Эффективность химиотерапии можно оценить по степени деградации рРНК
Максим Чубик, PCR.news
Для эффективного применения неоадъювантной химиотерапии необходимы надежные биомаркеры гибели опухолевых клеток. Такие биомаркеры повысят результативность химиотерапии и позволят снизить выраженность побочных эффектов.
При мониторинге выраженности ответа рака молочной железы на неоадъювантную терапию критерий полного патоморфологического ответа (pCR) является достаточно надежным показателем гибели опухолевых клеток. Однако pCR оценивается уже после лечения, что не позволяет использовать его во время химиотерапии и для выявления пациентов с невосприимчивыми опухолями. Другие биомаркеры, используемые для оценки эффективности противораковых препаратов, не способны различать цитотоксические и цитостатические эффекты лекарств: они количественно определяют нарушение клеточных функций (митохондриальное дыхание, целостность плазматической мембраны или способность к делению), но не могут однозначно подтвердить гибель опухолевых клеток.
Группа канадских исследователей ранее показала, что неоадъювантная химиотерапия может вызывать деградацию опухолевой рибосомной РНК (рРНК) у пациентов с раком молочной железы. Уровни разрушение опухолевой рРНК во время химиотерапии коррелировали с показателями pCR и улучшением безрецидивной выживаемости пациентов. В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports, ученые показали, что разрушение рРНК индуцируется несколькими различными химиотерапевтическими агентами и является ответом на окислительный стресс, стресс эндоплазматического ретикулума, ингибирование трансляции белка, а также дефицит питательных веществ и факторов роста.
Авторы исследовали деградацию рРНК in vitro на различных линиях опухолевых клеток, обработанных широким спектром химиотерапевтических препаратов и соединениями, активирующими клеточный стресс. Степень деградации РНК оценивали с помощью индекса разрушения РНК (RNA disruption index, RDI): отношения между суммой площадей всех аномальных пиков, наблюдаемых на электрофореграммах РНК, и суммой площадей пиков 28S и 18S рРНК.
Ученые идентифицировали большое разнообразие фрагментов рРНК с высоким молекулярным весом после обработки клеток. Согласно данным нозерн-блота, источником фрагментов РНК является 28S рРНК — структурная рРНК большой субъединицы рибосом (по крайней мере, частично).
Исследование показало, что разрушение РНК — широко распространенное явление, наблюдаемое в ответ на различные химиотерапевтические агенты в клеточных линиях, полученных из опухолей различных типов клеток (эпителиальные клетки молочной железы, эпителиальные клетки яичников, миелоидные клетки и меланоциты). Исследователи доказали строгую взаимосвязь между степенью разрушения рРНК и гибелью опухолевых клеток, измеряемой по трем критериям: уменьшение количества клеток, потеря способности к делению и увеличение пика фракции суб-G1, который отражает количество апоптотических клеток.
Степень деградации РНК зависела от конкретного агента или стрессора. Кроме химиотерапевтических средств, увеличение значений RDI наблюдалось после обработки клеток антибиотиком тапсигаргином, который активирует стресс эндоплазматического ретикулума, ингибитором синтеза белка в рибосомах циклогексимидом, а также вызванным H2O2 окислительным стрессом и ограничением питательных веществ и факторов роста в результате разведения среды.
Вероятно, в степени разрушения РНК играют роль и дополнительные факторы, например, механизм действия препарата. Так, доксорубицин и эпирубицин, которые ингибируют топоизомеразу II, вызывали более сильную деградацию РНК, чем агенты, стабилизирующие микротрубочки, такие как доцетаксел и паклитаксел.
В целом агентами, которые наиболее сильно индуцировали разрушение РНК, были препараты, воздействующие на топоизомеразу II, что позволило авторам сделать предположение о существовании связи между ингибированием топоизомеразы II, блокированием развития клеточного цикла и путем распада нефункциональных рРНК (NRD, nonfunctional rRNA decay). NRD — это механизм распознавания и разрушения дефектных зрелых рРНК. Другой возможный механизм разрушения РНК может включать индуцированную стрессом активацию путей, способствующих селективной аутофагической деградации зрелых рибосом, процесс, известный как рибофагия.
Дополнительный механизм, который может способствовать разрушению рРНК — химическое неферментативное расщепление. Некоторые химиотерапевтические препараты являются сильными индукторами активных форм кислорода, что также может играть определенную роль в разрушении РНК. Известно, что раковые клетки генерируют гораздо более высокие уровни активных форм кислорода, чем неопухолевые клетки, поэтому раковые клетки могут быть предрасположены к индуцированному стрессом разрушению РНК.
Деградация РНК под воздействием химиотерапевтических препаратов также наблюдалась в нормальных клеточных линиях. В частности, авторы показали, что вызванное доксорубицином разрушение РНК можно наблюдать в клеточных линиях MCF-10A и HUVEC. Возможная связь образования активных форм кислорода с повреждением РНК может объяснить не только деградацию РНК в нормальных клетках на фоне химиотерапии, но и зависимость уровня повреждений РНК от времени и дозы.
Исследование показало, что разрушение рРНК — широко распространенное явление, проявляющееся в клетках млекопитающих в условиях стресса, а высокий уровень деградации РНК связан с началом гибели клеток. Феномен индуцированной стрессом деградации рРНК известен уже несколько десятилетий и изучен в различных моделях in vitro с участием многочисленных химических агентов и клеточных стрессоров. Однако в новом исследовании использовался показатель RDI для количественной оценки степени деградации рРНК, что позволяет надежно определить возможные различия в способности определенных агентов вызывать деградацию рРНК.
Источник: Butler P., et al. RNA disruption is a widespread phenomenon associated with stress-induced cell death in tumour cells // Scientific Reports.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru