазми, тому молекулярне життя клітини більше нагадує  штовханину в нескінченній годині пік, ніж вільне плавання. Але це звичайно не псує картинку, і не зменшує захоплення від побаченого.

Пропоную подивитися відео процесів, які мають найбільше значення у процесі канцерогенезу: апоптоз та клітинний поділ (мітоз)

Апоптоз

Це відео ілюструє апоптоз, ініційований зовнішніми сигналами шляхом взаємодії FasL-FasR. Також існують внутрішні стимули апоптозу, але вони тут не розглянуті

[1:10] – Зв’язування FasL на поверхні Т-клітини кіллера із Fas-рецептором (CD95). Т-кіллер не відразу вбиває клітину. Спочатку він має переконатися, що всередині клітини відбуваються паталогічні процеси (наприклад розмноження вірусу). Тому спочатку Т-клітинний рецептор клітини-кіллера розпізнає пептид, презентований молекулою головного комплексу гістосумісності першого класу (MHC I). Якщо пептид являє собою частину чужорідного білка, що не експресується в клітині за нормальних умов,  Т-клітинний рецептор “залипає” на досить тривалий час, тому вірогідність, що FasL-FasR прореагують, значно зростає. У разі, якщо пептид у комплексі MHC I є частиною нормального клітинного протеїну, Т-клітинний рецептор швидко від’єднується і Т-кіллер мігрує далі.

[1:22] – Збірка адапторного комплексу із цитоплазматичним доменом Fas-рецептору. Претеїн-протеїнові взаємодії опосередковані так званими доменами смерті (death domain)

[1:41] – Зв’язування про-каспази 8 її активація шляхом обмеженого протеолізу та димеризація та утворення активної каспази 8

[1:52 – 2:40] – Так званий каспазний каскад. Каскадні процеси в клітині необхідні для підсилення первинного сигналу, отриманого від рецептора. Відтак, у каскаді є так звані процесорні та ефекторні каскази. Каспаза 8 є процесорною каспазою і може здійснювати протеолітичну активацію лише каспази 3, тоді як остання може протеолітично розщеплювати різноманітні клітинні білки, в тому числі білки мікрофіламентів, тому її називають ефекторною.

[2:41 – 2:48] – Вихід цитохрому С з міжмембранного простору мітохондрії. Цей процес зображено не достатньо детально у відео. Зазначу лише, що це відбувається внаслідок зміщення рівноваги білків-пороутворювачів, що належать до родини Bcl-2, на цитоплазматичному боці зовнішньої мітохондріальної мембрани. Зсув у рівновазі також завдячує активності каспази 8.

[2:50 – 3:18] – Утворення апоптосоми – мультимерного комплексу цитоплазматичного протеїну Apaf-1, мітохондріального цитохрому С та процесорної каспази 9

[3:32] – Активація каспази 3 апоптосомою

[3:47] – Каспази 3 “розбирає” цитоскелет…

[4:17] – … через це клітина розпадається на так звані апоптотичні тільця.

Хромосома, кінетохори та поділ клітини (мітоз)

Оскільки це відео озвучене, воно не потребує такої кількості коментарів, яка попереднє. Є лише невеличке зауваження стосовно зображення переходи від метафази до анафази [3:53]. Тут показано, що мікротрубочки, прикріплені до дочірніх хромосом тягнуть їх до протилежних полюсів мітотичного веретена. Але насправді, нині немає переконливих доказів, що це відбувається саме так. Сучасні дані свідчать, що мікротрубочки в силу своїх структурних особливостей налаштовані лише на штовхання і не можуть нічого тягнути. Тому вважається, що роботу по розведенню хромосом по дочірніх клітинах виконують так звані полярні мікротрубочки. На відміну від кінетохорних мікротрубочок, полярні не сполучаються із хромосомами. Натомість полярні мікротрубочки, що виходять із протилежних полюсів мітотичної клітини, взаємодіють між собою і створюють напругу на екваторі, розштовхуючи метафазні хромосоми в протилежні боки.

