Новый подход повышает эффективность лечения рака
Исследователи онкологического института Дана-Фарбер, работающие под руководством доктора Джеймса Брэднера (James Bradner), разработали новый многообещающий прицельно действующий метод лечения рака, который, в отличие от традиционных подходов, не только блокирует активность патологических белков в клетках, но и разрушает молекулы белков-мишеней.
Целью разработки новой стратегии было преодоление резистентности опухолей к лечению, которая развивается после того, как злокачественные клетки находят способы избегать воздействия препарата, на который они реагировали изначально. Одной из причин развития резистентности является то, что патологические белки опухолевых клеток часто выполняют множество функций, тогда как прицельно действующие препараты ингибируют только одну или несколько из них. Традиционные препараты оставляют клеткам возможность адаптироваться и найти альтернативные механизмы, обеспечивающие их рост и деление.
Поэтому авторы посвятили свою работу поиску методов, обеспечивающих физическое разрушение белков-мишеней, а не только подавление их активности. Такой подход подразумевает вовлечение естественной внутриклеточной системы уничтожения белков. Подлежащие уничтожению износившиеся или ненужные молекулы белков метятся специальной меткой, представляющей собой молекулу белка убиквитина. Процесс убиквитинирования осуществляется тремя ферментами Е1 (убиквитинактивирующий фермент), Е2 (убиквитинконъюгирующий фермент) и Е3 (убиквитинлигаза). После завершения убиквитинирования меченые белки поступают внутрь мембранных пузырьков, известных как протеасомы, где происходит их ферментативное расщепление.
Для того, чтобы задействовать эту систему в уничтожении раковых белков, авторы создали химический адаптер, благодаря которому прицельно действующий препарат связывает молекулу белка-мишени непосредственно с одним из компонентов системы уничтожения белков. Результатом этого является быстрое и полное уничтожение белка-мишени.
Исследователи протестировали прототипы новых лекарственных средств, которым они присвоили название «дегронимиды» (“degronimids”) на лейкемических клетках. Они начали с препарата JQ1, ингибирующего BRD4 – белок, регулирующий экспрессию генов злокачественного роста. К молекуле JQ1 прикрепили адаптер из фталимида – химического производного препарата талидомида. Структура такого адаптера обеспечивает его прочное связывание с ферментом убиквитинлигазой.
При воздействии конъюгата JQ1-фталимид, получившего название dBET1, на лейкемические клетки, входящий в их состав белок BRD4 был полностью разрушен менее чем за час. Авторы считают, что это является демонстрацией возможности использования подобных конъюгатов в лечении рака без риска развития резистентности опухолевых клеток к терапии.
.
Кристаллическая структура dBET1 (желтые палочки), связанного с BRD4(1) (желтая лента),
в наложении на структуру JQ1 (серебристые палочки), связанного с BRD4 (серебристая лента).
Для оценки селективности действия dBET1 исследователи измерили количество всех белков в лейкемических клетках до и через два часа после воздействия препарата. Оказалось, что деградации подвергаются только три из 7 000 белков, а именно BRD-2, -3 и -4, что свидетельствует об исключительной специфичности действия нового подхода.
После этого dBET1 протестировали на мышах с тяжелой агрессивной формой человеческой лейкемии. Также как и в лабораторных тестах, введение животным dBET1 обеспечило быстрое разрушение белка BRD4 в злокачественных клетках и мощный антилейкемический эффект, сопровождавшийся лишь незначительным количеством регистрируемых побочных эффектов.
В качестве альтернативного варианта авторы синтезировали молекулярный комплекс, обеспечивающий стыковку между механизмом деградации белков и соединением SLF, мишенью которого является белок FKBP12. Воздействие модифицированного этим комплексом SLF в течение нескольких часов обеспечило почти полное разрушение белка FKBP12 в лейкемических клетках.
В настоящее время исследователи занимаются разработкой производных экспериментальных препаратов, пригодных для проведения клинических исследований. Они надеются, что в будущем предложенная ими стратегия поможет в борьбе с различными типами рака и другими заболеваниями, в основе которых лежат генетические механизмы.
Статья Georg E. Winter et al. Phthalimide conjugation as a strategy for in vivo target protein degradation опубликована в журнале Science.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Dana-Farber Cancer Institute:
New chemical technology boosts potency of targeted cancer therapy.
25.05.2015