Ученые из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) и пяти других учреждений использовали нетрадиционный подход к открытию лекарств от рака, чтобы определить новое потенциальное лечение острого миелоидного лейкоза (ОМЛ). Как сообщалось в Nature Online 3 августа, ученые определили белок под названием Brd4 как новую лекарственную мишень для AML, агрессивного рака крови, который в настоящее время неизлечим у 70% пациентов. Используя лекарственное соединение, подавляющее активность Brd4, ученые смогли подавить болезнь на экспериментальных моделях.
"Лекарство-кандидат не только демонстрирует замечательную противолейкозную активность на моделях агрессивных заболеваний и против клеток, полученных от пациентов с различными генетическими подтипами ОМЛ, но также является минимально токсичным для незлокачественных клеток," говорит ученый CSHL Крис Вакок, M.D., Ph.D., кто руководил командой. "Препарат в настоящее время разрабатывается для терапевтического применения у онкологических больных компанией Tensha Therapeutics и, как ожидается, войдет в клинические испытания в течение двух лет."
Белковая мишень, идентифицированная в скрининге РНКи, описанном в текущем исследовании, Brd4 ??, который содержит отдельный домен или область, известную как бромодомен ??, является членом семейства белков BET, которые помогают регулировать экспрессию генов. К "чтение" определенные эпигенетические метки или химические метки, прикрепленные к хроматину – объединенный пакет ДНК и белков, вокруг которого он наматывается в ядре клетки – Brd4 помогает контролировать структуру того, какие гены включены и как они работают.
"Рак, несомненно, является генетическим заболеванием, но мы также понимаем, что эпигенетические изменения в экспрессии генов способствуют неконтролируемому росту раковых клеток," говорит Вакоч. Раковые клетки используют этот измененный эпигенетический ландшафт для управления своими программами клеточного роста.
Вакок и другие ученые ухватились за идею вмешательства в эту эпигенетическую зависимость, чтобы переломить ситуацию с раком. "Эпигенетические изменения, приобретенные во время прогрессирования рака, потенциально обратимы и, следовательно, подвержены лекарственному вмешательству," он объясняет. Это понимание стало основой их стратегии по поиску новых методов лечения рака, "мы начали систематически искать то, что раку нужно, чтобы продолжать свое существование, чтобы найти способ остановить этот фактор, способствующий развитию рака, и разработать новую терапию."
Скрининг RNAi обнажает брешь в броне AML
Для этого команда обратилась к скринингу РНКи на мышиных моделях ОМЛ, подходу, разработанному и усовершенствованному ранее в лабораториях Скотта Лоу и Грега Хэннона из CSHL. При скрининге РНКи маленькие кусочки РНК в форме шпильки (кшРНК), которые могут отключать определенные гены – в данном случае те, которые кодируют эпигенетические белки – вводятся мышам, у которых есть мутации, вызывающие лейкемию.
В текущем исследовании мыши несли онкоген Nras, а также реаранжированные формы гена MLL ?? мутации, часто обнаруживаемые у пациентов, лейкозы которых устойчивы к стандартной химиотерапии, и, следовательно, связаны с плохим прогнозом. В экспериментальной модели, использованной командой, shРНК были индуцированы или включены у лейкозных мышей путем добавления в их питьевую воду лекарственного препарата доксициклин.
"Индуцирование shРНК, которая отключает ген, необходимый для выживания лейкозных клеток, может привести к полной ремиссии заболевания," объясняет Йоханнес Зубер, M.D., бывший научный сотрудник CSHL в лаборатории Лоу, который помогал разработать этот подход и недавно основал свою группу в Исследовательском институте молекулярной патологии (IMP) в Вене. "Эта способность использовать кшРНК для имитации действия противоракового препарата демонстрирует силу этого подхода."
При усовершенствовании этого подхода Зубер, Лоу и его коллеги определили белок Myb в качестве еще одной потенциальной терапевтической мишени для ОМЛ, как сообщается в недавно опубликованной статье. Работа, которая показывает, что подавление активности Myb также устраняет AML у мышей, заложила основу для разработки скрининга в текущем исследовании, которое идентифицировало Brd4 как лекарственную мишень для AML.
В одном эксперименте, в котором они проверили более 1000 shРНК, нацеленных на 243 известных эпигенетических регулятора хроматина, группа ученых сосредоточилась на одной мишени – Brd4. Подавление Brd4 с помощью shРНК привело к резкой остановке клеточного цикла и гибели лейкозных клеток, заметной задержке прогрессирования лейкемии и значительно увеличило выживаемость лейкемических животных.
Команда подтвердила, что отключение Brd4 нарушило клеточный процесс, который считается отличительной чертой AML – аберрантное самообновление лейкозных стволовых клеток и их неспособность завершить процесс дифференцировки или созревания. "Мы обнаружили, что подавление Brd4, в свою очередь, снижает уровень и активность белка Myc, который, как считается, поддерживает лейкемические стволовые клетки," объясняет Джунвэй Ши, аспирант лаборатории Вакока, который работал с Зубером, чтобы возглавить эти усилия.
Новый кандидат на лекарство от ОМЛ
Эти открытия послужили толчком к сотрудничеству между командой CSHL и Джеймсом Брэднером, M.D., онколог и химический биолог из Института рака Дана-Фарбер, который, по счастливой случайности, ранее разработал JQ1, небольшой молекулярный ингибитор Brd4. Работая вместе, группы из CSHL и Гарвардской медицинской школы обнаружили, что JQ1, который воспроизводит все антилейкемические эффекты, наблюдаемые в экспериментах с шРНК Brd4, является идеальным кандидатом на лекарство.
"Наша обширная оценка чувствительности к JQ1 в образцах первичной лейкемии человека и в установленных клеточных линиях показала, что это соединение первого поколения широко активно против различных подтипов ОМЛ," говорит Вакок, который надеется, что лекарственные производные соединения второго поколения, которые сейчас разрабатываются, будут иметь большее клиническое применение у пациентов. "Мы также рады найти фармакологический способ подавления Myc, который играет роль во многих онкогенных путях и не регулируется при большинстве видов рака," говорит Лоу.
"В этом исследовании подчеркивается неиспользованный потенциал скрининга РНКи как платформы для открытия лекарств, которую Крис и другие исследователи CSHL адаптируют для определения мишеней для других типов рака, таких как рак простаты и поджелудочной железы, а также меланома," говорит президент CSHL Брюс Стилман, доктор философии.D. "Успех этого подхода также указывает на силу программы исследования рака в CSHL, где наши усилия по раскрытию информации о том, что вызывает отдельные виды рака у пациентов, быстро переводятся в разработку новых терапевтических средств, которые могут немедленно принести пользу пациентам в клинике."