інші відео: реплікація, транскрипція, сплайсинг, трансляція – центральна догма біології

Для того, щоб ближче познайомитися із творцем цих чудових відео, Drew Berry, пропоную подивитися його виступ на TEDtalk Syndey:

 

Подвійний удар по хронічній мієлоїдній лейкемії

Останні розробки в галузі дизайну специфічних препаратів свідчать, що застосування комбінації таргетних терапевтичних молекул або препаратів із розширеною специфічністю (так званих multi-target drugs, детальніше читати тут) поступово викристалізовується у новий сучасний тренд фармакології. В цьому плані було б зовсім не коректно оминути увагою нові можливості, що відкриваються у лікуванні хронічної мієлоїдної лейкемії (ХМЛ). Згадана гематологічна неоплазія є хрестоматійним прикладом дослідження молекулярних механізмів канцерогенезу. ХМЛ – перший тип раку, в якому в середині 70-х рр. ХХ ст. було виявлено специфічне генетичне порушення: реципрокну хромосомну транслокацію між 9 та 22 хромосомами. Далі на початку 80-х доведено, що транслокація є причиною експресії онкогену – химерного протеїну Bcr-Abl, який викликає неконтрольований поділ лейкемічних клітин. І нарешті на початку 2000-х рр. було введено у клініку перший у світі таргетний препарат, що націлений на онкоген Bcr-Abl. Таким чином третє тисячоліття ознаменувалося початком ери таргетної терапії раку. Також саме на ХМЛ були досліджені і сформульовані такі поняття як нестабільність геному злоякісної клітини та клональна еволюція, і вперше постало питання резистетності раку до таргетної терапії.

Молекулярні основи хронічної мієлоїдної лейкемії. Реципрокна транслокація між 9 та 22 хромосомами t(9;22) є характерним генетичним маркером ХМЛ. Внаслідок обміну хромосомними сегментами відбувається злиття генів BCR та ABL на вкороченому аддукті 22-ї хромосоми (аддукт має спеціальну назву – філадельфіська хромосома). Продуктом злитого гену є химерний протеїн Bcr-Abl, який є постійно діючою тирозин-кіназою, яка шляхом фосфорилювання запускає сигнали до проліферації та виживання лейкемічної клітини. Джерело: Fröhling S.,  et al, Chromosomal Abnormalities in Cancer. The New England Journal of Medicine. 2008; 359:722-34

Читати далі

Знайдено спосіб блокування онкогенного фактору транскрипції Bcl6 в клітинах лімфоми

Bcl6 – це транскрипційний фактор, що в своїй структурі має консервативні ДНК-зв’язуючі домени (цинкові пальці), а на N-кінці містить домен POZ/BTB, який задіяний в гомодимеризації Bcl6 та зв’язуванні із репресорами транскрипції (SMRT, NCOR та BCOR20). Bcl6 є важливим регулятором діяльності імунної системи: задіяний в організації зародкового центру лімфовузла (germinal center – GS), спрямовуючи диференціювання В-клітин та хелперних Т-клітин, а також контролює сигналювання макрофагів у відповідь на стимулятори запалення шляхом антагонізму із STAT/Il-4 сигналюванням. В експериментальних системах нокаут даного фактора є летальним, а умовний нокаут призводить до розвитку системного запалення та атеросклерозу, та неможливості продукування антиген-специфічних антитіл, що веде до дефектів імунної відповіді на патогени. Проте Bcl6 також бере участь в процесі трансформації В-лімфоцитів – в ґенезі лімфопроліферативного захворювання під назвою дифузна велико-В-клітінна лімфома (diffuse large B-cell lymphoma – DLBCL). Вважається, що Bcl6 потрібний для швидкої експансії В-клітин під час процесу відбору специфічних В-лімфоцитів у лімфовузлі. Тож зазначений фактор транскрипції підтримує високий темп клітинного циклу попри наявні пошкодження ДНК, викликані ферментами соматичного гіпермутагенезу, що в решті решт призводить до швидкої еволюції імунного фенотипу і селекції В-клітин, що експресують найбільш ефективні антитіла проти патогенну. У зв’язку із цим Bcl6 може прямо пригнічувати експресію негативних регуляторів клітинного циклу та генів-супресорів пухлинного росту (ATR6, CHEK1, EP300, TP53 та CDKN1A).

Читати далі

Сигнальні каскади проліферації та канцерогенезу

Плейліст складається з відео, які в загальних рисах демонструють сигнальні каскади, задіяні у проліферації клітини, проілюстровані сигнальні шляхи фосфоінозитол-3-кінази, MAPK кіназного каскаду та сигналювання епідермального фактору росту HER. У разі порушення балансу проліферативних сигналів внаслідок мутацій білків-учасників згаданих каскадів клітина може отримати можливість неконтрольовано поділятися, що є однією з визначальних рис злоякісного переродження. Також відео охоплює молекулярні механізми апоптозу й ангіогенезу.

За матеріалами сайту biooncology.com: