Застосування системи геномного редагування CRISPR/Cas9 для швидкого моделювання канцерогенезу

Канцерогенез – багатостадійний процес. В загальних рисах його поділяють на ініціацію, промоцію та прогресію. Кожний з етапів характеризується набуттям специфічних мутацій в генах, що відіграють ключову роль в розвитку пухлин, головно – прото-онкогенах та генах-супресорах пухлинного росту. Дослідження індивідуального внеску кожного з таких генів у «спільній справі», результатом якої є злоякісне новоутворення, є вкрай проблемним. На сьогодні існують дуже ефективні методи секвенування геному, настільки чутливі, що дозволяють визначати якісну та кількісну структуру генів окремої клітини. Такі методи активно застосовуються для дослідження гетерогенності популяції пухлинних клітин і є інформативними для вивчення пізніх стадій канцерогенезу. Проте, вони дають лише підсумкову картинку і не дозволяють прослідкувати історію мутацій і роль кожної з них на ранніх етапах неопластичної трансформації.

В наші дні з’явилася безпрецедентна можливість слідкувати за онкогенними мутаціями в режимі реального часу за допомогою…

Читати далі

Advertisements

Агенти впливу пухлини: злоякісні екзосоми

Дедалі більшої уваги набуває відносно нещодавно описаний феномен  дистанційної взаємодії пухлини зі здоровими тканинами організму через секрецію екзосом. Деякі злоякісні клітини здатні до виділення у міжклітинний простір та тілесні рідини наноскопічні везикули – кулясті мішечкі, оточені плазматичною мембраною, які можуть містити різноманітні активні речовини, здатні впливати на фізіологічні процеси, що проходять всередині нормальних клітин. Вчені припускають, що таким чином трансформовані клітини можуть впливати на оточуючі тканини і програмувати їхню діяльність на підтримання пухлини. Зокрема у 2012 році вчені Університету Штату Огайо продемонстрували здатність пухлин пригнічувати імунну відповідь за допомогою екзосом, що містили мікроРНК. А нещодавнє дослідження вчених Техаського Університету виявило взагалі неймовірні речі: біогенез мікроРНК може автономно проходити у везикулах, а потрапляння їх вмісту в нормальні епітеліальні клітини може призводити до їхнього неопластичного переродження. Фактично, отримано ще один доказ того, що «рак» може передаватися від клітини до клітини.

Читати далі

«Молекулярний КітПес» викликає агресивний рак головного мозку

Масштабне дослідження агресивного раку головного мозку, гліобластоми, дозволило виявити новий тип химерного онкогену, утвореного внаслідок хромосомної транслокації. Така генетична аномалія призводить до злиття воєдино двох протеїнів PTPRZ1 та MET із протилежними функціями, нагадуючи героя, а точніше героїв, популярного колись мультфільму «КітПес». Вчені сподіваюся, що їхнє відкриття може стати підґрунтям для розробки цілеспрямованої терапії проти цієї недуги. Але окрім відкриття теоретичної можливості запровадження таргетної терапії гліобластоми, дослідження також вказує на значний недолік сучасного терапевтичного підходу, довгостроковим результатом якого є прогресія злоякісного захворювання.

Читати далі

Методом “еволюції у пробірці” розроблено молекулярну пастку для онкогенного протеїну

Схематичне зображення взаємодії рецептора Axl із фактором Gas6. Рецепторна тирозинкіназа Axl має незвичну для цього типу протеїнів структуру. Він складається з двох імуноглобулін-подібних доменів Ig1 та Ig2, за якими слідують два домени типу фібронектин ІІІ Fn1 та Fn2. У взаємодії із Gas6 беруть участь Ig-домени, причому перший зв’язує ліганд із високою специфічністю (high), а другий – із низькою (low). Стехіометрія зв’язування 2:2, при цьому відбувається димеризація рецепторів і їх аутотрансактивація. Розроблена пастка унеможливлює взаємодію Gas6 із рецептором, що призводить до блокування подальших сигнальних каскадів (посилання наприкінці)

