Ученые продолжают «гонку вооружений» со злокачественными опухолями, которые способны к быстрой эволюции и приобретают устойчивость к все новым препаратам. Чтобы в ней преуспеть, необходимо понимать механизмы резистентности таких клеток и возможные пути ее преодоления. В статье для журнала Frontiers in Molecular Biosciences исследователи МФТИ и другие российские ученые обратили внимание на эффекты лапатиниба — препарата, который часто используют при раке молочной железы. Оказалось, его активность связана с усилением клеточного дыхания и резко снижается под действием эпидермального фактора роста EGF. В том числе того, что находится в крови у пациента.
Онкологические заболевания остаются одной из основных причин заболеваемости и смертности во всем мире. Более того, по мере роста средней продолжительности жизни они встречаются всё чаще. Несмотря на несомненный прогресс в этой области — создание более безопасных и эффективных препаратов нового поколения, — многие случаи рака по-прежнему не удается вылечить.
Причина связана в том числе с быстрыми изменениями генома злокачественных опухолей, которые снижают их чувствительность к лекарствам. Необходимо создание все новых фармакологических препаратов: моноклональных антител (названия оканчиваются на «-маб») и ингибиторов-малых молекул (так называемые «-нибы»). Для создания таких лекарств необходимо знать молекулярные механизмы резистентности раковых клеток. Они могут отличаться в разных опухолях и у конкретных пациентов, что связано с их специфическими мутациями.
К самым распространенным и опасным онкологическим заболеваниям относится рак молочной железы. Значительная часть таких тканей содержит рецептор эпидермального фактора роста 2 типа (HER2), ген которого в них активирован и служит важной мишенью для таргетной терапии.
HER2-положительные опухоли успешно лечат ингибиторами этого рецептора, такими как лапатиниб. Препарат также подавляет другой важный для развития рака белок EGFR — рецептор эпидермального фактора роста. Однако недавно коллектив ученых из МФТИ, Эндокринологического научного центра, Института биоорганической химии и Сеченовского университета показал, что эффект лапатиниба на культурах раковых клеток резко уменьшается в присутствие сыворотки человеческой крови, а также входящего в ее состав EGF (лиганда, специфичного к EGFR) в чистом виде.
Предстояло выяснить, с чем связан нежелательное свойство противоракового препарата. Ранее авторы описали изменения в транскриптоме (то есть полном наборе синтезированных матричных и некодирующих РНК) опухоли под действием лапатиниба, что не дало полного ответа на вопрос.
Поэтому в новой статье они уже описывали протеом — полную совокупность белков раковых клеток, — и сумели выявить механизмы вмешательства EGF в эффект лапатиниба. Используя ту же линию клеток карциномы (SK-BR-3), ученые выявили 350 белков, уровень экспрессии которых значительно менялся под действием лапатиниба. Концентрация одних возрастала, других, напротив, уменьшалась.
Если помимо лекарства в культуральную среду добавляли EGF или сыворотку, то 93% белков возвращались к обычным уровням экспрессии. Измененную (то есть дифференциальную) экспрессию сохраняли лишь 23 из них. Эффект не удалось воспроизвести с помощью сыворотки крови животных (лошади, свиньи, козы и коровы). Это означает, что образцы сыворотки других видов не могут заменить человеческие в доклинических испытаниях таких препаратов.
«Проведенный нами биоинформатический анализ показал, что лапатиниб сильнее всего ингибирует синтез тех белков, которые участвуют в процессах трансляции и фолдинга белковых молекул. Среди белков, которые экспрессируются сильнее, как оказалось, многие участвуют в клеточном дыхании. То есть в молекулярных процессах, которые приводят к разрушению органических веществ и обеспечивают клетку энергией. Препарат активирует цикл Кребса (или цикл трикарбоновых кислот) — ключевой в энергетическом метаболизме путь, осуществляющийся в митохондриях и зависящий от кислорода», — рассказал Антон Буздин, заведующий лабораторией лабораторией трансляционной геномной биоинформатики МФТИ.
Далее стимуляцию лапатинибом дыхания клеток доказали экспериментально. Авторы использовали резазуриновый тест, в ходе которого краситель (резазурин) восстанавливается и заметно меняет флуоресценцию. Оказалось, что лапатиниб увеличивает дыхание клеток карциномы примерно в 2 раза.
Еще предстоит выяснить, как именно усиленное дыхание приводит к замедлению роста раковых клеток. А также найти способы предотвратить нежелательное вмешательство EGF в действие противоракового препарата. Авторы предполагают, что для этого подойдут некоторые уже используемые препараты, которые изменяют метаболизм.
