Остеосаркома — агрессивная опухоль костной ткани, опасность которой связана с быстрым прогрессированием и устойчивостью к химиотерапии. В новом исследовании ученые МФТИ описали потенциальную терапевтическую мишень при остеосаркоме — «пассажирскую» цепь микроРНК miR-16-1-3p. Повышенный синтез генов-мишеней этой микроРНК оказался связан с прогрессированием заболевания и неблагоприятным прогнозом. Результаты получены при поддержке РНФ (грант №23-14-00220) и Министерства науки и высшего образования РФ (FSMG-2026-0018). Исследование опубликовано в журнале Frontiers in genetics.
Онкологические заболевания встречаются все чаще из-за роста среднего возраста населения Земли. К счастью, многие опухоли сейчас поддаются лечению с помощью новых методов вроде иммунотерапии. Однако злокачественные новообразования очень разнообразны — развитие конкретных форм рака определяют собственные механизмы, с которыми необходимо разбираться в индивидуальном порядке.
Исследователи из Института биофизики будущего МФТИ, Физтех-школы биологической и медицинской физики и Института биофизики клетки РАН (Пущино) продолжают активно исследовать остеосаркомы — опасные опухоли, развивающиеся из костей. Чаще всего остеосаркомы диагностируют у детей, подростков и молодых взрослых, как правило в возрасте 10–20 лет.
Благодаря введению в практику в 1970-х годах смешанной химиотерапии в сочетании с хирургическим удалением опухоли средняя выживаемость с остеосаркомой выросла с 20% до 70%. Однако это по-прежнему скромный результат, который в последние десятилетия не удается улучшить. До сих пор пациенты с метастатической формой болезни имеют лишь 30% шанса прожить еще пять лет. Вывод очевиден: необходимо выяснить механизмы патогенеза остеосаркомы, которые лягут в основу новых лекарств.
Поэтому в лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ провели углубленное изучение роли микроРНК семейства miR-16 в развитии остеосарком. Известно, что клеточная РНК выполняет множество функций помимо работы в качестве матрицы для синтеза белка и посредника между ДНК и белком. МикроРНК — небольшие молекулы размером 20–22 пар оснований, которые регулируют экспрессию генов путем РНК-интерференции (связывания и разрушения соответствующей им матричной РНК). В процессе синтеза в клетке обычно образуются две цепочки микроРНК: «ведущая» (или «лидирующая»), которой традиционно приписывают связывание с матричной РНК-мишенью и ее разрушение, что «выключает» нужный ген. Вторая цепочка («пассажирская») ранее считалась неактивной и быстро деградирующей.
Однако такие взгляды на «пассажирскую» цепь микроРНК сейчас ставят под сомнение. Показано, что такие микроРНК как-то связаны с развитием опухолей, однако механизмы этой связи становятся понятны только сейчас. Новым важным вкладом стала статья физтехов про микроРНК — miR-16-1-3p — представителя семейства miR-16.
В рамках биоинформатической части исследования использовали данные 82 пациентов, страдающих остеосаркомой. Их разделили на группы с разной скоростью прогрессирования заболевания. На основе последовательности микроРНК miR-16-1-3p ученые предсказали целевые гены, с которыми связывается ее «пассажирская» цепь. Описание выполняемых этими генами функций провели на основе статистического анализа информации из баз данных, которые посвящены функциям генов.
Анализ обогащения по функциям для предсказанных генов-мишеней показал, что они более активны у пациентов с прогрессирующей остеосаркомой и коррелируют с неблагоприятным прогнозом. Среди таких генов оказалось больше участников регуляции процессов трансляции (биосинтеза белков), работы митохондрий и клеточной сигнализации, связанной с ответом на химиотерапию.
Также ученые МФТИ использовали скрининг дифференциально экспрессированных генов, тесно связанных с лекарственной устойчивостью, и их биологических механизмов, используя геномные данные пациентов с химиорезистентностью. Такой подход не только повысил точность прогнозирования, но и выявил клинически значимые мишени.
Далее исследователи проверяли действие введенной с помощью лентивирусов miR-16-1-3p на клетки остеосаркомы линии U2OS. Их впервые выделили из большой берцовой кости 15-летней пациентки с опухолью этого типа еще в 1964 году и с тех пор поддерживают в лабораторной культуре. Чтобы охарактеризовать поведение остеосаркомы, биофизики использовали модель хорион-аллантоисной мембраны куриного эмбриона (chick embryo chorioallantoic membrane, сокращенно CAM). Для оценки способности miR-16-1-3p связывать свои мишени внутри клетки использовали созданную в лаборатории высокочувствительную визуализацию — флуоресцентный сенсор, узнающий именно «пассажирскую» цепь этой микроРНК. Уровень экспрессии предсказанных целевых генов — мишеней miR-16-1-3p — оценили с помощью люминесцентного репортерного анализа и количественной ПЦР. Затем активность тех же генов охарактеризовали у 15 реальных пациентов с остеосаркомой, прошедших курс химиотерапии.
В опытах на культурах клеток биофизики установили, что повышение уровня miR-16-1-3p подавляет деление раковых клеток, их миграцию при метастазировании, а также делает их более чувствительными к цисплатину (это неорганическое соединение платины широко применяют для химиотерапии различных злокачественных новообразований). Таких эффектов не наблюдали у контрольных клеток, которые также генетически модифицировали с помощью вирусов, несущих микроРНК со случайной последовательностью.
Ученые сделали вывод, что «пассажирская» цепь микроРНК miR-16-1-3p в действительности играет важную роль в развитии онкологии. Повышение ее экспрессии ассоциировано с менее агрессивными вариантами остеосаркомы, которые к тому же более чувствительны к цисплатину. Подавление роста клеток U2OS под воздействием miR-16-1-3p стало важным подтверждением ее регуляторной функции при ответе клеток остеосаркомы на цисплатин и делает ее перспективной мишенью для снижения или предотвращения химиорезистентности.
«Работа стала ярким примером переемственности передовой физтеховской мысли. Идея, впервые опубликованная в 2019 году выпускником Физтеха Вадимом Максимовым, четыре года назад была подхвачена группой молодых выпускников МФТИ. Теперь она получила подтверждение и успешное развитие благодаря финансовой поддержке РНФ и гранта Министерства науки и высшего образования РФ. Результаты могут быть наконец использованы при разработке новых терапевтических подходов к преодолению химиорезистентности при остеосаркоме»,— пояснил Сергей Леонов, основной исполнитель проекта, заместитель заведующего лабораторией персонализированной химио-лучевой терапии Института биофизики будущего МФТИ.