Дослідники Стенфордського інституту розробили препарат, що здатен блокувати метастазування злоякісних пухлин, зокрема раку молочної залози та раку яєчника. Експериментальний терапевтичний агент являє собою штучний протеїн, що з високою ефективністю зв’язує фактор росту Gas6 (growth-arrest-specific protein 6), який присутній у крові пацієнта і може викликати активацію метастатичного фенотипу пухлини. Дослідження препарату на експериментальній мишачій моделі метастазування in vivo виявило, що він призводить до зменшення кількість вторинних пухлинних осередків на 78 % для перещепленої пухлини молочної залози та на 90 % – для раку яєчника.  Вчені назвали свою розробку протеїновою пасткою, якій під силу зупини розповсюдження раку.

Читати далі

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

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:

В лімфоцитах-кіллерах знайдено «непотрібний» ген, який заважає їхній протипухлинній активності

Функція ItpkB в каскаді активації натурального кіллера

Функція ItpkB в каскаді активації натурального кіллера

Вчені з The Scripps Research Institute (TRSI) знайшли механізми за яким відбувається самолімітування активності натуральних кіллерів. Ймовірно, знявши цей запобіжник, вдасться перетворювати НК клітини пацієнта, хворого на рак, на потужну зброю проти неопластичних клітин. Дозрівання та активність натуральних кіллерів залежиться в першу чергу від активації мембранних рецепторів та ефективності проведення сигналу каскадами, що протікають в цитоплазмі. У випадку НК клітин йдеться про інваріантний Т-клітинний рецептор натурального кіллера та про рецептор FcγRIIIa/b, чия дія реалізується головно через фосфоінозитол-3-кіназу (РІ3К) та фосфоліпазу С-гамма. Обидва ці ензими модифікують мембранний ліпід – фосфоінозитол: перший перетворює його на інозитол-(3,4,5)-трифосфат, який залишається мембранозв’язаним і виступає центром збірки сигнальних протеїнів із доменом плекстринової гомології (РН), а другий продукує інозитол-(1,4,5)-трифосфат, який є розчинним клітинним месенджнром і головно призводить до вивільнення кальцію з ендоплазматичного ретикулуму, що необхідно для екзоцитозу активних речовин (медіаторів запалення, інтерферону, поринів та гранзимів). Шлях фосфоінозитолу-3-кінази йде через серин-треонінову кіназу Akt (також відому як протеїнкіназа В), яка ініціює каскад реакцій, що з рештою призводять до синтезу та вивільненню протипухлинного цитокіну інтерферону гамма НК клітинами.

Групі TRSI вдалося виявити, що НК клітини мають додаткову ізоформу фосфоінозитол-3-кінази – IP3 3-kinase B (IP3 3-KB, ItpkB), яка перетворює фосфоінозитол в inositol(1,3,4,5)tetrakisphosphate (IP4). Дана речовина є антагоністом активуючих фосфорильованих форм інозитолу, зокрема справляють інгібіторну дію на РІ3К та Akt. Незважаючи на це, ензим ItpkB є конче необхідним для нормального дозрівання, диференціації натуральних кіллерів, а також для корекції їхньої активності. З цієї причини використання фармакологічних інгібіторів ItpkB навряд чи можна вважати гарним методом посилення протипухлинної активності натуральних кіллерів. Замість цього можна отримати зворотний ефект – відсутність зрілих НК внаслідок дефекту їх диференціювання і, навпаки, гіперактивація зрілих НК в інших локалізаціях, не пов’язаних із пухлиною, і розвиток автоімунних реакцій. Ідея полягає у тому, щоб застосовувати фармакологічні інгібітори ItpkB для гіперактивації порції зрілих НК клітин, виділених від хворого на рак, ex vivo та імплантувати їх в лоно пухлини. Для отримання більш довготривалого й ефективного стримування експресії  ItpkB  можливо застосувати генний нокаут щодо виділених НК-клітин. Лабораторні дослідження на мишах показали, що ItpkB -/-  НК клітини мають набагато вищі рівні продукції інтерферону гама та активніше здійснюють цитотоксичний вплив на злоякісні клітини.

Посилання:

ScienceDaily

 

 

 

blood publication