Работа вслепую
Группа исследователей из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк, последние несколько лет работает над выявлением генов, связанных с низкой выживаемостью среди онкологических больных. В ходе этой работы исследователи обнаружили, что материнская эмбриональная лейцин-зиппер-киназа (maternal embryonic leucine zipper kinase, MELK), часто встречающаяся в опухолях в высокой концентрации, абсолютно не влияет на рост рака. Это было поразительно, потому что десятки научных работ ранее идентифицировали MELK как причастный к росту рака белок, крайне необходимый для выживания раковой клетки. Тем не менее, когда Джейсон Шелцер и его группа отключили производство MELK с помощью технологии редактирования генов CRISPR, раковые клетки не умирали, они продолжали прежнее существование.
Чтобы подтвердить свои подозрения, исследователи провели большое количество тестов. После тщательной проверки этих результатов группа Шелцера была вынуждена сделать вывод, что MELK не может быть мишенью для лечения рака, каковой считался ранее.
Совместно с исследователями Энн Лин и Крисом Джулиано Шелцер подробно описал, что механизм действия десяти противоопухолевых препаратов ошибочно связали с MELK и другими белками. Все эти десять препаратов, атакующих MELK и другие белки-мишени, в настоящее время проходят клинические исследования примерно с 1000 участников, больных раком. И хотя препараты, по-видимому, всё же способны убивать раковые клетки, делают это они не совсем так, как думали исследователи.
Методу редактирования генов CRISPR предшествовал метод РНК-интерференции (RNAi), который позволял исследователям останавливать синтез белка, препятствуя считыванию информации с определенного гена. Но в отличие от CRISPR, который может полностью разрушить или удалить требуемый ген, технологии RNAi способны только создавать помехи. Существует также вероятность того, что RNAi может нарушить производство тысяч других белков, обнаруженных в клетке человека.
Шелцер и его коллеги заподозрили в непричастности не только MELK, но и шесть других считавшихся перспективными белков, на которые нацелены эти десять экспериментальных препаратов для лечения рака. Используя более точную технологию CRISPR, они решили обнаружить так называемый нецелевой эффект этих лекарств, который на самом деле причастен к гибели раковых клеток.
Один из десяти исследуемых препаратов убивает раковые клетки, предположительно ингибируя белок PBK. Но Шелтцер обнаружил, что механизмы их действич не имеют никакого отношения к тем, что предполагали разработчики, а взаимодействие с PBK не имеет никакого отношения к гибели раковых клеток.
Чтобы выяснить истинный противоопухолевый механизм действия, группа подвергла раковые клетки воздействию очень высокой концентрации PBK-нацеленного препарата. Затем клеткам дали достаточно времени для развития лекарственной устойчивости.
Раковая клетка, которая случайно приобретает генетическое изменение, блокирующее эффективность препарата, выживает после лечения. Определив произошедшие изменения, можно выяснить, как именно лекарство убивало раковые клетки.
Исследователи подвергли воздействию различных мутировавших раковых клеток лекарственным средством OTS964. Почти все штаммы (1-3 столбцы) были уничтожены. Раковые клетки продолжали расти (фиолетовый цвет), только когда мутировали, чтобы противостоять способности препарата блокировать рецепторы белка CDK11. Это доказывает, что CDK11 необходим для роста рака. Источник: CSHL.
Группа обнаружила, что раковые клетки развили устойчивость из-за мутации гена, который кодирует циклин-зависимую киназу CDK11. Ген был мутирован таким образом, что лекарство больше не могло взаимодействовать с этим белком. Ряд других экспериментов подтвердил, что белок CDK11 является истинной мишенью данного лекарства и что многие типы рака зависимы от экспрессии CDK11.
Полученные знания помогут исследователям разработать еще более эффективные лекарственные средства, которые будут конкретно нацелены на CDK11.
Многие лекарства, которые проходят клинические исследования на больных раком пациентах, просто не работают. Если бы доказательства, подобные полученным в данном исследовании, регулярно собирались до того, как лекарства будут допущены до исследований на людях, больные раком добровольцы получали бы эффективное лечение, а процент успешных клинических исследований был бы гораздо выше – в настоящее время только 3% испытываемых противораковых лекарств получают одобрение FDA.
Статья A. Lin et al. Off-target toxicity is a common mechanism of action of cancer drugs undergoing clinical trials опубликована в журнале Science Translational Medicine.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Cold Spring Harbor: Cancer drugs don’t always work as intended, researchers warn.